4. rec. asfalto.pdf
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1Guillermo Thenoux Z.Profesor Titular, PE, MSc, PhD,
Escuela de IngenieraPontificia Universidad Catlica de Chile
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Guillermo Thenoux Z.Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, Profesor Titular, PE, MScMScMScMSc, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera, PhD, Escuela de Ingeniera
Pontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de ChilePontificia Universidad Catlica de Chile
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2Reflexin 1: Enfoque Estratgico del Reciclado
IngenieraMedio
Ambiente
PolticoEconmico
Captulos 1
Tcnicas Reciclado de Pavimentos Asflticos
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
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3En Sitio
En Planta
Tcnicas de Reciclado en un Sistema de Gestin
En Fro En Caliente
- Asfalto Espumado- Emulsin
- Cemento Asfltico
Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado
Tcnica de Asfalto Espumado
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4 Reciclado en Caliente en Planta
RAP
Materiales recuperados de pavimentos asflticos son seleccionados y mezclados en plantas asflticas especialmente diseadas
para mezclar el RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) con ridos nuevos (AN).
Las proporciones RAP/AN estn entre 10/90 hasta 50/50 en
plantas modernas usndose
normalmente 30/70.
G. Thenoux Z.
Se distinguen, 3 etapas de reciclado en caliente en sitio:
Reciclado en Caliente en Sitio
El pavimento existente es completamente calentado hasta una profundidad de 1.5 a 2 pulgadas, antes de ser frezado y luego remezclado.
Escarificado en calienteRe-mezcladoRepavimentacin
Para calentar el pavimento se utilizan gases caliente o microondas.
G. Thenoux Z.
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5MICROONDAS
GASES CALIENTE
Alternativas de Reciclado en Caliente en Sitio
G. Thenoux Z.
Reciclado en Fro en PlantaReciclado en fro en planta se justifica en proyectos de pavimentacin que presentan granheterogeneidad o en reciclado de pavimentos urbanos. En ambos casos el material es frezadotransportado a planta en donde puede corregirse la granulometra del material extrado. Para el casode proyectos no urbanos la planta es porttil y puede trasladarse de modo de mantener cortasdistancias de transporte
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6 Reciclado en FroReciclado en fro representa ventajas particulares las cuales se vern detalle en elpresente captulo.
En Sitio
En Planta
Tcnicas de Reciclado en un Sistema de Gestin
En Fro En Caliente
- Asfalto Espumado- Emulsin
- Cemento Asfltico
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7Captulos 2Parte 1
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Tecnologa del Asfalto: Asfalto Espumado
ALMACENAMIENTO ESTACION DE BOMBEO
DESTILADOS LIVIANOS
DESTILADOS PESADOS
Destilacin al Vaco
CEMENTO ASFALTICO
Store
Torre de Destilacin
RESIDUO (Pitch)
GAS
PETROLEO
Condensador y Enfriador
Calentador
DESTILADOS MEDIOS
1.1 Produccin del Asfalto
1. Introduccin
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8CALENTAMIENTO135 C +
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
DILUCIN50 a 80% Asfalto
EMULSION ASFALTICA
EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+
ASFALTO ESPUMADO
EXPANDIDO1-2% w y 180C+
1.2 Aplicaciones
CALENTAMIENTO135 C
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
DILUCIN50 a 80% Asfalto
ENFRIAMIENTO
EMULSION ASFALTICA
EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+ QUIEBRE y EVAPORACIN
ASFALTO ESPUMADO
EXPANDIDO1-2% w y 180C+ ENFRIAMIENTO INSTANTNEO
EVAPORACIN
1.3 Obtencin de Asfalto Residual
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9CALENTAMIENTO135 C
CEMENTO ASFALTICO
Mezclas en Caliente
ASFALTO CORTADO
EMULSION ASFALTICA
ASFALTO ESPUMADO
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
DILUCIN50 a 80% Asfalto
EMULSION ASFALTICA
ASFALTO ESPUMADO
Riegos y M. En Fro
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CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
EMULSION ASFALTICA
EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+
ASFALTO ESPUMADO
Sellos y Lechadas
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
EMULSION ASFALTICA
EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+
ASFALTO ESPUMADO
Reciclado
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ASFALTO ESPUMADO
EXPANDIDO1-2% w y 180C+
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
EMULSION ASFALTICA
Reciclado en Fro de Pavimentos y Estabilizacin de Suelos
Estabilizacin de Suelos
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Captulos 2Parte 2
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado
En la cmara de reciclado se pulveriza el material, y se inyecta agua y aditivo (asfalto espumado, cemento, etc.).
Reciclado profundo toma el 100% del pavimento ms un X % de la base granularproduciendo una nueva base estabilizada la cual se debe proteger con una capa de rodado.
Asfalto
Sentido de Avance
Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado
agua
agua compactacin
asfalto
cemento
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Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado
Tcnica de Asfalto Espumado
Tcnica de Reciclado con Asfalto Espumado
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Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADOEN FRO
Aditivo
Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
RecicladoProfundo
Reciclado
Superficial
En planta En-Sitio
Reciclado Estabilizacin
Bituminoso
Emulsin
Asfalto Espumado
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Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
En planta En-Sitio
Bituminoso
Asfalto Espumado
Reciclado
Superficial
RecicladoProfundo
Reciclado Estabilizacin
Emulsin
Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
En planta En-Sitio
Bituminoso
Asfalto Espumado
Reciclado
Superficial
RecicladoProfundo
Reciclado Estabilizacin
Emulsin
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Reciclado en Fro en PlantaReciclado en fro en planta se justifica en proyectos de pavimentacin que presentan granheterogeneidad o en reciclado de pavimentos urbanos. En ambos casos el material es frezadotransportado a planta en donde se puede corregir la granulometra del material extrado. Las plantasde reciclado son porttiles, pueden trasladarse de modo de mantener cortas distancias de transporte
Planta Reciclado Espumado Wirtgen KMA 200
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Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
En planta En-Sitio
Bituminoso
Asfalto Espumado
RecicladoProfundo
Reciclado
Superficial
Reciclado Estabilizacin
Emulsin
Reciclado Profundo v/s Reciclado Parcial
Reciclado Profundo Reciclado Parcial
Slo capa asfltica Entre 80 y 150 mm Estrategia de mediano plazo
Capa asfltica y parte de la base Profundidad > 150 mm Estrategia de mediano/largo plazo
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- Reciclado superficial- Reciclado profundo
Tambor fresador / mezclador
Reciclado Superficial y Profundo
Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
En planta En-Sitio
Bituminoso
Asfalto Espumado
RecicladoProfundo
Reciclado
Superficial
Reciclado Estabilizacin
Emulsin
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3. Aplicaciones de la Tecnologa
Reciclado en fro de pavimentos
asflticos: Consiste en la recuperacin
del material de un pavimento asfltico
existente, el cual es mezclado con
asfalto espumad, adiciones (cemento o
cal) y agregados nuevos (si es
necesario) para formar una base
asfltica que ser colocada en el mismo
lugar o en otro distinto.
Estabilizacin de suelos: Consiste en la
estabilizacin de suelos de relativa baja
plasticidad (IP
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20
Menores costos en el proceso de manufactura, comparando con las emulsiones asflticas. Menores costos de transporte que en el caso de las emulsiones, ya que el agua adicionada no
supera el 5 % (contra 30-40% de la emulsin). El material tratado con asfalto espumado puede ser colocado, compactado y abierto al trfico
inmediatamente despus del mezclado. El material tratado permanece trabajable por mayores perodos de tiempo y puede ser usado en
condiciones climticas adversas. Espumado es una reaccin fsica y la emulsin una reaccin qumica
Ventajas Asfalto Espumado Respecto de la Emulsin
Reciclado en Fro
Alternativas
Profundidad
Lugar
rido
RECICLADO
EN FROAditivo
En planta En-Sitio
Bituminoso
Asfalto Espumado
Reciclado
Superficial
RecicladoProfundo
Reciclado Estabilizacin
Emulsin
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Captulos 3
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Ventajas del Reciclado en Fro en Sitio con Asfalto Espumado
Sistema Convencional de Rehabilitacin de Pavimentos
EXTRAERMATERIAL
CARGARTRANS-PORTAR
PRODUCIRMATERIAL
CARGARTRANS-PORTAR
DESE-CHAR
COMPAC-TAR
ESPARCIR
DESCAR-GAR
Proceso de Reciclado en Fro in Situ
COMPACTARFRESAR, APLICAR
AGENTES ESTABILIZADORES YAGUA, MEZCLAR Y ESPARCIR
Reflexin 1: Proceso Tradicional v/s Reciclado
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El Reciclado tiene una serie de ventajas potenciales respecto a las alternativas tradicionales de rehabilitacin:
1. Materiales Ahorro en asfalto Ahorro en ridos
2. Medio Ambiente Eliminacin de necesidad de botaderos Reduccin de nuevos pozos de agregados
3. Aspectos Constructivos Se corrigen defectos de seccin transversal del pavimento Se elimina la reflexin de grietas Se eliminan o corrigen las causas que dieron origen al deterioro (*)
Se puede mantener cota original del pavimento (*)
4. Aspectos Econmicos Es eficiente desde el punto de vista energtico Es econmico cuando se agregan los costos exgenos Tiempo de ejecucin (hasta + 1 km/da)
Reflexin 2: Resumen Ventajas
Reflexin 3: Consumo de Energa: Ejemplo Clima Seco
Existing structure Recapado Reciclado Reconstruccin
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3Condicin Actual
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Energy Consumption: Dry Climate
0
100
200
300
Subgrade: 80 MPa
Traffic: 5 MM EE
Energy (MJ/m2)
Overlay Reycling Reconstruction
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3
Existing structure Recapado Reciclado Reconstruccin
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3Condicin Actual
Reflexin 3: Consumo de Energa: Ejemplo Clima Seco
Vapor Tensin Superficial
Tcnicas del Asfalto Espumado:Caracterizacin y Diseo de Mezcla
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
Captulos 4
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1. Definicin Asfalto Espumado
El proceso de produccin deasfalto espumado es un procesofsico, regido por leyes bsicas determodinmica.
El asfalto espumado, se producecuando el asfalto virgen esexpandido temporalmente,mediante un proceso fsico deintercambio de calor. En dichoproceso se inyecta una pequeacantidad de agua fra (1 a 3% delpeso del asfalto) al asfalto caliente(170 C - 180 C) (140C 160Cpara los Asfaltos Colombianos)dentro de una cmara deexpansin, generandoinstantneamente una expansinde gas en forma de espuma.
asfalto caliente
agua aire
cmara de expansin y boquilla
asfalto espumado
2. Desarrollo de la Tecnologa
1956 ORIGEN DEL ASFALTO ESPUMADO
1957 PRIMEROS REPORTES DEL USO DEL ASFALTO ESPUMADO
1968 DESARROLLO CAMARA DE EXPANSION
1970 DESARROLLO DEL PRIMER LABORATORIO DE ASFALTO ESPUMADO
1991 TRANSFERENCIA DE ESTA TECNOLOGIA A LOS PAISES ESCANDINAVOS
ORIGEN DEL ASFALTO ESPUMADO
1957 PRIMEROS REPORTES DEL USO DEL ASFALTO ESPUMADO
1968 DESARROLLO CAMARA DE EXPANSION
1970 DESARROLLO DEL PRIMER
(Derechos MOBIL)
(Cuando expiraron los derechos de MOBIL)
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3. Proceso de Expansin y Colapso
Proceso anlogo al batido de clara del huevo para formar espuma, bajar suviscosidad y mezclarla con harina.En el proceso la clara se transforma en burbujas de pelcula delgada, llenas conaire.La clara ocupa un mayor volumen que permite su distribucin homognea entre laspartculas de harina - mezcla consistente.
INTERCAMBIO DE ENERGIA: Agua Asfalto
ENCAPSULAMIENTO
ESTADO DE EQUILIBRIO (**)
COLAPSO Y DESINTEGRACION DE LA ESPUMA
EXPANSION
T2R2
T1R1
2R1P
VAPOR
VaporVapor
2R1
3. Proceso de Expansin y Colapso
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3. Proceso de Expansin y Colapso
Energa calrica del asfalto transferidaal agua - El agua alcanza su punto deebullicin.
Se crea una burbuja con una pelculadelgada de asfalto llena con vapor deagua.
El asfalto, junto con el vapor de aguaencapsulado, es liberado desde lacmara a travs de una vlvula(dispositivo rociador) y el vaporencapsulado se expande formandoburbujas de asfalto contenidas por latensin superficial de ste, hastaalcanzar un estado de equilibrio.
INTERCAMBIO DE ENERGIA
ENCAPSULAMIENTO
EXPANSION y ESTADO DE EQUILIBRIO
Debido a la baja conductividad trmica delasfalto y del agua, las burbujas puedenmantener el equilibrio por pocos segundos (10-30 segundos).
A medida que la espuma se enfra atemperatura ambiente, el vapor en las burbujasse condensa causando el colapso y ladesintegracin de la espuma.
La desintegracin de la burbuja (o colapso dela espuma) produce miles de gotitas de asfalto,las cuales al unirse recuperan su volumeninicial sin alterar significativamente laspropiedades reolgicas originales del asfalto.
3. Proceso de Expansin y Colapso
COLAPSO Y DESINTEGRACION DE LA
ESPUMA
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4. Propiedades Fsicas del Asfalto Espumado
4.1 Volumen de Expansin: El Volumen de Expansin representa lacapacidad de la espuma para cubrir los ridos
Volumen
4.2 Estabilidad de la Espuma: Esta propiedad se relaciona con el tiempodisponible para el mezclado antes del colapso y desintegracin de laespuma
t
Tiempo
Volumen
T
Razn de Expansin Volumen de Expansin
5. Propiedades (para el Diseo) del Asfalto Espumado
Mximo Volumen
Volumen del Residuo
50% del Mximo Volumen
Es la razn entre el volumen del asfalto espumadoy el volumen del asfalto antes de espumar.Mientras mayor sea la tasa de expansin, menorser la viscosidad del asfalto espumado y mejor elcubrimiento y mezclado con los agregados.
Vida Media Estabilidad de la Espuma
Es el tiempo, en segundos, que tarda elasfalto espumado en reducir su volumen ala mitad del volumen expandido. La vidamedia es un ndice de la estabilidad de laexpansin. La estabilidad del asfaltoespumado debe permitir un correctomezclado con los agregados.
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RAZN DE EXPANSIN Y VIDA MEDIA
Vmx
Vo
Vmx/2
Tipo y Grado de Cemento Asfltico
Cantidad de Agua Inyectada
Temperatura de Calentamiento del Cemento Asfltico
Sistema de Inyeccin del Agua al Asfalto
Eficiencia del Dispositivo
Masa del Asfalto
5.1 FACTORES QUE AFECTAN LAS CARACTERSTICAS DE UNA ESPUMA ASFLTICA
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ASFALTO
T ASFALTO
% AGUA
RAZON DE EXPANSIN
SI
NO
T ASFALTO Y % AGUA OPTIMOS
PROPIEDADES PTIMAS?
VIDA MEDIA
5.2 Seleccin Temperatura del Asfalto y Agua de Inyeccin
Optimizacin Propiedades de Diseo
RAZON DE VIDA
EXPANSION MEDIA
TEMPERATURA ASFALTO
CANTIDAD DE AGUA
A MAYOR .......
CANTIDAD DE AGUA
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30
INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA SOBRE LA RELACIN DE EXPANSIN Y LA VIDA MEDIA
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Contenido de Agua (%)
Rel
aci
n d
e Exp
ansin
0
5
10
15
20
25
30
Vid
a M
edia
(s)
Relacin de Expansin Vida Media
Aumento de la Expansin
Disminucin de la Vida Media
Efecto del Agua
Influencia del contenido de agua y de la temperatura
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Wirtgen 2004
Optimizacin Propiedades de Diseo
Mnimos
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Comportamiento de Asfaltos Colombianos
Comportamiento de Asfaltos Colombianos
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No se puede usar asfaltos elastomricos
No se producen efecto de susceptibilidad trmica
6.1 Resumen Propiedades Fsicas
MEZCLA ASFALTO ESPUMADO
MEZCLA ASFALTO TRADICIONAL
MEZCLA CON ASFALTO ESPUMADO
G. Thenoux Z.
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Esfuerzo Cortante
Esfuerzo Normal
C = Cohesion
Angulo de
Friccin
Mayor
Cohesion
Efecto del Cemento Asfltico
Material no ligado
Ref.: Kim Jenkins
Efecto en c y del Asfalto
Captulos 5
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Tcnicas del Asfalto EspumadoDiseo Mezcla
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La base espumada es por lo general la segunda capa por lo cual dependiendodel tipo de carpeta de rodado el efecto de la temperatura ambiente puede serms o menos influyente.
El porcentaje de asfalto que se adiciona es relativamente menor y la formaque queda incorporado en la estructura granular no produce la mismadependencia respecto de la estabilidad en relacin a lo que ocurre conmezclas tradicionales.
La seleccin del grado del asfalto, es solo funcin de las propiedades de laespuma.
7. Diseo de Mezcla
7.1 Seleccin del Grado Asfltico
7.2 Seleccin Temperatura del Asfalto y Agua de Inyeccin
7.3 Granulometra de los ridos
Las bandas de trabajo son relativamente amplias lo que permite incluir variostipos de suelo adems de bases y subbases y material tipo RAP. Se recomiendaun mnimo de 5% de finos de cero o poca plasticidad. La resistencia de la mezclarido asfalto es funcin del tipo de suelo (clasif. AASHTO) y CBR
CLASIFICACION DE MATERIALES GRANULARES
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Temperatura ptima: 13 C - 20 C. Temperaturas muy bajas de los ridos reducen la efectividad de la espuma.
7.4 Temperatura de los ridos
Temperatura del rido
10C a 25C Mayor a 25C
Razn de Expansin
10 8
Vida Media (s) 6 6
Ref.: TG-2, 2009
El contenido ptimo de humedad es necesario para una adecuadacompactacin posterior. Se recomienda una humedad comprendida entre 65- 85% de la humedad ptima de compactacin (Proctor Modificado)
7.5 Contenido de Humedad de los ridos (*)
7.6 Preparacin de la Probeta
Para la preparacin de la probeta de ensayo se utiliza un laboratorio especial y compactador Marshall
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37
Fabricacin espuma en el laboratorio
Fabricacin espuma en el laboratorio
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Compactador Marshall Compactador Giratorio
Diseo Mezcla: Compactacin Probetas
El empleo del compactador Superpave tiene mayores ventajas: Se logradensidades ms altas, se produce una probeta de mayor tamao la cualproduce menos dispersin de resultados cuando se trabaja con materialesRAP.
Compactacin con Martillo Vibratorio
Bosch Hammer
Mould
Zero Line
Sleeve
Base Plate
Steel Rod
Side of Mould
Vibratory Hammer
Wooden base
Preparacin de la probeta
KelfkensRef. Kim Jenkins
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Tcnica de Mezclado
WLM30
Ref. Kim Jenkins
Mezcladora Pugmill - WLM30
Ref. Kim Jenkins
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Mezcla de cada una de las 5 muestras de agregado con distintos contenidosde asfalto (de 1,5 a 3,5 % con incrementos de 0,5 %)
Fabricacin y compactacin de probetas Marshall (75 golpes)
Curado de las probetas por 72 horas a 40 C
Clculo de la densidad aparente
7.7 Contenido ptimo de Asfalto
40 C
72 hrs
d
CARGA P (KN)
7.8 Contenido ptimo de Asfalto
El valor ptimo se obtiene enbase al ensayo dehendimiento o resistenciaindirecta a la traccin.
La probeta se cura enhorno normal y luego seensaya en condicionessecas y saturadas a 25 C.
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41
7.9 Contenido ptimo de Asfalto en Base a Resistencia Retenida
ITS Sat
ITS Seco
RRetenida =
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00ITS vs % Asfalto
% Asfalto
ITS
0,000,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
ITS SecoITS Saturado
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00ITS vs % Asfalto
% Asfalto
ITS
KPa
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
ITS SecoITS Saturado
7.9 Contenido ptimo de Asfalto en Base a Resistencia Retenida
1. El valor ptimo obtenido debe cumplir con que la Resistencia Retenida seamayor a un 50%. (Parmetro que define la influencia de la humedad sobre laresistencia del material)
ITS Sat
ITS Seco
RRetenida =
2. Se debe cumplir un valor mnimo de ITS seco segn diseo estructural ycondiciones de tensiones de trabajo.
3. Se debe cumplir un valor mnimo de ITS saturado segn diseo estructural ycondiciones de tensiones de trabajo cuando se espere condiciones desaturacin prolongada en el diseo.
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OPTIMIZACION DE LA ESPUMA
GRANULOMETRIA E P
PREPARACION 5 MUESTRAS (10 Kg cada una)
DETERMINACION CONTENIDO OPTIMO DE HUMEDAD (OMC)
MEZCLADO DE MUESTRAS CON DISTINTOS % DE ASFALTO
FABRICACION Y COMPACTACION PROBETAS MARSHALL
CURADO DE LAS PROBETAS
CALCULO DENSIDAD BRUTA
DETERMINACION ITS PARA LOS DISTINTOS % DE ASFALTO
CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO
DETERMINACION MASA SECA DE LA MUESTRA
INCORPORACION CANTIDAD DE CEMENTO REQUERIDO
INCORPORACION 75 % DE LA HUMEDAD OPTIMA (OMC)
7.10 Resumen de Procedimiento (en Proceso de Cambio)
7.11 Resumen Propiedades Mezcla con Asfalto Espumado
Mezclas con asfalto espumado son MUY DISTINTAS a las mezclas en caliente tradicionales y tienen un comportamiento diferente:
Mezclas Aglomeradas a partir de un mortero formado por finos y miles de puntos o uniones asflticas
Mezcla no sensible a la temperatura
Mezcla menos susceptible al envejecimiento
La densidad es funcin de la humedad de compactacin y no de la temperatura del asfalto
Mezcla de menor resistencia relativa
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CLASIFICACION DE MATERIALES GRANULARES
5%
El efecto de frezado del equipo har que laproporcin de finos aumente lo que aunqueen la mayor parte de los casos es favorablepor tratarse de finos inertes provenientesdel mismo material frezado.
La variacin depender de las condicionesdel pavimento pero por sobre todo de lavelocidad del rotor.
7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado
7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado efecto de la velocidad del Rotor
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Distribucin Granulomtrica 150 rpm rotacin del tambor
Distribucin Granulomtrica 100 rpm rotacin del tambor Distribucin Granulomtrica 127 rpm rotacin del tambor
7.12 Consideraciones Adicionales: Muestra de Reciclado
eh
La variabilidad del espesor de la capaasfltica no produce mayores cambios enel porcentaje de asfalto ptimo pero siproduce variaciones de las propiedadesmecnicas de la mezcla.
eh
7.12 Consideraciones Adicionales: Estudio Variabilidad del RAP
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7.12 Consideraciones Adicionales: Uso de cemento u otro filler
No se recomienda considerar el reemplazo de cemento por otro tipo de fillerno obstante frente a situaciones especiales se debe repetir protocolos dediseo para cuando se requiera reemplazar el cemento por otro filler.
La cal puede ser opcin de un filler pero se utiliza ms bien para pre-tratarsuelos imposibles
Un mayor porcentaje de cemento tiende a mejorar el valor de la resistenciaretenida pero si no es necesario (***) no conviene utilizar porcentajessuperiores a 1,5% y max 2% - La experiencia Sur Africana sugiere mximo 1%
7.12 Influencia del Llenante activo
Resistencia y Flexibilidadb
C1 to C4 Cemento < 1%
Ref. Kim Jenkins
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46
Temperatura del cemento asfltico para espumado.
Porcentaje de agua para espumado
Razn de Expansin y Vida Media
Dosificacin de asfalto espumado.
Dosificacin de llenante Activo (Cemento Portland, Cal).
Agua de compactacin.
Resistencia en seco de las mezclas curadas con el contenido
de asfalto ptimo.
Resistencia obtenida, despus de inmersin en agua, de las
probetas curadas con el contenido de asfalto ptimo.
Resistencia conservada
Recomendaciones especficas para la construccin
7.13 Formula de Trabajo
Captulos 6
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Evaluacin y Diagnstico Proyecto Candidato a Reciclado
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Evaluacin y Diagnstico Proyecto Candidato a Reciclado
Medicin Co. Funcional
7. Asignacin y Diseo de Acciones de Rehabilitacin
5. Estudio de ingeniera
Medicin Co. Estructural
2. Diagnstico Experto Inicial Inspeccin Ocular
Monografa (e Inventario)
4. Procesamiento y Evaluacin de la Informacin y Tramificacin
3. Toma de Datos. de Pavimento
6. Asignacin de Acciones de Conservacin
1. Estudio Informacin de Proyecto
ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico
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ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico Preliminar
Estudio de Antecedentes Histricos del Proyectoo Este informacin est disponible en muy pocos proyectos pero, de igual forma se debe poner
atencin a antecedentes histricos que pueden estar disponible en diferentes lugares.
ESTUDIO DE INGENIERA Evaluacin y Diagnstico Preliminar
Los objetivos de la inspeccin visual preliminar Inspeccin Visual de Experto
o Evaluar las condiciones del camino, para estudiar la factibilidad tcnica de la construccin delproyecto.
o Realizar un diagnstico por tramos similares, de las causas que determinan el estado presentedel pavimento. (envejecimiento, fatiga, drenaje )
o Identificar sectores con singularidades.
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49
Reciclado en Planta
Si los tramos no son homogneo conviene fresar y reciclar en planta.
Auscultacin Instrumental
o Existen una gran variedad de instrumentos que permiten recoger informacin objetiva delproyecto. La data del pasado es igual o ms importante que la data presente.
o Se recomienda disear el programa de auscultacin sobre la base de las conclusiones quese obtengan de estudio de experto.
Es importante recordar que ningn instrumento reemplaza la evaluacin visual de un experto.
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50
Condicin Parmetro Equipo de medicin
Deflexin DoEstructural
Nm. Estruct. efectivo (SN
Deflectmetro de Impacto (FWD)Viga Benkelman
Relevamiento VisualFisuras
Video
Perfilmetro Superficial
Textura, FricciPendulo TRL
Perfilmetro
Bump integratorRugosidad (IRI)
MERLIN
Perfilmetro de ultrasonido (TPL)
Funcional
AhuellamientoRegla de 3m
Georadar (GPR)Espesor y perfiles Espesor capas de pavimento
Calicatas
Propiedades fsicas Ensayos de campo y laboratorio
Testigos
Ref: Rafael Menendez
Estudio Propiedades Materiales a Reciclar
Adems de la inspeccin visual en el pavimento se deben realizar calicatas, con el fin deinvestigar las propiedades de los materiales para determinar dosificacin y propiedadesestructurales esperadas. Con el material extrado se realiza una parte del estudio demezclas pero, el diseo se debe realizar con muestra obtenida en terreno.
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51
CLASIFICACION DE MATERIALES GRANULARES
5%
El efecto de frezado del equipo har que laproporcin de finos aumente lo que aunqueen la mayor parte de los casos es favorablepor tratarse de finos inertes provenientesdel mismo material frezado.
La variacin depender de las condicionesdel pavimento pero por sobre todo de lavelocidad del rotor.
Estudio Propiedades Materiales a Reciclar
Propiedades Mecnicas Subrasante
Cono DCP Calicatas FWDb
La capacidad estructural de la subrasante se debemedir con la mayor continuidad posible para podersectorizar el proyecto en tramos homogneos.
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52
Ultrasonido (TPL) Regla de 3 m
Propiedades Mecnicas Subrasante (Ahuellamiento)
El ahuellamiento no es importante para unproyecto de reciclado debido a que se vaconstruir capas nuevas sin embargo, es undato que puede complementar el estudio deexperto
La variabilidad del espesor de la capa asfltica existentepuede producir variaciones de las propiedadesmecnicas pero no necesariamente de la dosificacin.Es conveniente realizar la mayor cantidad dedimensiones.
Testigos
Radar (GPR)
Calicatas
Espesores capas pavimentos existentes
eh
eh
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El Georadar
El Georadar no identifica el tipo demateriales y requiere de Calicatas cada 2km y en puntos que merecen duda.
Propiedades Funcionales: IRI
Tericamente no se requiere medircaractersticas funcionales del pavimentodado que el reciclado equivale a unareconstruccin sin embargo, es un datoque puede complementar bien el estudiode sectorizacin de un proyecto
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Trnsito Clima Suelo de fundacin Estructura pavimento existente por capacidad (Deflexin) Estructura de pavimento existente por dosificacin Por otras caractersticas: Rugosidad, Ahuellamiento y otras
Resumen Estudio de Ingeniera
El estudio de ingeniera permite entonces:1) Obtener muestras para disear mezclas2) Obtener antecedentes de terreno para el diseo estructural3) Sectorizar el proyecto en tramos homogneos segn:
Captulos 7
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Fundamentos de Diseo Estructural de Reciclado con Espumado
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55
1. Reflexin sobre el Diseo Estructural de Reciclado de Pavimento
1. Ensayo Acelerado de Pavimentos
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Mr = dr 1
1
R
P R
d
Verificacin por mtodo analtico: reflexin
Mr = dr
1
1
R
P R
d
Verificacin por mtodo analtico: reflexin
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En la totalidad de los casos (*) el reciclado con asfalto espumado, recicla el espesor de la capa asfltica y parte de la base granular obteniendo un material nuevo con propiedades estructurales propias.
La capa reciclada no tiene resistencia al desgaste por lo cual siempre se requiere de una superficie de rodado.
2. DISEO ESTRUCTURAL: Consideraciones
x2
Las propiedades mecnicas del material reciclado se deben determinar a partir de una muestra reciclada y luego de llevar a cabo todo el programa para obtener la frmula de trabajo (dosificacin)
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Coeficiente estructural
Ref: Manual Wirtgen 2004
x1
El espesor de reciclado, en conjunto con el espesor de la capa de rodado, deben entregar la capacidad de soporte requerida para el nuevo proyecto.
La profundidad de reciclado depender de:
2. DISEO ESTRUCTURAL: Consideraciones
x2x
Diseo estructural (Ejes Equivalentes futuro, capacidad Sub-rasante)
Propiedades mecnicas que se logren del material reciclado (tensiones admisibles).
Aspecto econmico relacionado a la profundidad de reciclado.
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3. DISEO ESTRUCTURAL: Alternativas de Diseo de Reciclado
Caso 1 Caso 2 Caso 3
Conceptualmente se distinguen 3 casos de diseo diferente los que se explican utilizando metodologa AASHTO.
Caso 1: Se requiere mayor resistencia estructural al pavimento existente
Caso 2: La resistencia estructural se alcanza con la capa de reciclado
Caso 3: Se requiere mayor resistencia estructural pero, a su vez se requiere mantener la rasante
Procedimiento resumido:
Se determina espesor mnimo de carpeta de rodado (5 8 cm) y se le asigna su valor estructural.
Se calcula espesor de reciclado necesario para completar SN futuro
No se considera el aporte de la capa base remanente
CASO 1: Con capa de rodado de mezclas asfltica
x
SN futuro = SN capa de rodado + SN capa reciclada
-
60
Pavimentacin
CASO 1: Con capa de rodado de mezclas asfltica
Resumen Caso 1
SNfuturo = a1 h1 + a2 h2
a2 h2
a1 h1
a3 h3 = 0
a2 = depende de Mr Subrasante y espesor de reciclado (0,20 0,32)
x
SN futuro = SN capa de rodado + SN capa reciclada
-
61
En este caso se utiliza un sello superficial como capa de rodado.
La capacidad estructural debe ser enteramente lograda con el espesor de reciclado.
Mantiene la cota de rasante.
CASO 2: Con capa de rodado de Sello Asfltico
1. Capa Asfltica Antigua2. Base Granular3. Subrasante
1. Sello Asfltico2. Base Granular Reciclada en Fro3. Subbase Granular4. Subrasante
x
SN futuro = SN capa reciclada
CASO 2: Con capa de rodado de Sello Asfltico
-
62
Resumen Caso 2
SN futuro = SN capa reciclada
SN futuro = a2 h2
a2 h1
a3 h3 = 0
1. Capa Asfltica Antigua2. Base Granular3. Subrasante
1. Capa Asfltica Nueva a la cota original 2. Base Reciclada3. Subbase Granular4. Subrasante
Reciclado Frezado: Esta tcnica se aplica con ventaja cuando se desea mantener la rasante y/o cuando se desea entregar al trnsito urgente y ms tarde construir la carpeta de rodado.
CASO 3: Con capa de rodado de mezcla asfltica, manteniendo cota rasante
x
SN futuro = SN capa rodado + SN capa reciclada espesor fresado
-
63
Proceso reciclado manteniendo cota
Reciclado y fresado
-
64
Resumen Caso 3
SNfuturo = a1 h1 + a2 h2-h1
a2 h2-h1
a1 h1
a3 h3 = 0
SN futuro = SN capa rodado + SN capa reciclada espesor fresado
RESUMEN DISEO ESTRUCTURAL: asfltica
Caso 1 Caso 2 Caso 3
-
65
BISAR (Shell)
ELSYM5 (UCLA)
Interfase 1
Interfase 2
Interfase n-1
h1, E1, 1
h2, E2, 2
hn=, En, n
h3, E3, 3
tz
z
rz
rt
zt tr
zr
t r
d dr
dz
P
3. DISEO ESTRUCTURAL: Fundamentos Mtodo Mecanicista
Se modela el pavimento a travs de un sistema multicapas, las cuales se caracterizan porsu mdulo elstico, mdulo de Poisson, y espesor. Se requiere modelar tambin la carga,la cual se caracteriza por su magnitud de carga, presin y radio de la impronta.
Metodologa TG2 Localizacin de tensiones y deformaciones
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66
Metodologa TG2 Programa Computacional
Metodologa TG2 (Sudfrica)
El desarrollo de este modelo fue basado en resultados de ensayos de fatiga acelerada aescala real (HVS) y, comportamiento de resistencia y deformacin en laboratorio demezclas espumadas.
-
67
Metodologa TG2 (Sudfrica): Modelo de Deterioro
Las observaciones de los ensayos de fatiga acelerada, sugieren modelar elcomportamiento del material en dos fases: Una Fase 1 que comienza inmediatamentedespus de la construccin, cuando la capa est intacta y posee resistencia a la fatiga y,una Fase 2 que se asocia a un comportamiento ms equivalente a una base granular.
Metodologa TG2 Ecuacin de Fatiga
-
68
Metodologa TG2 Ecuacin de Fatiga Capa Asfaltica y Subrasante
t
v
Metodologa TG2 Ejemplo
-
69
Captulos 8
Pontificia Universidad Catlica de ChileFacultad de Ingeniera
CIIV CENTRO DE INGENIERA E INVESTIGACIN VIAL
Reciclado con Asfalto EspumadoProceso Constructivo y Control de calidad
Asfalto Agua Cemento
Recicladora
Compactacin Primaria
PerfiladoCompactacin Secundaria
Compactacin Final
Fases del Proceso Constructivo
1
2
-
70
Fases del Proceso: Fase Preliminar
Fases del Proceso: Planificacin Proceso Constructivo
1. Organizacin
2. Capacitacin
3. Planificacin
Para asegurar un proceso constructivo exitoso se requiere cumplir 9 pasos previos.
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71
Fases del Proceso: Planificacin Proceso Constructivo
Para asegurar un proceso constructivo exitoso se requiere cumplir 9 pasos previos.
1. Organizacin
2. Capacitacin
3. Planificacin4. Organizacin
5. Capacitacin
6. Planificacin7. Organizacin
8. Capacitacin
9. Planificacin
Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2500S)Trabajo a Ancho
completo
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72
Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2500S)
7.0 m
Wirtgen WR2000. Ancho Tambor / = 2.0m
124
3
Traslapo350mm
Traslapo 500mm C/L Traslapo
150mm
Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES (WR2000)Trabajo por pista
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73
Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES
Planificacin Proceso de Reciclado: CORTES
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74
La velocidad del rotor fresador-mezclador puede ser ajustada en 4 posiciones. Lavelocidad de compromiso se fija segn el nivel de deterioro del pavimento y segn lacurva granulometra resultante.
Definicin de la velocidad del rotor pulverizador - mezclador
G.Thenoux
La velocidad del rotor fresador-mezclador puede ser ajustada en 4 posiciones. Lavelocidad de compromiso se fija segn el nivel de deterioro del pavimento y segn lacurva granulometra resultante.
Definicin de la velocidad del rotor pulverizador - mezclador
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75
150 rpm127 rpm100 rpm
La velocidad del rotor fresador-mezclador puede ser ajustada en 4 posiciones. Lavelocidad de compromiso se fija segn el nivel de deterioro del pavimento y segn lacurva granulometra resultante.
Definicin de la velocidad del rotor pulverizador - mezclador
Fases del Proceso: Fase 1
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76
Asfalto Agua Cemento
Fases del Proceso: Fase 1: Reciclado
Cemento: 8,25 kg/m
42,5 kg Bolsas 42,5 kg
8,25 kg/m= 5,1 m
Adicin de Cemento
Fases del Proceso: Distribucin de Cemento
Existe maquinaria especializada para laadicin de cemento pero tambin sepuede realizar manualmente. Esto selogra repartiendo un saco de cemento(42,5 kg) en una superficie determinada,hasta lograr la dosis del diseo demezclas.
-
77
Adicin de cemento de forma homognea
Cemento: 2,1 ton/m3 x 1,9 m x 0,2 m x 1,5 % = 11,97 kg/m45 kg / 11,97 kg/m = 3,76 m
SUPERFICIE PARA 1 SACO DE CEMENTO
Colocacin del Cemento
X
-
78
Colocacin del Cemento
XX
Colocacin del Cemento
-
79
Distribuidor de Cemento
10.000 l agua
Silo de 25 m3
Distribuidor de Cemento (spreader)
-
80
Asfalto: Abastecimiento y temperatura
Equipos
-
81
Punta
Reemplazo puntas equipo reciclador
-
82
Control de Trnsito
Control de Trnsito
-
83
Fases del Proceso: Fase 2
Fases del Proceso: Fase 1 en Movimiento
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84
Compactacin Primaria
Compactacin Primaria
Preferir
Rodillo Tandem
-
85
Perfilado, Compactacin Secundaria y Planchado
Baja Amplitud
X
Consecuencia de una compactacin inadecuada
-
86
Ejemplo: Cepillado para lograr IRI
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
Agua
-
87
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
El Manual Wirtgen recomienda lo siguiente para la terminacin delespumado:
Se ha verificado que esta recomendacin no siempre puede ser convenientepara algunos climas y materiales de la regin.
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
-
88
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
El efecto combinado de baja humedad relativa, alta temperatura y viento,sumado a las propiedades de los finos podra producir micro-fisuras porretraccin en la superficie de la capa reciclada (Ej.).
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
Prueba del plstico.
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89
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
Prueba del plstico.
Compactacin Sellado con Compactacin Neumtica
A partir de esta experiencia, en Chile hemos adoptado que a cada diseo demezclas se le realiza un ensayo complementario a los finos bajo malla #40 +el % de filler activo. Este ensayo consiste en determinar en laboratorio laretraccin lineal del material. Se busca detectar problemas asociados a laactividad de los finos previo a la construccin.
(*): Hablar de la expansin
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90
Ejemplo: Cancha terminada
Riego de Liga
Fases del Proceso: Fase 3: Construccin Carpeta
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91
Pavimentacin
Fases del Proceso: Fase 3: Construccin Carpeta Directa
Finalmente se compacta carpeta asfltica mediante el proceso tradicional.
Capa de Rodado
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92
Reciclado y capa TSD
TSD
Reciclado y capa TSD con emulsin
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93
Reciclado y capa TSD con asfalto en caliente
Reciclado y capa slurry
-
94
Reciclado y fresado
x
Reciclado manteniendo cota
-
95
Reciclado y fresado
Reciclado y fresado
-
96
COLOCACIN 5 CM MEZCLA ASFLTICA
Reciclado y fresado
RECOMENDACIONES;Trnsito directo sobre espumado recomendado por 3 a 4 das manteniendo hmedo
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97
RECOMENDACIONESMs de 3 a 4 das utilizar emulsin + arenado
Control de Calidad
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98
PROGRAMA DE INSPECCIN Y ENSAYOS PARA EL COTROL DE CALIDAD
Chequeos antes de la operacin Chequeos durante de la operacin Chequeos despus de la aplicacin
El control de calidad lo podemos separar en:
(*): Ver planilla
Chequear: Temperatura y Flujo de Asfalto
Temperatura Asfalto Flujo de Asfalto Evaluacin Visual Espuma Asfltica Presin de Trabajo
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99
Observacin Constante del producto
Homogeneidad espumado (*): Es recomendableque el gerente deproyecto designe unsupervisor de la calidaddel espumado encampo.
Homogeneidad espumado
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100
Control de humedad del espumadoDado que el perfil de humedades de campo (terreno) es variable, es recomendable que elsupervisor del reciclado controle la humedad del espumado a travs de la trabajabilidad de lamezcla e indique al operador que la modifique cuando sea necesario.
Medicin de Espesores en ambos costados del corte
No descuidar el control de espesores en curvas.
-
101
Autocontrol Densidad de Construccin con Densimtro Nuclear
Control ITS y TSR
ITS
Se extraen muestras de terreno inmediatamente detrs de la recicladora. El material se depositaen bolsas plsticas para que no pierda su humedad, y luego es llevado a laboratorio. Enlaboratorio se curan en horno (aire forzado a 40 C por 72 horas) y luego se someten a ensayode ITS seco y densidad.
Trasladar las muestras para compactar en laboratorio produce mayor variabilidad en losresultados.
-
102
Control ITS y TSR
En las ltimas obras se ha introducido en campo (o en terreno) un compactador de probetasMarshal mvil, de tal manera de que se puede obtener probetas para el control de ITScompactadas directamente en campo. Lo anterior ha permitido reducir la variabilidad de losresultados.
Control ITS y TSR
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103
Control ITS v/s Densidad(*): Para la densidad dereferencia se recomienda larealizacin del ensayo proctoren campo.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300
DENSIDAD (Ton / m3)
ITS
(K
Pa)
Control de granulometra
Cambios en la granulometra puede provocar cambios en las propiedades mecnicas de lamezcla espumada. Se recomienda controlar la variabilidad de la granulometra a lo largo delalineamiento.
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104
Chequeo de Densidad Cono de Arena para Recepcin
(*): Para la densidad se debeespecificar un 98% de laDMCS.
Recomendacin complementaria respecto a la variabilidad
La experiencia prctica en nuestros pases y especialmente en proyectos de gran magnitud hademostrado la alta variabilidad que presentan los pavimentos en rehabilitar.. Se debe ponerespecial nfasis en esta variabilidad durante la etapa de diagnstico y proyecto de ingeniera
Caso en Chile
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Recomendacin complementaria respecto a la variabilidad
La experiencia prctica en nuestros pases y especialmente en proyectos de gran magnitud hademostrado la alta variabilidad que presentan los pavimentos en rehabilitar.. Se debe ponerespecial nfasis en esta variabilidad durante la etapa de diagnstico y proyecto de ingeniera
Recomendacin complementaria respecto a la variabilidad
La experiencia prctica en nuestros pases y especialmente en proyectos de gran magnitud hademostrado la alta variabilidad que presentan los pavimentos en rehabilitar.. Se debe ponerespecial nfasis en esta variabilidad durante la etapa de diagnstico y proyecto de ingeniera
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