2015 LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD

Transcripción

1 27/Mayo 2015 LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD Agregados Pétreos Rodrigo Uribe Olivares Jefe Área de Asfalto Laboratorio Nacional de Vialidad Referencias Capítulo 8.200: Agregados Pétreos. Volumen Nº 8 Manual de Carreteras. 1

2 Agregados Pétreos Partículas duras (tamaño y forma estable) Rol fundamental en la fabricación de mezclas asfálticas, conforman más del 90 % de la mezcla. Su análisis adquiere gran importancia para obtener una mezcla de calidad. Para utilizarse de modo confiable: - No debe degradarse - No debe segregarse - No debe contaminarse Fuentes de Extracción : Yacimientos (no sometido a tratamiento ): Canteras (formaciones rocosas, tronaduras) Ríos (redondeados, arrastre del agua) Excavaciones (estudios geológicos) Pozos secos (fuera de cauce, ej aluvial) Producción : sometido a cualquier tratamiento (trituración, lavado o clasificación). Obra (testigos, calicata). 2

3 Extracción en Yacimientos: Cauces de ríos Pozo Seco Cantera Extracción en Yacimientos: 3

4 Extracción en Producción: Planta de Áridos Acopio de Áridos Extracción en Obra: 4

5 Controles y ensayes a agregados utilizados en mezclas asfálticas a) Muestreo ( extraer y preparar muestras) b) Cuarteo ( ) c) Granulometría ( y ) d) Cubicidad de partículas ( ) e) Índice de Laja ( ) f) Peso Específico Densidad aparente ( ) Densidad real ( y ) Densidad neta y absorción de agua ( y ) a) Muestreo (LNV 64) Extraer y preparar una muestra representativa del material. Se determina las características del material De no hacerlo correctamente, los ensayos entregados no serán confiables 5

6 Se debe: Identificar la muestra. Identificar zona (Bosquejo). Identificación de pozo, calicata o capa. Volumen representado y Volumen a ensayar. Ensayos previstos (Tomar el doble de material que se requiere). El procedimiento de muestreo dependerá del lugar de donde se extraigan las muestras: 1.-) Extracción en yacimientos (Pozos) Inspección ocular. Presentar un croquis dimensionado del yacimiento. Tipo de yacimiento Con frente descubierto: Fajas verticales, identificar Sin frente descubierto: Estratos, muestra simple Material suelto (Ej: superficie de río) Frecuencia de muestreo: Frente Descubierto: Generalmente cada 30m. Sin frente descubierto: Cada 5.000m 2 6

7 2.-) Extracción en producción Cintas transportadoras. Silos, tolvas o depósitos Acopios (Recomendado) Frecuencia: Se debe definir en obra. Se puede recomendar cada 1000 m 3 por cada material producido (referencia manual de procedimientos). 3.-) Extracción en Obra En camiones tolva En acopios (NCh 164) Extraer porciones de áridos desde la mayor profundidad posible sin que se incluya material de superficie, ni de los primeros y últimos 30cm de altura de acopio (En general, cercano a la cima, a media altura y cercano a la base). Las porciones deben mezclarse, para obtener una muestra representativa (No si se quiere conocer la homogeneidad del acopio). Frecuencia: Se debe definir en obra (Generalmente cada 1000m 3, Manual de procedimientos) 7

8 Muestreo de suministro de áridos en acopio b) Cuarteo de muestras Obtener tamaño requerido para cada ensaye. Tamaño de muestra el doble del requerido. Cuarteo manual y mecánico 8

9 Reducción de muestras El procedimiento puede ser realizado en forma manual o mecánica: Manual: Homogeneizar (pala, en estado húmedo, con el fin de evitar perdida de finos) Formar pila en forma de cono Aplanar (evitar mayor segregación) Dividir en cuatro partes Extraer dos cuartos opuestos y repetir hasta obtener cantidad requerida para ensayes (dependiendo del ensaye, es la cantidad de m3 a utilizar). c) Granulometría (LNV 65) Definición: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de las partículas que constituyen un pétreo. 9

10 Objetivos de la Granulometría: Comparar áridos entre sí. Conocer la variación de un mismo árido. Conocer si el árido cumple con una banda determinada que asegure buena calidad. Representación de la distribución de los tamaños que posee el árido Procedimiento: Se hace pasar el agregado seco por una serie de tamices normalizados Tamices ordenados de arriba hacia abajo, de mayor a menor abertura Se registran los pesos retenidos Expresar los pesos como porcentajes del peso total de la muestra Presentar la granulometría como el porcentaje acumulado que pasa cada tamiz Finalmente graficar la distribución mediante un sistema de coordenadas, con abscisa a escala logarítmica (Eje X) que indica las aberturas nominales y ordenadas (Eje Y) que indican porcentajes que pasan o que quedan retenidos 10

11 Consideraciones al realizar el ensaye: Mantener la limpieza del lugar de trabajo y equipos antes y después del ensaye Realizar ensaye en lugar cerrado evitando la pérdida de finos El porcentaje parcial retenido en cada tamiz se calcula referido a la masa inicial. Trabajar con muestras representativasy de tamaño adecuado. Usar la serie de tamices del ensayo o especificación. Mantener limpieza y calidad de los tamices Usar balanzas adecuadas, sensibilidad y capacidad suficientes. Eliminar material bajo # 200, lavando el material sobre el tamiz. Recordar considerarlo en el cálculo. Definiciones Previas: Masa constante: Cuando dos pesadas sucesivas, separadas por una hora de secado (110±5 C), difieren en un porcentaje igual o menor al 0,1% de la menor masa determinada 11

12 Definiciones: Tamaño Máximo Absoluto (TMA): Pasa el 100% de la masa del material pétreo. Tamaño máximo Nominal (TMN): Tamiz inmediatamente inferior cuando pasa el 90% o más de la masa de material pétreo. NOTA: Cuando pasa menos del 90% TMA=TMN Retenido Parcial: porcentaje en masa correspondiente a la fracción directamente retenida en un determinado tamiz. Acumulado que pasa: porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. 12

13 Tamizado Obtener una muestra homogénea. Secar a masa constante. Pesar la muestra y registrar como masa total. Lavar la muestra y secarla hasta masa constante. Pesar y registrar su masa. Preparar los tamices dispuestos según su abertura de mayor a menor: Agregados colocados en Tamices Intermedios Tamices Intermedios Tamices más finos Recipiente de Residuo 13

14 Tamices Grueso: ASTM mm 1 25 ¾ 20 ½ /8 10 N 4 5 N Fino: ASTM mm N N N N N Tamaño de la muestra (Grueso) Tabla C V Nº8 MC Tamaño máximo Absoluto (mm) Masa mínima de la muestra (Kg)

15 Tamizado inicial y tamizado final (Manual o Mecánico). Determinar masa retenida en cada tamiz,y registrar con la aproximación que sea mayor entre 1g y 0,1% de la pesada. Determinar % Retenido parcial, %Acumulado que pasa. Para que el ensaye sea válido, la suma de las fracciones retenidas en todos los tamices no debe diferir de la masa inicial en más de un 3% para los finos y de 0,5% para los gruesos. 15

16 Representación gráfica: Abcisas: Logaritmo tamiz. Ordenada: %Retenido o %Pasa. % Pasa Log Tamiz IMPORTANTE Eliminar siempre el material bajo # 200, lavando el material sobre el tamiz. Recordar considerarlo en el cálculo. Registrar los datos. 16

17 IMPORTANTE Mantener la limpieza del lugar de trabajo y equipos antes y después del ensaye. Utilizar una muestra de tamaño adecuado. Usar una balanza y tamices del ensayo o especificación (Calibrados). Limpieza y calidad de los tamices Ejemplo d) Cubicidad de partículas: (LNV - 3) 17

18 Tipos de Áridos: DEFINICIONES Chancados: Dos o más caras fracturadas, con una arista viva al menos. A mayor cantidad de chancado, mayor trabazón Mayor estabilidad DEFINICIONES Rodados: Partícula no chancada. 18

19 DEFINICIONES Lajas: Partícula pétrea en que la razón entre la dimensión máxima y mínima, referida a un prisma rectangular circunscrito, es mayor que cinco. Partículas lajeadas: b a b a 5 19

20 Cubicidad de Partículas : Tomar una muestra representativa de material retenido hasta 5 mm (tamiz N 4), de acuerdo a tabla A del MC VOL 8. Para cada muestra separar las partículas chancadas y rodadas (Visualmente). Cubicidad de Partículas : Fracción chancada: determinar con un pie de metro las partículas lajeadas (Di) y registrar la masa chancada(bi). De la fracción rodada determinar con un pie de metro las lajas (Ei) y registrar la masa rodada (Ci). 20

21 Partículas Chancadas: Ch 5 B 5 D A 5 5 *100(%) D : Masa de Laja Chancada de la fracción i Bi: Masa chancada de la fracción i Ai : Masa total de la fracción i Partículas Rodadas: R 5 C 5 E A 5 5 *100(%) Ei : Masa de Laja Rodada de la fracción i. Ci: Masa Rodada de la fracción i Ai : Masa total de la fracción i 21

22 Partículas Lajeadas: L 5 D5 E A 5 5 *100(%) Ei : Masa de Laja Rodada de la fracción i. Di: Masa de Laja Chancada de la fracción i Ai : Masa total de la fracción i e) Índice de lajas: Se utiliza principalmente en DTS. Porcentaje en peso de partículas que tienen un espesor (Dimensión mínima) inferior a 0,6 veces la dimensión media de la fracción de agregado considerada 22

23 Índice de lajas: Fracciones a considerar: 40-25mm 1 ½``- 1`` mm 1``- ¾`` 20-12,5 mm ¾``-½`` 12,5-10 mm ½`` - 3/8`` 10-6,3 mm 3/8 - ¼ 6,3-5 mm ¼ - Nº Índice de lajas: Obtener Por Cuarteo al menos 100 partículas de cada fracción. Abertura del pie de metro: A i T si T 2 li x0,6 Tsi: Abertura tamiz superior de la fracción (mm) Tli : Abertura tamiz inferior de la fracción (mm) 23

24 Índice de lajas: Se hace pasar cada una de las partículas por la abertura del pie de metro. Registrar masa de las partículas que pasan abertura del pie de metro (M Pi ). Indice de laja de la fracción i: IL i M M Pi Ti x Índice de lajas: Índice de lajas del agregado pétreo: IL IL xr i R i i ILi: Índice de lajas de la fracción i Ri: Porcentaje parcial retenido de la fracción i(%) aproximado al entero. 24

25 Índice de lajas: Cuando hay una cantidad insignificante de material (Menos del 5%) en cualquier fracción, se puede omitir dicha determinación sin que el resultado cambie apreciablemente. Ejemplo Índice de lajas: Una vez obtenido el índice de lajas se calcula el Tamaño Medio del Agregado (Para DTS). Luego se calcula la Dimensión Mínima Promedio: H = TM / ( 1,09 + ( 0,00118 * IL)) 25

26 f).- PESO ESPECÍFICO Densidad aparente suelta ( Das) y Densidad Real Seca y Densidad Neta y Absorción Definiciones: Pétreo Grueso : Material retenido en el tamiz de 2,5 mm. Huecos: espacios vacíos entre las partículas del pétreo (Accesibles-Inaccesibles). Densidad (ρ): Masa (m) volumen (v), a una temperatura especificada. 26

27 Definiciones: Densidad real seca (ρrs): Solo se considera la masa del pétreo seco. Densidad Neta (ρ N): Considera el volumen macizo de las partículas más el volumen de los poros inaccesibles. Absorción de agua (α): Masa de agua necesaria para llevar un pétreo de estado seco a estado saturado superficialmente seco Densidad aparente suelta (Das) LNV-67 27

28 Densidad aparente suelta (Das) LNV-67 Vaciar el pétreo en una medida de capacidad volumétrica conocida a 5 cm. Determinar la masa del pétreo suelto que llena la medida. Dividir masa por volumen. Promedio de dos ensayes a muestras gemelas Densidad aparente Compactada Vaciar el pétreo en una medida de capacidad volumétrica conocida, 25 golpes de pisón en tres capas. Determinar la masa del pétreo compactado que llena la medida. Dividir masa por volumen. Promedio de dos ensayes a muestras gemelas. 28

29 Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Gruesos (LNV 68) Obtener una muestra de acuerdo a Cortar en malla 2,5 mm (Nº 8) Lavar la muestra Secar hasta masa constante Enfriar al aire por 24 horas ± 4 Saturar la muestra por 24 horas ± 4 Preparar el secado hasta saturado superficialmente seco: Msss Realizar pesada sumergida ( 20ºC): Msum Secar hasta masa constante Pesada al aire ambiente del pétreo seco: Ms 29

30 Cálculos: Densidad real seca: RS ms * 1000Kg / m msss Msum 3 Cálculos: Densidad Neta: N ms ms Msum * 1000Kg / m 3 30

31 Cálculos: Absorción de agua: msss ms ms *100% Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Finos (LNV 69) Nota: Si la muestra presenta un % retenido en tamiz 2,5mm mayor a 15%, se debe ensayar la fracción retenida de acuerdo a Posteriormente ponderar la fracción fina y la fracción gruesa de acuerdo a la granulometría. 31

32 Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Finos (LNV 69) Eliminar material retenido en tamiz de 2.5mm (Nº8). Obtener una muestra de 50 a 500g (Dejar contramuestra). Secar la muestra en horno a 110±5 C. Saturar la muestra en agua a temperatura ambiente por un período de 24±4 hrs. Secado uniforme hasta que el pétreo alcance la condición suelta Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Finos (LNV 69) Ensaye cono (25 golpes de pisón). Se toman 300 g del pétreo en condición saturado superficialmente seco. (Msss) Colocar la muestra en un matraz. Agregar agua (20ºC), sin llenar. 32

33 Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Finos (LNV 69) Eliminar las burbujas de aire (bomba de vacio) Densidad Real, Neta Y Absorción de Agua para Pétreos Finos (LNV 69) Llenar con agua hasta la marca de calibración. Medir y registrar la masa total del matraz más la muestra de ensaye y el agua (Mm). Registrar la masa de la muestra en condición seca (ms). Medir y registrar la masa del matraz mas agua (Ma). 33

34 Cálculos: Densidad real seca ( ρrs) RS ms Ma msss * 1000Kg / m Mm 3 Cálculos: Densidad Neta (ρn) N ms Ma ms Mm * 1000Kg / m 3 34

35 Cálculos: Absorción de agua: msss ms ms *100 EJEMPLO: Se tiene una mezcla de cuatro materiales. La Densidad Real Seca Ponderada se calcula como sigue: Material 1 Material 2 Material 3 Material 4 DRS (Kg/m 3 ) DRS Pond Ponderación 22% 24% 38% 16% 100% 35

36 FIN Ejemplo 1: Masa Inicial: 9840 gr Masa Lavada: 9832 gr Tamiz Peso retenido (gr) % Retenido parcial % Retenido acumulado % Que pasa 1 ½" 0 Calcular: 1" )Comprobar que la granulometría ¾ " 5818 se realizó correctamente. ½" )% Retenido parcial 3/8 " )% Retenido acumulado 4 )% Que pasa #4 272 #8 200 FONDO 39 (TOTAL) 36

37 Comprobación: * % Como es menor que 0.5% se acepta la granulometría. Ejemplo 1: Masa Inicial: 9840 gr Masa Lavada: 9832 gr Tamiz Peso retenido (gr) % Retenido 1 ½" 0 0 % Retenido acumulado 1" ¾ " ½" /8 " # # FONDO (TOTAL) % Que pasa 37

38 Ejemplo 1: Masa Inicial: 9840 gr Masa Lavada: 9832 gr Tamiz Peso retenido (gr) % Retenido parcial % Retenido acumulado % Que pasa 1 ½" " ¾ " ½" /8 " # # FONDO (TOTAL) Ejemplo 2: Masa inicial= 505 gr Masa Lavada= 500 gr TAMIZ PESO RETENIDO (grs) # 8 0 # 16 3 # # # # FONDO 49 Total % RETENIDO % QUE PASA 38

39 Comprobación: * % Como es menor que 3% se acepta la granulometría. Ejemplo 2: Masa inicial= 505 gr Masa Lavada= 500 gr TAMIZ PESO RETENIDO (grs) % RETENIDO % QUE PASA # # # # # # FONDO Total

40 MEZCLAS DE AGREGADOS Ejemplo 3: Gravilla 3/4 Gravilla 1/2 Polvo de roca Mezcla Banda IV-12 Tamiz 24% 52% 24% % Mín. Máx. 1 1/ / / / N N N N N N MEZCLAS DE AGREGADOS Ejemplo 3: Gravilla 3/4 Gravilla 1/2 Polvo de roca Mezcla Banda IV-12 Tamiz 24% 52% 24% % Mín. Máx. 1 1/ / / / N N N N N N

41 Ejemplo: Índice de lajas: Tamiz 1 ½ (40) 1 (25) ¾ (20) ½ (12.5) 3/8 (10) #4 (5) #8 (2.5) FONDO % Que pasa % Ret Parcial Índice de lajas: Cuando hay una cantidad insignificante de material (Menos del 5%) en cualquier fracción, se puede omitir dicha determinación sin que el resultado cambie apreciablemente. 41

42 Ejemplo Índice de lajas: Fracción Ret parcial Ancho calibre Retenido en Calibre Pasa por calibre Total Índice de Lajas mm % mm g g g % , ,5 25 9, IL = (14.2x x25)/84 = 18 % 42