UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 2019-07-01 · i UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR...

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y

AMBIENTAL

DIRECCION DE POSTGRADO

Caracterización de agregados de dos minas para el diseño de mezcla asfáltica en

caliente que cumplan con especificaciones del MTOP.

Proyecto de Investigación presentado previo a la obtención del grado de:

Magister en Geotecnia Aplicada

AUTOR: Ing. Paul Javier León Torres

TUTOR: Ing. Vicente Rodrigo Herrera Herédia MSc.

Marzo, 2019

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, Paul Javier León Torres, en calidad de autor y titular de los derechos morales y

patrimoniales de la tesis de grado: “Caracterización de agregados de dos minas para el

diseño de mezcla asfáltica en caliente que cumplan con especificaciones del MTOP”, de

conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL

DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedemos a favor

de la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, una licencia gratuita, intransferible

y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos.

Conservamos a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la

norma citada.

Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la

digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de

conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por

cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad

de toda responsabilidad.

Firma: _______________________________

Paul Javier León Torres

CC. 1703844447

Dirección electrónica: [email protected]

[email protected]

mailto:[email protected]

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INFORME DE APROBACIÓN DE TUTOR

En mi calidad de Tutor de Tesis de Maestría, presentado por PAUL JAVIER LEÓN

TORRES, para optar por el Título de Magister en Geotécnia Aplicada; cuyo título es

“CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS DE DOS MINAS PARA EL DISEÑO DE

MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE QUE CUMPLAN CON ESPECIFICACIONES

DEL MTOP”, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para

ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que

se designe.

En la Ciudad de Quito, a los 31días del mes de Enero de 2019

__________________________________

Ing. Vicente Rodrigo Herrera Herédia MSc.

DOCENTE - TUTOR

CC. 1702977248

iv

DEDICATORIA

A Dios quien abre los caminos de mi vida para seguir adelante, mi amigo que nunca

falla.

A mi esposa Yasmín e hija Paulita que son el motor que impulsa mi vida.

A mi Padre, maestro y ejemplo a seguir.

A mi Madre y Hermanos.

v

AGRADECIMIENTOS

Al Ing. Vicente Rodrigo Herrera Herédia, tutor de este trabajo que contribuirá al

Laboratorio de Pavimentos de la Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemáticas.

Al Sr. Efrén Albuja Córdova por el apoyo bridado en el Laboratorio de Pavimentos.

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1

1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................ 1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 4

1.3 JUSTIFICACIÓN.............................................................................................................. 5

1.4 MARCO CONTEXTUAL ................................................................................................ 5

1.5 OBJETIVO ........................................................................................................................ 7

1.5.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 7

1.6. VARIABLES ......................................................................................................................... 7

1.6.1 Variables Independientes: ............................................................................................... 7

1.6.2. Variables dependientes: .................................................................................................. 8

1.6.3 Variable Intervinientes: ................................................................................................... 8

1.7. HIPÓTESIS ....................................................................................................................... 8

1.8. FUENTE DE MATERIALES ........................................................................................... 9

CAPÍTULO II ............................................................................................................................. 12

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 12

2.1. PAVIMENTO ASFÁLTICO ....................................................................................................... 13

2.2. AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS ..................................... 14

2.2.1. TIPOS DE AGREGADOS .......................................................................................... 15

2.2.2. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DESEABLES DE LOS AGREGADOS

PARA SU UTILIZACIÓN COMO MATERIAL PARA MEZCLA ASFÁLTICA ................... 17

2.3. ASFALTO ....................................................................................................................... 19

2.3.1. CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS ASFÁLTICOS............................................. 22

2.3.1.2. CLASIFICACIÓN POR VISCOSIDAD ................................................................ 22

2.3.1.3. CLASIFICACIÓN POR PENETRACIÓN ............................................................ 25

2.4. MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE ....................................................................... 27

2.4.1. PROPIEDADES DE LA MEZCLAS ASFÁLTICAS ............................................ 30

2.4.2. PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

COMPACTADAS. .................................................................................................................. 33

2.4.3. REQUISITOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE ............................ 36

2.5. MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS MARSHALL. ............................................. 38

CAPÍTULO III ............................................................................................................................ 45

METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 45

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN .......................................................................................... 45

3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.............................................................................. 46

3.3. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ............................................................................... 46

vii

3.4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 47

3.5. POBLACIÓN ....................................................................................................................... 47

3.6. MUESTRA ESTADÍSTICA ........................................................................................... 47

3.7. ENSAYOS PARA CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES......................................... 48

3.7.1. FUENTE DE MATERIALES PARA CARACTERIZAR ............................................ 48

3.7.1.2. MUESTREO .......................................................................................................... 49

3.7.1.3. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO EN LOS ÁRIDOS FINO Y GRUESO ........ 50

3.7.4. ÁRIDOS DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA DEGRADACIÓN DEL ÁRIDO

GRUESO DE PARTÍCULAS MENORES A 37.5 MM MEDIANTE EL USO DE LA

MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (ABRASIÓN) ................................................................... 61

3.7.5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE TERRONES DE ARCILLA Y

PARTÍCULAS DESMENUZABLES - DELETÉREOS ........................................................ 63

3.7.6. DETERMINACIÓN DE LA SOLIDEZ DE LOS ÁRIDOS MEDIANTE EL USO DE

SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO (DURABILIDAD) ............................................ 66

3.7.7. PLASTICIDAD ............................................................................................................ 70

3.7.8. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADO FINO .......................... 70

3.7.9. PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS DE AGREGADO GRUESO .................. 72

3.7.10. PARTÍCULAS FRACTURADAS EN AGREGADO GRUESO .............................. 73

3.7.10. ANGULARIDAD DE LOS AGREGADOS FINOS .................................................. 74

3.7.11. ÁRIDOS, DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN

DEL ÁRIDO GRUESO Y FINO ............................................................................................ 75

3.7.11.1. ÁRIDOS, DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y

ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO .................................................................................. 76


ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO ......................................................................................... 77

3.7.12. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA (PESO VOLUMÉTRICO) ........... 80

3.7.13. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA DE

GUAYLLABAMBA PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE. ........... 84

3.7.14. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA DE

PINTAG PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE. ............................... 85

3.7.14.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO EN LOS ÁRIDOS FINO Y GRUESO ........ 85

3.7.14.2. ÁRIDOS DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA DEGRADACIÓN DEL

ÁRIDO GRUESO DE PARTÍCULAS MENORES A 37.5 MM MEDIANTE EL USO DE

LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (ABRASIÓN) ......................................................... 94

3.7.14.3. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE TERRONES DE ARCILLA Y

PARTÍCULAS DESMENUZABLES - DELETÉREOS .................................................... 95

3.7.14.4. DETERMINACIÓN DE LA SOLIDEZ DE LOS ÁRIDOS MEDIANTE EL

USO DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO (DURABILIDAD) ........................ 96

3.7.14.5 EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADO FINO .................. 98

3.7.14.6. PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS DE AGREGADO GRUESO ......... 98

viii

3.7.14.7. PARTÍCULAS FRACTURADAS EN AGREGADO GRUESO ....................... 99


ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO ............................................................................ 100

3.7.14.9 ÁRIDOS, DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y

ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO ................................................................................... 101

3.7.14.10. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA (PESO VOLUMÉTRICO) 102

3.7.14.11. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA DE

PINTAG PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE. ......................... 105

3.8. CEMENTO ASFÁLTICO AC-20 ...................................................................................... 106

CAPÍTULO IV .......................................................................................................................... 107

DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS ................................................................................. 107

4.1. DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE CON LOS AGREGADOS DE

LA MINA DE GUAYLLABAMBA Y PINTAG. ................................................................... 107

4.1.1. MEZCLA DE AGREGADOS .................................................................................... 108

4.1.2. DETERMINACIÓN DEL PORCETAJE DE ASFALTO TEÓRICO DE PARTIDA.

............................................................................................................................................... 109

4.1.3. PREPARACIÓN DE BRIQUETAS PARA ENSAYO MARSHALL ........................ 111

4.1.4. PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE BRIQUETAS PARA ENSAYO

MARSHALL ......................................................................................................................... 112

4.1.4.1. GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA COMPACTADA

– DENSIDAD BULK........................................................................................................ 112

4.1.4.2. GRAVEDAD ESPECÍFICA MÁXIMA TEÓRICA DE LA MEZCLA

ASFÁLTICA SUELTA..................................................................................................... 114

4.1.4.2.1. MÉTODO RICE ................................................................................................ 114

4.1.4.2.2. MÉTODO TEÓRICO ....................................................................................... 115

4.1.4.4 .VOLUMEN DE AGREGADO EN PORCENTAJE (VA) .................................. 118

4.1.4.5. VOLUMEN DE VACÍOS CON AIRE (Vv) ....................................................... 119

4.1.4.6- VOLUMEN DE ASFALTO EFECTIVO (Vae) .................................................. 119

4.1.4.7. VACÍOS DE AGREGADO MINERAL (VMA) ................................................. 119

4.1.4.8. VACÍOS LLENOS DE ASFALTO (VFA) .......................................................... 120

4.1.4.9. PORCENTAJE DE ASFALTO EFECTIVO ....................................................... 120

4.1.4.10. ENSAYO MARSHALL PARA DETERMINAR ESTABILIDAD Y FLUJO . 121

4.1.4 ENSAYO DE PELADURA ......................................................................................... 133

CAPÍTULO V ........................................................................................................................... 134

ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS ........................................................................ 134

5.1. COMPROBACIÓN DE DISEÑO ...................................................................................... 134

5.1.1. COMPROBACIÓN DE DISEÑO MINA DE GUAYLLABAMBA .......................... 135

5.1.2. COMPROBACIÓN DE DISEÑO MINA DE PINTAG ............................................. 138

ix

5.2. ANÁLISIS DE LAS MEZCLAS CON AGREGADOS DE GUAYLLABAMBA Y

PINTAG. ................................................................................................................................... 141

5.2.1. DENSIDAD ................................................................................................................ 141

5.2.2. VACÍOS DE AIRE ..................................................................................................... 142

5.2.3. VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL ............................................................... 143

5.2.4. CONTENIDO DE ASFALTO .................................................................................... 144

5.3. ESTABILIDAD Y FLUJO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PREPARADAS CON

AGREGADOS DE LA MINA DE PINTAG Y GUAYLLABAMBA ..................................... 145

CAPÍTULO VI .......................................................................................................................... 148

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 148

6.1. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 148

6.2. RECOMENDACIONES .................................................................................................... 153

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 155

ANEXO 1 EJEMPLO DE CÁLCULO DE PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE LA

MEZCLA .................................................................................................................................. 156

Volumen de agregado en porcentaje (VA) ........................................................................ 160

Volumen de vacíos con aire (Vv) ...................................................................................... 160

Volumen de asfalto efectivo (Vae) .................................................................................... 161

Vacíos de agregado mineral (VMA) ................................................................................. 161

Vacíos llenos de asfalto (VFA) ......................................................................................... 162

Porcentaje de asfalto efectivo ............................................................................................ 162

ANEXO 2 FOTOGRAFÍAS DE ENSAYOS ............................................................................ 164

LISTADO DE TABLAS

TABLA N° 1 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica.................................. 15

TABLA N° 2 Estabilidad, Flujo, % de Vacíos Ensayo Marshall ................................... 16

TABLA N° 3 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica densa .................... 17

TABLA N° 4 Especificación Equivalente de Arena material fino para mezcla asfáltica

densa ............................................................................................................................... 19

TABLA N° 5 Clasificación para los tipos comprendidos de 200 dmm a 20 dmm de

penetración...................................................................................................................... 22


penetración...................................................................................................................... 23

TABLA N° 7 Clasificación basada en el residuo del ensayo de película fina en horno

rotatorio .......................................................................................................................... 23

TABLA N° 8 Requisitos para cementos asfálticos tipos comprendidos de 200 dmm a 40

dmm de penetración........................................................................................................ 24

x

TABLA N° 9 Requisitos para cemento asfáltico para los tipos comprendidos de 220

dmm a 40 dmm de penetración ...................................................................................... 24

TABLA N° 10 Requisitos para cemento asfáltico basada en el residuo del ensayo de

película fina en horno rotatorio ...................................................................................... 25

TABLA N° 11 Clasificación y características fisicoquímicas de los cementos asfálticos

por grado Penetración ..................................................................................................... 26

TABLA N° 12 Vacíos de agregado Mineral (VMA) ..................................................... 29

TABLA N° 13 Requisitos de mezcla asfáltica en caliente ............................................. 37

TABLA N° 14 Requisitos de VAM en mezcla asfáltica en caliente .............................. 37

TABLA N° 15 Criterios del Instituto del Asfalto (USA) para el Diseño Marshall ....... 43

TABLA N° 16 Granulometrías para mezclas asfálticas ................................................. 51

TABLA N° 17 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 1 ......................... 53

TABLA N° 18 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 2 ......................... 54

TABLA N° 19 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 1.................... 55

TABLA N° 20 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 2.................... 56

TABLA N° 21 Análisis Granulométrico Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 1 57

TABLA N° 22 Análisis Granulométrico Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 2 58

TABLA N° 23 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica ............................ 59

TABLA N° 24 Promedios de Granulometría de agregados para mezcla asfáltica ......... 60

TABLA N° 25 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica................................ 60

TABLA N° 26 Gradación de las Muestras de ensayo de Abrasión ............................... 62

TABLA N° 27 Especificaciones para la carga para Ensayo de Abrasión ...................... 62

TABLA N° 28 Resultados Ensayo de Abrasión ............................................................. 63

TABLA N° 29 Masa requerida para Ensayo de Terrones de Arcilla y Partículas

Desmenuzables – Deletéreos .......................................................................................... 64

TABLA N° 30 Tamices para Ensayo de Terrones de Arcilla y Partículas

Desmenuzables – Deletéreos .......................................................................................... 64

TABLA N° 31 Resultados de % Terrones de Arcilla y Partículas Desmenuzables –

Deletéreos ....................................................................................................................... 65

TABLA N° 32 Fracciones de muestra para árido grueso según su composición .......... 67

TABLA N° 33 Resultados de % de Pérdidas de las muestras sometidas a Sulfato de

Sodio ............................................................................................................................... 68


Magnesio ........................................................................................................................ 69

TABLA N° 35 Resultados de % de Equivalente de Arena ............................................ 71

TABLA N° 36 Resultados de % de Partículas planas y alargadas agregado grueso y fino

........................................................................................................................................ 72

TABLA N° 37 Resultados de % de caras fracturadas agregado grueso y fino .............. 74

TABLA N° 38 Gravedad Específica y % de absorción de agregado grueso ................ 76

TABLA N° 39 Gravedad Específica y % de absorción de agregado intermedio ........... 77

TABLA N° 40 Gravedad Específica y % de absorción de agregado fino ...................... 79

TABLA N° 41 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado fino ............................ 81

TABLA N° 42 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado intermedio ................. 82

TABLA N° 43 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de arena (polvo de piedra) ............. 83

TABLA N° 44 Resultados Caracterización materiales de Guayllabamba ..................... 84

TABLA N° 45 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 1 Pintag .............. 85

TABLA N° 46 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 2 Pintag .............. 86

xi

TABLA N° 47 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 1 Pintag ........ 87

TABLA N° 48 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 2 Pintag ........ 88

TABLA N° 49 Análisis Granulométrico Agregado arena (arena cribada) Muestra 1

Pintag .............................................................................................................................. 89


Pintag .............................................................................................................................. 90

TABLA N° 51 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica ............................ 92

TABLA N° 52 Promedios de Granulometría de agregados para mezcla asfáltica - Pintag

........................................................................................................................................ 93

TABLA N° 53 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica Pintag .................... 93

TABLA N° 54 Resultados Abrasión Pintag ................................................................... 94

TABLA N° 55 Resultados % Terrones de Arcilla y Partículas Desmenuzables –

Deletéreos Pintag ............................................................................................................ 95

TABLA N° 56 Resultados % de Pérdidas de las muestras sometidas a Sulfato de Sodio

Pintag .............................................................................................................................. 96

TABLA N° 57 Resultados % de Pérdidas de las muestras sometidas a Sulfato de

Magnesio Pintag ............................................................................................................. 97

TABLA N° 58 Resultados % de Equivalente de Arena Pintag ...................................... 98

TABLA N° 59 Resultados % de Partículas planas y alargadas agregado grueso y fino

Pintag .............................................................................................................................. 98

TABLA N° 60 Resultados % de caras fracturadas agregado grueso y fino Pintag ........ 99

TABLA N° 61 Gravedad Específica y % de absorción de agregado grueso ............... 100

TABLA N° 62 Gravedad Específica y % de absorción de agregado intermedio Pintag

...................................................................................................................................... 100

TABLA N° 63 Gravedad Específica y % de absorción de agregado fino Pintag ........ 101

TABLA N° 64 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado grueso Pintag ........... 102

TABLA N° 65 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado intermedio Pintag .... 103

TABLA N° 66 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de arena cribada Pintag ................ 104

TABLA N° 67 Resultados Caracterización materiales de Pintag ................................ 105

TABLA N° 68 Requisitos para asfalto convencional grado Viscosidad 60 C .......... 106

TABLA N° 69 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica Guayllabamba ..... 108

TABLA N° 70 Valor de F para cálculo de Porcentaje óptimo de asfalto .................... 110

TABLA N° 71 Porcentaje óptimo de asfalto teórico .................................................... 111

TABLA N° 72 Gravedad Específica – Densidad BULK ............................................. 113

TABLA N° 73 Gravedad Específica Máxima Teórica (Densidad RICE) .................... 115

TABLA N° 74 Gravedad específica de la mezcla de agregados (Gsb) ........................ 116

TABLA N° 75 Gravedad específica del Asfalto AC-20 (Ga) ...................................... 117

TABLA N° 76 Gravedad especifica máxima teórica de la mezcla asfáltica Gmm´ .... 117

TABLA N° 77 Porcentaje de asfalto absorbido Paa .................................................... 118

TABLA N° 78 Factores de corrección para Estabilidad Marshall en briquetas de 4 plg.

de diámetro ................................................................................................................... 122

TABLA N° 79 Propiedades de diseño de Mezclas Asfáltica en caliente Guayllabamba

TNM ½” ....................................................................................................................... 124

TABLA N° 80 Valores para Gráficas de Diseño Marshall (Guayllabamba ................ 125

TABLA N° 81 Propiedades de la mezcla asfáltica en caliente Guayllabamba ............ 127

TABLA N° 82 Requisitos de mezcla asfáltica en caliente ........................................... 128

xii

TABLA N° 83 Propiedades de diseño de Mezclas Asfáltica en caliente Pintag TNM ½”

...................................................................................................................................... 129

TABLA N° 84 Valores para Gráficas de Diseño Marshall (Pintag) ............................ 130

TABLA N° 85 Propiedades de la mezcla asfáltica en caliente Pintag ......................... 132

TABLA N° 86 Requisitos de mezcla asfáltica en caliente ........................................... 132

TABLA N° 87 Ensayo de Peladura .............................................................................. 133

TABLA N° 88 Mezcla de agregados Mina de Guayllabamba ..................................... 135

TABLA N° 89 Gravedad Específica RICE – Mezcla de comprobación Guayllabamba

...................................................................................................................................... 136

TABLA N° 90 Resultados Comprobación de Diseño Mina Guayllabamba ................ 136

TABLA N° 91 Comprobación de Diseño Mina Guayllabamba ................................... 137

TABLA N° 92 Mezcla de agregados Mina de Pintag .................................................. 138

TABLA N° 93 Gravedad Específica RICE – Mezcla de comprobación Pintag .......... 138

TABLA N° 94 Resultados Comprobación de Diseño Mina Pintag ............................. 139

TABLA N° 95 Comprobación de Diseño Mina Pintag ................................................ 140

TABLA N° 96 Cumplimiento de especificaciones materiales de Guayllabamba ....... 149

TABLA N° 97 Cumplimiento de especificaciones materiales de Pintag .................... 150

TABLA N° 98 MEZCLA ASFÁLTICA DE PINYAG Y GUALLABAMBA ........... 151

LISTA DE FIGURAS

FIGURA N° 1 Ubicación de Minas Guayllabamba y Pintag ........................................... 6

FIGURA N° 2 Ubicación de Mina Guayllabamba ........................................................... 9

FIGURA N° 3 Ubicación de Minas Pintag .................................................................... 10

FIGURA N° 4 Ubicación de Planta SORIA-SORIA ..................................................... 11

FIGURA N° 5 Estructura de un Pavimento Flexible ..................................................... 13

FIGURA N° 6 Componentes del asfalto ........................................................................ 21

FIGURA N° 7 Diagrama de Fases de una mezcla asfáltica compactada ....................... 34

LISTA DE GRÁFICAS

GRÁFICA N° 1 Ejemplo de Gráfica para los Resultados de una Serie de Cinco Probetas

(briquetas) Marshall ........................................................................................................ 41

GRÁFICA N° 2 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 1 ........................... 53

GRÁFICA N° 3 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 2 ........................... 54

GRÁFICA N° 4 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 1 ..................... 55

GRÁFICA N° 5 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 2 ..................... 56

GRÁFICA N° 6 Curva Granulométrica Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 1 . 57

GRÁFICA N° 7 Curva Granulométrica Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 2 . 58

GRÁFICA N° 8 Curva Granulométrica Agregados de la mezcla de agregados para

mezcla asfáltica............................................................................................................... 61

GRÁFICA N° 9 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 1 Pintag ................ 86

GRÁFICA N° 10 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 2 Pintag .............. 87

xiii

GRÁFICA N° 11 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 1 Pintag ........ 88

GRÁFICA N° 12 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 2 Pintag ........ 89

GRÁFICA N° 13 Curva Granulométrica Agregado arena (arena cribada) Muestra 1

Pintag .............................................................................................................................. 90


Pintag .............................................................................................................................. 91

GRÁFICA N° 15 Curva Granulométrica Agregados para la mezcla asfáltica Pintag ... 94

GRÁFICA N° 16 Curva Granulométrica Agregados para la mezcla asfáltica

Guayllabamba ............................................................................................................... 109

GRÁFICA N° 17 Gráficas de Diseño Marshall (Guayllabamba) ................................ 126

GRÁFICA N° 18 Gráficas de Diseño Marshall (Pintag) ............................................. 131

GRÁFICA N° 19 Densidad de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba ............................................................................................................... 141

GRÁFICA N° 20 Vacíos de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba ............................................................................................................... 142

GRÁFICA N° 21 VAM de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba ............................................................................................................... 143

GRÁFICA N° 22 Porcentaje de Absorción de mezclas asfálticas con agregados de la

Mina de Pintag y Guayllabamba .................................................................................. 144

GRÁFICA N° 23 Porcentaje de asfalto de mezclas asfálticas con agregados de la Mina

de Pintag y Guayllabamba ............................................................................................ 145

GRÁFICA N° 24 Estabilidad y Flujo mezclas asfálticas con agregados de la Mina de

Pintag y Guayllabamba ................................................................................................. 146

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

FOTOGRAFÍA N° 1 Planta de Trituración (izquierda) y Planta de Mezcla asfáltica

(derecha) ......................................................................................................................... 48

FOTOGRAFÍA N° 2 Vista general de la Planta de Trituración y Planta de Mezcla

asfáltica ........................................................................................................................... 49

FOTOGRAFÍA N° 3 Toma de muestras de agregados .................................................. 49

FOTOGRAFÍA N° 4 Muestras: Polvo de Piedra, Agregado Intermedio y Agregado

Grueso ............................................................................................................................. 50

FOTOGRAFÍA N° 5 Cuarteo de material………………………………….…………164

FOTOGRAFÍA N° 6 Determinación del valor de degradación mediante el uso de la

máquina de Los Ángeles…………………………………………………..……….….165

FOTOGRAFÍA N° 7 Determinación del contenido de terrones de arcilla y partículas

desmenuzables – Deletéreos………………………………………………………..…165

FOTOGRAFÍA N° 8 Solides de los áridos mediante el uso de sulfato de sodio o

magnesio (durabilidad - desgaste a los Sulfatos)……………………………………..166

FOTOGRAFÍA N° 9 Equivalente de Arena………………………………………….167

FOTOGRAFÍA N° 10 Partículas Planas y Alargadas de agregado grueso………......167

FOTOGRAFÍA N° 11 Particulas Fracturadas en agregado grueso……………….….168

FOTOGRAFÍA N° 12 Gravedad Específica y absorción de agregados……………...168

FOTOGRAFÍA N° 13 Masa Unitaria……………………………………………… 169

FOTOGRAFÍA N° 14 Preparación de briquetas para Ensayo Marshall……….……..169

xiv

FOTOGRAFÍA N° 15 Gravedad Específica de Briquetas……………………….…...170

FOTOGRAFÍA N° 16 Estabilidad y Flujo…………………………………….……...170

FOTOGRAFÍA N° 17 Ensayo Rice………………………………………………..…171

FOTOGRAFÍA N° 18 Ensayo de Peladura…………………………………….…......171

xv

TITULO: Caracterización de agregados de dos minas para el diseño de mezcla asfáltica

en caliente que cumplan con especificaciones del MTOP.

Autor: Paul Javier León Torres

Tutor: Vicente Rodrigo Herrera Herédia

RESUMEN

El presente trabajo de Investigación tiene como objeto principal el caracterizar las

propiedades de los agregados de dos minas, una del sector de Guayllabamba y otra de

Pintag, ubicadas en la provincia de Pichincha, verificar que cumplan las especificaciones

del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP), a través de la ejecución de

Ensayos de Laboratorio de Pavimentos, una vez caracterizadas las muestras de agregados

para mezclas asfálticas de las dos minas, se procede a realizar el Diseño de Mezclas

Asfálticas en Caliente por la Metodología Marshall para cada una de ellas. Para la

caracterización de los agregados y Diseño Marshall se sigue todas las normas y

especificaciones del MTOP para conseguir mezclas que cumplan con Estabilidad, Flujo,

Vacíos Llenos de Asfálto (VFA), Vacíos de Agregado Mineral (VMA), para así

determinar el porcentaje óptimo de asfalto para cada una de las mezclas. Luego de la

investigación realizada el Diseño de Mezcla para la mina de Pintag fue: Agregado grueso

20%, Agregado intermedio 40% y Agregado fino 40% con 6.85% de asfalto, mientras

que para la mina de Guayllabamba la proporción de agregado y asfalto fueron las

siguientes: Agregado grueso 8%, Agregado intermedio 50% y Agregado fino 42% con

6.56 % de asfalto

PALABRAS CLAVE: MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE /

CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS / DISEÑO MARSHALL/ ESTABILIDAD Y

FLUJO / VACÍOS LLENOS DE ASFÁLTO/ VACÍOS DE AGREGADO MINERAL/

PORCENTAJE ÓPTIMO DE ASFÁLTO/ ENSAYOS DE AGREGADOS

xvi

TITLE: Characterization of two-mines aggregates for the design of hot asphalt mixtures

that meet MTOP specifications.

Author: Ing. Paul Javier León Torres

Tutor: Vicente Rodrigo Herrera Herédia

ABSTRACT

The main purpose of this research work is to characterize the properties of the aggregates

of two mines, one from the Guayllabamba sector and another from Pintag located in the

province of Pichincha, to verify that they meet the specifications of the Ministry of

Transport and Public Works (MTOP ), through the execution of Pavement Laboratory

Tests, once the samples of aggregates for asphalt mixtures of the two mines have been

characterized, the Hot Asphalt Mixtures Design is carried out by the Marshall

Methodology for each one of them. For the characterization of aggregates and Marshall

Design, all MTOP standards and specifications are followed to achieve mixtures that

comply with Stability, Flow, Asphalt Filled Vacuums (VFA), Mineral Aggregate

Vacuums (VMA), in order to determine the optimum percentage of asphalt for each of

the mixtures. After the research carried out, the Mix Design for the Pintag mine was:

Aggregate 20%, Intermediate aggregate 40% and fine aggregate 40% with 6.85% asphalt,

while for the Guayllabamba mine the proportion of aggregate and asphalt were the

following: Coarse aggregate 8%, intermediate aggregate 50% and fine aggregate 42%

with 6.56% asphalt.

KEYWORDS: ASPHALTIC MIXING IN HOT / CHARACTERIZATION /

AGGREGATES / MARSHALL DESIGN / STABILITY AND FLOW / ASPHALT

FILLED VACUUMS / MINERAL AGGREGATE VACUUMS / OPTIMUM ASPHALT

PERCENTAGE / AGGREGATE TESTING

1

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

En el cantón Quito, la mayor parte de la red vial es de pavimento flexible en muchos

casos se utilizan materiales de las minas de Pintag y de Guayllabamba para la

conformación de la estructura del pavimento, la misma que está integrada por subbase,

base y capa de rodadura constituida por una mezcla asfáltica, para que brinde una

confortabilidad adecuada, segura y económica para la circulación de los vehículos, a más

de permitir una transmisión de las cargas vehiculares a la estructura del pavimento.

Para tener una mezcla asfáltica en caliente se considera proporciones combinadas de

agregados gruesos, intermedios y finos a la que se añade un porcentaje de cemento

asfáltico en calidad de ligante, adicionalmente habrá que tomarse en consideración el

tráfico para el cual se diseñe la estructura de pavimento, es decir su función estructural y

uso que se le vaya a dar a la vía.

Las proporciones de agregados y cemento asfáltico están en función de las propiedades

físicas de la mezcla.

2

Las Especificaciones Generales para la Construcción de Puentes y Caminos MOP-

001-F-2002 del Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador (MTOP)

establecen como método de diseño para determinar las proporciones apropiadas de

mezcla asfáltica, el método Marshall, el mismo que será utilizado en la presente

investigación. Es importante indicar que si bien se disponen de las Normas Ecuatorianas

de Vialidad NEVI 2012, estas aún no se encuentran aprobadas por el MTOP, siendo las

Especificaciones del 2002 las que se encuentran en plena aplicación.

Para el diseño de la mezcla se debe analizar tanto los agregados, como el asfalto

para establecer si cumplen con las especificaciones técnicas para la construcción de la

carpeta asfáltica.

Se hace necesaria la investigación de las características de los agregados y el

diseño de mezclas asfálticas en caliente, en esta investigación se compararán los diseños

de mezcla asfáltica de dos minas, siendo estas las minas de Guayllabamba y Pintag, para

el efecto se mantendrá la calidad del cemento asfáltico, para lo cual se usará el mismo

cemento asfáltico para las dos mezclas.

En la presente investigación se aplicarán los conocimientos impartidos en el

Módulo III “Ensayos Geotécnicos” y los del Módulo IV “Mecánica de Suelos”

impartidos en la Maestría de Geotécnia Aplicada, Facultad de Ingeniería en Geología,

Minas, Petróleos y Ambiente, de la UCE.

Se realizará el estudio de los materiales a través de Ensayos de Laboratorio de los

agregados y se aplicará el diseño Marshall de mezcla asfáltica para la mina

Guayllabamba; de igual manera se procederá con los materiales de la mina de Pintag,

para luego contar con el diseño Marshall correspondiente a esta mina.

3

Para el ligante se recurrirá al asfalto utilizado en el país, y que es entregado por la

refinería de Esmeraldas, recabando y verificando su calidad de los ensayos ejecutados en

el Laboratorio de Pavimentos durante las prácticas docentes.

Con los resultados a obtenerse se realizará los diseños de mezcla asfáltica y así

realizar una comparación para establecer las condiciones técnicas, de calidad de la mezcla

asfáltica, agregados y establecer conclusiones y recomendaciones.

El tema de investigación se enmarca dentro del Programa de Maestría Profesional

en Geotécnia Aplicada que en su numeral 3 señala: “ El programa considera aspectos

relacionados con el cambio de la matriz productiva, mismo que se alinea con la

construcción de nuevas centrales hidroeléctricas, así como también la construcción de

nuevas carreteras proyectos en donde sin duda la necesidad de contar con especialistas en

el área de la Geotécnia aplicada a este tipo de infraestructura es de gran utilidad”, en cuya

construcción se emplean mezclas asfálticas, tema de esta tesis de investigación.

En el Laboratorio de Pavimentos de la Universidad Central no existe información

comparativa de los materiales de la mina de Guayllabamba, en cuanto a la mina de Pintag

existen datos preliminares que no se han podido comparar con los de otra mina, por lo

que es necesario realizar una investigación orientada a tener datos y validación de diseños

de distintas minas, más aún si el mismo inicia actividades comerciales y con seguridad en

el futuro existirán profesionales que solicitarán información y análisis de muestras, y el

laboratorio no dispondría de parámetros validados de la calidad de los materiales.

Por lo que el aporte que brindará esta investigación es tener datos confiables y

seguros que permitan realizar un análisis de partida para el Laboratorio de Pavimentos

con la mina de Guayllabamba, aspecto que será retomado por el mismo e implantado para

para así disponer de una base de datos de primera mano que permita comparar resultados

4

y emitir recomendaciones confiables respecto a los materiales usados para mezclas

asfálticas.

En tal razón se realizará caracterización de materiales de una mina de la zona de

Guayllabamba para luego analizar estos resultados, validarlos y contrastar con los datos

de una mina de la zona de Pintag.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El diseño de una mezcla asfáltica en el Ecuador, requiere que los materiales tanto

agregados como cemento asfáltico cumplan las especificaciones técnicas, establecidas

por el MTOP para obtener un diseño técnicamente viable.

Si bien los agregados podrían cumplir con los requerimientos técnicos es necesario

caracterizarlos para hacer combinaciones con cemento asfáltico. Se realizarán diseños

ensayando las distintas combinaciones de los materiales de la mezcla, para determinar su

validez.

Una vez caracterizados los agregados de la mina de Guayllabamba y Pintag se

realizará el diseño de la mezcla, se determinará la mezcla que tenga mejores

características técnicas para ser utilizada en trabajos de pavimentación.

En consecuencia, el problema planteado es determinar las propiedades de la mezcla

asfáltica preparada con los materiales de la mina de Guayllabamba, y comparar el

cumplimiento de especificaciones técnicas con la mezcla asfáltica preparada con

materiales provenientes de Pintag.

5

1.3 JUSTIFICACIÓN

El desarrollo socioeconómico de un país es función directa del nivel de calidad de

servicio en las redes viales ya que a través de ellas se mantiene un flujo de personas y

mercancías. Una de las variables fundamentales la velocidad con que se circulan los

vehículos que depende entre otros factores de la estructura de pavimento y principalmente

de la calidad de la capa de rodadura, por lo que el país debe buscar economía, a través de

materiales adecuados que cumplan especificaciones.

La Investigación servirá para conocer si las mezclas asfálticas en caliente

diseñadas con el material de la mina Guayllabamba cumple las normas técnicas y

especificaciones del MTOP y la calidad de esta mezcla y materiales que la conforman

será comparada con la mezcla asfáltica en caliente de la mina de Pintag, para así contrastar

resultados y conocer sus características.

Con la investigación propuesta se podrá contar con un proceso validado confiable

y de referencia para el uso de material para mezcla asfáltica de las minas Guayllabamba

y Pintag y que será usada por el Laboratorio de Pavimentos de la Universidad Central del

Ecuador.

Esta investigación es factible de ejecutarla, pues existe la normativa y se cuentan con

laboratorios a nivel nacional.

1.4 MARCO CONTEXTUAL

Los buenos procedimientos de control de calidad requieren de pruebas durante los

procesos de producción, acopiado y manejo para:

6

Asegurar que solamente se use material satisfactorio en la mezcla de

pavimentación y,

Proporcionar un registro permanente como evidencia de que los materiales

cumplen con la especificaciones de la obra (Asphalt Institute, MS-22)

Por lo antes expuesto es importante que se realice un análisis de los mismos. El

Laboratorio de Pavimentos de la UCE se reapertura en noviembre de 2015, y cuenta ya

con equipos que le permitan iniciar sus trabajos comerciales y de investigación, tomando

en consideración que para preparar mezclas asfálticas en el Cantón Quito, se usa varias

minas entre las cuales están la de Pintag y Guayllabamba esta investigación propondrá el

análisis de los materiales para mezclas asfálticas de una mina de Guayllabamba y otra de

Pintag, investigación que servirá además al Laboratorio de Pavimentos para que pueda

iniciar con un banco de datos de caracterización de materiales y una comparación inicial

de los mismos.

La Investigación se realizará para una mina de Pintag y una de Guayllabamba

ubicadas en la Provincia de Pichincha en el sector oriental y norte del Distrito

Metropolitano de Quito respectivamente.

FIGURA N° 1 Ubicación de Minas Guayllabamba y Pintag

Fuente: Google Maps www.google.com.ec/maps

7

1.5 OBJETIVO

Caracterizar los agregados requeridos en un diseño de mezcla asfáltica, a fin de

establecer condiciones y propiedades de los agregados de la mina, resultando el respectivo

diseño según requerimientos de la MTOP, teniendo así base de juicio para el uso o no de

dichos materiales en un diseño y en su aplicación práctica.

1.5.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar ensayos de laboratorio (Granulometría, Peso Unitario, Peso Específico

en Grueso y Finos, Materia Orgánica, Abrasión, Sulfatos, Terrones y arcillas,

Equivalente de arena).

Caracterizar de los agregados para mezcla asfáltica de una mina de Guayllabamba

y otra de Pintag, verificando si cumplen las especificaciones del MTOP.

Analizar las características y cumplimiento de especificaciones de la mezcla

asfáltica de la mina Guayllabamba y Pintag.

Diseñar la mezcla asfáltica según el método Marshall con los materiales

provenientes de una mina de Guayllabamba y otra de Pintag.

Realizar el análisis de resultados obtenidos con los materiales de una mina de

Guayllabamba y Pintag para su utilización en mezclas asfálticas.

1.6. VARIABLES

1.6.1 Variables Independientes:

Agregados para mezcla asfáltica provenientes de una mina de Guayllabamba y

otra de Pintag.

8

Clase de Cemento Asfáltico a utilizar en el diseño: AC-20.

Especificaciones técnicas MOP-001-F-2002.

1.6.2. Variables dependientes:

Caracterización de los agregados para mezcla asfáltica procedentes de una mina

de Guayllabamba y otra de Pintag.

Diseño de la mezcla asfáltica con los materiales de una mina de Guayllabamba y

otra de Pintag.

Comparación y análisis de los diseños de mezcla asfáltica con los agregados de

una mina de Guayllabamba y otra de Pintag.

1.6.3 Variable Intervinientes:

Ensayos de laboratorio de los agregados para mezcla asfáltica procedentes de una

mina de Pintag y Guayllabamba.

Análisis de resultados de los Ensayos de Laboratorio.

1.7.HIPÓTESIS

Hipótesis general

Utilizando los agregados de una mina Pintag, se obtienen mezclas asfálticas de

menor calidad que usando los agregados de una mina de Guayllabamba.

Hipótesis Nula:

9

Con los agregados de una mina de Pintag las mezclas asfálticas son de mejor

calidad que usando los de la mina de Guayllabamba.

Hipótesis alterna:

Los agregados de la mina de Guayllabamba no cumplen las especificaciones para ser

usados en mezclas asfálticas.

1.8.FUENTE DE MATERIALES

Los agregados pétreos a ser utilizados en la presente investigación constituirán los

provenientes de la mina de Guayllabamba y de Pintag se trata de material granular

triturado (agregado grueso, intermedio y fino), el mismo que será combinado con cemento

asfáltico AC 20.

La mina de Guayllabamba se encuentra ubicada en las coordenadas geográficas:

Latitud S 0º 4´4.218´´, y; Longitud O 78º 22´24.516´´

FIGURA N° 2 Ubicación de Mina Guayllabamba


La mina del sector de Pintag está ubicada en la parroquia Pintag en el sector de la

10

Comunidad El Carmen en las coordenadas geográficas:

Latitud S 0º 25´30.72´´, y; Longitud O 78º 20´49.289´´.

FIGURA N° 3 Ubicación de Minas Pintag


El cemento asfáltico a utilizarse es el disponible en el Laboratorio de Pavimentos

y que fue en su oportunidad proporcionado por la constructora SORIA-SORIA al mismo

que se ha realizado ensayos de laboratorio y pruebas de control de especificaciones,

disponiéndose de esta información y siendo uno de las variables independientes de esta

investigación para poder hacer una comparación de las mezclas de Pintag y

Guayllabamba, la planta de la constructora se encuentra en el kilómetro 32 de la Av.

Simón Bolívar corredor oriental del Distrito Metropolitano de Quito, cuyas coordenadas

geográficas son:

Latitud S 0º 22`33.793´´ Longitud O 78º 31` 44.532´´

11

FIGURA N° 4 Ubicación de Planta SORIA-SORIA


12

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Las estructuras de pavimento para vías de comunicación se encuentran

conformadas por una sucesión de capas de agregados triturados de granulometrías y

características técnicas de obligatorio cumplimiento, conocidas como especificaciones

técnica, estas capas de agregados se asientan sobre una subrasante coincidente con la

cota de diseño vertical de las vías de comunicación.

El acabado de la rasante o nivel final de una vía se encuentra conformada por

distintos materiales, los mismos que pueden ser hormigón asfáltico, hormigón hidráulico

por bloques de adoquín o piedra. Adicionalmente podríamos tener otros tipos de acabado

de la rasante mediante una combinación de materiales que permita estabilizar su

superficie y brindar una adecuada capa de rodadura.

De tal manera que se han clasificado a los pavimentos en tres grandes grupos:

Pavimento Rígido: Cuando su rasante está conformada por una losa de hormigón

hidráulico.

Pavimento Articulado: La rasante estará conformada por bloques sean de adoquín

o piedra.

Pavimento Flexible: La más utilizada en carreteras y vías tanto urbanas como

13

rurales en nuestro país, en el cual su rasante se conforma con hormigón asfáltico

conocido también como mezcla asfáltica, la que está conformada por agregados

grueso, fino y cemento asfáltico.

El Pavimento Flexible es conocido como un Pavimento Asfáltico y al ser parte de

la presente investigación, su rasante es decir la carpeta asfáltica que está compuesta por

mezcla asfáltica se considera importante conocer que es un Pavimento Asfáltico.

2.1. PAVIMENTO ASFÁLTICO

Un pavimento asfáltico es una estructura conformada por varias capas de

agregados, las mismas que se asientan sobre una subrasante que necesariamente deberá

estar técnicamente construida y deberá cumplir con el 95% del grado de compactación es

decir la relación que existe entre la densidad máxima del material que la conforma

realizada en laboratorio y la de campo.

Este pavimento, está constituido por una serie de capas que permiten transmitir las

cargas de tránsito hasta el terreno natural sin que este se deforme.

FIGURA N° 5 Estructura de un Pavimento Flexible

Fuente: Monsalve Escobar, 2012 “Diseño de pavimento Flexible y Rígido”

Las capas que conforman un pavimento Flexible son la subbase y base

generalmente conformada por agregados pétreos de calidad y la capa superficial

14

conformada por hormigón asfáltico, conocido como mezcla asfáltica que está integrado

por una combinación de agregados pétreos triturados y cemento asfáltico.

No siempre es necesario colocar todas las capas señaladas (depende del tránsito,

tipo de suelo, disponibilidad de materiales)

La calidad estructural de estas capas varía con la profundidad. En un pavimento

flexible, las diferentes capas pueden ser granulares y asfálticas. (Zuñiga, 2015)

2.2. AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS

En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se

justifica por las solicitaciones a que están sometidas. Actualmente la modificación de

ligantes se ha generalizado para carreteras importantes persiguiéndose la optimización de

la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la misma razón, la calidad de

los agregados es absolutamente imprescindible, aunque todo ello suponga un costo

mayor.

Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las

carreteras con granulometrías adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos

artificiales resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación

hidráulica (cementos, cales) o con ligantes asfálticos. (Smith M. R. and L. Collins, 1994).

Las Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes del MOP

en su sección 801 establecen las características que deben cumplir los agregados para ser

utilizados en mezclas asfálticas las mismas que serán investigadas en una Mina de

Guayllabamba y otra de Pintag más adelante.

15

2.2.1. TIPOS DE AGREGADOS

Los agregados pueden provenir de origen natural, producto de la trituración en planta,

e incluso podrían ser subproductos de procesos industriales es decir artificiales, aquellos

que no cumplen especificaciones podrían ser considerados como agregados marginales.

Las especificaciones del Ministerio de Transporte y Obras Públicas MOP-001-F-2002

establecen las siguientes Definiciones Específicas para los agregados para uso en

Hormigón Asfáltico:

Agregado Grueso: Agregado cuyas partículas son retenidas por el tamiz Nº 4 (4.75

mm).

Agregado Fino: Porción de material que pasa el tamiz Nº 4 (4.75 mm) y es retenida

en el tamiz Nº 200 (75 micrones).

Relleno Mineral: Porción de material que pasa el tamiz Nº 200 (75 micrones). (MOP-

001-F-2002)

Los agregados utilizados para mezcla asfáltica deberán cumplir con una

granulometría específica habiéndose agrupado en tres grupos de acuerdo a las

especificaciones del MOP-001-F-2002:

TABLA N° 1 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica

Fuente: Especificaciones MOP-001-F-2002

A B C

100 -- --

90 - 100 100 --

-- 90 - 100 100

56 - 80 -- 90 - 100

-- 56 - 80 --

-- -- 56 - 80

23 - 53 29 - 59 35 - 65

15 - 41 19 - 45 23 - 49

4 - 16 5 - 17 5 - 19

0 - 6 1 - 7 2 - 8

Nº50 (0.30 mm)

Nº 200 (0.075 mm)

1'' (25.4 mm)

3/4'' (19.0 mm)

1/2'' (12.5 mm)

3/8'' (9.5 mm)

Nº4 (4.75 mm)

Nº8 (2.36 mm)

Porcentaje que pasa a través de los

tamices de malla cuadradaTAMIZ

2'' (50.8 mm)

1 1/2'' (38.1 mm)

16

TIPO A: El 100 % del material es obtenido en planta de trituración desde el material, es

decir el material grueso, fino y relleno mineral es producto de trituración.

TIPO B: Al menos el 50% del material que forma el agregado grueso será triturado. El

agregado fino y relleno mineral podría ser triturado o de origen natural dependiendo de

la existencia de este material en el área del proyecto.

TIPO C: Serán aquellos agregados que sean usados para mezclas asfálticas cuyo origen

sea natural o de trituración según la disponibilidad en el área del proyecto con la

particularidad de que la estabilidad Marshall cumpla las siguientes especificaciones

MOP-001-F-2002:

TABLA N° 2 Estabilidad, Flujo, % de Vacíos Ensayo Marshall

Fuente: Especificaciones MOP 001-F-2002

/

17

2.2.2. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DESEABLES DE LOS

AGREGADOS PARA SU UTILIZACIÓN COMO MATERIAL PARA

MEZCLA ASFÁLTICA

Las especificaciones del MTOP exigen para los agregados lo siguiente:

Deben ser limpios, duros y resistentes.

No tener exceso de partículas planas, alargadas o desintegrarles.

Sin contenido de materia vegetal, libre de arcilla

Agregados secos humedad que no deberá exceder del 1%.

A más de la granulometría que corresponde a cada tipo de agregado (Tipo A, B, C),

de conformidad a su proceso de obtención estos deberán cumplir:

Granulometría:

Para la granulometría de una mezcla asfáltica podríamos realizar una mezcla

de materiales que permita cumplir con la siguiente especificación del MTOP:

TABLA N° 3 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica en planta en caliente


18

Abrasión:

Los agregados grueso, natural o triturado, usando la máquina de Los Ángeles.

(NTE INEN 0860) deberán tener un desgaste máximo de 40% a la abrasión.

Plasticidad:

Esta característica se considera para los agregados fino cuyo índice de

plasticidad no deberá ser mayor a 4 (NTE INEN 691 y 692)

Durabilidad:

El agregado grueso deberá ser sometido a una inmersión en sulfato de

sodio en la prueba de durabilidad, en 5 ciclos de inmersión, para conocer su

pérdida por desintegración, la misma que no deberá ser mayor a 12% (INEN 863)

Impregnación con material bituminoso:

Los agregados gruesos al ser recubiertos con material bituminoso, este

material debe mantenerse recubierto más del 95%, para lo cual se realizará el ensayo

de Peladura (AASHTO T 182).

Caras Fracturadas para agregados gruesos:

El 85% deberá tener por lo menos una cara fracturada y el 80% por lo

menos dos caras fracturadas ASTM D 5821.

Angularidad para agregados finos

Se determinará a través del porcentaje de vacíos de aire presente en el material

que pasa el tamiz Nº 8 (2,36mm), siendo requisito el cumplimiento mínimo del

45% (ASTM D1252).

19

Equivalente de arena para el material fino

Se realizará en el material que pasa el tamiz Nº 4 y deberá cumplir:

TABLA N° 4 Especificación Equivalente de Arena material fino para mezcla asfáltica

densa


Partículas largas y atachadas

Se determinará en base al porcentaje en peso de partículas largas y atachadas

retenidas en el tamiz Nº 4 cuya relación entre dimensiones máximas y mínimas

mayor que 5, no deberá ser mayor de un 10% ( ASTM D 4791).

Deletéreos

El máximo porcentaje de material deletéreo especificado para los agregados

será del 1% (ASTM C142).

2.3. ASFALTO

El asfalto es un material que puede estar en estado sólido, semilíquido o líquido de

color obscuro entre plomizo obscuro y negro obscuro, el origen del mismo puede ser

natural o artificial cuando es procesado a partir del petróleo siendo el residuo mismo del

petróleo.

20

El asfalto natural se forma por la ascensión del petróleo a la superficie, éste al entrar

en contacto con la atmósfera hace que sus componentes se volatilicen, permitiendo que

se mezclen con los materiales minerales superficiales, en nuestro país podemos encontrar

afloramientos en la península de Santa Elena y en el sector de Archidona concretamente

en la carretera Hollín Loreto, material que se puede explotar y ser tendido, conformado y

compactado, sobre un material de base o subbase teniendo resultados satisfactorios para

impermeabilizar la superficie de la estructura del pavimento y mantener un adecuado

confort para la capa de rodadura.

El asfalto es un material que tiene algunas cualidades, entre ellas:

Altamente impermeable;

Cohesivo;

Cambia su comportamiento con la temperatura; y,

Proporciona flexibilidad a los áridos con que se combina

Los componentes del asfalto son asfaltenos y maltenos, los primeros son partículas

sólidas de alta viscosidad y proveen elasticidad resistencia y cohesión, mientras que los

maltenos pueden dividirse en resinas muy susceptibles a la temperatura siendo estas las

responsables de la viscoelasticidad del mismo que al entran en contacto con el oxígeno

se oxidan y se transforman en asfaltenos; el otro componente de los maltenos son los

aceites que son los responsables de aumentar la fluidez con la característica de que al

entrar en contacto con el oxígeno se transforman en resinas.

21

FIGURA N° 6 Componentes del asfalto

Las especificaciones MOP-001-F-2002 del MTOP establecen las siguientes

definiciones específicas:

Cemento asfáltico: Asfalto con o sin fluidificantes, de consistencia y calidad

apropiada para uso directo en la fabricación de pavimentos flexibles. (MOP-001-

F-2002). Se los clasifica con las letras AC de acuerdo a su dureza o consistencia

que se mide en el ensayo de penetración.

Asfaltos diluidos: Asfaltos mezclados con destilados de petróleo, para obtener

propiedades específicas (MOP-001-F-2002). De acuerdo con el grado de rapidez

con que se evapora el solvente utilizado se clasifican en curado rápido RC usa

gasolina o bencina, curado medio MC usa Kerosine como solvente, o curado lento

SC cuando se usa fuel-oil.

Emulsificante: Componente de las emulsiones asfálticas cuyas moléculas

envuelven por completo a las partículas de asfalto. (MOP-001-F-2002). Dado que

el asfalto no es soluble en el agua es necesario usar un tercer componente que se

lo llama emulsificante (arcilla coloidal, silicatos solubles o insolubles, jabón o

aceites sulfatados), este tercer componente es el que permite la mezcla del agua

Asfalto

Asfaltenos Maltenos

Resinas aromàticas

Aceites Saturados

22

con el cemento asfáltico. Estas a su vez se pueden clasificar en función con la

velocidad con que se produce el rompimiento en RS rompimiento rápido, MS

rompimiento medio y SS rompimiento lento.

Para esta investigación a más de la caracterización de agregados se ha previsto

realizar el diseño de mezcla asfáltica, para lo cual se utilizará un mismo tipo de cemento

asfáltico.

2.3.1. CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS ASFÁLTICOS

Los cementos asfálticos se clasifican por grado de viscosidad o de penetración

2.3.1.2. CLASIFICACIÓN POR VISCOSIDAD

La Norma NTE INEN 2515 está basada en los ensayos realizados al asfalto

original tal cual viene el material asfáltico de refinería, estos son susceptibles a la

temperatura:


penetración

Fuente: Norma INEN NTE 2515

23

La clasificación que se muestra a continuación si bien cumple con la viscosidad

que corresponde a los asfaltos antes indicados son menos susceptibles a la temperatura:


penetración


Adicionalmente a las dos clasificaciones antes indicadas y que corresponden al

asfalto original existe una tercera y que corresponde a la que se realiza en el residuo del

asfalto obtenido en el ensayo de película fina en horno rotatorio, en la cual se somete al

asfalto original a temperatura con inyección de aire para tener un asfalto oxidado, la

clasificación es la siguiente:

TABLA N° 7 Clasificación basada en el residuo del ensayo de película fina en horno

rotatorio


24

A continuación se presentan los requisitos establecidos en la Norma NTE-INEN

2515 para cada uno de los tipos de cemento asfáltico antes indicados:

TABLA N° 8 Requisitos para cementos asfálticos tipos comprendidos de 200 dmm a 20

dmm de penetración


TABLA N° 9 Requisitos para cemento asfáltico para los tipos comprendidos de 220

dmm a 40 dmm de penetración


25

TABLA N° 10 Requisitos para cemento asfáltico basada en el residuo del ensayo de

película fina en horno rotatorio


2.3.1.3. CLASIFICACIÓN POR PENETRACIÓN

La Norma INEN NTE 2060 que es aplicable para cementos asfálticos clasifica a los

cementos asfálticos por su grado de penetración en cinco grados:

Grado I, penetración 40/50;

Grado II, penetración 60/70;

Grado III, penetración 85/100;

Grado IV, penetración 120/150; y,

Grado V, penetración 200/300.

Los requisitos que deben cumplir son los siguientes:

26

TABLA N° 11 Clasificación y características fisicoquímicas de los cementos asfálticos

por grado Penetración


De acuerdo con las normas MOP-001-F-2002 el cemento asfáltico que debe

emplearse es el de penetración 60-70 u 85-100 Grado II y III respectivamente.

En la presente investigación se utilizará el asfalto AC 20, el mismo que se mantendrá

como variable independiente para realizar los dos diseños de mezcla asfáltica tanto de

Guayllabamba y Pintag para de esta manera poder comparar la calidad de mezcla y

agregados de las minas.

27

2.4. MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE

La mezcla asfáltica en caliente es una proporción de agregados gruesos, agregados

finos y cemento asfáltico que cumplan con una especificación en el caso del Ecuador las

Especificaciones del MTOP, y que a través de un proceso de mezcla en una planta central

en proporciones previamente establecidas en un diseño de mezcla, las proporciones antes

indicadas (agregado y cemento asfáltico) sometidos a temperatura a fin de que no se tenga

humedad en los mismos, obteniendo de esta manera la mezcla asfáltica del diseño.

Una mezcla asfáltica durante su diseño es analizada en Laboratorio y esta deberá

cumplir la con cuatro características:

Densidad

Vacíos

Vacíos en el agregado mineral

Contenido de asfalto

Densidad:

Definida como el peso unitario de la mezcla y que se determina en laboratorio; a

mayor densidad mejor rendimiento. (ASPHALT INSTITUTE MS-22, 2001).

Vacíos:

Corresponde a los vacíos de aire que están presentes en la mezcla asfáltica

compactada entre los agregados recubiertos de asfalto, debe indicarse que esta

característica es importante ya que los vacíos permitirán una compactación de la mezcla,

de acuerdo al Manual MS 22 del Instituto del Asfalto y a las Especificaciones del MTOP

este porcentaje está entre el 3 y 5 %.

28

Los vacíos son importantes para la durabilidad del pavimento ya que si sobrepasamos

los parámetros estaríamos obteniendo una mezcla con muchos vacíos por lo que entrará

agua y aire y ocasionará deterioro y si es muy bajo causaría que baje la permeabilidad de

la mezcla, así como también exudación de asfalto hacia el exterior (superficie) debido a

que el asfalto no se logre acomodar en el área de vacíos existente.

De acuerdo a la granulometrías las mezclas pueden tener varias relaciones de

vacíos de tal manera de obtenerse mezclas cerradas, semi cerradas, abiertas o porosas con

relaciones de vacíos no mayor al 6%, entre 6 y 10%, mayor al 12 % y superior al 20%

respectivamente.

Vacíos de agregado mineral:

Conocido como VMA, corresponde al espacio de aire que existe entre los

agregados de una mezcla compactada en el que se incluye los espacios que están llenos

de asfalto, pero excluyendo el que es absorbido por los agregados.

De esta característica depende la durabilidad de la mezcla, a valores altos hará que la

película de cemento asfáltico sea más gruesa y serán más plásticas, a valores bajos la

película será más fina siendo menos durable y seca.

El Instituto del Asfalto M22 establece rangos VMA en función del Tamaño Nominal

Máximo y Porcentaje de Vacíos de Diseño que se muestran a continuación:

29

TABLA N° 12 Vacíos de agregado Mineral (VMA)

Fuente: Instituto del Asfalto MS-22, 2011

Vacíos llenos de Asfalto VFA:

Representa el porcentaje por volumen del VMA llenado de asfalto efectivo, estos

aumentan cuando la mezcla es más fina.

Contenido de Asfalto:

Determinada en laboratorio, depende de las características de los agregados como

granulometría y absorción, así mientras más finos mayor área superficial que recubrir por

lo que se requerirá más asfalto y si son muy gruesos menos asfalto ya que depende del

área superficial.

En cuanto a la absorción, de esta dependerá el contenido total de asfalto para la

mezcla, con la finalidad de cubrir totalmente los agregados, así como también para

30

garantizar que exista un porcentaje de absorción de los agregados.

Por lo antes indicado es que se habla de contenido de asfalto efectivo y contenido de

asfalto absorbido, y de la suma de estos dos nos dará el contenido total de asfalto.

2.4.1. PROPIEDADES DE LA MEZCLAS ASFÁLTICAS

El Instituto del Asfalto de acuerdo al Manual MS22 considera las siguientes

propiedades:

Estabilidad

Durabilidad

Impermeabilidad

Trabajabilidad

Flexibilidad

Resistencia a la fatiga

Resistencia al deslizamiento

Estabilidad:

Capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las cargas, en una

mezcla dependerá del grado de fricción entre agregados y la cohesión que exista en la

mezcla que dependerá del asfalto.

31

Si los agregados son más angulares mayor fricción interna de la mezcla mayor

estabilidad, es importante señalar que existirá una participación del asfalto como ligante

entre los agregados, cantidad que deberá ser la ideal y producto de un diseño ya que

porcentajes altos de asfalto producirán una capa de recubrimiento en los agregados que

resultará en pérdida de fricción.

Durabilidad:

Viene dada por la capacidad de la mezcla para resistir la desintegración o cambios

en las propiedades del asfalto como resultado de la acción del clima y tráfico. Una buena

mezcla asfáltica deberá contener la cantidad suficiente para permitir una buena adherencia

entre agregados y que tampoco sea insuficiente que pueda degradarse con el medio

ambiente, no debe sufrir envejecimiento excesivo durante la vida en servicio, por lo que

la durabilidad está relacionada con el espesor de la película de asfalto, y con los vacíos

de aire.

Impermeabilidad:

Es la resistencia de un mezcla al paso de agua y aire al interior de ésta, por lo que

se relaciona con su contenido de vacíos, en realidad todas las mezclas usadas en

pavimentación tienen un grado de permeabilidad, pero ésta deberá estar dentro de límites

especificados que se logra con el contenido de vacíos y porcentaje de asfalto de diseño.

32

Trabajabilidad:

Relacionada con la facilidad para ser colocada y compactada en obra, aspecto que

estará relacionada con los agregados usados y el asfalto, así en el caso de agregados la

granulometría es importante, tamaños grandes será difícil su trabajabilidad, si hay

demasiado agregado grueso complicará la compactación, pocos finos la mezcla será muy

impermeable, en cuanto al asfalto a bajas temperaturas bajará la trabajabilidad y el grado

y porcentaje de asfalto también afectará la trabajabilidad.

Flexibilidad:

Capacidad para acomodarse sin agrietarse ante movimientos de asentamientos

diferenciales de materiales subyacentes donde se asiente la mezcla una vez compactada.

Una mezcla asfáltica con porcentaje alto de cemento asfáltico es más flexible pero podría

tener estabilidades muy altas y no cumplir especificaciones por lo que se debe buscar un

equilibrio.

Resistencia a la fatiga:

Esta dada por la resistencia a la flexión por las cargas de tráfico y se ha demostrado

que está relacionada con el porcentaje de vacíos y la viscosidad del asfalto. Si el % de

vacíos aumenta por diseño o falta de compactación esta resistencia baja, así como un

asfalto envejecido se vuelve rígido y baja su resistencia a la fatiga.

Adicionalmente se considera que un espesor de la estructura de pavimento

considerable sobre una subrasante resistente no se flexiona tanto como los que se

encuentran sobre una subrasante débil.

33

Resistencia al deslizamiento:

Habilidad para minimizar el resbalamiento de los neumáticos sobre su superficie,

particularmente cuando esta superficie se encuentra mojada, y se la relaciona con las

características del agregado y porcentaje de asfalto. La mejor resistencia al deslizamiento

se logra con una superficie áspera, pero además los agregados deberán cumplir con una

especificación para que no sean susceptibles a la abrasión. También se la relaciona con el

porcentaje de asfalto ya que excesos de asfalto podría tener un efecto de poca resistencia

al deslizamiento.

2.4.2. PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

COMPACTADAS.

Una mezcla asfáltica está conformada por agregado, ligante y vacíos; a través de

correlaciones entre masa y volumen de sus diferentes componentes, se puede determinar

propiedades volumétricas

34

FIGURA N° 7 Diagrama de Fases de una mezcla asfáltica compactada

Fuente: Instituto del asfalto MS 22

Las propiedades más importantes a evaluar son las indicadas en el numeral 2.4.

entre ellas Vacíos, % de asfalto, VMA, las mismas que pueden cambiar dependiendo de

las propiedades volumétricas del agregado como son:

Gravedad Específica Bulk

Gravedad Específica Aparente

Gravedad Específica Efectiva.

35

Gravedad Específica Bulk:

La gravedad Específica Bulk de la mezcla asfáltica compactada es igual a la

relación entre la masa en el aire de un volumen unitario de agregado (considera sólo el

volumen de los poros permeables al agua) y la masa de igual volumen de agua.

Gravedad Específica aparente:

Es igual a la relación entre la masa en el aire de un volumen unitario de agregado

(considera sólo el volumen del sólido del agregado) y la masa de igual volumen de agua

destilada, al igual que con la gravedad específica total.

Gravedad específica efectiva del agregado:

Relación entre la masa en el aire de un volumen unitario de agregado (considera

sólo el volumen de los poros permeables al agua no llenos con asfalto) y la masa de igual

volumen de agua. Esta gravedad depende del volumen de asfalto absorbido, por lo que se

determina a partir de la gravedad específica máxima teórica de la mezcla (en esta prueba

se tiene un período de curado de la mezcla suelta, que permite la absorción de asfalto).

Otras gravedades específicas necesarias de determinar son las siguientes:

Gravedad específica del asfalto:

Relación entre la masa en el aire de un volumen dado de asfalto y la masa de igual

volumen de agua, ambos a la misma temperatura. (FHWA, 1997)

36

Gravedad específica máxima teórica de la mezcla:

Es la relación entre la masa de un volumen dado de mezcla asfáltica sin vacíos de

aire y la masa de igual volumen de agua, ambos a la misma temperatura. También se llama

gravedad específica RICE, en reconocimiento al investigador James Rice, quien

desarrolló el método de prueba. (FHWA, 1997)

Gravedad específica total de la mezcla asfáltica compactada:

Viene dada por la relación entre la masa en el aire de un volumen dado de mezcla

asfáltica compactada y la masa de igual volumen de agua destilada, ambos a la misma

temperatura. (FHWA, 1997)

2.4.3. REQUISITOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

El Ministerio de Transporte y Obras Públicas en las especificaciones MOP-001-F-2002

establece los siguientes criterios a ser cumplidos en el Diseño Marshall que será utilizado

en la presente investigación y que será analizado más adelante:

37

TABLA N° 13 Requisitos de mezcla asfáltica en caliente


TABLA N° 14 Requisitos de VAM en mezcla asfáltica en caliente


38

2.5.MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS MARSHALL.

Los métodos de diseños de mezclas, consisten en pruebas de diseño para

establecer especificaciones y comprobar si la dosificación que se utiliza cumple

especificaciones técnicas.

Independientemente del método de diseño utilizado, es requerimiento seleccionar

los agregados, asfalto a ser utilizado, elaborar las muestras (briquetas) con la mezcla

previamente elaborada, para calcular parámetros volumétricos; y como paso último

determinación del porcentaje o contenido de asfalto óptimo. (Granica, 2005)

El objetivo de tener un diseño será:

Tener una mezcla con suficiente asfalto para que el pavimento sea durable.

Tener una adecuada estabilidad de la mezcla ante las cargas del tránsito usuario

de una vía.

Obtener una mezcla con un porcentaje de vacíos que permita una adecuada

compactación, que no sea muy baja para que no exista exudación, y la suficiente

para no dejar penetrar aire y agua.

Una mezcla que permita trabajar adecuadamente durante el tendido, sin que haya

segregación.

El Método Marshall se utiliza tanto para control en obra como para diseño

propiamente dicho, usado con agregados de hasta 25 mm (1 pg.) y ha sido modificado

para tamaño máximo nominal (TMN) de 38 mm (1.5 pg.) a través de pruebas

volumétricas de análisis de densidad y análisis de vacíos, combinadas con mediciones de

estabilidad y flujo.

39

Para el efecto se preparan muestras llamadas briquetas que tienen dimensiones

estandarizadas de 64 mm de alto y 102 mm de diámetro, para el efecto la mezcla asfáltica

deberá se compactada con un martillo de 10 lb, que aplica una energía con una altura de

caída de 18 pg., algo particular del proceso de preparación de briquetas es que se le aplica

un número de golpes por cada cara de acuerdo al tipo de tráfico pesado, medio o liviano

de 35, 50 o 75 golpes respectivamente.

Para el caso del método modificado varía el tamaño de briquetas a 6 pg. de

diámetro y 3.75 pg. de altura, el martillo que es de 22.35 lb. manteniendo el número de

golpes y altura de caída.

El Método se resume en las siguientes partes:

1) Selección y preparación de muestras de material:

Se identificará el agregado y asfalto para ser utilizado, el mismo que deberá

cumplir las especificaciones, esto es muy importante ya que varios de los datos de

caracterización de los agregados serán usados en el diseño.

2) Preparación de briquetas

Preparar mezcla asfáltica con la combinación de agregados previamente

establecida y un porcentaje de asfalto con una variación ligera del contenido de ligante y

especificada que permita prepara briquetas con distintos porcentajes de asfalto que serán

compactadas de acuerdo al procedimiento normalizado de preparación de briquetas ante

lo indicado de acuerdo al tipo de tráfico de diseño. Se prepararán tres probetas con cada

porcentaje de asfalto

40

3) Determinación de la Gravedad específica Bulk de las probetas

Obtener la densidad y vacíos de cada briqueta.

4) Determinación de la estabilidad y Flujo

Para el efecto se colocan las briquetas en un baño de maría a 60 ºC por un tiempo

de 30 minutos para someterlos a una prueba en la Prensa Marshall y determinar el flujo

(deformación) a la máxima estabilidad (carga) antes de la falla.

Las mezclas que presentan valores altos de fluencia son fácilmente deformables bajo

las cargas del tránsito, considerándolas mezclas plásticas, en cambio, las mezclas con alta

estabilidad y baja fluencia, crean pavimentos frágiles y rígidos. (Asphalt Institute, 2001)

5) Determinación de propiedades volumétricas de la mezcla compactada:

Gravedad Específica de la mezcla compactada.

Porcentaje de vacíos Va

Porcentaje de vacíos llenos de Asfalto VFA

Porcentaje de vacíos de agregado mineral VMA

Se usarán los datos de la información obtenida de: gravedad específica bulk de los

agregados, gravedad específica efectiva de los agregados, gravedad específica bulk de la

mezcla compactada, gravedad especifica máxima teórica de la mezcla y gravedad

específica del asfalto. (Garnica et al, 2005)

41

6) Análisis y correlación de datos en función del % de asfalto;

Se elaborará gráficas en la cual en el eje de las abscisas de colocará el porcentaje

de asfalto y en el de ordenadas los valores de: Va, VMA, VFA, Peso Unitario, Estabilidad

y flujo, como se muestra a continuación:

GRÁFICA N° 1 Ejemplo de Gráfica para los Resultados de una Serie de Cinco Probetas

(briquetas) Marshall

Fuente: Instituto del asfalto MS 22

42

Se evalúan los seis parámetros (Asphalt Institute, 2014) graficados:

Porcentajes de vacíos;

Porcentajes de vacíos llenos de agregado mineral (VMA);

Porcentajes de vacíos llenos de asfalto (VFA);

Peso específico o densidad de las probetas;

Estabilidad; y,

Flujo

Las tendencias de estos gráficos, permiten evaluar el comportamiento de la mezcla

conforme aumenta o disminuye el porcentaje de asfalto, según el Asphalt Institute (2001),

se identifican los siguientes comportamientos, en las mezclas elaboradas por este método:

Conforme aumenta el contenido de asfalto, disminuye el contenido de vacíos.

El valor de vacíos en el agregado mineral (VMA), usualmente llega hasta un

porcentaje mínimo, a partir del cual, aumenta conforme mayor sea el

contenido de asfalto.

El volumen de vacíos llenos de asfalto (VFA), aumenta conforme mayor sea

el porcentaje de asfalto.

Los valores de estabilidad, aumentan conforme mayor sea el porcentaje de

asfalto, hasta llegar a un punto máximo, a partir del cual disminuye con

cualquier aumento en el porcentaje de asfalto.

Los valores de flujos, aumentan conforme crece el porcentaje de asfalto

incorporado en la mezcla.

7) Determinación del % óptimo de asfalto:

43

El Asphalt Institute (2001; 2014), recomienda como porcentaje óptimo, al contenido

de asfalto perteneciente al 4% de vacíos, para luego revisar el cumplimiento de:

Criterios para Mezcla del Método

Marshall

Transito Liviano

Carpeta y Base

Transito Mediano

Carpeta y Base

Tránsito Pesado Carpeta y Base

Min Max Min Max Min Max

Compactación, numero de golpes en cada cara

de la probeta

35 50 75

Estabilidad, N ( lb ) 3336

(750)

-

53338

(1200)

- 8006

(1800)

-

Flujo, 0.25mm (0.01 pulgadas) 8 18 8 16 8 14

Porcentaje de Vacíos 3 5 3 5 3 5

Porcentaje de Vacíos en el Agregado Mineral

(VAM)

Tabla Nº 12 Vacíos de agregado Mineral (VMA)

Porcentaje de Vacíos Llenos de Asfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75

NOTAS:

1 Todos los criterios y no sólo estabilidad, deben ser considerados al diseñar una mezcla asfáltica de pavimentación. Las mezclas asfálticas de base, que no con cumplan con estos criterios,

cuando se ensayen a 60°C, se considerarán satisfactorias si cumplen los criterios cuando se ensaya 38°C, y si se colocan a 100 mm o más por debajo de la superficie. Esta recomendación se aplica

solamente a las regiones que tengan una variedad de condiciones climáticas similar a la que prevalece en casi todas las regiones de Estados Unidos. En las regiones que tengan condiciones

climáticas más extremas puede ser necesario usar temperaturas más bajas de ensayo.

2Clasificaciones del Tránsito

Liviano Condiciones de tránsito que resultan en un EAL < de diseño <104

Mediano Condiciones de tránsito que resultan en un EAL de diseño entre 104 Y106

Pesado Condiciones de tránsito que resulta en un EAL de diseño > 106

3Los esfuerzos de compactación en el laboratorio deberán aproximarse a la densidad máxima obtenida en el pavimento bajo el tránsito.

4Los valores de fluencia se refieren al punto en donde la carga comienza a disminuir.

5Los criterios de flujo se establecieron para los asfaltos puros. Los criterios de flujo se superan con frecuencia cuando se modifican o se usan ligantes modificados con caucho. Por lo tanto, el límite

superior de los criterios de flujo debe renunciarse cuando se modifica el polímero o ligantes modificados con caucho.

6Cuando se esté calculando el porcentaje de vacíos, deberá permitirse cierta tolerancia en la porción del cemento asfáltico perdida por absorción en las partículas de agregado

7El porcentaje de vacíos en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso específico total ASTM del agregado

TABLA N° 15 Criterios del Instituto del Asfalto (USA) para el Diseño Marshall

Fuente: Principios de Construcción para Mezclas Asfálticas en Caliente.- Instituto del

Asfalto

44

Criterios que han sido adoptados por las Especificaciones Generales para la

Construcción de Caminos y Puentes (MOP-001-F 2002). Tabla Nº 15.

45

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

Esta investigación se basa en la caracterización de materiales de dos minas y diseño

de la mezcla asfáltica, y comparar sus resultados, para lo cual será necesario el muestreo

de materiales de las dos minas en análisis, caracterización de su material para mezcla,

análisis de resultados y diseño de la mezcla, y comparar los resultados obtenidos.

3.1.TIPO DE INVESTIGACIÓN

Cuantitativa porque mediante datos experimentales se obtendrán resultados para las

respectivas comparaciones y verificaciones que estará enfocado a los resultados para

lograr el diseño.

Investigación Cualitativa: Se determinará la calidad de los agregados para la mezcla

asfáltica

La obtención de datos de los materiales de las minas en análisis para esta investigación

se los obtendrá en Laboratorio, adicionalmente se deberá realizar mezclas de agregados

de diferente gradaciones y porcentajes en peso de cemento asfáltico, obteniendo varias

dosificaciones, para luego del análisis correspondiente obtener una mezcla que cumpla

con los requerimientos del MTOP para tráfico pesado. Información que será contrastada

con los resultados de la otra mina, para poder establecer conclusiones y recomendaciones.

46

3.2.DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Con relación a los datos de los materiales de la Mina de Pintag se tomó las muestras

de agregados, las mismas que se llevaron a Laboratorio donde luego de realizar el

cuarteado respectivo y análisis granulométrico, se realizó los ensayos necesarios para

caracterizar los materiales, los resultados de Laboratorio fueron analizados y se procedió

con el diseño correspondiente.

En cuanto a los materiales de la Mina de Guayllabamba se realizará la toma de

muestras para luego de los cuarteos respectivos proceder a analizar granulometrías y

abrasión cotejando con las especificaciones para una vez que cumpla estos parámetros

establecidos por el MTOP, continuar con los ensayos de laboratorio apegados a las

normas respectivas.

Con la información analizada de las Minas de Pintag y Guayllabamba se procederá a

realizar el análisis de validación y comparación con gráficas de barras.

3.3. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN

Método Experimental: Se obtendrán datos que serán cuantificados y contrarrestados

con las especificaciones técnicas.

Método Deductivo-Inductivo: Se harán verificaciones y/o comparaciones de los

materiales y se interpretarán los datos de los ensayos de laboratorio, para establecer su

comportamiento en la mezcla asfáltica.

Se compararán los resultados de los diseños de la mina de Pintag y de Guayllabamba

para determinar sus características.

47

3.4.DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación se centrará en el estudio de los agregados para mezcla asfáltica

obtenidos en la mina Guayllabamba TEA del Ing. Juan Díaz, en cuanto a los de la mina

de Pintag corresponden a la mina A Pich Antisanilla- Pintag, las dos minas ubicadas en

las parroquias del mismo nombre respectivamente, provincia de Pichincha.

3.5. POBLACIÓN

La investigación se centrará a una mina del sector de Guayllabamba y una mina del

sector de Pintag, en la provincia de Pichincha Catón Quito.

3.6.MUESTRA ESTADÍSTICA

Se realizará análisis de los materiales seleccionados de la mina de Guayllabamba,

concretamente en los agregados para mezcla asfáltica, información que será analizada y

comparada con los datos de la mina de Pintag, concluir y recomendar su uso y variaciones

de propiedades de los materiales para mezcla asfáltica de estas minas.

Las briquetas preparadas para las diferentes combinaciones de mezcla asfáltica que

permitan determinar el % óptimo de asfalto, serán preparadas de acuerdo a la normativa

de laboratorio y especificaciones del MTOP.

Se elaborarán, 3 briquetas para un contenido de asfalto de 5.5 %, 6,0 %, 6.5%, 7.0

y 7,5 %. y 3 briquetas adicionales con el porcentaje óptimo de asfalto para verificar el

diseño final, tanto para la mezcla asfáltica con material de la mina de Guayllabamba como

de la mina de Pintag .

48

3.7. ENSAYOS PARA CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

3.7.1. FUENTE DE MATERIALES PARA CARACTERIZAR

La mina de Guayllabamba se encuentra ubicada al margen de la carretera

Panamericana Norte, la misma que se encuentra aproximadamente a 15 Km de la ciudad

de Quito, margen izquierdo del río Guayllabamba, es factible su acceso a través de un

camino de tierra y lastre. El material corresponde a gravas aluviales, de tamaño mediano

con poca cantidad de finos.

En el sector existe equipo pesado para explotación, cribado (tamizado), planta de

trituración y planta asfáltica, el volumen es renovable; el sitio es extensamente explotado

al ser renovable, sin embargo ya durante la utilización del material deberá revisarse

constantemente las propiedades de los materiales para mantener la calidad de los mismos

al ser un material superficial.

FOTOGRAFÍA N° 1 Planta de Trituración (izquierda) y Planta de Mezcla asfáltica (derecha)

49

FOTOGRAFÍA N° 2 Vista general de la Planta de Trituración y Planta de Mezcla asfáltica

Los agregados que produce la mina son triturados: Agregado Grueso de 1/2 pg.,

Agregado Medio 3/8 pg., polvo de piedra (arena), los que son usados para mezclas

asfálticas y hormigones.

3.7.1.2. MUESTREO

En la mina de Guayllabamba se toma muestras de material de ½, 3/8 y polvo de

piedra, material utilizado para mezcla asfáltica, se trata de material triturado proveniente

del río Guayllabamba. Para el muestreo se siguió la Norma INEN 695 para Muestreo de

Aridos, desde las pilas de almacenamiento, para lo cual se divide en tres parte la pila y se

toma de cada tercio, desde abajo hacia arriba cavando un poco para evitar el material

segregado y que esté contaminado. De cada material tanto de la parte alta de cada

montículo, del centro y de la parte baja se tomó las muestras para tener representatividad

del material.

FOTOGRAFÍA N° 3 Toma de muestras de agregados

50

FOTOGRAFÍA N° 4 Muestras: Polvo de Piedra, Agregado Intermedio y Agregado

Grueso

Las muestras fueron identificadas y llevadas al Laboratorio para su análisis y

caracterización. Para el efecto se procede a secar al aire libre las muestras para iniciar con

el cuarteo del material y poder realizar las granulometrías y Ensayos requeridos en las

Especificaciones.

A continuación se resumirá los ensayos realizados con su respectiva norma para

ejecutarlo, resumen de su proceso y análisis de resultados obtenidos.

3.7.1.3. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO EN LOS ÁRIDOS FINO Y GRUESO

Norma: NTE-INEN 696

El alcance de este ensayo es determinar la distribución granulométrica de los

agregados en nuestro caso el de la Mina de Guayllabamba, tanto para agregados finos

como para agregados gruesos a través del tamizado. En base a los resultados de

granulometría de cada tipo de agregados nos será factible hacer las combinaciones que

sean del caso para poder tener el material de conformidad con las Especificaciones del

51

MTOP, que permitan hacer una combinación con el cemento asfáltico para tener la mezcla

asfáltica.

Se realiza el cuarteo del material de ½ pg. 3/8 pg. y polvo de piedra y se obtienen

muestras representativas de 8000 gr material grueso y 2500 gr para el polvo de piedra.

La granulometría puede hacerse en seco o en húmedo, (norma INEN 0696 2011),

se escoge granulometría en seco, para lo cual se procede a secarle en el horno a 110 C por

un lapso de 16-18 horas.

Una vez transcurrido el tiempo de secado de los agregados (fino y grueso) se

procede a pesarlos para realizar el ensayo granulométrico, para lo cual se usan los tamices

que se consideran en la tabla 405-5.1 de las Especificaciones del MTOP MOP-001-F-

2002 Tomo II o el de las NEVI conforme se señala en la siguiente tabla:

TABLA N° 16 Granulometrías para mezclas asfálticas


52

Es importante señalar que todo lo menor al tamiz 200 (0.075mm) corresponde a

material fino, lo que está sobre el tamiz 4 (4.75mm) son materiales gruesos.

En el caso del material grueso una vez que se pesa el material se procede a

tamizarlo en la serie de tamices indicada y se elabora las curvas granulométricas.

Para el material fino, se hace con el procedimiento de tamizado en húmedo, esto

consiste en primeramente pesar el material a usarse en la granulometría, se lo lava a fin

de eliminar los finos con ayuda del lavado (se elimina el material que pasa el Nº 200),

para luego de que no haya ya material fino nuevamente secarlo en el horno a 110 °C por

un lapso de 16-18 horas.

A través de este proceso conoceremos el % de material fino únicamente por

diferencia de pesos, para luego iniciar con el proceso de tamizado y poder tener los pesos

retenidos para completar la curva granulométrica.

Para el caso de la presente investigación al ser de caracterización de materiales,

se procede a tomar cantidades mayores a las especificadas en la norma, para aprovechar

la granulometría y poder tener material para el Ensayo de Abrasión INEN 860 y

determinación de la solidez de los áridos mediante el uso de Sulfato de Sodio o de Sulfato

de Magnesio INEN 863

A continuación se presentan los resultados producto del análisis granulométrico

realizado a las muestras de la mina Guayllabamba:

53

TABLA N° 17 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 1

GRÁFICA N° 2 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 1

54

TABLA N° 18 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 2

GRÁFICA N° 3 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 2

55

TABLA N° 19 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 1

GRÁFICA N° 4 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 1

56

TABLA N° 20 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 2

GRÁFICA N° 5 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 2

57

TABLA N° 21 Análisis Granulométrico Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 1

GRÁFICA N° 6 Curva Granulométrica Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 1

58

TABLA N° 22 Análisis Granulométrico Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 2

GRÁFICA N° 7 Curva Granulométrica Agregado arena (polvo de piedra) Muestra 2

59

En este punto de los Ensayos es importante definir una granulometría que permita

obtener una mezcla de los agregados: Grueso, Intermedio y Arena tal que permita cumplir

con una de las siguientes especificaciones del MTOP:

TABLA N° 23 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica


En el caso de la presente investigación, el agregado grueso tiene un tamaño nominal

máximo de 1/2”.

Para proceder con la obtención de la granulometría para la mezcla, se trabajó con las

granulometrías obtenidas del muestreo en la mina (2 de agregado grueso, 2 de agregado

fino y 2 de arena triturada) para luego obtener los porcentajes de cada muestra y así

60

obtener el agregado para la utilización en la mezcla asfáltica que cumpla con la

Especificación del MTOP.

TABLA N° 24 Promedios de Granulometría de agregados para mezcla asfáltica

TABLA N° 25 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica

61

GRÁFICA N° 8 Curva Granulométrica Agregados de la mezcla de agregados para

mezcla asfáltica

3.7.4. ÁRIDOS DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA DEGRADACIÓN DEL

ÁRIDO GRUESO DE PARTÍCULAS MENORES A 37.5 MM MEDIANTE EL USO

DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (ABRASIÓN)

Norma: NTE-INEN 860

Este Ensayo permite medir la pérdida de la masa o desgaste del agregado por

medio de la Máquina de Los Ángeles e indica la calidad de los agregados. Mientras más

bajo sea este porcentaje el agregado será de mejor calidad. Para el efecto se somete a 5000

gr. de muestra y dependiendo de la gradación se coloca las cargas abrasivas:

62

TABLA N° 26 Gradación de las Muestras de ensayo de Abrasión

Fuente: Norma NTE INEN 860: 2011

TABLA N° 27 Especificaciones para la carga para Ensayo de Abrasión

Fuente: Norma NTE INEN 860: 2011

El valor del desgaste a la abrasión será la diferencia entre la masa inicial y la final

respecto a la inicial. Cabe señalar que es importante luego de la abrasión lavar el material

y secarlo, antes de proceder a tomar su masa final.

A continuación se presentan los resultados abrasión realizada a las muestras de la

mina Guayllabamba:

63

TABLA N° 28 Resultados Ensayo de Abrasión

Las Especificaciones del MTOP especifican que el desgaste en el Ensayo de

Abrasión en la Máquina de los Ángeles no debe ser mayor al 40%, acorde a lo establecido

en la Norma INEN 860, del Ensayo ejecutado en la muestra que cumple con la

granulometría de la mezcla se llegó a un 28%.

3.7.5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE TERRONES DE ARCILLA Y

PARTÍCULAS DESMENUZABLES - DELETÉREOS

Norma: NTE-INEN 698

Con este ensayo se determina el contenido de partículas desmenuzables y terrones

de una manera aproximada, a lo que se llama deletéreos a fin de conocer la limpieza y/o

contaminación del agregado sea fino o grueso y calificarlo apto para el uso en la mezcla.

64

Para el efecto una vez preparada la muestra acorde a la cantidad requerida en la normativa

se la sumerge un período de 24 horas en agua destilada, luego de lo cual habrá que

desmenuzar con los dedos las partículas de agregado sumergido y tamizarlo por vía

húmeda, a través de tamices especificados en la normativa para remover los residuos de

terrones de arcillas y partículas desmenuzables, para posteriormente en base a los pesos

iniciales y finales de la muestra tamizada determinar el % de deletéreos.

Para la muestra agregado fino la norma establece una cantidad mínima de 25 gr.

de material que sea retenido por el tamiz N° 16, mientras que para el agregado grueso

deberá considerarse una muestra no inferior a la siguiente:

TABLA N° 29 Masa requerida para Ensayo de Terrones de Arcilla y Partículas

Desmenuzables – Deletéreos

Fuente: Norma NTE INEN 698

Luego del proceso de 24horas para tamizar la muestra por vía húmeda, la norma

específica el uso de los siguientes tamices:

TABLA N° 30 Tamices para Ensayo de Terrones de Arcilla y Partículas

Desmenuzables – Deletéreos


65

Durante la ejecución del Ensayo arroja los siguientes datos:

TABLA N° 31 Resultados de % Terrones de Arcilla y Partículas Desmenuzables –

Deletéreos

La especificación del MTOP establece que el porcentaje máximo de deletéreos en los

agregados deberá ser máximo del 1% en peso, analizados los resultados tenemos valores

que son inferiores por lo que cumplen con la especificación.

66

3.7.6. DETERMINACIÓN DE LA SOLIDEZ DE LOS ÁRIDOS MEDIANTE EL

USO DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO (DURABILIDAD)

Norma: NTE-INEN 863

Este procedimiento de ensayo es usado para estimar por medio de soluciones el

desempeño de los mismos a la acción de la intemperie, para el efecto se somete a una

muestra en fracciones granulométricas a un proceso de inmersión de 16 a 18 horas,

cubiertos para evitar evaporación y contaminación, permitir que drene el agua de la

muestra por 15 min, secarla en el horno por 4 horas, este proceso se repite por 5 ciclos

con sulfato de sodio y/o magnesio. Luego del último ciclo, para considerar que el material

está libre de sulfato de sodio o de magnesio, se usa cloruro de bario lavando la muestra

cuantas veces sea necesario hasta que al colocar un poco de cloruro de bario en la muestra

con agua, este no reaccione con el agua (no reaccionara cuando al colocar el cloruro de

bario no cambie el color a lechoso) para luego realizar el secado final y determinar por

relación de pesos el porcentaje de desgaste.

Para el efecto las muestras de deberán cumplir con lo establecido en la

especificación del MTOP que indica que el agregado no debe experimentar

desintegración ni pérdida total mayor al 12 %.

Las muestras a ser analizadas dependen de la granulometría de nuestro agregado

y las fracciones a considerarse serán para el árido fino de 100 gr. siempre y cuando tengan

un retenido parcial de al menos 5 %, mientras que para el árido grueso su composición

será de acuerdo a la siguiente composición:

67

TABLA N° 32 Fracciones de muestra para árido grueso según su composición


El Ensayo se realizó tanto con sulfato de sodio como con sulfato de magnesio

teniendo los siguientes resultados:

68


Sodio

69


Magnesio

Se realizó una evaluación cualitativa para verificar si las muestras tuvieron alguna

degradación significativa sin que se pueda apreciar ninguna, en cuanto a la evaluación

70

cuantitativa como se puede observar en los análisis antes indicados el porcentaje de

desgaste esta entre 3,77% y 3,56 %, valor inferior al permitido por las especificaciones,

por lo que el material cumple con las mismas.

3.7.7. PLASTICIDAD

Norma: NTE INEN 691; NTE INEN 692

La plasticidad es una propiedad de los suelos a cambiar su consistencia en función

de la humedad, para el efecto que nos interesa el Índice de Plasticidad se obtiene por

medio de la diferencia del Límite Líquido y el Límite Plástico. Para obtener el Límite

Líquido se aplica la norma INEN 691, mientras que para el Límite Plástico la INEN 692.

Las especificaciones del MTOP indican que la porción de agregados que pasa el tamiz N°

40, deberá tener un Índice de Plasticidad menor a 4.

Al tratarse de un material producto de trituración es un material NP, no plástico,

cumpliendo con la especificación del MTOP.

3.7.8. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADO FINO

Norma: ASTM D 2419

En agregados gruesos y finos se desea partículas de suelos granulares y arenas,

sin embargo es no deseable arcillas, materiales plásticos y finos, por lo que el Ensayo de

Equivalente de Arena, es un método que usa un volumen de agregado fino que se coloca

en una probeta con una solución de Cloruro de Calcio, se le somete a una agitación de 90

ciclos de movimiento (agitación) en 30 segundos, para luego dejarle sedimentar por 20

minutos y tomar lecturas del nivel de arcilla y luego introduciendo un cilindro en la

71

probeta medir la altura de arena, para sacar la relación de la lectura de arena para la lectura

de arcilla y establecer el equivalente de arena.

La muestra usada es la que pasa el tamiz N° 4 (4.75 mm), la cantidad

corresponderá a un recipiente de 85 ml. En cuanto a la solución será 85 ml de solución

hasta completar un galón.

A continuación se presenta los resultados del ensayo ejecutado:

TABLA N° 35 Resultados de % de Equivalente de Arena

Las Especificaciones del MTOP establecen, como mínimo porcentaje

recomendados para material usado en la capa de rodadura de 45 para tráfico mediano y

50 para tráfico pesado. Cotejado con el resultado obtenido el material cumple con lo

especificado para tráfico pesado.

72

3.7.9. PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS DE AGREGADO GRUESO

Norma: ASTM D 4791

Este ensayo nos permite analizar la forma de la partícula de agregados gruesos,

para el efecto se toma una muestra representativa de agregado (100 partículas) las mismas

que previamente son pesadas, para posteriormente pasarla a través del equipo que consiste

básicamente en dos partes una base con vástagos y una placa con agujeros, las dos partes

de equipo tienen longitudes y espesores estándar, que permitirán pasar cada una de las

partículas y establecer la cantidad de agregados en tres grupos: planas, alargadas y no

planas ni alargadas.

Los resultados se muestran a continuación:

TABLA N° 36 Resultados de % de Partículas planas y alargadas agregado grueso y fino

73

La Especificaciones del MTOP establecen que el máximo porcentaje en peso de

partículas alargadas y atachadas retenidas en el tamiz N° 4 (4.75mm) cuya relación entre

dimensiones máximas y mínimas mayor que 5, no deberá ser mayor de un 10 %, de los

datos obtenidos los agregados son adecuados para la mezcla.

3.7.10. PARTÍCULAS FRACTURADAS EN AGREGADO GRUESO

Norma: ASTM D 5821

El procedimiento permite establecer el porcentaje en peso o por conteo, de una

muestra de agregado grueso, con una o más caras fracturadas, para ejecutar el ensayo se

toma una cantidad de muestra especificada en la norma para luego proceder a extender la

misma en una superficie y separar las partículas fracturadas y las no fracturadas,

considerando como cara fracturada a aquella partícula que presente el 25% o más del área

de su superficie con una fractura siempre que esta sea producida por medios mecánicos

es decir producto de trituración en si del material en análisis para luego por relación de

pesos entre las porciones inicial de la muestra y porción con caras fracturadas y

granulometría calcular el % de caras fracturadas de la muestra.

74

TABLA N° 37 Resultados de % de caras fracturadas agregado grueso y fino

El requisito de las Especificaciones del MTOP es que los agregados gruesos, es

decir los retenidos en el tamiz N° 4 (4.75 mm) deberán tener una angularidad, esto con la

finalidad de que cuando se prepare la mezcla exista una adherencia entre las caras del

mismo y el cemento asfáltico, indicándose que el 85% deberá tener por lo menos una cara

fracturada y dos caras fracturadas al menos el 80% del agregado grueso, los valores

obtenidos cumplen con la especificación.

3.7.10. ANGULARIDAD DE LOS AGREGADOS FINOS

Norma: ASTM C 1252

Este ensayo se lo realiza a los agregados finos pasantes del Tamiz N° 200,

básicamente consiste en hacer pasar una muestra a través de un embudo estándar para

75

llenar un cilindro de 100 ml previamente calibrado, el material fluye desde el embudo

hacia el cilindro con una altura de caída de 115 mm por encima de la parte superior del

cilindro. El objeto de este ensayo es calcular el contenido de vacíos del agregado fino no

compactado. Este contenido de vacíos ofrece una medida de la angularidad, textura,

esfericidad, y se calcula con la ecuación:

% a = ( V – W agregado / Gsb) * 100

V

Donde:

V = Volumen del cilindro (ml)

W= Peso neto del agregado (gr)

Gsb = Densidad relativa seca Bulk (gravedad específica) del agregado fino (gr/ml)

% a = Vacíos sin compactar en el material % (Angularidad)

Este porcentaje deberá ser mínimo de 45%, no fue posible su ejecución esto debido a que

no se dispone del equipo en el Laboratorio, sin embargo al ser material triturado cumple

con la angularidad.

3.7.11. ÁRIDOS, DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y

ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO Y FINO

Si bien en la normativa del MTOP, no se encuentra especificado un nivel de

cumplimiento de Gravedad Específica las normas si señalan la necesidad de que se

determine el peso específico de los agregados de acuerdo a la norma INEN. Es importante

recalcar que los valores obtenidos nos servirán para el diseño de mezclas asfálticas, ya

que esta gravedad específica nos permite también calcular la relación de vacíos.

76


ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO

Norma: NTE INEN 857

El método de ensayo consiste en una vez determinada la cantidad de material

suficiente para ejecutar el ensayo, este es saturado en agua por 24 horas para

posteriormente secar su superficie y determinar su masa con superficie saturado seca

(SSS), posteriormente se determina su masa saturada por inmersión en agua a 23 °C para

determinar su peso aparente, para finalmente secarlo al horno hasta conseguir masa

constante entre 1 y 3 horas, para determinar su masa seca. Con estas tres masas se

determina la densidad, densidad relativa (gravedad específica) y la absorción.

En las tablas que se presentan a continuación se muestran los resultados para el

agregado grueso e intermedio:

TABLA N° 38 Gravedad Específica y % de absorción de agregado grueso

77

TABLA N° 39 Gravedad Específica y % de absorción de agregado intermedio


ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO

Norma: NTE INEN 856

La determinación de la gravedad específica y absorción del agregado Fino se

determina con el uso del picnómetro, para esto inicialmente se toma una muestra de 500

gr. La que luego de sumergida por 24 horas, se la lleva a condición de superficie saturada

seca (SSS), para esto se le coloca en un recipiente lo suficientemente holgado para secarla

con movimientos con una espátula a fin de que se oree y luego comprobar que se

encuentra en SSS cuando ésta se le pone en un cono estandarizado y se le da 25 golpes

con un apisonador estandarizado y una altura de caída de 5 mm, se desmorona ligeramente

78

totalmente al retirar el mismo, es cuando se toma 500 gr. y luego se procede con el método

gravimétrico con el uso de un picnómetro previamente calibrado, se tomará el peso del

picnómetro más agua hasta la marca de calibración, en esta parte es importante tomar la

temperatura para conocer el peso calibrado, luego se determina el peso del picnómetro

más agua más muestra hasta el punto de calibración.

Por último se somete a la muestra al secado al horno hasta peso constante y se

determina el peso seco.

Con estos tres pesos se determina la densidad, densidad relativa (gravedad

específica) y la absorción, en las tablas que se presentan a continuación se muestran los

resultados para el agregado fino:

79

TABLA N° 40 Gravedad Específica y % de absorción de agregado fino

80

3.7.12. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA (PESO VOLUMÉTRICO)

Norma: NTE INEN 858

Se determinó el peso volumétrico por paladas y por varillado para esto se debe

calibrar previamente el molde conociendo la temperatura del agua, para proceder con la

toma de una muestra representativa, la misma que deberá ser entre 125 % y 200 % del

volumen del molde, para proceder a llenar el molde en tres capas con 25 golpes de la

varilla de compactación distribuidos en toda la superficie, para luego de enrasarlo

proceder a tomar el peso del molde con material y calcular la masa unitaria.

El proceso de determinación por paladas, consiste en llenar el molde previamente

calibrado con la ayuda de una pala o cucharón hasta 50 mm sobre la parte superior del

molde para luego enrasa y calcular la masa unitaria.

La masa unitaria es requerida para la dosificación en volumen de las mezclas y

para aceptación de volúmenes en obra

81

TABLA N° 41 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado fino

82

TABLA N° 42 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado intermedio

83

TABLA N° 43 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de arena (polvo de piedra)

84

3.7.13. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA

DE GUAYLLABAMBA PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN

CALIENTE.

3/4 (Agregado

grueso)

1/2" (Agregado

Intermedio)

Arena (polvo de

piedra)

1 GRANULOMETRIA X INEN 696 CURVA GRANULOMETRICA



4 ABRASION INEN 860 28% Máximo 40 % Cumple

5

TERRONES Y PARTICULAS

DESMENUZABLES -

DELETEREOS X INEN 698 0.125% Máximo 10 % Cumple

6


DESMENUZABLES -


7


DESMENUZABLES -


8

SOLIDEZ DE LOS ARIDOS

MEDIANTE EL USO

DESULFATO DE SODIO X X X INEN 863 3.56% Máximo 12 % Cumple

9


MEDIANTE EL USO DE

SULFATO DE MAGNESIO X INEN 863 3.77% Máximo 15 % Cumple

10 PLASTICIDAD INEN 692 NP Máximo 4 % Cumple

11 EQUIVALENTE DE ARENA X ASTM 2419 69 Mínimo 50 % Cumple

12PARTICULAS PLANAS Y

ALARGADAS X ASTM D 4791 5% Máximo 10 % Cumple



14PARTICULAS

FRACTURADAS X ASTM D 5821 89.24% Mínimo 80 % Cumple

15PARTICULAS

FRACTURADAS X ASTM D 5821 89% Mínimo 80 % Cumple

16 Seca al horno X INEN 857 2,49 g/cm3

17 S.S.S X INEN 857 2,54 g/cm3

18 Aparente X INEN 857 2,62 g/cm3

19 % de absorción X INEN 857 2.10%


21 S.S.S X INEN 857 2,52 g/cm3




25 S.S.S X INEN 856 2,52 g/cm3



28 Masa Unitaria suelta X INEN 858 1319,5 Kg/m3


30 Masa Unitaria suelta X INEN 858 1539 Kg/m3

31Masa Unitaria

Compactada XINEN 858

1400 Kg/m3

32Masa Unitaria


1360 kg/m3

33Masa Unitaria


1701 Kg/m3

GR

AV

ED

AD

ES

PE

CIF

ICA

Y C

AP

AC

IDA

D

DE

AB

SO

RC

ION

DE

AG

RE

GA

DO

No especifica

MA

SA

UN

ITA

RIA

PE

SO

VO

LU

ME

TR

ICO

N° ENSAYO

AGREGADO PARA MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE

NORMA RESULTADO DE ENSAYO

ESPECIFICACION MOP-

001-F-2002 VERIFICACION

ES

PE

CIF

ICA

CIO

NE

S M

TO

P

TABLA 405-5-1 MOP-

001-F-2002

CUMPLE EN LA MEZCLA

LA ESPECIFICACION DE

1/2"

AGREGADOS PARA MEZCLA ASFALTICA

TABLA N° 44 Resultados Caracterización materiales de Guayllabamba

85

3.7.14. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA

DE PINTAG PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE.

En el Laboratorio de Pavimentos, se realizó los ensayos para caracterizar los

agregados de la mina de Pintag, para lo cual se siguió el mismo proceso realizado a los

agregados de la mina de Guayllabamba obteniendo los siguientes resultados de

caracterización:

3.7.14.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO EN LOS ÁRIDOS FINO Y GRUESO

TABLA N° 45 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 1 Pintag

Proyecto Yacimiento Mina Apich AntisanillaSector Kilómetro 35 Via La Mica

Muestra Nº Ensayado por Ing. Paul León

Material Supervisado Laboratorio de Pavimentos

Norma Fecha 17/4/2018

Peso retenido

parcialPeso acumulado % %

plg mm g gr. Retenido Que Pasa

1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 37 37 1 99

1/2 12,500 2751 2788 38 62

3/8 9,500 2288 5076 70 30

Nº 4 4,750 1945 7021 97 3,3

Pasa tamiz Nº4 242,2 242,2 3,3

8 2,360 111,83 111,83 1,54 1,80

10 2,000 2,03 113,86 1,57 1,77

16 1,180 5,14 119 1,64 1,70

20 0,850 5,15 124,15 1,71 1,63

30 0,600 10,3 134,45 1,85 1,48

40 0,425 9,74 144,19 1,99 1,35

50 0,300 10,26 154,45 2,13 1,21

200 0,075 40,28 194,73 2,68 0,65

Pasa tamiz Nº 200 Pasa tamiz Nº 200 47,5 47,5 0,65

Peso Total Peso Total 7263,2

ENSAYO GRANULOMÉTRICO

Tamiz

Caracterización de Agregados de Pintag

Pintag1

3/4 plg triturado (Grueso )

NTE INEN 0696(2011)

86

GRÁFICA N° 9 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 1 Pintag

TABLA N° 46 Análisis Granulométrico Agregado Grueso Muestra 2 Pintag

10099

62

30

3,31,801,771,70

1,631,481,351,210,65

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)Tamiz Nº200





Peso retenido



1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 82 82 1 99

1/2 12,500 3625 3707 43 57

3/8 9,500 2272 5979 69 31

Nº 4 4,750 2354 8333 96 3,9

Pasa tamiz Nº4 340,0 340,0 3,9

8 2,360 170,4 170,4 1,96 1,96

10 2,000 7,43 177,83 2,05 1,87

16 1,180 13,8 191,63 2,21 1,71

20 0,850 7,8 199,43 2,30 1,62

30 0,600 12,7 212,13 2,45 1,47

40 0,425 11,8 223,93 2,58 1,34

50 0,300 11,6 235,53 2,72 1,20

200 0,075 47,35 282,88 3,26 0,66



3/4 plg triturado (Grueso )

NTE INEN 0696(2011)


Tamiz

2


Pintag

87

GRÁFICA N° 10 Curva Granulométrica Agregado Grueso Muestra 2 Pintag

TABLA N° 47 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 1 Pintag

10099

57

31

3,91,96

1,871,711,621,471,341,200,660

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)





Peso retenido



1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 0 0 0 100

1/2 12,500 0 0 0 100

3/8 9,500 13,38 13,38 0,32 99,7

Nº 4 4,750 2484 2497 61 39,4

Pasa tamiz Nº4 1622,0 1622,0 39,4

8 2,360 1047,4 1047,4 25,43 13,95

10 2,000 75,68 1123,08 27,26 12,11

16 1,180 150,05 1273,13 30,91 8,47

20 0,850 48,24 1321,37 32,08 7,30

30 0,600 43,37 1364,74 33,13 6,25

40 0,425 28,47 1393,21 33,82 5,55

50 0,300 22,74 1415,95 34,37 5,00

200 0,075 89,76 1505,71 36,55 2,82



3/8 plg triturado ( Intermedio )

NTE INEN 0696(2011)


Tamiz

1


Pintag

88

GRÁFICA N° 11 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 1 Pintag

TABLA N° 48 Análisis Granulométrico Agregado Intermedio Muestra 2 Pintag

10010010099,7

39,4

13,95

12,11

8,47

7,30

6,25

5,55

5,002,82

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)





Peso retenido



1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 0 0 0 100

1/2 12,500 0 0 0 100

3/8 9,500 8,19 8,19 0 100

Nº 4 4,750 2721 2729 63 36,8

Pasa tamiz Nº4 1588,0 1588,0 36,8

8 2,360 1053,1 1053,1 24,39 12,39

10 2,000 70,97 1124,07 26,04 10,75

16 1,180 133,33 1257,4 29,13 7,66

20 0,850 42,31 1299,71 30,11 6,68

30 0,600 38,89 1338,6 31,01 5,78

40 0,425 24,72 1363,32 31,58 5,20

50 0,300 28,96 1392,28 32,25 4,53

200 0,075 94,56 1486,84 34,44 2,34



3/8 plg triturado (Intermedio )

NTE INEN 0696(2011)


Tamiz

1


Pintag

89

GRÁFICA N° 12 Curva Granulométrica Agregado Intermedio Muestra 2 Pintag


Pintag

100100100100

36,8

12,39

10,75

7,66

6,68

5,78

5,20

4,532,34

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)





Peso retenido



1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 0 0 0 100

1/2 12,500 0 0 0 100

3/8 9,500 0 0 0 100

Nº 4 4,750 47 47 5 95,5

Pasa tamiz Nº4 952,8 1000,0 95,5

8 2,360 152,1 152,1 15,24 80,25

10 2,000 51,12 203,22 20,37 75,13

16 1,180 156,71 359,93 36,07 59,42

20 0,850 79,62 439,55 44,05 51,44

30 0,600 92,27 531,82 53,30 42,20

40 0,425 66,26 598,08 59,94 35,56

50 0,300 63,143 661,223 66,27 29,23

100 0,150 104,98 766,203 76,79 18,71

200 0,075 62,8 829,003 83,09 12,41



1


Pintag

Arena Cribada

NTE INEN 0696(2011)


Tamiz

90


Pintag


Pintag

10010010010095,5

80,25

75,13

59,42

51,44

42,2035,56

29,23

18,7112,41

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)





Peso retenido



1 25,400 0 0 0 100

3/4 19,000 0 0 0 100

1/2 12,500 0 0 0 100

3/8 9,500 0 0 0 100

Nº 4 4,750 45 45 4 95,5

Pasa tamiz Nº4 955,2 955,2 95,5

8 2,360 158,52 158,52 15,85 79,66

10 2,000 55 213,52 21,35 74,16

16 1,180 150,77 364,29 36,43 59,09

20 0,850 76,723 441,013 44,10 51,41

30 0,600 87,855 528,868 52,89 42,63

40 0,425 61,6 590,468 59,05 36,47

50 0,300 68,66 659,128 65,91 29,60

100 0,150 105,89 765,018 76,50 19,01

200 0,075 62,125 827,143 82,71 12,80



Arena Cribada

NTE INEN 0696(2011)


Tamiz

2


Pintag

91


Pintag

En este punto de los Ensayos es importante definir una granulometría que permita obtener

una mezcla de los agregados: Grueso, Intermedio y Arena tal que permita cumplir con

una de las siguientes especificaciones del MTOP:

10010010010095,5

79,66

74,16

59,09

51,41

42,63

36,47

29,60

19,01

12,80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

ASA

Tamiz (mm)

92

TABLA N° 51 Especificación granulométrica para mezcla asfáltica


En el caso de la presente investigación, el agregado grueso tiene un tamaño nominal

máximo de 1/2”.

Para proceder con la obtención de la granulometría para la mezcla, se trabajó con las

granulometrías obtenidas del muestreo en la mina (2 de agregado grueso, 2 de agregado

fino y 2 de arena cribada) para luego obtener los porcentajes de cada muestra y así obtener

el agregado para la utilización en la mezcla asfáltica que cumpla con la Especificación

del MTOP.

93

TABLA N° 52 Promedios de Granulometría de agregados para mezcla asfáltica - Pintag

TABLA N° 53 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica Pintag

Agregados 3/4" 1/2" 3/8" 4 8 50 200

Agregados gruesos M 1 99 62 30 3 2 1 1

Agregados gruesos M 2 99 57 31 4 2 1 1

Promedio 99 59 31 4 2 1 1

Agregados intermedio M 1 100 100 100 39 14 5 3

Agregados intermedio M 2 100 100 100 37 12 5 2

Promedio 100 100 100 38 13 5 3

Agregado de arena cribada M 1 100 100 100 95 80 36 15

Agregado de arena cribada M 2 100 100 100 98 85 42 15

Promedio 100 100 100 97 83 39 15

PROMEDIOS DE GRANULOMETRIAS DE AGREGADOS PARA MEZCLA ASFALTICA EN PLANTA

GRADUACION DEL MATERIAL - PORCENTAJE QUE PASA

Agregados 3/4" 1/2" 4 8 50 200

Triturado 3/4 plg 99 59 4 2 1,2 0,7

Triturado de 3/8'' 100 100 38 13 4,8 2,6

Arena Cribada 100 100 95 80 29 12,6

Agregados% usado en

Planta3/4" 1/2" 4 8 50 200

Triturado 3/4" 20 20 12 1 0 0 0,1

Triturado de 3/8'' 40 40 40 15 5 2 1,0

Polvo de piedra 40 40 40 38 32 12 5,0

Mezcla requerida % 100 100 92 54 38 14 6

100 100 74 58 21 10

Total aberturas de tolvas = 22,50 '' 100 90 44 28 5 2

GRANULOMETRIAS DE AGREGADOS PARA MEZCLA ASFALTICA EN PLANTA

GRADUACION DEL MATERIAL - PORCENTAJE QUE PASA

GRADUACION COMBINADA PARA MEZCLAS - PORCENTAJE QUE PASA

ESPECIFICACION MOP 404-5.1 ( C )

94

GRÁFICA N° 15 Curva Granulométrica Agregados para la mezcla asfáltica Pintag

3.7.14.2. ÁRIDOS DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA DEGRADACIÓN

DEL ÁRIDO GRUESO DE PARTÍCULAS MENORES A 37.5 MM MEDIANTE EL

USO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (ABRASIÓN)

TABLA N° 54 Resultados Abrasión Pintag

ABRASION 1

5000

3733

1267

B

25

Proyecto Caracterización Agregados Mina Pintag Yacimiento Mina Apich-Antisanilla

Sector Pintag Kilómetro 35 vía a la Mica

Muestra Nº 1 Ensayado por Ing. Paul León

ABRASIÓN

Peso antes del ensayo P1 (g)

Peso seco después del ensayo retenido Tamiz Nº12 P2 (g)

Agregados Pasa tamiz 3/4 retiene 1/2 ; Pasa tamiz 1/2 retiene 3/8 Supervisado Laboratorio de Pavimentos

Norma NTE INEN 0860-2011 y ASTM C 131 Fecha 19 de abril 2018

Peso pasante del tamiz Nº12 P1-P2 (g)

Graduación (METODO)

95

3.7.14.3. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE TERRONES DE ARCILLA

Y PARTÍCULAS DESMENUZABLES - DELETÉREOS

TABLA N° 55 Resultados % Terrones de Arcilla y Partículas Desmenuzables –

Deletéreos Pintag

NTE INEN

0698

(2010)

Arena Cribada

Peso inicial [M]Peso retenido

[R]

g g

Retiene No.16

(1,18 mm)25

No.20

(0,85 mm)24,5

Agredo Grueso de retenido 3/8 y Nº 4

Peso inicial [M]

TAMIZADO

HÚMEDO Peso retenido

[R]

g g

No. 8

(2,36 mm)

No. 4

(4,75 mm)

2000No. 4

(4,75 mm)1994

1000No. 4

(4,75 mm)974

35 vía a la Mica

Ing. Paul León

Laboratorio de PavimentosSupervisado

Mina Apich-Antisanilla

Uso Mezcla asfáltica Fecha

Proyecto Caracterización de agregados de Pintag Yacimiento

Sector Pintag Kilómetro

Muestra Nº Agregado grueso Ensayado por

Profundidad

TAMIZADO

HÚMEDO

AGREGADO GRUESO

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA

TAMIZ

REFERENCIAL

AGREGADO FINO

0,3

2,6

TAMIZ REFERENCIAL

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE TERRONES DE ARCILLA Y

PARTÍCULAS DESMENUZABLES

Porcentaje de Terrones

de arcilla y partículas

desmenuzables [P]

P = ((M-R)/M)x 100

2

Pasa 1 ½ ” y retiene ¾

” (37,5

mm a 19,0 mm)

Pasa ¾ ” y retiene 3/8”

(19,0mm a 9,5 mm)

Pasa 3/8” y retiene No.

4 (9,5mm a

4,75 mm)

Retiene 1 ½” (37,5

mm)

Porcentaje de Terrones

de arcilla y partículas

desmenuzables [P]

P = ((M-R)/M)x 100

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA

96

3.7.14.4. DETERMINACIÓN DE LA SOLIDEZ DE LOS ÁRIDOS MEDIANTE

EL USO DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO (DURABILIDAD)

TABLA N° 56 Resultados % de Pérdidas de las muestras sometidas a Sulfato de Sodio

Pintag

a).- Durante las cinco inmersiones y al final del ensayo se ha observado que la piedra ha perdido por:

b).- Pérdida de partículas por efecto de la solución de sulfato de:

Tamaño Número de partículas

Pasa tamiz Retiene tamiz Antes del ensayo Después ensayo

2 1/2 plg 1 1/2 plg

1 1/2 plg 3/4 plg

% g g g % %

100 mm(4 plg) 90 mm (3 1/2 plg)

90 mm (3 1/2 plg) 75 mm(3 plg)

75 mm(3 plg) 63 mm 2 1/2 plg)

63 mm 2 1/2 plg) 50 mm ( 2 plg)

50 mm ( 2 plg) 37,5 mm (1 1/2)

37,5 mm (1 1/2) 25 mm (1 plg)

25 mm (1 plg) 19 mm (3/4 plg) 0,53 0,91 0,36

19 mm (3/4 plg) 12,5 mm (1/2 plg) 39,18 670 663,9 6,1 0,91 0,36

12,5 mm (1/2 plg) 9,5 mm (3/8 plg) 32,59 1000 992,25 7,75 0,78 0,25

9,5 mm (3/8 plg) No. 4 (4,75 mm) 27,70 300 294,58 5,42 1,81 0,50

100,00 1,47

3/8 " (9,5 mm) No. 4 (4,75 mm) 4,72 100 97,73 2,27 2,27 0,36

No. 4 (4,75 mm)No.8 (2,36 mm) 15,96 100 97,73 2,27 2,27 0,36

No.8 (2,36 mm)No.16 (1,18 mm) 16,45 100 89,96 10,04 10,04 1,65

No.16 (1,18 mm)No.30 (0,6mm) 9,68 100 89,85 10,15 10,15 0,98

No.30 (0,6mm) No.50 (0,3 mm) 6,63 100 77,34 22,66 22,66 1,50

4,86

El promedio entre la granulometría gruesa y la granulometría fina tiene el valor de : 3,16 %

Pasa tamiz Retiene tamiz

CONSISTENCIA DE LA PIEDRA DE GRANULOMETRÍA GRUESA

CONSISTENCIA DE LA PIEDRA DE GRANULOMETRÍA FINA

OBSERVACIONES : En este material no existe agregado superior de 3/4 plg.

EXÁMEN CUANTITATIVO

Tamaño de las aberturas del

tamiz Granulometría de la

muestra original

Peso de la

muestra antes de

la

inmersión=reteni

do tamiz

Peso de la

muestra después

de la

inmersión=reteni

do tamiz

Peso perdido

durante la

inmersión

Porcentaje

perdido

% perdido en

correspondencia a la

granulometria original

% de pérdida

DETERMINACION DE LA SOLIDEZ MEDIANTE EL USO DE SULFATO DE SODIO Y MAGNESIO

EXAMEN CUALITATIVO

SODIO

97

TABLA N° 57 Resultados % de Pérdidas de las muestras sometidas a Sulfato de

Magnesio Pintag

Se realizó una evaluación cualitativa para verificar si las muestras tuvieron alguna

degradación significativa sin que se pueda apreciar ninguna, en cuanto a la evaluación

cuantitativa como se puede observar en los análisis antes indicados el porcentaje de

desgaste esta entre 3,16% y 1,88 %, valor inferior al permitido por las especificaciones,

por lo que el material cumple con las mismas.

a).- Durante las cinco inmersiones y al final del ensayo se ha observado que la piedra ha perdido por:

b).- Pérdida de partículas por efecto de la solución de sulfato de:

Tamaño Número de partículas

Pasa tamiz Retiene tamiz Antes del ensayo Después ensayo

2 1/2 plg 1 1/2 plg

1 1/2 plg 3/4 plg

% g g g % %

100 mm(4 plg) 90 mm (3 1/2 plg)

90 mm (3 1/2 plg) 75 mm(3 plg)

75 mm(3 plg) 63 mm 2 1/2 plg)

63 mm 2 1/2 plg) 50 mm ( 2 plg)

50 mm ( 2 plg) 37,5 mm (1 1/2)

37,5 mm (1 1/2) 25 mm (1 plg)

25 mm (1 plg) 19 mm (3/4 plg) 1,04 0,68 0,49

19 mm (3/4 plg) 12,5 mm (1/2 plg) 71,34 670 665,42 4,58 0,68 0,49

12,5 mm (1/2 plg) 9,5 mm (3/8 plg) 23,27 1000 987,18 12,82 1,28 0,30

9,5 mm (3/8 plg) No. 4 (4,75 mm) 4,35 300 295,43 4,57 1,52 0,07

100,00 1,34

3/8 " (9,5 mm) No. 4 (4,75 mm) 4,72 100 98,71 1,29 1,29 0,21

No. 4 (4,75 mm)No.8 (2,36 mm) 15,96 100 98,71 1,29 1,29 0,21

No.8 (2,36 mm)No.16 (1,18 mm) 16,45 100 95,08 4,92 4,92 0,81

No.16 (1,18 mm)No.30 (0,6mm) 8,36 100 94,15 5,85 5,85 0,49

No.30 (0,6mm) No.50 (0,3 mm) 6,63 100 89,29 10,71 10,71 0,71

47,39 2,42

El promedio entre la granulometría gruesa y la granulometría fina tiene el valor de : 1,88 %

Pasa tamiz Retiene tamiz

CONSISTENCIA DE LA PIEDRA DE GRANULOMETRÍA GRUESA

CONSISTENCIA DE LA PIEDRA DE GRANULOMETRÍA FINA

OBSERVACIONES : En este material no existe agregado superior de 3/4 plg.

EXÁMEN CUANTITATIVO

Tamaño de las aberturas del

tamiz Granulometría de la

muestra original

Peso de la

muestra antes de

la

inmersión=reteni

do tamiz

Peso de la

muestra después

de la

inmersión=reteni

do tamiz

Peso perdido

durante la

inmersión

Porcentaje

perdido

% perdido en

correspondencia a la

granulometria original

% de pérdida

DETERMINACION DE LA SOLIDEZ MEDIANTE EL USO DE SULFATO DE SODIO Y MAGNESIO

EXAMEN CUALITATIVO

MAGNESIO

98

3.7.14.5 EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADO FINO

TABLA N° 58 Resultados % de Equivalente de Arena Pintag

3.7.14.6. PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS DE AGREGADO GRUESO

TABLA N° 59 Resultados % de Partículas planas y alargadas agregado grueso y fino

Pintag

PROYECTO : Caracterización de agregados YACIMIENTO:

SECTOR: Pintag USO

MUESTRA : Arena de talud ENSAYADO POR:

FECHA : 03 de julio 2018 REVISADO POR:

PROBETA LECTURAS MEDIDAS

( plg)

MEDIDAS

(mm)

LECTURA DE ARCILLA 4,80 121,92

LECTURA DE ARENA 3,60 91,44

LECTURA DE ARCILLA 4,9 124,46

LECTURA DE ARENA 3,6 91,44

LECTURA DE ARCILLA 4,90 124,46LECTURA DE ARENA 3,80 96,52

PROMEDIO DE E.A.

Mina Apich -Antisanilla

Mezcla asfáltica

Ing. Paul León

Laboratorio de Pavimentos

76

1

2

3

75

74

78

% DE EQUIVALENTE DE ARENA

EQUIVALENTE DE ARENA (EA)=

MATERIAL A GR EGA D O GR U ESOPA R TÍ C U LA S

PLA N A S

PA R TÍ C U LA S

A LA R GA D A S

PA R TÍ C U LA S

PLA N A S y A LA R GA D A S

PA R TÍ C U LA S

N I PLA N A S , N I A LA R GA D A S

TAMIZ Abertura PESO (A) RETIENE (C) PASA PESO (E) PESO (F) PESO (G) PESO (H)

(g) ( % ) ( % ) (g) (g) (g) (g)

( plg ) ( mm )

3 76,200

2 50,800

1 1/2 38,100

1 25,400 0,0 0 100,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

3 / 4 19,050 0,0 0 100,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1 / 2 12,700 468,0 29 70,84 53,00 3,30 278,00 17,32 81,50 5,08 55,50 3,46

3 / 8 8,750 1137,0 71 0,00 252,50 15,73 262,50 16,36 139,50 8,69 482,00 30,03

Nº 04 4,760 0,00

Peso Total de la Muestra (B) 1605,00 19,03 33,68 13,77 33,49

Peso de la Muestra

de Ensayo (D) (Retenido 3/8")1605,00

RESULTADOS(Promedio Ponderado)

PARTICULAS CHATAS 19 %

PARTICULAS ALARGADAS 34 %

PARTICULAS CHATAS Y ALARGADAS 14 %

PARTICULAS NI CHATAS NI ALARGADAS 33 %

99,97

DETERMINACION DE PARTICULAS PLANAS,PARTÍCULAS ALARGADAS O PLANAS Y ALARGADAS, PARTICULAS EN AGREGADO GRUESO

ASTM D - 4791

( % ) ( % ) ( % ) ( % )

99

3.7.14.7. PARTÍCULAS FRACTURADAS EN AGREGADO GRUESO

TABLA N° 60 Resultados % de caras fracturadas agregado grueso y fino Pintag

PESO DE LA

MUESTRA

PESO MATERIAL CO N

CARAS FRACTURADAS

PESO MATERIAL SIN CARAS

FRACTURADAS

% DE PARTÍCULAS CO N

CARAS FRACTURADAS

GRADACIÓ N

O RIGINAL

PRO MEDIO

CARAS

FRACTURADAS

Pasa Retiene A (g) F (g) (N) g P= (F/A)x100 D (%) E (%)

3/4 plg 1/2 plg 500 41,6 16,2 8,3 22,7 1,9

1/2 plg 3/8 plg 200 17,2 13,4 8,6 58,5 5,0

81,2 6,9

8,52%

PESO DE LA

MUESTRA

PESO MATERIAL CO N

CARAS FRACTURADAS

PESO MATERIAL SIN CARAS

FRACTURADAS

PO RCENTAJE DE CARAS

FRACTURADAS

GRADACIÓ N

O RIGINAL

PRO MEDIO

CARAS

FRACTURADAS

Pasa Retiene A (g) B (g) (N) g P= (F/A)x100 D (%) E (%)

3/4 plg 1/2 plg 500 441,8 16,2 88,4 22,7 20,1

1/2 plg 3/8 plg 200 169,6 13,4 84,8 58,5 49,6

81,2 69,7

85,80%

Resultados SI CUMPLE NO CUMPLE

X

DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE PARTÍCULAS FRACTURADAS EN EL AGREGADO GRUESO

94,32%

NORMA ASTM D 5821

Con dos o más caras fracturadas

TAMIZ

Con una cara fracturada

Porcentaje con una cara fracturada =

TOTAL

Porcentaje con dos o más caras fracturadas =

TOTAL

TAMIZ

% DE PARTÍCULAS CON UNA O MÁS CARAS

FRACTURAS=

100


ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO

TABLA N° 61 Gravedad Específica y % de absorción de agregado grueso

TABLA N° 62 Gravedad Específica y % de absorción de agregado intermedio Pintag

1/2 plg

3/4 plg y retienen el tamiz No. 4

[B]

3000 g

[C] 1753 g T °C = 23,2

[A] 2920 g

2,34 2,34

2,41 2,40

2,50 2,50

2,74

ABSORCIÓN

ABS (%)= %

APARENTE APARENTE

DR A= D A= g/cm3

DR SSS= g/cm3

SECADO AL HORNO SECADO AL HORNO

DR SH= D SH= g/cm3

SATURADA SUPERFICIE SECA SATURADA SUPERFICIE SECA

DR SSS=

Peso de la muestra saturada superficialmente seca (SSS)

Peso aparente en agua de la muestra saturada

Peso de la muestra seca al horno (SH)

RESULTADOS

DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA) DENSIDAD

REGISTRO

DATOS INICIALES

Tamaño Nominal Máximo:

Material que pasa tamiz No.

DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA) Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO

Nº 4

3/8 plg y retienen el tamiz No. 8

[B]

2000 g

[C] 1173 g T °C = 23

[A] 1944 g

2,35 2,34

2,42 2,41

2,52 2,52

2,88

ABSORCIÓN

ABS (%)= %

APARENTE APARENTE

DR A= D A= g/cm3

SATURADA SUPERFICIE SECA SATURADA SUPERFICIE SECA

DR SSS= DR SSS= g/cm3


DR SH= D SH= g/cm3


Peso aparente en agua de la muestra saturada


RESULTADOS

DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA) DENSIDAD

REGISTRO

DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA) Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO

DATOS INICIALES

Tamaño Nominal Máximo:

Material que pasa tamiz No.

101

3.7.14.9 ÁRIDOS, DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y

ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO

TABLA N° 63 Gravedad Específica y % de absorción de agregado fino Pintag

No. 1 2 3 4 5 6

633,9 633,7 633,5 633,2 633,0 632,3

22,7 26,4 28,2 29,5 32,7 36,7

[S] 500 g

[C] 924,574 g T °C = 22,5

[B] 634,043 g

[A] 471,411 g

DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA)

2,25 2,24

2,39 2,38

2,61 2,60

6,06

APARENTE APARENTE

DR A= D A= g/cm3

ABSORCIÓN

ABS (%)= %

SATURADA SUPERFICIE SECA

DR SSS= DR SSS= g/cm3

SATURADA SUPERFICIE SECA


DR SH= D SH= g/cm3


DENSIDAD

RESULTADOS

DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECÍFICA) Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO

MEDICIONES

1Peso picnómetro+agua (g)

Temperatura (°C)

REGISTRO


Peso picnómetro +muestra +agua hasta marca de calibración

Peso picnómetro + agua (T°C ensayo) hasta marca de calibración

CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

y = -0,1132x + 636,59R² = 0,9669

632,0

632,3

632,5

632,8

633,0

633,3

633,5

633,8

634,0

634,3

634,5

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

PIC

NÓ

MET

RO

+ A

GU

A (B

)

( G )

TEMPERATURA ºC

No. 01

Series1

Lineal (Series1)

102

3.7.14.10. DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA (PESO

VOLUMÉTRICO)

TABLA N° 64 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado grueso Pintag

M (g) 2235

W (g) 5176

D (g/cm3) 0,99916 T ºC 15,4

F (1/cm3)0,000340

V (cm3)2943,48

T (g) 1928

G (g) 5428

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,1891

M (g/cm3) 1,1891

T (g) 1928

G (g) 5741

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,295

M (g/cm3) 1,295

Volumen de la muestra obtenido de la calibración

Factor del molde

ESTADO SUELTO POR PALADAS

Peso del molde

Peso de agua + molde + placa de vidrio

Densidad del agua para la temperatura del ensayo

Factor de molde

Volumen del molde

MASA UNITARIA (PESO VOLUMÉTRICO) Y PORCENTAJE DE VACÍOSCALIBRACIÓN DEL MOLDE

Peso de la muestra + molde


Factor del molde

Masa Unitaria

Masa Unitaria con Factor

Masa Unitaria


COMPACTADO POR VARILLADAS

Peso del molde


Peso del molde vacío + placa de vidrio

103

TABLA N° 65 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de agregado intermedio Pintag

M (g) 2235

W (g) 5176

D (g/cm3) 0,99916 T ºC 15,4

F (1/cm3)0,000340

V (cm3)2943,48

T (g) 1966

G (g) 5506

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,2027

M (g/cm3) 1,2027

T (g) 1966

G (g) 5681

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,262

M (g/cm3) 1,262

Masa Unitaria


Factor del molde


Peso del molde



Factor del molde

Masa Unitaria



Peso del molde







Factor de molde

Volumen del molde

104

TABLA N° 66 Masa Unitaria (Peso Volumétrico) de arena cribada Pintag

M (g) 2235

W (g) 5176

D (g/cm3) 0,99916 T ºC 15,4

F (1/cm3)0,000340

V (cm3)2943,48

T (g) 1932

G (g) 6122

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,4235

M (g/cm3) 1,4235

T (g) 1932

G (g) 6579

V (cm3) 2943,48

F (1/cm3) 0,000340

M (g/cm3) 1,579

M (g/cm3) 1,579

Masa Unitaria


Factor del molde


Peso del molde



Factor del molde

Masa Unitaria



Peso del molde







Factor de molde

Volumen del molde

105

3.7.14.11. RESUMEN DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE LA MINA

DE PINTAG PARA USO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE.

3/4 (Agregado

grueso)

1/2" (Agregado

Intermedio)

Arena (polvo de

piedra)





5


DESMENUZABLES -


6


DESMENUZABLES -


7


DESMENUZABLES -


8


MEDIANTE EL USO


9


MEDIANTE EL USO DE



11EQUIVALENTE DE ARENA X ASTM 2419 76 Mínimo 50 % Cumple


ALARGADAS X ASTM D 4791 5 Máximo 10 % Cumple



14PARTICULAS

FRACTURADAS X ASTM D 5821 87.67 Mínimo 80 % Cumple

15PARTICULAS



17 S.S.S X INEN 858 2,40 g/cm3


19 % de absorción X INEN 858 2,74 g/cm3


21 S.S.S X INEN 858 2,41 g/cm3




25 S.S.S X INEN 856 2,38 g/cm3


27 % de absorción X INEN 856 6,06g/cm3


29 Masa Unitaria suelta X INEN 858 1202,7Kg/m3


31Masa Unitaria


1295 Kg/m3

32Masa Unitaria


1262 kg/m3

33Masa Unitaria


1579 Kg/m3

GR

AV

ED

AD

ES

PE

CIF

ICA

Y C

AP

AC

IDA

D

DE

AB

SO

RC

ION

DE

AG

RE

GA

DO

No especifica

MA

SA

UN

ITA

RIA

PE

SO

VO

LU

ME

TR

ICO

N° ENSAYO NORMA RESULTADO DE ENSAYO

ESPECIFICACION MOP-


ES

PE

CIF

ICA

CIO

NE

S M

TO

P

TABLA 405-5-1 MOP-

001-F-2002

CUMPLE EN LA MEZCLA


1/2"


TABLA N° 67 Resultados Caracterización materiales de Pintag

106

3.8. CEMENTO ASFÁLTICO AC-20

El Cemento asfáltico que se utilizará en la presente investigación, será utilizado

para las dos mezclas en caliente (Guayllabamba y Pintag), y es el producido por la

Empresa Pública Petroecuador en la Refinería de Esmeraldas y corresponde al AC-20,

cuyas especificaciones corresponden a la norma INEN 2515 Enmienda 1 Tabla 7 y que

son tomadas por el MTOP, las mismas que fueron analizadas en el Capítulo II.

El Laboratorio de Pavimentos cuenta con la caracterización del material asfáltico

a ser utilizado cuyas características se resumen en el siguiente cuadro:

REQUISITO UNIDAD NORMA MIN. MAX. RESULTADO VERIFICACION

VISCOSIDAD ABSOLUTA (60 C) Pa.s INEN 810 160 240 206,8 Cumple

VISCOSIDAD CINEMATICA (135 C) mm2/s ASTM D2170 300 --- 410,13 Cumple

PENETRACION (25 C, 100 g, 5 sg) 1/10 mm INEN 917 60 --- 65 Cumple

PUNTO DE ABLANDAMIENTO C ASTM D36 48 --- 49 Cumple

INDICE DE PENTRACION DEL ASFALTO ASTM D5 -1,5 1 -0,84 Cumple

PUNTO DE INFLAMACION COPA ABIERTA DE CLEVELAND C INEN 808 232 --- 288 Cumple

DUCTILIDAD (25 C, 5cm/min) cm INEN 916 100 --- 117 Cumple

GRAVEDAD ESPECIFICA ( 25 C) g/cm3 INEN 923 1012 Cumple

CAMBIO DE MASA %w/w ASTM D 2872 --- 1 -0,008 Cumple

INFORME

Ensayos en el residuo de pelicula delgada en horno rotatorio RTFO:

TABLA N° 68 Requisitos para asfalto convencional grado Viscosidad 60 °C

Elaborado por: Paul León Torres

De los datos antes indicados el cemento asfáltico cumple con las especificaciones

y que será utilizado en el diseño de dos mezclas asfálticas aplicando el Método Marshall,

que se desarrolla en el siguiente capítulo.

107

CAPÍTULO IV

DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

El método de diseño de mezcla asfáltica será el indicado en el Manual del Instituto

del Asfalto MS 2 y que es recomendado por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas

MTOP, el mismo que fue explicado en el numeral 2.5 del Capítulo II, de esta

investigación, cabe señalar además que el método utiliza la norma AASHTO T 245.

Para el efecto se debe preparar una serie de briquetas con diferente porcentaje de

asfalto que tendrá una variación de 0,5 %, para lo cual habrá que tomar un porcentaje de

referencia óptimo teórico que se añadirá a la mezcla de agregado que cumpla con la

especificación, posteriormente se deberá evaluar la estabilidad y flujo para lo cual se

requerirá realizar el Ensayo Marshall, densidad de las briquetas y relación de vacíos que

nos llevará a determinar el porcentaje óptimo de asfalto a usar en la mezcla.

4.1. DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE CON LOS

AGREGADOS DE LA MINA DE GUAYLLABAMBA Y PINTAG.

El proceso que se describe a continuación y las diferentes propiedades y Ensayos

para el Diseño de la Mezcla Asfáltica en caliente se ejecutó tanto para la Mina de

Guayllabamba cuanto para la de Pintag, por fines prácticos se describirá detalladamente

el proceso con los datos obtenidos de la mina de Guayllabamba.

108

4.1.1. MEZCLA DE AGREGADOS

En el numeral 3.7.1.3 se realizó el análisis granulométrico de cada una de la

muestras Tabla Nº 19, Tabla Nº 20, Tabla N° 21 y Tabla Nº 22, granulometrías que luego

de haber hecho un promedio de sus granulometrías Tabla Nº 24 nos permitió realizar una

mezcla de agregados que cumplen con las especificaciones del MTOP Tabla Nº 25.

La combinación de agregados para ser usada en planta es de 8% para agregado

grueso ¾”, 50 % agregado intermedio ½” y 42 % para agregado fino en nuestro caso

arena (polvo de piedra), como se constata en la siguiente tabla y gráfica

TABLA N° 69 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica Guayllabamba

109

GRÁFICA N° 16 Curva Granulométrica Agregados para la mezcla asfáltica

Guayllabamba

4.1.2. DETERMINACIÓN DEL PORCETAJE DE ASFALTO TEÓRICO DE

PARTIDA.

La determinación del porcentaje de asfalto teórico de asfalto, conocido como porcentaje

óptimo teórico de acuerdo al método que propone el Instituto del Asfalto es en base a la

siguiente fórmula empírica:

Pa = (0.035 a) + (0.045 b) + (Kc) + F

En la ecuación antes indicada:

Pa = Porcentaje óptimo teórico de asfalto

110

a= Porcentaje retenido en el tamiz Nº 8

b= Porcentaje retenido entre el tamiz Nº 8 y Nº 200

c= Porcentaje que pasa el tamiz Nº 200

Kc= según el Porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 (valor de c) toma los siguientes valores:

0.20 si el valor de c, está entre 11% y 15%

0.18 si el valor de c, está entre 6% y 10%

0.15 si el valor de c, es 5% o menos

F= Esta en función de la absorción de los agregados y varía entre 0 y 2

Para calcular el valor de F, tomamos en consideración los siguientes valores de

absorción y el porcentaje de participación en la mezcla:

Agregado grueso 2,1 8% 0,17

Agregado

Intermedio3,05 50% 1,53

Arena (polvo de

piedra)0,9 42% 0,38

2,07

2,00

AGREGADO ABSORCION% UTILIZADO EN

MEZCLA

ABSORCION

X

% UTILIZADO EN LA

MEZCLA

VALOR CALCULADO F

VALOR ASUMIDO F

TABLA N° 70 Valor de F para cálculo de Porcentaje óptimo de asfalto

De acuerdo con la información que consta en la Tabla Nº 25 Granulometría de agregados

para la mezcla asfáltica y la fórmula antes indicada, se tiene el porcentaje óptimo teórico

de asfalto:

/ /

111

Pa = (0.035 a) + (0.045 b) + (Kc) + F

a 60

b 33

c 7

k 0,18

F 2

Pa 6.84 %

TABLA N° 71 Porcentaje óptimo de asfalto teórico

Obtenido este valor teórico óptimo de asfalto de 6.84 % procederemos a preparar

briquetas para el Ensayo Marshall, con dos porcentajes de asfalto superiores y dos

inferiores a 6.5 % es decir 5.5 %, 6,0 %, 6.5%, 7.0 y 7,5 %, con la finalidad de tener un

rango adecuado para seleccionar el porcentaje óptimo de asfalto para nuestro diseño.

4.1.3. PREPARACIÓN DE BRIQUETAS PARA ENSAYO MARSHALL

Una vez que se tenga la suficiente cantidad de muestra de agregados (5.000 gr).

Acorde a la mezcla previamente establecida (Numeral 4.1.1), se procederá a preparar la

mezcla asfáltica, para lo cual se procede de acuerdo a la norma ASTM D6926 para

preparación de mezcla asfáltica.

Preparada la mezcla de agregados se procede a calentar el asfalto AC-20 a una

temperatura tal que permita su trabajabilidad y mezcla con la agregados entre 120 C y

137 C; los agregados deberán estar secos por lo que también los calentamos y

procedemos a su mezcla, la misma que puede ser realizada manualmente o en una

112

mezcladora de asfalto preferentemente. Durante la mezcla se revisará la temperatura que

esté alrededor de 140 C y se realizará hasta que todos los agregados queden totalmente

cubiertos de asfalto.

Los moldes Marshall a ser utilizados tienen un diámetro de 4 pulg. y altura de 3

pulg. los mismos que deberán ser precalentados entre 95 – 130 C, al igual que la base

del martillo Marshall de compactación en un plato calentador, el martillo Marshall

dispone de un plato base de un diámetro de 3.95 pulg. es importante señalar que el mismo

será de 10 lb. y tendrá una altura de caída de 18 pg. (45.72 cm).

Lista la mezcla asfáltica se procederá a colocar la misma en el molde en una

cantidad tal que sobrepase la altura del mismo, se taqueará con una espátula 25 veces (15

perimetrales y 10 en el centro) para posteriormente realizar la compactación con el

martillo Marshall en un número de 75 golpes por cada cara de la briqueta, y dejarla que

se enfríe a temperatura ambiente para ser extraída del molde, con ayuda del extractor de

briquetas.

Obtenidas las briquetas para los distintos porcentajes de asfalto se deberá

determinar las propiedades volumétricas de las briquetas.

4.1.4. PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE BRIQUETAS PARA ENSAYO

MARSHALL

4.1.4.1. GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA

COMPACTADA – DENSIDAD BULK.

Una vez que las muestras se enfrían y están a temperatura ambiente, se toma el

peso al aire, luego se satura la briqueta en agua por 15 minutos, se la pesa la briqueta en

agua a 25 C, se saca la briqueta se seca su superficie con la ayuda de una toalla y se

113

obtiene su peso con superficie saturada seca (SSS).

La Gravedad Especifica de la Mescla Asfáltica Gmb o Densidad Bulk se la calcula

con la siguiente ecuación: A

B−C

Donde:

A= Peso de la briqueta en el aire

B= Peso de la briqueta SSS

C= Peso de la briqueta sumergida en el agua a 25 C

Gravedad Especìfica (Peso especifico)

en s.s.s. en Densidad

Aire Aire Agua Bulk

g

A/B-C

1230 1241 688 2.224

1163 1172 655 2.250

1146 1158 640 2.212

2.226

1198 1202 656 2.194

1227 1230 676 2.215

1220 1229 670 2.182

2.195

1208 1217 659 2.165

1200 1205 663 2.214

1284 1288 708 2.214

2.195

1171 1173 651 2.243

1177 1179 664 2.285

1214 1215 675 2.248

2.256

1171 1173 651 2.243

1177 1179 664 2.285

1214 1215 675 2.248

2.256

Nota: Peso Especìfico del agua a 25 C 0,99886 g/cm3

% DE

ASFALTO

Peso de la briqueta gr.

A B C

5.5

PROMEDIO X PESO ESPECIFICO DEL AGUA A 25 C

6


6.5


7.0


7.5


TABLA N° 72 Gravedad Específica – Densidad BULK

114

4.1.4.2. GRAVEDAD ESPECÍFICA MÁXIMA TEÓRICA DE LA MEZCLA

ASFÁLTICA SUELTA

Se puede determinar a través del método de laboratorio conocida también con el

Ensayo Rice y por el método teórico es decir a través del cálculo con el uso de una

expresión.

4.1.4.2.1. MÉTODO RICE

Norma: ASTM D 2041

La mezcla asfáltica preparada con cada porcentaje de asfalto sin compactar una

vez que se encuentra fría y disgregada, se toma una cantidad previamente pesada y se le

coloca en un recipiente previamente calibrado, se llena las 2/3 partes del volumen del

recipiente que contiene la muestra para que esta quede cubierta con agua a 25 C, para

someterle a una extracción de sus vacíos con la ayuda de una bomba por 15 minutos y

agitación para facilitar la extracción de aire, transcurrido el tiempo de extracción se le

deja en un baño de María por 10 minutos y se pesa el recipiente con agua y la muestra.

La Gravedad específica RICE se calcula con la siguiente expresión:

A

A B C

Donde:

A= Peso de la muestra

B= Peso del recipiente calibrado lleno con agua

C= Peso del recipiente lleno con agua y muestra

115

PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO DE LA MEZCLA (RICE)

5,5 6 6,5 7 7,5

PESO DE LA MUESTRA A 1376 1218 1186 1338 1143

PESO DEL RECIPIENTE LLENO CON AGUA B 5364 5364 5364 5365 5365

PESO DEL RECIPIENTE LLENO CON AGUA Y MUESTRA C 6168 6059 6030 6130 6011

GRAVEDAD ESPECIFICA RICE Gmm 2,406 2,329 2,281 2,335 2,300

% ASFALTO

TABLA N° 73 Gravedad Específica Máxima Teórica (Densidad RICE)

4.1.4.2.2. MÉTODO TEÓRICO

Como parte del proceso es posible determinar mediante cálculos la

Gravedad Específica Máxima teórica de la mezcla asfáltica compactada, la misma que se

determina con la siguiente expresión:

′

Gmm´= Gravedad Específica máxima teórica de la mezcla asfáltica compactada

Pa= Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto

PA = Porcentaje en peso de la mezcla de agregados pétreos (100- Pa)

Ga= Gravedad Específica del Asfalto

Gsb = Gravedad Específica de la mezcla de agregados.

Gravedad Específica de la mezcla de agregados Gsb:

𝑓 𝑓

Pg, Pi, Pf = Porcentaje en peso de agregado grueso, intermedio y fino

respectivamente.

Gg, Gi, Gf = Gravedad Específica de los agregados grueso, intermedio y fino

116

respectivamente.

GRAVEDADES ESPECIFICAS (Datos ensayos de laboratorio)*

GRUESO INTERMEDIO FINOS MEZCLA

8 50 42 100

2,49 2,44 2,41 2,445

Gsb= 2,430

% de AGREGADOSGRAVEDAD ESPECIFICA DE

AGREGADOS

*ARIDO S, DETERMINACIO N DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSO RCIO N DEL ARIDO GRUESO

Norma: NTE INEN 857

TABLA N° 74 Gravedad específica de la mezcla de agregados (Gsb)

Gravedad Específica del Asfalto Ga (Densidad Relativa):

Norma: INEN 923

La gravedad específica del asfalto se determina en Laboratorio, para lo cual se

tiene que usar un picnómetro estándar tipo Carmin o Hubart de conformidad a la norma

técnica, el mismo que previamente debe estar calibrado, conocida su masa se lo llena con

el cemento asfáltico a usar en nuestro caso AC-20 previamente calentado hasta permitir

llenarlo las 2/3 partes de su capacidad, se deja enfriar el asfalto y el picnómetro por 40

minutos se pesa el conjunto, para luego completar la 1/3 parte del picnómetro con agua y

pesarlo, luego meter la muestra-picnómetro y agua en baño de María por 30 minutos para

determinar su peso y determinar su Gravedad Específica con la siguiente relación:

B A D C

Donde:

117

A= Peso del picnómetro vacío (con tapón)

B= Peso del picnómetro lleno de agua

C= Peso del picnómetro parcialmente lleno con la muestra

D= Peso del picnómetro lleno con la muestra y con agua

Peso picnometro A = 28,119

Pic + agua (calib) B = 54,745

Pic + muestra C = 45,778

Pic+muestra+agua D = 54,941

Ga= 1,0112 g/cm3

GRAVEDAD ESPECIFICA AC-20 (Datos ensayos de laboratorio)

*MATERIALES BITUMINOSOS DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD POR EL

MÉTODO DEL PICNÓMETRO Materiales bituminosos determinaciòn de la Gravedad

Norma: NTE INEN 923

TABLA N° 75 Gravedad específica del Asfalto AC-20 (Ga)

Con lo que la gravedad especifica máxima teórica de la mezcla asfáltica suelta con el

método teórico será:

Gsb= 2,43 Ga= 1,012

Porcentaje

de Asfalto

Porcentaje de

agregado

Pa PA=(100-Pa)

5,5 94,5

6 94

6,5 93,5

7 93

Gravedad Especìfica

Màxima Teòrica

Gmm

2,256

2,242

2,227

2,213

TABLA N° 76 Gravedad específica máxima teórica de la mezcla asfáltica Gmm´

Porcentaje de asfalto absorbido Paa:

118

La gravedad específica máxima medida de la mezcla por el método RICE Gmm

y teórica Gmm, nos permite calcular el porcentaje de asfalto absorbido con la siguiente

ecuación:

Gmm= Gravedad Específica máxima medida de la mezcla RICE

Gmm= Gravedad Específica máxima teórica calculada

Gmm g/cm3 Gmm: gr/cm3 Paa:

Densidad Densisad % de

Maxima Maxima asfalto

Teorica Medida absorbido

5,5 2,256 2,406 0,292

6 2,241 2,329 0,178

6,5 2,227 2,281 0,113

7 2,213 2,335 0,254

7,5 2,199 2,300 0,216

% de asfalto

TABLA N° 77 Porcentaje de asfalto absorbido Paa

4.1.4.4 .VOLUMEN DE AGREGADO EN PORCENTAJE (VA)

PA x Gmb

Gsb

Donde:

PA = Porcentaje en peso de la mezcla de agregados pétreos (100 – Pa)

Pa = Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto

Gmb= Gravedad Específica de la mezcla asfáltica compactada BULK

119

Gsb= Gravedad Específica de la mezcla de agregados

4.1.4.5. VOLUMEN DE VACÍOS CON AIRE (Vv)

(𝐺𝑚𝑚− 𝐺𝑚𝑏

𝐺𝑚𝑚)

Donde:

Gmb = Gravedad Específica de la mezcla compactada BULK

Gmm = Gravedad Específica Máxima de laboratorio medida en mezcla suelta RICE.

4.1.4.6- VOLUMEN DE ASFALTO EFECTIVO (Vae)

Donde:

VA = Volumen de agregado en porcentaje

Vv = Volumen de vacíos con aire

4.1.4.7. VACÍOS DE AGREGADO MINERAL (VMA)

120

𝐺𝑚𝑏 𝑥 𝑃

1𝐺𝑠𝑏 ó

Donde:

VA = Volumen de agregado en porcentaje

PA = Porcentaje en peso de la mezcla de agregados (100 – Pa)


Gmb = Gravedad Específica de la mezcla asfáltica compactada BULK

Gsb = Gravedad Especifica de la mezcla de agregados

4.1.4.8. VACÍOS LLENOS DE ASFALTO (VFA)

( 𝑉𝑣

𝑉𝑀 ) ó (

𝑉𝑀 − 𝑉𝑣

𝑉𝑀 )

Donde:

VMA = Vacíos de agregado mineral

Vv = Volumen de vacíos con aire

4.1.4.9. PORCENTAJE DE ASFALTO EFECTIVO

121

e

Donde:



Paa = Porcentaje de asfalto absorbido

4.1.4.10. ENSAYO MARSHALL PARA DETERMINAR ESTABILIDAD Y

FLUJO

Norma: ASTM D 6927

Una vez que se tiene preparadas las briquetas y se calculó la Gravedad específica

Bulk, se procede a colocar las mismas debidamente numeradas en un baño de maría a 60

C por un tiempo de 30 a 40 minutos, mientras esto sucede se prepara el marco de carga

y deformímetro a fin de determinar la estabilidad y flujo de la briqueta ya el ensayo en si

debe realizarse en 30 segundos.

Transcurrido el tiempo de 30 o 40 minutos en que las briquetas estuvieron en el

baño de maría, se las saca y seca con una toalla e inmediatamente se las coloca en unas

mordazas propias para el Ensayo, se verifica que el conjunto mordaza, briqueta y eje de

aplicación de la carga estén alineadas, que el deformímetro esté perfectamente acoplado

y se ejecuta el ensayo a una velocidad estándar de 2 plg/min. Se registra la máxima

122

estabilidad (carga) y el flujo en la máxima carga (deformación), valores que corresponden

a la Estabilidad y Flujo Marshall.

Es importante señalar que durante la preparación de briquetas no todas serán

exactamente de las mismas medidas del molde de 4 plg de diámetro por 3 plg de altura,

por lo que se requiere hacer una corrección en función del volumen de la briqueta, siendo

los siguientes factores los establecidos:

ESPESOR DE

LAS

BRIQUETAS

DESDE HASTA CM

200 213 2,54 5,56

214 225 2,70 5,00

226 237 2,86 4,55

238 250 3,02 4,17

251 264 3,17 3,85

265 276 3,33 3,57

277 289 3,49 3,33

290 301 3,65 3,03

302 316 3,81 2,78

317 328 3,97 2,50

329 340 4,13 2,27

341 353 4,29 2,08

354 367 4,44 1,92

368 379 4,60 1,79

380 392 4,76 1,67

393 405 4,92 1,56

406 420 5,08 1,47

421 431 5,24 1,39

432 443 5,40 1,32

444 456 5,56 1,25

457 470 5,71 1,19

471 482 5,87 1,14

483 495 6,03 1,09

496 508 6,19 1,04

509 522 6,35 1,00

523 535 6,51 0,96

536 546 6,67 0,93

547 559 6,82 0,89

560 573 6,98 0,86

574 585 7,14 0,83

586 598 7,30 0,81

599 610 7,46 0,78

611 625 7,62 0,76

VOLUMEN DE LAS

BRIQUETAS cm3

FACTOR DE

CORRECCION

PARA

ESTABILIDAD

TABLA N° 78 Factores de corrección para Estabilidad Marshall en briquetas de 4 plg.

de diámetro

Fuente: Norma ASTM D 6927

123

Se preparó una hoja electrónica en la que se determinó todas las relaciones

indicadas en el presente capítulo, así como las gráficas, y se procede a determinar el

porcentaje de asfalto como se indicó en el Capítulo 2 numeral 2.5 puntos 6 y 7.

A continuación se presentan los resultados obtenidos para la muestra de

Guayllabamba y de Pintag.

124

Moldeo % Volumen % V.M.A V.F.A % Peso Flujo

No. de en s.s.s. en de Densidad Densidad Densisad de Agregados Vacios Vac.Agr.Min Vac.llen.asf. Asfalto Unitario Medida Factor Corregida en

asfalto Aire Aire Agua Masa Bulk Maxima Maxima asfalto VA Aire Efectivo Lbs/pie³ lbs lbs 1/ 10 0 p l g

Teorica Medida absorbido Vv Vae

a b c d e f g (h) (i) (j) (k) l m n o p q

Peso de la muestra gr. Peso especifico Volumen % Total Estabilidad

Asfalto

DISEÑO MARSHALL DE MEZCLA ASFALTICA GUAYLLABAMBA

d-e g=c/f (i-g)/i*100 100-k-l 100-k 62,4*g

1 1230 1241 688553 2,224

3548 0,89 3158 9

2 1163 1172 655517 2,250

3134 1,00 3134 9

3 1146 1158 640 518 2,212 3520 1,00 3520 9

Promedio 2,226 2,256 2,406 0,292 86,57 7,46 5,97 13,43 44,47 5,22 138,9 3271 9

25ºC

1 1198 1202 656 546 2,194 3700 0,93 3441 11

2 1227 1230 676 554 2,215 3800 0,89 3382 12

3 1220 1229 670 559 2,182 3608 0,89 3211 11

Promedio 2,195 2,241 2,329 0,178 84,89 5,76 9,35 15,11 61,85 5,83 136,9 3345 11

25ºC

1 1208 1217 659 558 2,165 3400 0,89 3026 14

2 1200 1205 663 542 2,214 3300 0,93 3069 13

3 1284 1288 708 580 2,214 3650 0,93 3395 14

Promedio 2,195 2,227 2,281 0,113 84,45 3,76 11,79 15,55 75,83 6,39 137,0 3163 14

25ºC

1 1171 1173 651 522 2,243 3310 1 3310 13

2 1177 1179 664 515 2,285 3001 1 3001 14

3 1214 1215 675 540 2,248 3180 0,93 2957 13

Promedio 2,256 2,213 2,335 0,254 86,35 3,37 10,28 13,65 75,31 6,76 140,8 3089 13

25ºC

1 1171 1173 651 522 2,243 2927 0,96 2810 17

2 1177 1179 664 515 2,285 3379 0,89 3007 18

3 1214 1215 675 540 2,248 3574 0,93 3324 16

Promedio 2,256 2,199 2,300 0,216 85,89 1,89 12,23 14,11 86,63 7,30 140,8 3047 17

25ºC

Especificaciones 3%-5% ›14 65%-75% MIN: 1800 8-14

Nota: Gravedad específica de los agregados en diseño = 2,430

Gravedad específica del asfalto = 1,0112 Ensayo peso especifico asfalto

5,5

6

6,5

7,0

7,5

100/(%

Ag/

Gag

r+%

asf

/Gasf

)

(i-h)1000

_________

i*h(100-b)

(100-b)g

_______

G.Agreg.

n-l

______*100

n b-((j(100-b))/100)

TABLA N° 79 Propiedades de diseño de Mezclas Asfáltica en caliente Guayllabamba TNM ½”

125

TABLA N° 80 Valores para Gráficas de Diseño Marshall (Guayllabamba

126

GRÁFICA N° 17 Gráficas de Diseño Marshall (Guayllabamba)

127

Para la obtener el Porcentaje óptimo de asfalto se considera un 4% de % de vacíos

y se determina el porcentaje de asfalto gráficamente. Teniendo un valor de 6.56 %, para

posteriormente con este valor óptimo verificar el cumplimiento de especificaciones.

A continuación se resumen los resultados obtenidos:

PROPIEDADES DE LA MEZCLA

Criterios

Marshall

CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO 6.56 %

ESTABILIDAD 3193 lb min 1800 lb

DENSIDAD BULK 2.209

FLUENCIA (FLUJO) plg/100 13 plg/100 8 -14 plg/100

V. A. M. 15 % min 14 %

V. F. A. POR CIENTO 74 % 65-75 %

VACÍOS DE AIRE 4 % 3 – 5 %

TABLA N° 81 Propiedades de la mezcla asfáltica en caliente Guayllabamba

Estos valores cumplen con las especificaciones técnicas del MTOP para tráfico

muy pesado:

128



De igual forma se procede a obtener los resultados para la mina de Pintag

conforme lo indicado en el numeral 4.1 del presente capítulo llegando a disponer de los

siguientes resultados:

129

TABLA N° 83 Propiedades de diseño de Mezclas Asfáltica en caliente Pintag TNM ½”


No. de en s.s.s. en de Densidad Densidad Densidad de Agregados Vacíos Vac.Agr.Min Vac.llen.asf. Asfalto Unitario Medida Factor Corregida en

asfalto Aire Aire Agua Masa Bulk Máxima Máxima asfalto AC Aire Efectivo Lb/pie³ lb lb 1/ 10 0 p l g

Teórica Medida absorbido


DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA PINTAG


Asfalto

d-e g=c/f (i-g)/i*100 100-k-l 100-k 62,4*g

1 1028 1029 544485 2,120

2414 1,04 2511 9

2 1010 1012 531481 2,100

2621 1,04 2726 10

3 1022 1023 541 482 2,120 2331 1,04 2424 11

Promedio 483 2,111 2,151 2,283 0,285 86,65 7,55 5,80 13,35 43,42 5,23 131,7 2554 10

17ºC

4 1029 1030 543 487 2,113 2464 1,04 2563 11

5 1011 1012 525 487 2,076 2309 1,09 2517 11

6 1027 1027 546 481 2,135 2480 1,04 2579 12

Promedio 485 2,106 2,138 2,256 0,260 85,98 6,68 7,34 14,02 52,38 5,76 131,4 2553 11

17ºC

7 1076 1077 566 511 2,106 2666 1,00 2666 12

8 1041 1042 550 492 2,116 3030 1,04 3151 13

9 1034 1035 536 499 2,072 2747 1,04 2857 12

Promedio 501 2,095 2,126 2,186 0,140 85,11 4,16 10,73 14,89 72,05 6,37 130,8 2891 12

16.8ºC

10 1048 1048 538 510 2,055 2803 1,04 2915 13

11 1118 1119 588 531 2,105 3350 0,93 3116 12

12 1022 1022 533 489 2,090 2799 1,04 2911 12

Promedio 510 2,081 2,113 2,166 0,123 84,07 3,90 12,03 15,93 75,51 6,89 129,9 2981 12

16.8ºC

13 1070 1071 560 511 2,094 2511 1,00 2511 16

14 1083 1085 550 535 2,024 2238 0,96 2148 16

15 1043 1044 548 496 2,103 2839 1,04 2953 14

Promedio 514 2,071 2,101 2,138 0,090 83,23 3,13 13,64 16,77 81,35 7,42 129,3 2537 15

16.8ºC


Nota: Gravedad específica de los agregados en diseño = 2,302

Gravedad específica del asfalto = 1,0112 Ensayo peso especifico asfalto

n-l

______*100

n b-((j(100-b))/100)

100/(%

Ag/

Gag

r+%

asf/G

asf)

(i-h)1000

_________

i*h(100-b)

(100-b)g

_______

G.Agreg.

7,5

5,5

6

6,5

7,0

130

TABLA N° 84 Valores para Gráficas de Diseño Marshall (Pintag)

2554 2553 2891 2981 2537

% asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

Densidad Bulk

2,111 2,106 2,095 2,081 2,07132104

% de Asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,5

% de Vacios

7,55 6,68 4,16 3,90 3,13

% de Asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,5

% de VAM

13,35 14,02 14,89 15,93 16,77

% de Asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,5

% de VFA

43,42 52,38 72,05 75,51 81,35

% de Asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,5

% Curva de Flujo

10,00 11,33 12,33 12,33 15

% de Asfalto

5,50 6,00 6,50 7,00 7,5

ESTABILIDADES

CURVA DENSIDAD BULK

CURVA DE VACIOS

CURVA DE VMA

CURVA DEL VFA

CURVA DE FLUJO

131

GRÁFICA N° 18 Gráficas de Diseño Marshall (Pintag)

Para la obtener el Porcentaje óptimo de asfalto se considera un 4% de % de vacíos

y se determina el porcentaje de asfalto gráficamente. Teniendo un valor de 6.85 %, para

posteriormente con este valor óptimo verificar el cumplimiento de especificaciones.

A continuación se resumen los resultados obtenidos:

y = -0,0038x2 + 0,029x + 2,0678

2,060

2,070

2,080

2,090

2,100

2,110

2,120

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

DEN

SID

AD

BU

LK

% DE ASFALTO

CURVA DE DENSIDAD BULK

y = 0,1471x2 - 0,1619x + 9,7568

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50%

DE

V. A

. M.

% DE ASFALTO

CURVA DE VAM .

y = -6,4159x2 + 103,2x - 331,6

10,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

% D

E V

. F. A

.

% DE ASFALTO

CURVA DE V. F. A.

y = 0,7035x2 - 11,47x + 49,566

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

% D

E V

AC

IOS

% DE ASFALTO

CURVA DE VACIOS

y = -324,09x2 + 4292,2x - 11342

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

% D

E ES

TAB

ILID

AD

% DE ASFALTO

CURVA DE ESTABILIDAD

y = 0,6667x2 - 6,3333x + 24,933

7,00

9,00

11,00

13,00

15,00

4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50

% D

E FL

UJO

% DE ASFALTO

CURVA DE FLUJO

132

PROPIEDADES DE LA MEZCLA

Criterios

Marshall

CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO

6.85 %

ESTABILIDAD 2.088 lb min 1800 lb

DENSIDAD BULK

2.228

FLUENCIA (FLUJO) plg/100 13 plg/100. 8 -14 plg/100

V. A. M. 16 % min 14 %

V. F. A. POR CIENTO

71 % 65-75 %

VACÍOS DE AIRE 4 % 3 – 5 %

TABLA N° 85 Propiedades de la mezcla asfáltica en caliente Pintag

Estos valores cumplen con las especificaciones técnicas del MTOP para tráfico muy

pesado:



133

4.1.4 ENSAYO DE PELADURA

Norma AASHTO T 182

Las Especificaciones Técnicas del MTOP establecen que los agregados serán de

características tales que, al ser impregnados con material bituminoso en nuestro caso el

AC-20, estos deberán ser cubiertos más de un 95% después de este Ensayo.

El Ensayo consiste en someter una muestra de agregado de 100 gr que pasen el

tamiz 3/8 y sea retenido en el de ¼, previamente se secaran al horno hasta peso constante,

para hacer una mezcla con 5,5% de asfalto, hacerla hervir en agua por 10 minutos, para

luego extender la muestra en un papel blanco y dejarla enfriar para determinar

visualmente que se cumpla o no que el 95% de la mezcla se encuentre cubierta de asfalto.

En el caso de las muestras de Guayllabamba y Pintag se cumplió y se tuvo los

siguientes resultados:

ENSAYO DE PELADURA Muestra 100 g

AGREGADO % DE ASFALTO % DE

RECUBRIMIENTO

Guayllabamba 6.56 95 %

Pintag 6.85 95 %

TABLA N° 87 Ensayo de Peladura

134

CAPÍTULO V

ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS

Previo al análisis de resultados y una vez que se cuenta con la caracterización de

agregados de las dos minas para el diseño de mezcla asfáltica en caliente y que las mismas

cumplen con las especificaciones del MTOP, se realizará la comprobación de diseño de

las dos mezclas Guayllabamba y Pintag, para luego de conformidad con el Manual M22

del Instituto del Asfalto Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica

en caliente realizar el análisis enfocado hacia cuatro características de la mezcla:

Densidad de la mezcla

Vacíos de aire

Vacíos de agregado mineral, y;

Contenido de asfalto.

5.1. COMPROBACIÓN DE DISEÑO

Luego de contar con los Diseños de mezcla asfáltica en caliente, se ha considerado como

parte importante del mismo la comprobación de diseño, es decir preparar 3 briquetas por cada uno

de ellos en concordancia con el Diseño realizado en el capítulo anterior, es decir en total 6

briquetas.

135

La finalidad de esta comprobación será verificar que las muestras preparadas con la

granulometría de diseño y porcentaje óptimo de asfalto cumplan con las especificaciones técnicas.

5.1.1. COMPROBACIÓN DE DISEÑO MINA DE GUAYLLABAMBA

Para preparar los agregados tomamos en consideración la granulometría establecida en el

diseño de granulometría de la mina de Guayllabamba Tabla N° 25 Granulometría de agregados

para mezcla asfáltica.

MEZCLA DE AGREGADOS

MINA GUAYLLABAMBA

Agregado Grueso 8%

Agregado Intermedio 50%

Agregado Fino 42%

TABLA N° 88 Mezcla de agregados Mina de Guayllabamba

El porcentaje de asfalto de conformidad con el diseño es del 6.56 %, así como de

acuerdo con la Tabla Nº 74 Gravedad específica de la mezcla de agregados (Gsb) es

2.43.

El peso específico máximo teórica de la mezcla RICE (mezcla preparada para la

comprobación) se calcula con la siguiente expresión:

A

A B C

Donde:

A= Peso de la muestra

B= Peso del recipiente calibrado lleno con agua

C= Peso del recipiente lleno con agua y muestra

136

PESO DE LA MUESTRA 1242

PESO DEL RECIPIENTE CON AGUA (CALIBRACION) 5364

PESO DEL RECIPIENTE CON AGUA Y MUESTRA 6073

GRAVEDAD ESPECIFICA RICE Gmm 2.33

TABLA N° 89 Gravedad Específica RICE – Mezcla de comprobación Guayllabamba

Con la nueva mezcla se preparó 3 briquetas en concordancia con el diseño y se procede a

realizar el ensayo de estabilidad y flujo a fin de verificar el cumplimiento de especificaciones, a

continuación se muestra el cálculo correspondiente y los valores obtenidos comprobándose que

con el porcentaje de asfalto de diseño 6.56% se cumple con la especificación para estabilidad y

flujo, así como con el porcentaje de vacíos.

RESULTADOS

PROPIEDADES VALOR NORMA

Estabilidad lb 3357 ≥ 1800

Flujo plg/100 11 8-14

Vacíos en aire % 4,10 3-5

TABLA N° 90 Resultados Comprobación de Diseño Mina Guayllabamba

137

TABLA N° 91 Comprobación de Diseño Mina Guayllabamba


No. de en s.s.s. en de Densidad Densidad Densisad de Agregados Vacios Vac.Agr.Min Vac.llen.asf. Asfalto Unitario Medida Factor Corregida en

asfalto Aire Aire Agua Masa Bulk Maxima Maxima asfalto AC Aire Efectivo Lbs/pie³ lbs lbs 1/ 10 0 p l g

Teorica Medida absorbido



Asfalto

COMPROBACIÓN DE DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA AL 6,56 % DE ASFALTO

d-e g=c/f (i-g)/i*100 100-k-l 100-k 62,4*g

1 1140 1143 632511 2,231

3242 1 3242 12

2 1226 1230 680550 2,229

3850 0,89 3427 11

3 1218 1220 679 541 2,251 3658 0,93 3402 11

Promedio 2,235 2,225 2,330 0,216 85,92 4,10 9,98 14,08 70,85 6,36 139,4 3357 11

25ºC

25ºC

8% VALOR

50%

42% 3357

11

6,56 4,10


3-5Porcentaje de Asafalto

RESULTADOS

PROPIEDADES

Estabilidad lb

Flujo

Vacios en aire

NORMA

≥ 1800

8-14

6,56

MEZCLA DE AGREGADOS PARA LOS ENSAYOS

Afregado Intermedio

Agregado Grueso

Agregadi Fino

100/

(%A

sf/G

agr+

% a

sf/G

asf)

(i-h)1000

_________

i*h(100-b)

(100-b)g

_______

G.Agreg.

n-l

______*100

n b-((j(100-b))/100)

138

5.1.2. COMPROBACIÓN DE DISEÑO MINA DE PINTAG

Bajo el mismo procedimiento realizado con el diseño de la mina de Guayllabamba se

procede con la de Pintag la granulometría establecida en el diseño de granulometría de la mina de

Pintag Tabla N° 69 Granulometría de agregados para mezcla asfáltica Pintag.

MEZCLA DE AGREGADOS

MINA PINTAG

Agregado Grueso 20%

Agregado Intermedio 40%

Agregado Fino 40%

TABLA N° 92 Mezcla de agregados Mina de Pintag

El porcentaje de asfalto de conformidad con el diseño es del 6.85 %, así como de

la Gravedad específica de la mezcla de agregados (Gsb) es 2.302.

El peso específico máximo teórica de la mezcla RICE (mezcla preparada para la

comprobación) es:

PESO DE LA MUESTRA 1546.5

PESO DEL RECIPIENTE CON AGUA (CALIBRACION) 7562.5

PESO DEL RECIPIENTE CON AGUA Y MUESTRA 8410

GRAVEDAD ESPECÍFICA RICE Gmm 2,212

TABLA N° 93 Gravedad Específica RICE – Mezcla de comprobación Pintag

Al igual que con la mezcla de Guayllabamba se preparó 3 briquetas en concordancia con

el diseño y se procede a realizar el ensayo de estabilidad y flujo a fin de verificar el cumplimiento

139

de especificaciones, comprobándose que con el porcentaje de asfalto de diseño 6.85% se cumple

con la especificación para estabilidad y flujo, así como con el porcentaje de vacíos.

RESULTADOS

PROPIEDADES VALOR NORMA

Estabilidad lb 2616 ≥ 1800

Flujo plg/100 11 8-14

Vacíos en aire % 4,26 3-5

TABLA N° 94 Resultados Comprobación de Diseño Mina Pintag

140

TABLA N° 95 Comprobación de Diseño Mina Pintag


No. de en s.s.s. en de Densidad Densidad Densidad de Agregados Vacíos Vac.Agr.Min Vac.llen.asf. Asfalto Unitario Medida Factor Corregida en

asfalto Aire Aire Agua Masa Bulk Máxima Máxima asfalto AC Aire Efectivo Lbs/pie³ lbs lbs 1/ 10 0 p l g

Teórica Medida absorbido


COMPROBACIÓN DE DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA AL 6,85 % DE ASFALTO


Asfalto

d-e g=c/f (i-g)/i*100 100-k-l 100-k 62,4*g

1 1105 1110 584,5525,5 2,103

2689 1 2689 10

2 1168 1169,5 621548,5 2,129

2900 0,89 2581 11

3 1117 1119,5 595 524,5 2,130 2685 0,96 2578 11

Promedio 2,118 2,117 2,212 0,219 85,71 4,26 10,03 14,29 70,19 6,65 132,2 2616 11

25ºC

25ºC

20% VALOR

40%

40% 2616

11

6,85 4,26


100/

(%A

sf/G

agr+

% a

sf/G

asf)

(i-h)1000

_________

i*h(100-b)

(100-b)g

_______

G.Agreg.

n-l

______*100

n b-((j(100-b))/100)

6,85

MEZCLA DE AGREGADOS PARA LOS ENSAYOS

Agregado Intermedio

Agregado Grueso

Agregado Fino

3-5Porcentaje de Asfalto

RESULTADOS

PROPIEDADES

Estabilidad lb

Flujo

Vacíos en aire

NORMA

≥ 1800

8-14

141

5.2. ANÁLISIS DE LAS MEZCLAS CON AGREGADOS DE GUAYLLABAMBA

Y PINTAG.

5.2.1. DENSIDAD

La Densidad obtenida en Laboratorio es a través del método RICE, aspecto

sustancial para el fiscalizador en obra, a fin de conseguir una capa de rodadura duradera,

esta densidad se convierte en una densidad muy importante para ser comparada con la

mezcla puesta en obra.

Los valores de densidad conseguidos en Laboratorio generalmente son muy

difíciles de obtenerlos en obra, de acuerdo con las especificaciones esta debería ser de al

menos 97% de la de laboratorio.

MINA DENSIDAD

PINTAG 2.12

GUAYLLABAMBA 2.33

2

2.05

2.1

2.15

2.2

2.25

2.3

2.35

PINTAG GUAYLLABAMBA

DENSIDAD

GRÁFICA N° 19 Densidad de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba

142

Como se aprecia en la gráfica, es mucho más densa la mezcla de Guayllabamba,

por lo que las capas de rodadura ejecutadas con este material serían más duraderas, sin

embargo sería mucho más factible llegar a obtener un grado de compactación mucho más

cercano al de laboratorio con la de la mezcla de Pintag.

5.2.2. VACÍOS DE AIRE

Los vacíos de aire en la mezcla compactada (vacíos entre agregados recubiertos

de asfalto) son necesarios para producir una mejor compactación, siempre y cuando este

se encuentre entre 3 y 5 % a fin de permitir que el asfalto fluya durante la compactación.

Así como la densidad es importante para la durabilidad de la mezcla compactada también

lo son los vacíos de aire en este caso a menor cantidad de vacíos menor será la

permeabilidad que pueda tener la mezcla compactada, con lo que adicionalmente a evitar

el ingreso de agua, se evitara también la incorporación de aire que causaría el deterioro

de la misma.

Es importante señalar que si los vacíos son muy bajos se tendría el inconveniente

de que el asfalto al ser compactado no pueda reacomodarse-fluir a través de los mismos

y exista problemas de exudación, al tener que salir este a la superficie.

MINA VACIOS

PINTAG 4.1

GUAYLLABAMBA 4.26

4

4.05

4.1

4.15

4.2

4.25

4.3

PINTAG GUAYLLABAMBA

VACIOS

GRÁFICA N° 20 Vacíos de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba

143

Para la comparación se han tomado en consideración los vacíos de aire de las

respectivas comprobaciones de diseño, existiendo un valor más alto el de Guayllabamba,

lo que garantizaría una mejor durabilidad.

5.2.3. VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL

Corresponde al aire que existe entre agregados incluyendo los espacios llenos de

asfalto, mientras mayor sea mayor será la película de asfalto que recubrirá los agregados

lo que dará mayor durabilidad a la mezcla.

La especificación los vacíos sean mayores al 14 %, los valores obtenidos en los

diseños son los siguientes:

MINA VAM

PINTAG 14.29

GUAYLLABAMBA 14.08

13.95

14

14.05

14.1

14.15

14.2

14.25

14.3

14.35

PINTAG GUAYLLABAMBA

VAM

GRÁFICA N° 21 VAM de mezclas asfálticas con agregados de la Mina de Pintag y

Guayllabamba

144

La mezcla con mejor volumen de vacíos en el agregado mineral es la de

Pintag siendo más conveniente que la mezcla de Guayllabamba garantizándose un mejor

recubrimiento de los agregados y por tal consideración mejor durabilidad.

5.2.4. CONTENIDO DE ASFALTO

La cantidad de asfalto se ha determinado a través del Método de Diseño Marshall

en Laboratorio, este contenido dependerá de la granulometría de los agregados y su

capacidad de absorción.

AGREGADO PINTAG GUAYLLABAMBA

Grueso 2.74 2.1

Intermedio 2.88 3.05

Fino 6.06 4.82

MINA

Grueso Intermedio Fino

PINTAG 2.74 2.88 6.06

GUAYLLABAMBA 2.1 3.05 4.82

2.74 2.88

6.06

2.1

3.05

4.82

0

1

2

3

4

5

6

7

PORCENTAJE DE ABSORCION

GRÁFICA N° 22 Porcentaje de Absorción de mezclas asfálticas con agregados de la

Mina de Pintag y Guayllabamba

Al tener graduación más fina se tiene mayor área superficial y el contenido de

asfalto será mayor, la habilidad para absorber asfalto es importante para la determinación

del contenido de asfalto ya que se requerirá mayor cantidad de asfalto para cubrir los

agregados, por lo que esta capacidad de absorción está directamente relacionada con el

porcentaje de asfalto a añadir a una mezcla asfáltica.

145

MINA % ASFALTO

PINTAG 6.85

GUAYLLABAMBA 6.56

6.4

6.5

6.6

6.7

6.8

6.9

PINTAG GUAYLLABAMBA

% ASFALTO

GRÁFICA N° 23 Porcentaje de asfalto de mezclas asfálticas con agregados de la Mina

de Pintag y Guayllabamba

Existe mayor cantidad de asfalto en la mezcla con agregados de la mina de

Pintag, lo que concuerda con el mayor grado de absorción de sus agregados.

5.3. ESTABILIDAD Y FLUJO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PREPARADAS

CON AGREGADOS DE LA MINA DE PINTAG Y GUAYLLABAMBA

Valores altos de estabilidad producen capas de rodadura de hormigón asfáltico

muy rígidas, mientras que una estabilidad muy baja dará pavimentos que sean

susceptibles a deformaciones y mientras esta es más baja incluso exudaciones y

deformaciones.

146

Así mismo la estabilidad estará relacionada con fricción y cohesión de agregados

que conformen la mezcla asfáltica es decir relacionada con la textura y forma de los

mismos, mientras más caras fracturadas esta se incrementará.

A continuación se presentan los valores obtenidos de estabilidad en las dos

mezclas preparadas con los agregados de Pintag y Guayllabamba

PINTAG GUAYLLABAMBA

2616 3357

PINTAG GUAYLLABAMBA

11 11

Estabilidad

MINA

Flujo

MINA

0

2000

4000

PINTAG GUAYLLABAMBA

Estabilidad

0

10

20

PINTAG GUAYLLABAMBA

Flujo

GRÁFICA N° 24 Estabilidad y Flujo mezclas asfálticas con agregados de la Mina de

Pintag y Guayllabamba

Si bien las dos mezclas cumplen las especificaciones la mezcla de Guayllabamba

es más rígida y esto se debe a que proviene de material triturado.

147

En cuanto al flujo este es similar en las dos muestras lo que significa que tienen

un comportamiento similar en cuanto a deformación, el parámetro que nos da una mejor

idea de su comportamiento en este caso es la Estabilidad.

148

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. CONCLUSIONES

Se plantea como objetivo Caracterizar los agregados requeridos en un diseño de

mezcla asfáltica, a fin de establecer condiciones y propiedades de los agregados

de la mina, resultando el respectivo diseño según requerimientos de la MTOP, así

se tiene la caracterización de los agregados de los materiales de la mina de

Guayllabamba y de Pintag en la Tabla 44 y 67 respectivamente, así como el diseño

de la mezcla asfáltica con los agregados de cada una de las minas planteadas cuyo

análisis se presenta en las tablas 79 y 80 para la mina de Guayllabamba y en las

tablas 83 y 84 para la mina de Pintag, por lo que se cumple con el objetivo del

presente trabajo de investigación al haberse obtenido la “CARACTERIZACIÓN

DE AGREGADOS DE DOS MINAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLA

ASFÁLTICA EN CALIENTE QUE CUMPLAN CON ESPECIFICACIONES

DEL MTOP”.

Se verificó que tanto las minas seleccionadas en Guayllabamba y Pintag cumplen

con las especificaciones técnicas vigentes del MTOP, por lo que son aptas para la

preparación de mezcla asfáltica, como se aprecia en las siguientes Tablas:

149

3/4 (Agregado

grueso)

1/2" (Agregado

Intermedio)

Arena (polvo de

piedra)





5


DESMENUZABLES -


6


DESMENUZABLES -


7


DESMENUZABLES -


8


MEDIANTE EL USO


9


MEDIANTE EL USO DE



11 EQUIVALENTE DE ARENA X ASTM 2419 69 Mínimo 50 % Cumple





14PARTICULAS

FRACTURADAS X ASTM D 5821 89.24% Mínimo 80 % Cumple

15PARTICULAS

FRACTURADAS X ASTM D 5821 89% Mínimo 80 % Cumple


17 S.S.S X INEN 857 2,54 g/cm3




21 S.S.S X INEN 857 2,52 g/cm3




25 S.S.S X INEN 856 2,52 g/cm3





30 Masa Unitaria suelta X INEN 858 1539 Kg/m3

31Masa Unitaria


1400 Kg/m3

32Masa Unitaria


1360 kg/m3

33Masa Unitaria


1701 Kg/m3

GR

AV

ED

AD

ES

PE

CIF

ICA

Y C

AP

AC

IDA

D

DE

AB

SO

RC

ION

DE

AG

RE

GA

DO

No especifica

MA

SA

UN

ITA

RIA

PE

SO

VO

LU

ME

TR

ICO

N° ENSAYO

AGREGADO PARA MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE

NORMA RESULTADO DE ENSAYO

ESPECIFICACION MOP-


ES

PE

CIF

ICA

CIO

NE

S M

TO

P

TABLA 405-5-1 MOP-

001-F-2002

CUMPLE EN LA MEZCLA


1/2"


TABLA N° 96 Cumplimiento de especificaciones materiales de Guayllabamba

150

3/4 (Agregado

grueso)

1/2" (Agregado

Intermedio)

Arena (polvo de

piedra)





5


DESMENUZABLES -


6


DESMENUZABLES -


7


DESMENUZABLES -


8


MEDIANTE EL USO


9


MEDIANTE EL USO DE



11EQUIVALENTE DE ARENA X ASTM 2419 76 Mínimo 50 % Cumple





14PARTICULAS


15PARTICULAS



17 S.S.S X INEN 858 2,40 g/cm3




21 S.S.S X INEN 858 2,41 g/cm3




25 S.S.S X INEN 856 2,38 g/cm3


27 % de absorción X INEN 856 6,06g/cm3


29 Masa Unitaria suelta X INEN 858 1202,7Kg/m3


31Masa Unitaria


1295 Kg/m3

32Masa Unitaria


1262 kg/m3

33Masa Unitaria


1579 Kg/m3

GR

AV

ED

AD

ES

PE

CIF

ICA

Y C

AP

AC

IDA

D

DE

AB

SO

RC

ION

DE

AG

RE

GA

DO

No especifica

MA

SA

UN

ITA

RIA

PE

SO

VO

LU

ME

TR

ICO

N° ENSAYO NORMA RESULTADO DE ENSAYO

ESPECIFICACION MOP-


ES

PE

CIF

ICA

CIO

NE

S M

TO

PTABLA 405-5-1 MOP-

001-F-2002

CUMPLE EN LA MEZCLA


1/2"


TABLA N° 97 Cumplimiento de especificaciones materiales de Pintag

Las minas consideradas en este trabajo constan dentro del catastro de

utilización de minas del Ministerio de Transporte y Obras Públicas, para obtener

materiales pétreos, a más de su ubicación geográfica permiten atender la

151

demanda del norte de Quito y de la parte Oriental de la ciudad, y como se puede

observar de los cuadros antes indicados cumplen con las Especificaciones del

MTOP, con lo cual se legitima su uso para mezclas asfálticas.

Producto de la caracterización de materiales se obtuvo la siguiente mezcla de

agregados y porcentajes de asfalto para las dos minas propuestas, para la mezcla

de Pintag: Agregado grueso 20%, Agregado intermedio 40% y agregado fino 40%

con 6.85% de asfalto. Para la mina de Guayllabamba la proporción de agregado y

asfalto fueron las siguientes: Agregado grueso 8%, Agregado intermedio 50% y

agregado fino 42% con 6.56 % de asfalto.

MEZCLA ASFÁLTICA GUAYLLABAMBA PINTAG

Agregado Grueso 8% 20%

Agregado Intermedio 50% 40%

Agregado Fino 42% 40%

Porcentaje de Asfalto 6.56 6.85

TABLA N° 98 MEZCLA ASFÁLTICA DE PINYAG Y GUALLABAMBA

Si bien la abrasión es fundamental en los agregados, no siempre corresponde una

mejor abrasión a los materiales de canto rodado como ocurre con el material de

Guayllabamba el material es aluvial siendo gravas de arrastre, compuestas de

rocas de tipo volcánico con una cantidad considerable de bloques con escaza

cantidad de finos y alcanza una abrasión del 28%, mientras que la mina de Pintag

tuvo un 25% de abrasión es decir una diferencia de 3%, material que corresponde

152

a flujo de lava, masiva, cuya explotación se la realiza con voladura para su

posterior selección y trituración. (Tabla N° 96 y 97)

Al tener todos agregados triturados para preparar mezcla asfáltica como es el caso

de la mina de Guayllabamba se obtienen estabilidades más altas, mientras que la

combinación de agregados triturados y arena cribada como el caso de la mina de

Pintag nos dan estabilidades bajas. Las estabilidades altas nos indicarían que las

mezclas son más frágiles ante las cargas por lo que estas mezclas serían

recomendables para tráficos medios, mientras que las que nos dan estabilidades

más bajas su suceptibilidad a presentar fisuras será menor mezclas que deberían

usarse para tráficos altos.

Las granulometrías 100 % trituradas requieren menos cantidad de asfalto, lo que

se corrobora con los porcentajes óptimos de asfalto, la mina de Guayllabamba que

tiene 100% de material triturado requirió de 6.56% de asfalto mientras que la de

Pintag que contiene arena cribada requiere de 6.85% (Tabla N° 98)

A mayor grado de absorción de los agregados se requerirá mayor cantidad de

asfalto como ocurre con el agregado fino de Pintag que tiene un porcentaje de

absorción de 6.06 % frente al de Guayllabamba que tiene un 4.82 %. (Tabla N°

96 y N° 97)

Una adecuada caracterización de agregados es de suma importancia a fin de

realizar un Diseño de Mezcla que cumpla con todas las especificaciones, por lo

153

que es de suma importancia que las fiscalizaciones de proyectos viales soliciten

se ejecuten todos los ensayos necesarios previos al diseño, así como previos a la

elaboración en campo a fin de precautelar las inversiones y tener capas de

rodadura de mezcla asfáltica duraderas y de buena calidad.

6.2. RECOMENDACIONES

El Laboratorio de Pavimentos de la Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y

Matemática, dispone de los equipos necesarios para ejecutar Diseños de Mezclas

Asfálticas en Caliente, por lo que deberá iniciarse un proceso de certificación de

ensayos de caracterización de agregados y mezclas asfálticas aspecto que

permitirá mantener los estándares de calidad que actualmente tiene.

Tener en cuenta durante la preparación de briquetas que la temperatura del asfalto

se mantenga alrededor de 120°C a fin de no alterar las propiedades de la mezcla,

así mismo durante los Ensayos de flujo y estabilidad controlar la temperatura del

Baño de María y tiempos de baño a fin de evitar tener resultados alterados.

Que los agregados que se almacenen en las minas se provea de carpas a fin de

evitar el incremento y/o cambio de humedades aspecto que podría alterar el diseño

de la mezcla.

Antes de ejecutar un diseño se recomienda elaborar algunas briquetas con distintas

combinaciones de agregados y dos o tres porcentajes de asfalto a fin de verificar

que las estabilidades y flujos estén en rangos adecuados.

Con el presente trabajo de investigación se sugiere iniciar la estructura de una

base de datos y un banco de fuente de materiales de caracterización de agregados

de distintas minas, así como un banco de información de los posibles Diseños de

154

Mezclas que se elaboren, información que será valiosa para considerar su uso y/o

referencia en distintas obras viales a nivel nacional.

Hacer conocer y divulgar el presente trabajo de investigación en las cátedras de

pavimentos a fin de tener profesionales de la Facultad de Ingeniería Ciencias

Físicas y Matemática con un alto nivel en el Diseño de Mezclas Asfálticas.

155

BIBLIOGRAFÍA

1. Asphalt Institute Ed. 1992, Principios de Construcción de Pavimentos de

Mezcla Asfáltica en Caliente Serie de Manuales MS-22. USA.

2. MOP Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y

Puentes MOP-001-F-2002.

3. León, Albuja. (2017). “Manual de Prácticas”. Laboratorio de Pavimentos.

Universidad Central del Ecuador. Quito D.M.

4. Padilla Alejandro, R. Cap. 3. “Mezclas asfálticas”. Universidad Politécnica

de Catalunya. Barcelona.

5. Padilla Alejandro, R. Cap. 2. “Materiales básicos”. Universidad Politécnica

de Catalunya. Barcelona.

6. Rosero Francisco, A. (2013). “Bases estabilizadas con emulsión asfáltica

para pavimentos”. Universidad Central del Ecuador. Quito.

7. Zúñiga Rosa, C. (2015). “Mezcla asfáltica en caliente”.SubDepartamento

Tecnológico y Materiales, Ministerio de Obras Públicas. Chile

8. Asphalt Institute Ed. 2014, Asphalt Mix Design Methods Serie de Manuales

MS-2. USA.

156

ANEXO 1 EJEMPLO DE CÁLCULO DE PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE

LA MEZCLA

Los datos que se toman para el ejemplo son los de la comprobación de Diseño de la

Mezcla Asfáltica de la mina de Guayllabamba, una vez preparada la briqueta con el % de

asfalto se procede al cálculo de:

Gravedad Específica de la Mezcla Asfáltica compactada Gmb o Densidad Bulk:

A

B C

Donde:

A= Peso de la briqueta en el aire (1140 g)

B= Peso de la briqueta SSS (1143 g)

C= Peso de la briqueta sumergida en el agua a 25 C (632 g)

A

B C

4

43 63

. 3

Gravedad específica RICE se calcula con la siguiente expresión:

A

A B C

Donde:

A= Peso de la muestra (1242 g)

B= Peso del recipiente calibrado lleno con agua (5364 g)

157

C= Peso del recipiente lleno con agua y muestra (6073 g)

A

A B C

4

4 364 6 3

.33

Gravedad específica método teórico

′

Gmm´= Gravedad Específica máxima teórica de la mezcla asfáltica compactada

Pa= Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto (6.56)

PA = Porcentaje en peso de la mezcla de agregados pétreos (100- Pa) (100-6.56)

Ga= Gravedad Específica del Asfalto (1.0112)

Gsb = Gravedad Específica de la mezcla de agregados. (2.430)

′

′

6. 6 .43

6. 6 .

′ .

158

Gravedad Específica de la mezcla de agregados Gsb:

𝑓 𝑓

Pg, Pi, Pf = Porcentaje en peso de agregado grueso, intermedio y fino

respectivamente.

Gg, Gi, Gf = Gravedad Específica de los agregados grueso, intermedio y fino

respectivamente.

GRAVEDADES ESPECÍFICAS (Datos ensayos de laboratorio)

% de AGREGADOS 8 50 42 100

GRAVEDAD MASA BULK 2.49 2.44 2.41 2.445

𝑓 𝑓

8 .4

.44

4 .4

.43

159

Gravedad Específica del Asfalto Ga (Densidad Relativa)

B A D C

Donde:

A= Peso del picnómetro vacío (con tapón) (28.119 g)

B= Peso del picnómetro lleno de agua (54.745 g)

C= Peso del picnómetro parcialmente lleno con la muestra (45.778 g)

D= Peso del picnómetro lleno con la muestra y con agua (54.941 g)

4 . 8 8.

4. 4 8. 4. 4 4 . 8

.

Porcentaje de asfalto absorbido Paa:

Gmm= Gravedad Específica máxima medida de la mezcla RICE (2.33 g/cm3)

Gmm= Gravedad Específica máxima teórica calculada (2.225 g/cm3)

Pa= Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto (6.56 %)

.33 .

.33 . 6. 6

. 6 %

160

Volumen de agregado en porcentaje (VA)

PA x Gmb

Gsb

Donde:

PA = Porcentaje en peso de la mezcla de agregados pétreos (100 – Pa) (100-6.56)

Pa = Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto (6.56 %)

Gmb= Promedio de los tres ensayos de la Gravedad Específica de la mezcla asfáltica

compactada BULK ((2.231+2.229+2.251)/3=2.235 g/cm3)

Gsb= Gravedad Específica de la mezcla de agregados (2.43)

6. 6 x . 3

.43

8 . %

Volumen de vacíos con aire (Vv)

(𝐺𝑚𝑚− 𝐺𝑚𝑏

𝐺𝑚𝑚)

Donde:

Gmb = Gravedad Especifica de la mezcla compactada BULK (2.235)

Gmm = Gravedad Especifica Máxima de laboratorio medida en mezcla suelta RICE. (2.33 g/cm3)

(2.33−2.235

2.33)

4.

161

Volumen de asfalto efectivo (Vae)

Donde:

VA = Volumen de agregado en porcentaje (85.92 %)

Vv = Volumen de vacíos con aire (4.10 %)

8 . 4.

. 8

Vacíos de agregado mineral (VMA)

𝐺𝑚𝑏 𝑥 𝑃

𝐺𝑠𝑏 ó

Donde:

VA = Volumen de agregado en porcentaje (85.92%)


Pa = Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto (6.56)

Gmb = Gravedad Específica de la mezcla asfáltica compactada BULK (2.235 g/cm3)

Gsb = Gravedad Especifica de la mezcla de agregados (2.43 g/cm3)

162

2.235 𝑥 100−6.56

2.43 ó 8 .

4. 8

Vacíos llenos de asfalto (VFA)

( 𝑉𝑣

𝑉𝑀 ) ó (

𝑉𝑀 − 𝑉𝑣

𝑉𝑀 )

Donde:

VMA = Vacíos de agregado mineral (14.08 %)

Vv = Volumen de vacíos con aire (4.10 %)

( 4.1

14.08 ) ó (

14.08 − 4.1

14.08 )

70.8 %

Porcentaje de asfalto efectivo

e

Donde:


163

Pa = Porcentaje en peso de la mezcla de asfalto (6.56 %)

Paa = Porcentaje de asfalto absorbido (0.216 %)

e 6. 6 . 6 6. 6

e 6.36 %

164

ANEXO 2 FOTOGRAFÍAS DE ENSAYOS

FOTOGRAFÍA N° 5 Cuarteo de material

165

FOTOGRAFÍA N° 6 Determinación del valor de degradación mediante el uso de la

máquina de Los Ángeles

FOTOGRAFÍA N° 7 Determinación del contenido de terrones de arcilla y partículas

desmenuzables - Deletéreos

166

FOTOGRAFÍA N° 8 Solides de los áridos mediante el uso de sulfato de sodio o

magnesio (durabilidad - desgaste a los Sulfatos)

167

FOTOGRAFÍA N° 9 Equivalente de Arena

FOTOGRAFÍA N° 10 Partículas Planas y Alargadas de agregado grueso

168

FOTOGRAFÍA N° 11 Partículas Fracturadas en agregado grueso

FOTOGRAFÍA N° 12 Gravedad Específica y absorción de agregados

169

FOTOGRAFÍA N° 13 Masa Unitaria

FOTOGRAFÍA N° 14 Preparación de briquetas para Ensayo Marshall

170

FOTOGRAFÍA N° 15 Gravedad Específica de Briquetas

FOTOGRAFÍA N° 16 Estabilidad y Flujo

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FOTOGRAFÍA N° 17 Ensayo Rice

FOTOGRAFÍA N° 18 Ensayo de Peladura

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