ANALISIS DE MATERIALES II

ANALISIS DE MATERIALES II

Ing. Antonio Espinoza Mandujano 1 U.M.S.N.H.

I N D I C E

1.- INTRODUCCION

2.- ASFALTOS Y PRODUCTOS ASFALTICOSa) Obtención y elaboraciónb) Clasificaciónc) Pruebas de laboratoriod) Especificaciones

3.- MEZCLAS ASFALTICASa) Elementos constitutivos de las mezclas

Muestreo de materiales y pruebasb) Diseño de mezclasb1) Método de compresión sin confinarb2) Método Marshall

4.- CARPETAS ASFALTICASa) Clasificación y descripciónb) Control de calidad durante la construcciónc) Procedimiento de muestreod) Pruebas de campo y de laboratorioe) Especificaciones

5.- IMPERMEABILIZANTESa) Clasificaciónb) Dosificaciónc) Control de calidadd) Especificaciones

6.- POLIMEROSa) Clasificaciónb) Usosc) Especificaciones

Ing. Antonio Espinoza Mandujano U. M. S. N. H. 2

A S F A L T O

Puede definirse como un material de color obscuro con cualidades aglutinantes, compuesto esencialmente de hidrocarburos casi en su totalidad solubles en disulfuro de carbono, sólido o semi-sólido a las temperaturas ambientes ordinarias y que se licúa gradualmente al calentarse.

RESEÑA HISTORICA

El asfalto es uno de los materiales más antiguos que se conocen. Se han encontrado esqueletos intactos de animales prehistóricos en depósitos superficiales de asfalto, como el que existe en la brea, cerca de los Angeles, CA.

Recientes excavaciones arqueológicas muestran el extenso uso del asfalto en los valles de Mesopotamia y del Indo entre los años 3200 a 540 A. C. como un material cementante para la construcción de mamposterías y de caminos, como impermeabilizante para baños en los templos y otros depósitos de agua. Existen 2 referencias bíblicas cuando Noe lo uso para calafatear su Arca y para sellar la canasta en que Moisés fue depositado en las aguas del Nilo.

Por el año 300 a.C. los egipcios utilizaban ampliamente el asfalto para los tratamientos de preservación y momificación de sus muertos. Los indios de América lo emplearon para impermeabilizar sus canoas, antes de que el hombre blanco llegara al nuevo continente, en México, los Totonacas de la región de Papantla, Ver., lo recogían de la superficie de las aguas para utilizarlo como medicina y como incienso para sus ritos; en las costas mexicanas de Oaxaca lo masticaban para limpiar y blanquear su dentadura.

Nahuatl ChapopotlZapoteco Ticli

1802.- En Francia se usó para el terminado superficial de pisos, puentes y banquetas.

1838.- En Filadelfia se utilizó asfalto de roca importado para la construcción de banquetas.

1870.- En Newark, New Jersey se colocó el primer pavimento asfáltico usando roca asfáltica importada del valle del Ródano en Francia. El diseño lo realizó un químico de origen belga llamado E.J. Desmet.


1876.- Se aplicó la primera capa de mezcla asfáltica con arena en la Colonia de Washington D.C., utilizando la roca asfáltica mencionada y también asfalto importado del Lago Trinidad cerca de Venezuela.

Los asfaltos empleados en estos primeros trabajos de pavimentación, fueron desde luego, asfaltos naturales; es decir, asfaltos que se muestran en la naturaleza en forma de yacimientos y que podían explotarse sin dificultad y sin requerir complicadas operaciones industriales para su preparación.

Conforme creció la demanda del asfalto para su uso en construcción, los yacimientos naturales no fueron suficientes para cubrir la demanda y en la segunda mitad del siglo XIX se empezó a utilizar el asfalto procedente de la destilación del petróleo en los E.U. contándose con las primeras refinería en el año de 1886.

HISTORIA DEL PETROLEO

El primer pozo petrolero de América, se perforó en 1859 en la población de Titusville, Pensylvania. En 1902 se produjeron 20,000 toneladas de asfalto como residuo de la refinación del petróleo.

En México el primer pozo petrolero se perforó en mayo de 1901 en El Ebano, San Luis Potosí.

A partir de 1926, con el desarrollo de la industria automotriz y debido a la necesidad de contar con mejores caminos y calles para el tránsito de vehículos, la utilización del asfalto derivado del petróleo para la pavimentación ha tenido un aumento anual sostenido en todas partes del mundo, sobre todo en los países industrializados.

En México, el uso generalizado del asfalto, se inició en el año de 1925 al emprenderse la construcción de los primeros caminos pavimentados, como consecuencia del aumento de vehículos automotores, siendo los primeros caminos pavimentados la Carretera México-Pachuca y México-Cuernavaca.


ORIGEN DEL PETROLEOASFALTO (ORIGEN)

No se sabe exactamente como se formó el petróleo en el subsuelo. Las teorías sobre su origen y que aún se siguen discutiendo, son dos:

a) TEORIA ORGANICA.- Algunos investigadores sostienen que el petróleo proviene de la descomposición de residuos de animales y vegetales, que en épocas anteriores quedaron sumergidos en el seno de la tierra.

b) TEORIA INORGANICA (hullera).- Otros investigadores mencionan que el petróleo se formó a partir de carburos metálicos que en contacto con el agua bajo la superficie terrestre, se descomponen produciendo hidrocarburos, los que al condensarse en los estratos superiores más fríos, dieron origen al petróleo.

Los estudios recientes hechos en el laboratorio, analizando el petróleo de los campos productores en el Golfo de México, parecen confirmar un origen orgánico, ya que se han encontrado en las muestras ciertas propiedades ópticas que solo se localizan en sustancias orgánicas.

También puede confirmar el origen orgánico el hecho de que la mayor parte de los yacimientos de petróleo en el mundo, se localizan en lugares que fueron ocupados por lagos y mares hace millones de años.

El asfalto se encuentra de dos formas en la naturaleza: el asfalto nativo o de origen natural y el asfalto como residuo de la destilación del petróleo.

ASFALTOS NATURALES.- Los asfaltos naturales se manifiestan de diversas formas entre las que se destacan las siguientes:

Manantiales.- Se presentan en algunos lugares, fuentes en las que fluye el petróleo o asfalto líquido, generalmente en pequeña cantidad, provienen por lo común de grandes depósitos superficiales a 500 m de profundidad, tal es el caso de la Huasteca Potosina.

Lagos.- A veces los manantiales situados en el fondo de una depresión dan lugar a la formación de lagos de asfalto como el muy conocido de La Trinidad, cerca de las costas de Venezuela y que es uno de los mayores yacimientos de asfalto nativo en el mundo. Tiene una superficie de 46 hectáreas. Se dice que


Colón usó el asfalto de este lago para calafatear sus barcos en su viaje de regreso a España.

El Lago Trinidad proporcionó la mayor parte de asfalto que se usó en Estados Unidos en los trabajos de pavimentación, antes de la producción en gran escala de asfalto derivado del petróleo.

Exudaciones.- Se presentan en rocas muy porosas saturadas de asfalto, de las que éste fluye bajo los efectos del calor o de alguna presión interior.

Impregnando rocas.- Son frecuentes los yacimientos de rocas más o menos porosas, en las que el asfalto se encuentra llenando los poros. La proporción de asfalto contenido en estas rocas es de utilidad cuando es mayor del 7%.

Filones.- Son intrusiones de asfalto en una masa rocosa a través de grietas o fallas en alguno de sus estratos. En la corteza de la tierra existen filones verticales o inclinados que se llaman gilsonitas, cuando el filón es horizontal recibe el nombre de asfaltite.

Este tipo de yacimientos no son comerciales, ya que las cantidades que pueden obtenerse son muy pequeñas, su principal interés estriba en que fue una de las primeras fuentes de asfalto en la antigüedad, por ejemplo en el Mar Muerto.

ASFALTOS DERIVADOS DEL PETROLEO

Casi todo el asfalto que se produce y utiliza actualmente en el mundo, procede de la refinación del petróleo.

El petróleo se obtiene de yacimientos existentes en el subsuelo a diferentes profundidades y que pueden llegar a 7,000 m o más, su densidad es menor que la del agua, por lo que el yacimiento se encuentra sobre una capa de agua y en la superficie, una de gas.


En nuestro país los yacimientos proceden del período terciario de la era cenozoica.

No todos los crudos contienen asfalto y los que contienen es en proporciones muy variables. De acuerdo a su contenido de asfalto, los crudos se dividen en dos grupos: crudos parafínicos y crudos asfálticos.

COMPOSICION DEL ASFALTO

El asfalto es un compuesto constituido fundamentalmente por la mezcla de un gran números de hidrocarburos de diversos tipos, asociados en cadenas muy variables.


La mayoría de estos hidrocarburos están presentes en el petróleo crudo, pero en el proceso de destilación se separan los ligeros, quedando en el asfalto los hidrocarburos pesados.

HIDROCARBUROS(CLASIFICACION GENERAL)

ACICLICOS CICLICOS

saturados no saturados saturados no saturados

parafinas olefinas cicloparafinas aromáticos acetilenos naftenos no aromáticos

Los hidrocarburos acíclicos son aquellos en los cuales las cadenas de átomos de carbono no se cierran. Son saturados, si todos los enlaces entre los átomos de carbono son simples, por ejemplo:

H H H H

H – C – C – C - C – H PARAFINAS

H H H H

ACICLICOS SATURADOS

Los hidrocarburos acíclicos saturados se llaman parafinas y su fórmula es semejante a la anterior y se pueden escribir más simplemente de la siguiente manera:

CH3 – CH2 – CH2 ----..---- CH3

El número de átomos de carbono puede variar desde 1 (CH4) H hasta valores teóricamente tan grandes como se quiera. Los cuatro primeros términos de la H –C- Hserie son GASEOS (METANO, ETANO, PROPANO, BUTANO), del 5 al 16 son LIQUIDOS y los demás son SOLIDOS. H

Las parafinas se caracterizan químicamente por su gran estabilidad.


ACICLICOS NO SATURADOS

Son aquellos en que existen enlaces dobles: se les llama generalmente olefinas y su fórmula química es: CH3-CH2-CH=CH-

…-CH3 el número mínimo de átomos de carbono es dos. Los cuatro primeros términos de la serie son gaseosos; del 5 al 18 son líquidos y los demás son sólidos.Hierven a temperaturas ligeramente más altas que los hidrocarburos saturados del mismo número de átomos de carbono. Tienen gran tendencia a combinarse químicamente con multitud de sustancias y polimerizarse, es decir, a reunir varias de sus moléculas dando lugar a cuerpos más pesados.

HIDROCARBUROS CICLICOS SATURADOS

Los hidrocarburos cíclicos son aquellos en que la cadena de átomos de carbono llega a cerrarse, formando anillos. Los cíclicos saturados se llaman cicloparafinas o naftenos cuya fórmula general es:

CH2

H2C

H2C

En este caso los tipos más estables tienen cinco o seis carbonos y son los más estables, en este tipo de hidrocarburos uno o varios átomos de hidrógeno pueden estar sustituidos por nuevas cadenas de átomos de carbono.

Las cicloparafinas o naftenos, tienen propiedades similares a las parafinas y su principal diferencia es que son de mayor densidad y punto de ebullición más elevado que las parafinas correspondientes.


HIDROCARBUROS CICLICOS NO SATURADOS

Son los que presentan un doble o triple enlace entre dos átomos de carbono y se les llama también acetilenos, el ejemplo típico de estos hidrocarburos es el benceno.

CH Son hidrocarburos caracterizados por su gran estabilidad del núcleo hexagonal presentado en todos ellos y pueden combinarse entre sí HC CH en infinidad de compuestos, dando lugar a moléculas muy complicadas y prácticamente imposibles de clasificar.HC CH

CH

BENCENO

ESTRUCTURA FISICO-QUIMICA DEL ASFALTO

El estudio de la composición química del asfalto en su conjunto resulta complicada, por lo que es frecuente recurrir al procedimiento de analizar primeramente su estructura física, que permite clasificar sus componentes en varias fracciones y luego estudiar la composición química de cada una de estas fracciones en forma separada.

Los hidrocarburos que constituyen el asfalto forman una solución coloidal en la que un grupo de moléculas de los hidrocarburos más pesados están rodeadas por moléculas de hidrocarburos más ligeros, sin que exista una separación franca entre ellas, sino por el contrario, una transición gradual.

Los núcleos de hidrocarburos más pesados, forman los asfáltenos, rodeando a los asfáltenos existen las resinas, que constituyen la fase intermedia y finalmente ocupando el espacio restante, se encuentran los aceites.

La estructura física del asfalto se representa esquemáticamente en la siguiente figura:


ASFÁLTENOS

RESINAS

ACEITES

La separación del asfalto en sus 3 secciones o componentes principales, puede lograrse si se disuelve en un hidrocarburo saturado de bajo punto de ebullición (tetracloruro de carbono o bisulfuro de carbono) con el que se logra romper la estructura coloidal, disolviéndose parte del material, mientras que el resto se precipita en forma de partículas terrosas de un color muy obscuro. Los cuerpos que se precipitan son los asfaltenos y los que se disuelven se les llama maltenos, estando integrados por los aceites y las resinas.

ACEITES MALTENOS + RESINAS ASFALTENOS

+ DECANTACIONMALTENOS

ASFALTENOS

Las resinas y los aceites que constituyen los maltenos se separan a su vez, haciendo pasar la solución anterior a través de un filtro de arcilla activada, que retiene las resinas y conserva en disolución los aceites. Los aceites pueden separarse de la solución por medio de destilación y las resinas, lavando el filtro con un disolvente más activo y destilando también, posteriormente.


Los métodos disponibles para el análisis químico de los asfáltenos y de los maltenos (aceites + resinas) como por ejemplo: el método de la combustión revelan que los asfáltenos se componen de hidrocarburos aromáticos con pocas cadenas parafínicas y los maltenos están constituidos principalmente por hidrocarburos saturados, tanto nafténicos como parafínicos con cierto número de anillos aromáticos elevado en las resinas pesadas y reducido en los aceites ligeros.

OTROS MATERIALES PRESENTES EN EL ASFALTO

Además de los hidrocarburos, que como hemos indicado son los componentes principales del asfalto, tanto en el asfalto natural como en el procedente de destilación del petróleo se encuentran aveces algunos otros en forma de gas, como son el oxígeno y el nitrógeno y algunos residuos sólidos como impurezas, como el azufre, el plomo e impurezas de sedimentación de origen vegetal o pequeños trozos de metal de los hornos o depósitos con los que ha estado en contacto.

PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES

Asfáltenos.- Son los responsables de las características de dureza en los asfaltos.

Resinas.- Son las que proporcionan las propiedades cementantes o aglutinantes en los asfaltos.

Aceites.- Son los que proporcionan la consistencia adecuada para hacerlos trabajables. Protegen a los asfáltenos y a las resinas de la oxidación provocada por los agentes de intemperismo que


producirían cambios en la estructura interna del asfalto.

Con el tiempo los aceites se transforman en resinas y estas a su vez en asfáltenos, lo cual se nota en la dureza del producto (vitrificación) al incrementarse la proporción de asfáltenos.

CLASIFICACION DEL ASFALTO POR SU USO EN INGENIERIA

Para su estudio dividiremos los asfaltos en tres grupos:

1.- CEMENTOS ASFALTICOS2.- ASFALTOS REBAJADOS3.- EMULSIONES ASFALTICAS

CEMENTOS ASFALTICOS

Son productos sólidos o semi-sólidos que se manejan a base de calentamiento y cuya colocación se basa en la preservación de cierta temperatura (temperatura de colocación) hasta que el material asfáltico o mezcla se ha colocado en su lugar, después de lo cual vuelve a adquirir la consistencia inicial por enfriamiento (fraguado).

Los cementos asfálticos (C.A.) se conocen por su grado, el cual puede ser III, VI, VII, VIII, IX y X. La dureza aumenta con el número. En México casi se emplea en forma única el cemento asfáltico No. VI (C.A. # VI) que se ha encontrado más adecuado para las condiciones críticas climáticas del país y para la resistencia de las mezclas.

Los C.A. se utilizan para la fabricación de mezclas asfálticas en caliente, elaboradas en plantas estacionarias.

Los cementos asfálticos son los productos básicos para los otros dos, que son los rebajados y las emulsiones.

Los cementos asfálticos a temperaturas normales, son sólidos o semisólidos y la dureza de éstas, dependerá del contenido de asfáltenos.

Se le llama fraguado del C.A. al endurecimiento del producto y se debe principalmente a la pérdida de temperatura, por tanto los C.A. son productos que se manejan a base de calentamiento, la temperatura máxima oscila entre 200 y 220° C y la mínima será a temperatura ambiente.


El proceso de calentamiento y enfriamiento de los C.A. al repetirse frecuentemente, le induce una vitrificación al producto, debido a que las cadenas de carbono se polimerisan transformándose los aceites en resinas y éstas a su vez en asfáltenos, cambiando el comportamiento mecánico del producto.

Se ha observado en base a experimentos que para evitar la vitrificación, las capas del producto deben ser gruesas, esto no tiene consecuencia en los impermeabilizantes o pinturas, sin embargo, en las carpetas asfálticas una capa más gruesa servirá como lubricante entre las partículas pétreas evitando la trabazón entre las mismas y disminuyendo la resistencia estructural.

La capa de asfalto en el diseño de carpetas dependerá de las características físicas del material pétreo, tales como: absorción, densidad, composición mineralógica, granulometría, contenido de finos y afinidad con el asfalto.

Los cementos asfálticos se conocen por su grado, el cual puede ser grado No. 3, 6, 7, 8, 9 y 10, la dureza aumenta con el número.

EMULSIONES ASFALTICAS

Las emulsiones se logran dispersando el asfalto en un líquido con el cual no se mezcla, quedando en forma de pequeños glóbulos, dando lugar a la fase dispersada o interna. El otro líquido que queda sin divisiones y sirve de suspensión a los glóbulos, recibe el nombre de fase externa.

EMULSION

(+)CATIONICAS(+) (-) ANIONICAS (-)

agua (fase externa)

0 = GLOBULO DE ASFALTO EMULSIFICANTE

Las emulsiones se logran a partir de un intenso agitado de los dos líquidos, en un molino coloidal; lo cual reduce a uno de ellos en pequeñas esferas que tienen la tendencia de unirse


nuevamente, destruyendo la emulsión. Sin embargo, es posible estabilizarla empleando ciertas sustancias que forman una película alrededor de cada glóbulo de asfalto; dichas sustancias reciben el nombre de agentes emulsificantes, los cuales pueden ser gelatinas, gomas, jabones, etc., que transforman cada gota de asfalto en un condensador eléctrico que hace más difícil la ruptura del glóbulo.

Además, como una ayuda a la estabilización de la emulsión se tiene en cuenta el movimiento Browiano de las partículas que siendo muy pequeñas, pueden estarse moviendo continuamente, de tal grado que las partículas menores de 0.5 micras , no son afectadas por la gravedad, formando con ello una verdadera suspensión coloidal.

En la fabricación de emulsiones, los componentes forman parte de la emulsión bajo los siguientes porcentajes:

ASFALTO 50% A 80% AGUA 50% A 20% EMULSIFICANTE NO + 1%

FRAGUADO DE LAS EMULSIONES

Se llama fraguado de una emulsión a la separación del agua de la misma, dejando una película de material asfáltico que no se puede emulsificar nuevamente. El tiempo en que ocurre, esto estará en función desde luego de la cantidad de agua que contenga, del tiempo imperante, de la absorción del material pétreo; así como del agente emulsificante empleado.

CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES

a).- Según la velocidad de fraguado. De acuerdo a la cantidad de agua que contiene una emulsión, se clasifican en: Emulsiones de fraguado rápido 5-10% de agua o de

rompimiento rápido. Emulsiones de fraguado medio 20-30% de agua.


Emulsiones de fraguado lento 40-60% de agua o superestables.

b).- Según la carga eléctrica: Aniónicas con carga eléctrica negativa (-) Catiónicas con carga eléctrica positiva (+) No-iónicas sin carga eléctrica.

La carga eléctrica de una emulsión depende del emulsificante empleado en su fabricación.

EMULSIONES ANIONICAS (-)

Derivan su nombre del hecho de que cuando se sumergen 2 electrodos en ellas y se hace pasar una corriente eléctrica, los glóbulos de asfalto se dirigen hacia el ánodo, lo que significa que poseen cargas eléctricas negativas, y tienen por este hecho, afinidad por los materiales pétreos electropositivos como las calizas y los basaltos.

El emulsificante de estas emulsiones aniónicas es un electrolito, es decir, un cuerpo ionizable que se disocia en el agua en dos fracciones eléctricas: el anión (-) y el catión (+). Generalmente este emulsificante es un jabón alcalino de ácido graso como una sal de sodio o de potasio de un ácido orgánico, la fórmula general de estos jabones en el caso de una sal de sodio, es:

R = COONa

Donde: R = Cadena de ácido graso, constituye la parte no polar de la molécula y tiene afinidad por el asfalto.

COONa = Constituye la parte polar.

Cuando el jabón se pone en solución en el agua, se ioniza: el sodio (Na) constituye los iones positivos o cationes y el resto de la molécula (R-COO) constituye los iones negativos o aniones.

Cuando se dispersa el asfalto en esta solución jabonosa, los aniones son absorbidos por los glóbulos de asfalto y vienen a constituir una envoltura alrededor de ellos, en tanto que los cationes (Na) quedan disueltos en el agua y constituyen una segunda envoltura alrededor de la primera.

Los iones que envuelven los glóbulos de asfalto, se repelen, puesto que llevan cargas del mismo signo negativo, impidiendo la coagulación y asegurando la estabilidad de la emulsión.


SOLUCION EN EL AGUA

Na + (RCOO)- Na + RCOO

ASFALTO +

Na+ Na+ Na+

+ ACIDO (SE ROMPE)Na+ Na+ Na+ Na+ ACIDO CLORHIDRICO

Na+

Na + Na+

+ BASICO SOSA CAUSTICA (SE DISUELVE)

EMULSIONES CATIONICAS (+)

Se denominan así porque las partículas de asfalto se dirigen al cátodo cuando se sumergen dos electrones en ellas y se hace pasar una corriente eléctrica. Presentan por tanto, cargas eléctricas (+) y tienen afinidad con los materiales pétreos electro - negativos, como los sílices y el cuarzo.

El emulsificante para este tipo de emulsiones, es un electrolito constituido por una sal de amina o amonio cuaternario, que resulta de la acción de un ácido mineral (clorhídrico, nítrico, acético, etc.) sobre la amina grasa. La fórmula de este tipo de jabones es, por ejemplo:

H en la que: R – N – HCL

H

R = representa la cadena orgánica características de la amina y constituye la parte no polar de la molécula, la cual tiene afinidad por el asfalto.

NH3CL = es la parte polar de la molécula, con afinidad por el agua.

Al ponerse en solución en el agua, este jabón, se ioniza: el átomo de cloro (CI-) constituye el anión y el resto de la molécula (RNH3

+) constituye el catión.


SOLUCION

Cuando Se dispersa el asfalto en esta solución, los cationes (RNH3+) son absorbidos por los glóbulos de asfalto, debido a la afinidad de R por el asfalto, estos cationes forman una envoltura alrededor de cada glóbulo de asfalto con carga positiva y los aniones (CI-) quedan en el agua, constituyendo una segunda capa.

H CI-

R – N – HCI CI- CI-

CI-

H CI- CI- CI-

CI-

CI- CI- CI-

CL- (RNH3)+

ASFALTO+

La estabilidad de las emulsiones catiónicas queda asegurada por la repulsión de los glóbulos de asfalto, cargados por el mismo signo eléctrico.

EMULSIONES NO IONICAS

Son fabricadas con emulsificantes formados por esteres de ácidos grasos o por alcoholes, también se usan emulsificantes coloidales como la caseína, gelatinas y arcillas molidas finamente, como la bentonita.

Las emulsiones no iónicas, casi no se usan en trabajos de pavimentación y su uso va dirigido generalmente a pinturas, impermeabilizantes y otros productos industriales como pegamentos y aditivos.

FORMAS DE ROMPIMIENTO DE LAS EMULSIONES

La separación de las dos fases que constituyen las emulsiones, se originan por diferentes motivos, entre los cuales podemos mencionar.

1.- Afinidad química de los glóbulos de asfalto cargados eléctricamente por la superficie de carga opuesta.


Las emulsiones aniónicas donde las partículas de asfalto están cargadas negativamente, tienen atracción o afinidad por materiales pétreos electro-positivos de naturaleza básica y cuando éstos se mezclan, la emulsión tiende a romper por la adherencia del asfalto a la piedra.

ANIONICAS

CATIONICAS

Es muy difícil encontrar en la naturaleza materiales que sean completamente electropositivos o electronegativos. En la siguiente figura nos daremos una idea de la clasificación de los materiales pétreos por sus cargas, donde hay una zona de traslape donde se emplearán emulsiones aniónicas o catiónicas, indistintamente.


2.- Alteración del equilibrio de la emulsión por evaporación del agua.

La estabilidad de la emulsión está asegurada por la protección del emulsificante, sobre las partículas de asfalto existe un equilibrio eléctrico entre el emulsificante y el álcali disuelto en el agua, de tal manera que al eliminarse el agua por evaporación, aumenta la concentración del álcali y las moléculas de emulsificante dejan de ser atraídas por la fase acuosa, hundiéndose por completo en el glóbulo de asfalto que pierde su protección, uniéndose a los glóbulos vecinos y produciendo el rompimiento de la emulsión.

En la obra esto sucede en presencia de agregados pétreos secos, que absorben el agua rápidamente rompiendo la emulsión, por lo que muchas veces es conveniente humedecer previamente los materiales, antes de aplicar la emulsión.

3.- Rompimiento por dilusión.

Si se diluye una emulsión con agua, llega a producirse el rompimiento por un fenómeno inverso al que produce el rompimiento por evaporación.

A medida que la alcalinidad de la fase acuosa va disminuyendo por disolución, las moléculas de emulsificante van desplazándose hacia ella hasta abandonar por completo el asfalto cuyos glóbulos se unen produciendo el rompimiento de la emulsión.

4.- Rompimiento por adición de electrolitos.

La adición de determinadas sales como cloruro de calcio, puede producir el rompimiento de la emulsión por neutralización de las


cargas eléctricas que rodean las partículas de asfalto por los iones de la sal añadida disociada.

5.- Rompimiento por congelación.

Este rompimiento puede producirse por la alteración de las propiedades del jabón empleado como emulsificante. Este fenómeno se manifiesta con mayor intensidad en los jabones sódicos que en los potásicos.

Si el enfrentamiento llega al extremo de producir congelación del agua, al producirse el deshielo la emulsión rompe completamente o presenta gran cantidad de natas muy gruesas, que la hacen inutilizable.

En general el rompimiento de una emulsión se manifiesta claramente por el cambio que experimenta en su coloración al pasar del color chocolate que le es característico, al color negro típico del asfalto.

VENTAJAS QUE TIENEN LAS EMULSIONES RESPECTO A OTROS PRODUCTOS ASFALTICOS

1.- Las emulsiones se aplican a temperatura ambiente (con tal de que ésta sea superior a los 5°C), sin necesidad de calentamiento

El cemento asfáltico y los asfaltos rebajados tienen que calentarse para disminuir su viscosidad a efecto de manejarse y permitir el cubrimiento del material pétreo. La eliminación del calentamiento reduce costos y evita peligros de incendio, además, las repetidas operaciones de calentamiento en los rebajados y cemento, hacen que se pierda gran parte de solventes, afectando desfavorablemente sus características.

2.- Las emulsiones pueden aplicarse sobre el material pétreo húmedo, y el rebajado y el cemento solamente se aplican sobre materiales pétreos secos, esta es una gran ventaja de las emulsiones en época lluviosa donde los trabajos pueden realizarse en plena lluvia, con tal de que la corriente de agua no sea tan fuerte que se lleve la emulsión.

3.- Costo del producto.


Haciendo un análisis de costos comparativo contra el rebajado asfáltico, veremos el ahorro que se tiene al manejar las emulsiones.

ANALISIS DEL COSTO DE UN LITRO DE EMULSION

CONCEPTO CANT. UNID. P. U. IMPORTE

1.- Residuo asfáltico 0.65 Kg $ 0.56 $ 0.362.- Emulsificante 0.02 Kg $ 4.50 $ 0.093.- Agua 0.338 Kg $ 0.15 $ 0.054.- Elaboración 1.0 Lt $ 0.12 $ 0.12

Total: $ 0.62

ANALISIS DEL COSTO DE 1 LITRO DE FR-3

CONCEPTO CANT. UNID. P. U. IMPORTE

1.- Residuo asfáltico 0.85 Lt $ 0.56 $ 0.182.- Gasolina 0.15 Lt $ 1.21 $ 0.183.- Elaboración 1.0 Lt $ 0.12 $ 0.12

Total: $ 0.78

Nota: (Tiene más residuo)

MUESTREO DE PRODUCTOS ASFALTICOS.


La muestra será representativa del producto, por lo tanto, debemos seguir algunos métodos de integración, según el tipo de material y para cada caso de almacenamiento.

1.- Cuando el producto está almacenado en carros tanques del ferrocarril, en fosas, en pipas o en otro depósito semejante, se tomarán 3 muestras. Una próxima al fondo, otra a medio tirante y otra en la superficie, cada una de un litro. Si se trata de emulsión, cada muestra se prueba por separado para observar el comportamiento de la emulsión por la sedimentación.

El dispositivo empleado para obtener las 3 muestras es como el que se muestra en la siguiente figura, y que consiste en una varilla de acero, un pomo de vidrio de boca ancha con un tapón y un hilo. Al introducir el recipiente a la profundidad donde se tomará la muestra se jala el hilo para que el producto penetre en el recipiente.

En los otros casos se procurará mezclar las 3 muestras de 1 litro para que resulte una sola.

2.- Si se trata de producto asfáltico que se está descargando desde un carro tanque a un almacenamiento, se toman las muestras de 1 litro cada una, directamente del conducto de descarga 1 al inicio, otra a la mitad y otra al final.

3.- En el caso de solventes y cementos asfálticos, se procederá de la siguiente forma:

1) Si son solventes, se tomará una muestra de cada barril o tanque, si es cemento asfáltico que a la temperatura


ambiente tiene cierta dureza, se emplea una cuchara de albañil calentada a una temperatura que permita extraer una muestra que pese alrededor de 1 kg. Todas las muestras se identificarán de manera que no se preste a confusión, poniendo en una etiqueta los siguientes datos:

a) Obra en que se va a usar.b) Lugar en donde se obtuvo la muestra.c) Tipo de producto.d) Fecha.e) Nombre del laboratorista.

cuchara de albañil

cemento asfáltico

Otros cuidados que debemos tener.

1.- Si se trata de cemento asfáltico, la recepción del producto se hará a la misma temperatura de carga en la planta que viene marcada en la factura.

2.- El conducto de salida y la tapa, deberán tener el sello inviolable y lacrado por PEMEX o por la planta que lo expide.

3.- Si no tenemos medidos los volúmenes de los depósitos de la obra; se pesará el vehículo antes de la descarga y después de la misma, la diferencia en peso será la cantidad de producto entregado. Si queremos conocer el volumen utilizaremos el peso volumen del material.

MATERIAL PETREO PARA MEZCLA ASFALTICA

En toda mezcla asfáltica, el material pétreo contribuye a su estabilidad mecánica, soporta el peso de los vehículos y al mismo tiempo transmite las cargas a una presión reducida. Constituye también un elemento de alto costo, siendo su factor principal el acarreo. Por ello, es necesario seleccionarlo buscando la economía con relación al servicio que ha de prestar la carretera.


Los materiales pétreos para carpeta se clasifican en 3 grupos:

a) Materiales naturales que no requieren tratamiento, tales como arenas de río, limos, grava con arena de origen volcánico, areniscas, etc.

b) Materiales naturales o escorias de fundición que requieren un tratamiento previo de cribado o trituración.

c) Mezcla de materiales del grupo A, B o de ambos.

La selección de los materiales pétreos para carpeta asfáltica, queda determinada por.

1.- Su granulometría.

2.- Su resistencia al desgaste.

3.- Su sanidad o estabilidad.

4.- Su limpieza.

5.- Su fricción interna.

6.- Su afinidad con los asfaltos

GRANULOMETRIA

Podemos afirmar que la mayor resistencia o estabilidad de un material suelto se alcanza cuando se logra su máxima densidad o compasidad, para ello se requiere una sucesión de tamaños de modo que los huecos dejados por las partículas mayores sean ocupados por partículas de menor tamaño y que a la vez los huecos que dejen éstas sean llenados por partículas más finas y así sucesivamente.

La S.C.T. marca especificaciones donde se representan zonas granulométricas entre las cuales ha de quedar comprendida la curva representativa de cualquier material granular que se seleccione para la fabricación de carpeta asfáltica, los límites son los siguientes:

MALLA No. CURVA “A” % QUE PASA

CURVA “B”% QUE PASA

CURVA “C”% QUE PASA

CURVA “D”% QUE PASA


1” 100¾” 70 100½” 53 773/8” 45 65 100¼” 37 54 81

No. 4 32 47 70 10010 20 32 48 9020 12 22 33 6340 8 16 24 4360 5 12 19 33100 3 9 15 25200 0 5 10 15

100

90

80

70

% 60

QUE 50

PASA 40

30

20

10

0

200 100 60 40 20 10 No.4 ¼” 3/8” ½” ¾” 1”

La curva granulométrica del material propuesto debe de transitar por lo menos, las 2/3 partes de su longitud por la zona C, sin presentar cambios bruscos de pendiente.

Se aconseja que el tamaño máximo del agregado sea menor de 2/3 que el espesor de la carpeta asfáltica.

Es difícil encontrar en la naturaleza, bancos de material que por sí mismos cumplan con estas especificaciones, por lo que generalmente se logra aplicando alguno de los siguientes procesos: trituración, cribado, lavado o mezcla. Los 3 primeros


procesos son caros, por lo que nos inclinaremos por el último (mezcla).

MEZCLA GRANULOMETRICA

Ejemplo No. 1.

Diseñar una granulometría por el método gráfico, utilizando arena de río y grava producto de escoria de alto horno, obtenida del Cerro de la Grasa en Aguascalientes.

Las características granulométricas de ambos materiales, son las siguientes:

GRANULOMETRIA DE LA ARENA DE RIO

MALLA No.

% QUE PASA

10 25.8 8620 31.7 6840 22.1 3960 29.7 22100 21.6 10200 2 2

GRANULOMETRIA DE LA GRASA (ESCORIA DE ALTO HORNO)

MALLA No.

% QUE PASA

1” 97¾ 90½” 683/8” 45¼” 19

No. 4 11

Procedimiento:

1) Se hace una cuadrícula 10x10

ESCORIA EN % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


100 100

90 90

80 80

70 70

60 60

50 50

40 40

30 30

20 20

10 10

0 0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0ARENA DE RIO EN % EN PESO

Ejercicio No. 1

Obtener la mejor mezcla granulométrica entre los siguientes materiales:

GRAVA VOLCANICA LIMO ARENOSOMALLA No. % QUE PASA MALLA No. % QUE PASA

¾” 86 No. 10 98

½” 72 No. 20 823/8” 60 No. 40 49¼” 43 No. 60 32

No. 4 37 No. 100 23No. 10 18 No. 200 11No. 20 14No. 40 7 PVS = 1050 KG/M3

No. 60 6No. 100 4No. 200 2

PVSS = 1280 KG/M3

Ejercicio No. 2


Encontrar la mejor mezcla granulométrica entre los siguientes materiales:

TEZONTLE ROJO LIMO ARENOSOMALLA No. % QUE PASA MALLA No. % QUE PASA

¾” 89 No. 10 98

½” 77 No. 20 823/8” 66 No. 40 48¼” 51 No. 60 32

No. 4 46 No. 100 22No. 10 28 No. 200 11No. 20 22No. 40 14 PVS = 1050 KG/M3

No. 60 11No. 100 8No. 200 4

PVSS = 1120 KG/M3

PARA 100 KGS. DE MATERIAL

50 Kgs. Escoria50 Kgs. Arena de Río

a) ¿Cuánto volumen suelto representan 50 kgs. de escoria?

PVSS PV = P V = P V PV

PVSS = 1840 Kgs/M3 V = 50 = 0.027 M3 = 27 LTS.

1840

b) ¿Cuánto volumen suelto tienen 50 kgs. de arena de río? P 50V = V = = 0.035 M

3 = 35 LTS.

PVSS 1427

PVSS = 1427 Kgs/M3

27 + 35 = 62

62 27 X = 45.55 % en volumen de escoria100 X

62 35 X = 56.45 % en volumen de arena de río100 X


50 : 50 en peso44 : 56 en volumen

En la práctica como el material fino complementa la granulometría del grueso, la suma de volumen no es absoluta.

5 litros de arena + 5 litros de grava no son 10 litros de la mezcla y eso lo podemos observar prácticamente, por tanto tomaremos en cuenta esta situación cuando calculemos un volumen necesario en obra.

RESISTENCIA AL DESGASTE (Prueba de Los Angeles)

Para que el material pétreo sea satisfactorio en la integración de carpetas asfálticas, es necesario que tenga suficiente tenacidad para resistir la acción del tránsito, sin que sufra fractura o desgaste bajo la carga impuesta.

El ensaye normal para determinar el porcentaje de desgaste, se denomina “Prueba de los Angeles”, siendo la más usada por que da una mejor indicación del comportamiento del agregado pétreo bajo la acción de la carga rodante.

EQUIPO:

1.- Máquina de los Angeles: consiste en un cilindro hueco con un aletón interior y una compuerta para depositar el material en su interior, este cilindro gira a una velocidad de 33 RPM.

2.- Las siguientes mallas:1.1/2”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, No. 4, No. 8 Y No. 12

3.- Báscula con aproximación al décimo de gramo.4.- Horno con ventila.5.- Carga abrasiva que consiste en esferas de acero de 46.8 mm de

y que pese cada una, entre 390 y 445 grs.


La carga abrasiva dependerá del tipo de granulometría de la muestra de ensaye, de acuerdo a la siguiente tabla:

GRANULOMETRIA No. DE ESFERAS PESO DE LA CARGAA 12 5000 25B 11 4584 25C 8 3330 20D 6 2500 15

6.- Muestra de prueba. Se preparará con agregado que sea representativo del que se va a utilizar en la mezcla. Se lavará y se secará en un horno a una temperatura entre 105° y 110°C hasta peso constante, se separará en los diferentes tamaños de las mallas que a continuación se indican y se volverá a combinar con la granulometría de la siguiente tabla, que más cercanamente corresponda a lo del agregado tal como se suministra para la obra.

El peso de la muestra antes de la prueba, se registra redondeándolo al gramo.

TAMAÑO DE LA MALLA PESO DE LOS TAMAÑOS INDICADOS% QUE PASA

ENRETENIDO EN G R A N U L O M E T R I A

A B C D1.1/2” 1” 1250 251” ¾” 1250 25¾” ½” 1250 25 2500 10½” 3/8” 1250 25 2500 103/8” ¼” 2500 10¼” No. 4 2500 10

No. 4 No. 8 5000 10T O T A L : 5000 10 5000 10 5000 10 5000 10

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

A).- La muestra ya lavada y seca, y después de haberla hecho corresponder a cualquiera de las granulometrías entre A y D con los pesos correspondientes a cada malla junto con la carga de abrasión, se colocará dentro de la máquina que se hará girar a 33 RPM hasta completar 500 revoluciones. Después de ésto, se descarga la maquina y se hace una separación preliminar del material, por una malla de abertura mayor que la No. 12. Posteriormente el material que no pase se lavará por la No. 12, desechando todo el que pase la malla.

Una vez lavado el material, se secará en el horno a 105° y 110°C, hasta que se seque y se pesa.


B).- Cálculo: La diferencia entre el peso original y el final de la muestra, se expresa como un porcentaje del peso original, el cual no debe exceder de un 40% para carpeta asfáltica.

PRUEBA DE RESISTENCIA AL INTEMPERISMO

Este método sirve para determinar la resistencia de los pétreos a la desintegración, producido por cinco ciclos de inmersión y secado, en una solución saturada de sulfato de sodio.

Proporciona información del comportamiento de las rocas expuestas a la acción de la intemperie.

EQUIPO

Recipientes para sumergir la muestra.Horno con regulación de temperatura.Báscula de 5 kg. de capacidad y 1 gr. de aproximación.Solución saturada de sulfato de sodio que se prepara agregando 350 grs. de sal anhídrica y 750 grs. de decohidrato por 1 lt. de agua.Esta sal asegura un exceso de cristales que atacarán a la roca con los cambios de temperatura, la densidad de la solución, varía entre 1.51 y 1.174

MUESTRAS

Serán representativas del material que se vaya a emplear en la obra y se impregnará con fragmentos de tamaño y forma razonablemente iguales, que cada fragmento pese unos 100 grs y el peso total de la muestra debe ser de 5000 100 grs.

1.- Se lava la muestra para quitar el polvo y se seca en el horno.

2.- Se empieza el primer ciclo sumergiendo la muestra en la solución saturada de sulfato de sodio y dejándolo de 16 a 18 hrs.

3.- Se extrae la muestra de la solución y se calcula en el horno a una temperatura de 105 a 110°C.

4.- Se saca la muestra del horno dejándola enfriar a temperatura ambiente y se vuelve a sumergir en la solución saturada de sulfato de sodio. El proceso de inmersión y secado alternados, deberá repetirse hasta completar 5 ciclos.


5.- Después del 5º ciclo se deja enfriar la muestra y se lavará con agua para eliminar el sulfato de sodio, posteriormente se secará en el horno, durante 24 horas.

6.- Se separan los fragmentos que se hayan roto en 3 ó más partes, eliminándolos de la muestra original, una vez eliminado los dos fragmentos de la pieza final de la muestra.

CALCULO % = Por ciento de pérdida% P = PL – PF PL = Peso inicial x 100 PF = Peso final PL

La S.C.T. marca una pérdida máxima del 10% para materiales que se usarán en la mezcla asfáltica.

DISEÑO DE MEZCLAS

Fórmula SCT Cont. Min de M. de compr.sin confinar Contenido Asfalto M. Marshal óptimo de Abs. de querosina asfalto

CLASIFICACION DEL MATERIAL PETREO

Hidrófilo Cuando la absorción es del 4% o mayorAbs media Cuando la absorción es del 2 a1 4%Hidrófogo Cuando su absorción es menor del 2%

ORIGEN

Grava o arena de ríoGrava o arena volcánicaEscoria del alto hornoMaterial producto de trituración

CONTENIDO MINIMO DE ASFALTO

DEFINICION.- Es la cantidad expresada en % con respecto al peso del material pétreo y en residuo asfáltico (CA) necesario para cubrir con una película de asfalto cada una de las partículas del material pétreo.


sup. exterior sup. especifica

S1n = M2

S1 S2 S3 Sn

La superficie específica depende de la granulometría del material.

CONSTANTES DE AREA

Pasa malla No. Se retiene enmalla No.

Constante deárea M2/kg

1.1/2” ¾” 0.27¾” No. 4 0.41

No. 4 No. 40 2.05No. 40 No. 200 15.38No. 200 53.30

ESPESOR DE LA PELICULA(índice asfáltico)

M A T E R I A L INDICE ASFALTICO

Gravas o arenas de río o materiales redondeados de baja absorción

0.0055Gravas angulosas o redondeadas, trituradas de baja absorción 0.0060Gravas angulosas o redondeadas de alta absorción y rocas trituradas de absorción media 0.0070Rocas trituradas de alta absorción

0.0080

Ejemplo # 1.- Calcular el contenido mínimo de asfalto para la mezcla granulométrica formada por la escoria de alto horno y arena de río, en la proporción 50 – 50 en peso, con los siguientes datos:


DATOS S O L U C I O N

Mezcla 50 –50

Tamaño

material

% en peso

cte de área

M2/kg

Superficie

parcial

M2/kg

Indice

asfáltico

Contenido de

asflato1).-Granulometría

Malla # %que pasa1” 97¾” 95½” 83 1.1/2”-

3/4” 5 0275x0.27 0.0135 100

0.0055 0.000074

3/8” 71 ¾” - 4 39 0.41 39x0.41 0.1599 100

0.0055 0.000879

¼” 60 4 – 40 36 2.05 36x2.05 0-7380 100

0.0070 0.005166

No. 4 56 40 – 200 18 15.38 18x15.38 2.7684100

0.0070 0.019379

10 42 pasa200

2 53.30 2x53.30 1.0660100

0.0070 0.007462

20 33 TOTAL 100 4.7465 0.032960

40 20 0.0331 = 3.31 %

CONTENIDO MINIMO = 3.31 %

60 11

100 5

200 2


2).- AbsorciónEscoria = 0.5%Arena = 2.7 %

3).- PVSSEscoria = 1840 kg/M3Arena = 1427 kg/M3

4).- DensidadEscoria = 2.8Arena = 2.1

PRODUCTO ASFALTICO1) FR-3

69% DE RESIDUO ASFÁLTICODensidad 0.937

Contenido mínimo 3.31 = 4.783.31% 0.69de residuo asfáltico en peso FR – 1 = 4.78 % en pesoen FR – 1 0.69

Traducción a volumen FR-1 en peso PVSS prom.PVSS

1840 1630 kg/m3 4.78 x 1630 = 8.32+1420 0.937 1000 3260 Densidad FR-1 Densidad del agua

8.32% de FR-1 en volumen para contenido mínimo

Existe una segunda variante que consiste en la aplicación de una fórmula empírica de la S.C.T. basada en la experiencia que se ha tenido con los materiales obtenidos en la República Mexicana, la fórmula es la siguiente:

A = 0.020a + 0.045 b + cd

DONDE:

A = contenido mínimo de asfalto expresado como residuo y referido al peso del agregado.


a = % del material retenido en la malla No. 10

b = % de material que pasa la malla No. 10 y se retiene en la malla No. 200.

c = % del material que pasa la malla No. 200.

d = coeficiente asfáltico que varía con las características del material, de acuerdo con los datos de la tabla siguiente:

COEFICIENTE ASFALTICO SEGÚN CARACTERISTICAS DEL MATERIAL d

Gravas y arenas de río ó materiales redondeados y baja absorción

0.15

Gravas trituradas de baja absorción 0.20Gravas trituradas de absorción media 0.30Rocas trituradas de alta absorción 0.35

Aplicando este método al ejemplo anterior:

A = 0.020 a + 0.045 b+ cd

Pasa % en la malla # 4 retenido 58 = ab = 42 - 2 = 40c = 2 A = 0.020(58)+0.045(40) + 2(0.30) = 3.56 %d = 0.30

Los resultados son similares, sin embargo la variante 2 se acostumbra a materiales granulares que contienen pocos finos y con la curva granulométrica cerca al límite inferior de las especificaciones, tomaremos el siguiente criterio: se calcula el contenido mínimo por los 2 métodos, si el resultado es casi igual, se toma el que dé un poco más de asfalto y si los resultados son muy diferentes se toma el promedio.

TAREA:

Calcular el contenido mínimo por los 2 métodos

Absorción tezontle rojo = 3.45 %

Absorción arena limosa = 2.24 %


SCT CONTENIDO COMP CAMBIO MINIMO SIN CONF GRANULOM

METODO CONTENIDO MARSHAL OPTIMO CAMBIO

PROD. ASF.SUP ABSESP Q

CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO POR EL MÉTODODE COMPRESIÓN SIN CONFINAR

Este método se aplica para el diseño de mezclas asfálticas que se van a elaborar en el lugar, revolviendo con motoconformadora en acopio o con máquina revolvedora especial. La mezcla se hace en frío y utilizando como producto asfáltico rebajados o emulsiones.

COMPRESIONSIN

CONFINAR

1.- MEZCLA EN OBRA2.- EN FRIO3.- REBAJADOS O EMULSIONES

MATERIAL PETREO SECO

NO AMENAZADE LLUVIA

TEMPERATURAMINIMA 20°C

Este método se hace a base de tanteos a partir del contenido mínimo de asfalto, calculado como base de partida, procediendo a hacer mezclas representativas en las que el material asfáltico se hace variar en su contenido, de la siguiente forma:

1ª. Muestra Contenido mínimo -0.5%2ª. Muestra Contenido mínimo NETO3ª. Muestra Contenido mínimo +0.5%4ª. Muestra Contenido mínimo +1%5ª. Muestra Contenido mínimo +1.5%6ª. Muestra Contenido mínimo 2%

Con las muestras así logradas, se hacen unos especímenes cilíndricos que se prueban a la compresión simple y con los datos obtenidos se toma una gráfica en la que en las ordenadas pondremos la resistencia a la compresión sin confinar, expresada en kg/cm2 y en las abscisas los contenidos de asfalto expresados sobre la base de residuo asfáltico y referido al peso del agregado pétreo.


Resistencia a la compresión

Kgs/cm2

10

Contenido óptimo

de asfalto

9

8

7

6

5

4

3

3 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

RESIDUO ASFALTICO% EN PESO AGREGADO P.

MALLA No. % QUE PASA%

ACUMULATIVO % RETENIDO¾ 100 0 0 0

½ 90 10 10 4003/8 80 20 10¼ 67 33 13# 4 58 42 9# 10 40 60 18# 20 28 72 12# 40 20 80 8# 60 16 84 4# 100 11 89 5# 200 7 93 4


Cálculo del contenido mínimo por el método de compresión sin confinar.

TAMAÑO MAT. % PESOCTE. AREA

SUP. PARCIAL

INDICE ASFALTICO

CONT. DE ASFALTO

3/4 No. 4 42 0.41 041X42 = 0.017

100

0.006 0.00102

4 40 38 2.05 2.05X38 = 0.78

100

0.006 0.00468

40 200 13 15.38 15.38X13 = 2.0 100

0.006 0.012

PASA 200 7 53.30 53.30X 7 = 3.73 100

0.006 0.02238

TOTAL: 100 0.04008

A = 0.020 a + 0.045 b + cd = 4.085% 4.1 %

DATOS:

Absorción 1.55 – 2.00 a = 60Densidad 2.5 b = 33PVSS 1500 Kg/M3 c = 7FR – 3 d = 0.2% Residuo

Densidad

CONTENIDO MINIMO 4.1 %

3.6% 4.1% 4.6% 5.1% 5.6% 6.1%

CALCULO DE SOLVENTES POR EVAPORAR

La evaporación dependerá:

1) Tipo de solvente

2) Temperatura ambiente

3) Tipo de maquinaria usada para revolver


MAQUINARIA

Revolvedora móvilMotoconformadoraTractor Angle

Para calcular la cantidad de solventes que deberán eliminarse durante el mezclado se procederá de acuerdo a la siguiente fórmula:

P = PL + Pm + Pa – (PS-KPC)

donde: Pm = peso del material pétreo

Pa = peso del producto asfáltico incorporado a la mezcla.

PS = peso del solvente, correspondiente al producto incorporado.

PL = Peso de la charola.

PC = Peso del residuo asfáltico que corresponde al producto incorporado.

K = Coeficiente que multiplicado por el peso del cemento o residuo asfáltico de la cantidad de solventes que deben quedar en la mezcla.

Lo que está en el paréntesis de la fórmula, representa la pérdida en peso de solventes para obtener la consistencia requerida. Los valores de K, dependen de la siguiente tabla:


CALCULO PARA ELABORAR LOS ESPECIMENES DE COMPRESION SIN CONFINAR


PRODUCTO ASFALTICO VALORES DE “K”

Asfaltos rebajados de fraguado rápido 0.08 a 0.10

Asfaltos rebajados de fraguado medio 0.14 a 0.16

USO DE LOS ASFALTOS

1.- Riego de impregnación.

Antes de proceder a la construcción de cualquier tipo de carpeta asfáltica, hay necesidad de impregnar la base terminada. Esto se logra con el riego de impregnación de un producto asfáltico rebajado de fraguado medio y lento o de una emulsión asfáltica super estable, cuya función es impregnar superficialmente y hasta la profundidad que penetra el asfalto, permitiendo una transición entre la base y la carpeta asfáltica. El riego de impregnación tiene por objeto actuar como agente adherente así de sello de junta entre la base y el nuevo pavimento, dando a la base mayor impermeabilidad, resistencia al intemperismo y la abrasión y protección durante el tiempo que transcurre entre su terminación y la construcción de la carpeta o nuevo pavimento.

Terminada la base de acuerdo con las normas que rigen su construcción, la impregnación se sujeta a los siguientes pasos:

1.- Barrido.- Esto se hace utilizando escobas o cepillos de mano o barredoras mecánicas, con el objeto de eliminar de la base todo el polvo suelto y materiales extraños que se encuentren en la superficie. Olvidar esta operación, es dejar un lubricante entre la base y la nueva superficie de rodamiento que impide toda adherencia en decremento de la durabilidad del pavimento.


2.- Riego de asfalto.- Por medio de una petrolizadora dotada de equipo de calentamiento, bomba de presión, tacómetro y todos aquellos aditamentos necesarios para su correcto funcionamiento y la distribución uniforme de lts./m2 que hayan especificado. Este riego por ningún motivo deberá aplicarse cuando la temperatura ambiente sea menor de 5°C, cuando amenace lluvia o cuando la base se encuentre mojada; ni cuando la intensidad del viento impida una distribución uniforme del producto.

3.- Cantidad de asfalto.- Si se trata de rebajados asfálticos para bases cerradas, se utilizará FM=O entre (0.91 a 1.61 lts/m2.

Si se trata de bases abiertas, se utiliza FM-1 entre (1.4 y 2.81 lts/m2.) Las cantidades señaladas son límites en los que debemos variar el gasto que finalmente se ajustan al observar que el asfalto penetre 6 mm de la superficie de la base en 48 hrs., que es el tiempo normal de curación.

4.- Deberá procurarse siempre precisar la cantidad de asfaltos y se aconseja una disminución en vez de un aumento, pues cualquier cantidad no absorbida por la base es perjudicial.

Se debe exigir que la base impregnada sea cerrada al tránsito hasta que el producto asfáltico haya penetrado y fraguado superficialmente. Cuando ésto no fuera posible, el riego asfáltico de impregnación deberá cubrirse con arena fina y seca para evitar el lloradero de asfalto, a este proceso se le llama poreo.


Riego de liga. Antes de colocar una carpeta asfáltica, la base estará preparada e impregnada, pudiendo circular vehículos para seguir con el proceso constructivo y cuando se llegue el momento de colocar la carpeta se barrerá la base y se aplica un riego llamado de liga a base de un producto asfáltico de fraguado rápido. Si se trata de rebajados éstos podrán ser FR-3 ó FR-2. si se opta por emulsiones éstas podrán ser RR-K o RR-A.

Este riego se deberá dar con petrolizadora sobre toda la superficie que habrá de quedar cubierta por la carpeta en una cantidad que no rebase 0.5 a 0.7 lts/m2, para evitar concentraciones de asfalto sobre la base ya impregnada, se marcarán carriles de aceleración y desaceleración de la petrolizadora, antes y después del tramo por tratar.

0 30 km/hr 30 km/hr 0

TRAMO DE RIEGO

Carril de Carril de aceleración 100m desaceleración

Riego de sello. Por riego de sello se entiende la aplicación de un producto asfáltico rebajado o emulsión asfáltica de fraguado rápido sobre una carpeta asfáltica ya colocada, hecha por el sistema de mezcla hecha en el lugar o en planta y sobre el producto asfáltico un riego de material pétreo de granulometría de 3-A a 3-B. Su función es impermeabilizar la carpeta y protegerla del desgaste con el material pétreo que se coloca entre sí.

La granulometría de material 3-A a 3-B, es la siguiente:

Material pétreo Paso por la malla retenido en la malla

3-A 3/8” # 8 3-B 1/4” # 8


La aplicación del riego de sello deberá realizarse con apego con las siguientes recomendaciones:

A).- La carpeta asfáltica deberá quedar limpia y excenta de polvo y materias extrañas.B).- El riego deberá aplicarse con petrolizadora bajo las siguientes condiciones: si se trata de rebajado deberá ser de fraguado rápido (FR-3 ó FR-1) a razón de 1.6 a 2 lts/m2, la temperatura ambiente será mayor de 5°C, que no amenace lluvia y la carpeta y el material de sello deberán estar secos. Deberá ser de rompimiento rápido cationica o anionica, a razón de 2 a 2.5 lts/m2, no importando las condiciones del clima ni el estado de humedad de la carpeta y el sello que para este caso se recomienda agregarle agua, en una cantidad de la absorción + 1%.

C).- Nunca se permitirá el riego en tramos mayores de los que pueden ser cubiertos con material pétreo, antes de que se inicie el fraguado del producto asfáltico y de acuerdo con el equipo espaciador que se emplee.

D).- El tendido del material pétreo inmediatamente después del riego de producto asfáltico se hará con el número 3A ó 3B, en una cantidad de 12 a 15 lts/m2, y se hará por medio de camión de volteo con tolva y compuerta, con esparcidora mecánica o con pala de mano; en este último caso se colocarán previamente los montones de 3A ó 3B, a la orilla del camino sobre los acotamientos, tomándose las precauciones necesarias para que no se contamine con tierra o polvo.

E).- Una vez tendido el material, se distribuirá con rastros o cepillos metálicos con el objeto de emparejar la superficie y de cubrir con material pétreo algunos lloraderos de asfalto.

F).- Se inicia enseguida el planchado para incrustar el sello en el asfalto con una plancha tandem de rodillo metálico, dando por lo menos 2 pasadas, después de ésto se podrá abrir al tránsito la carretera para posteriormente recoger la gravilla sobrante, después de 8 días de uso.

RODILLO TANDEM

3A Ó 3B


Riego de asfalto

Olvidar la operación de barrido y retiro del material sobrante, da lugar a que se presenten algunos accidentes por derrape en curvas a la ruptura de los parabrisas de los vehículos en los rebases, por lo que es importante proceder a la limpieza, lo más pronto posible.

CARPETAS ASFALTICAS

Las carpetas asfálticas, de acuerdo con los materiales empleados y los procedimientos de construcción, se clasifican en dos grupos que a su vez comprenden subgrupos:

A BASE DE SISTEMA DE PLANTA ESTACIONARIA MEZCLASCARPETASASFALTICAS SISTEMA DE MEZCLA EN EL LUGAR

UN SOLO RIEGO A BASE DE RIEGOS

RIEGOS MULTIPLES O SUCESIVOS

El primer grupo se selecciona para tránsito pesado, por que son mezclas que se pueden supervisar empleando pruebas específicas de laboratorio en las tres etapas, que son: ANTES DE CONSTRUIRSE, DURANTE LA CONSTRUCCION Y DESPUES DE LA MISMA; éste método además se aplica para caminos tipo A, autopistas y aeropuertos.

El segundo grupo es para tránsito ligero como estacionamientos, caminos vecinales, fraccionamientos de bajo tránsito, etc.

El segundo grupo de carpetas no puede supervisarse técnicamente por su procedimiento constructivo, además de que los costos no lo permite y la única supervisión posible es durante el proceso constructivo “Carpetas construidas por el sistema de mezcla en el lugar”.

PRUEBAS PARA EL CONTROL DE CALIDAD


a) Contenido de asfalto . Mediante una centrífuga se separa el material pétreo del asfalto.

Primero se pesa el material (asfalto + pétreo), se pone 24 horas en CCL4 (tetracloruro de carbono) para que el asfalto se suelte, como tercer paso se pone en la centrífuga con lavado con gasolina hasta que la gasolina salga limpia, después se seca en el horno y se obtiene el peso final.

% CA = PI – PF X 100 PF

b) Grado de compactación . GRAFICA

carpeta ############################ BASE SUB-BASE

OPTIMO

Pv optimo = 100% compactacion1750+1715 = 3465 2 = 1732.5 kgs/m3


1690 = 0.97 X 100 = 97% 97%

1732

c).- Permeabilidad en carpeta asfáltica

EQUIPO

- Arillo de bronce- prisma de bronce- Plastilina o mastique- cronómetro- probeta de 100 mm

PROCEDIMIENTO:

1).- Se elige al azar un lugar.

2).- anillo plastilina o mastique

3).- carpeta prisma

4).- 15 min

5).-


1732 = 100% COMPACTACION

De donde el volumen repuesto dividido entre el área del anillo coeficiente de permeabilidad.

PROCEDIMIENTO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS

El Método de Marshall está limitado al proyecto y control de elaboración de mezclas asfálticas hecha en planta estacionaria en caliente, utilizando cemento asfáltico como ligante. Este método se basa en la obtención de dos parámetros importantes llamados “estabilidad y flujo”.

Los datos anteriores se obtienen al probar en una máquina especial 18 muestras cilíndricas probadas axialmente a 60°C y con carga aplicada en sentido normal a su eje.

El valor del flujo se define como la deformación producida en el espécimen por la carga de falla en mm.

El valor de la estabilidad está dado en kg y es la resistencia estructural que se obtiene en la pastilla al probarla perpendicular al eje

Principalmente el valor de estabilidad en kg. es un índice de la calidad del agregado pétreo. El valor de flujo representa la deformación adquirida en el sentido del diámetro del espécimen para producir su fractura. Este valor es una indicación de la tendencia de la mezcla para alcanzar una condición plástica, y consecuentemente de la resistencia que ofrecerá la carpeta al deformarse bajo la acción de las cargas impuestas por los vehículos.

PROCEDIMIENTO


a).- Se calcula el contenido mínimo de asfalto por cualquiera de los dos métodos.

b).- En base al contenido mínimo, se fijarán los siguientes contenidos:

contenido mínimo calculado - 1%contenido mínimo calculado netocontenido mínimo calculado + 0.5%contenido mínimo calculado + 1.0%contenido mínimo calculado + 1.5%contenido mínimo calculado + 2.0%

Se harán 3 muestras con cada variación de contenido de tal manera que sean 18.

c).- Las 18 muestras se llevarán a prueba obteniendo los valores de estabilidad y flujo de cada espécimen además se obtendráel peso volumétrico, el % de vacíos y los huecos ocupados por el asfalto. Con estos datos se dibujarán las siguientes gráficas:

1.- Peso volumétrico – contenido de asfalto.

2.- Estabilidad – contenido de asfalto.

3.- Flujo – contenido de asfalto.


4.- % de vacíos – contenido de asfalto

5.- % huecos ocupados por el asfalto – contenido de asfalto.

De los datos obtenidos en las gráficas antes descritas, se calculará el contenido óptimo de asfalto promediando los siguientes valores:* El contenido de asfalto que corresponde al mayor peso volumétrico.*El contenido de asfalto que corresponda a la máxima estabilidad.*El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del % de vacíos señalado en la siguiente tabla:

ESTABILIDADFLUJO

PRESION DE CONTACTO DE LAS LLANTAS 7 Kgs/cm2 14 kgs/cm2 255 kg 450 kg

% de vacíos T.M.A.de ¾” 4 mm 4.5 mm% huecos ocupados T.M.A.de ¾” por C.A.

3-5 3-5 75-85 75-82

El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del % de huecos ocupados por el asfalto.

Se recomienda que la mezcla cuyo contenido de C.A. correspondiente al promedio de los valores antes indicados, reunan los requisitos dados en la tabla anterior.


CALCULO DE LAS COLUMNAS PARA LA PRUEBA MARSHALL

Col. 1-2 Serán los datos de identificación de cada espécimen (seis en total, 3 de cada uno)

Col. 3 En ella se anotará el % de contenido mínimo de asfalto (calculado por cualquiera de los dos métodos) y se multiplicará por 1200, que es el peso de la pastilla. Para la 2ª. muestra, el % mínimo se multiplicará por 1.25 (agregando 25% de C.A. por pérdidas en charola, espátula, etc.) y de ahí en adelante se agregará 0.5% a cada ejemplar.

COLUMNA 3 Contenido mínimo de asfalto 4.1%

4.1 % x 1200 = 49.2 grs 4.1 49.2 grs4.1 % x 1.25 = 5.1 % 5.1 61.2 grs5.1 % x 1200 = 61.2 grs 5.6 67.2 grs5.6 % x 1200 = 67.2 grs 6.1 73.2 grs6.1 % x 1200 = 73.2 grs 6.6 79.2 grs6.6 % x 1200 = 79.2 grs 7.1 85.2 grs7.1 % x 1200 = 85.2 grs

COLUMNA 4

El porcentaje de cemento asfáltico por peso de agregado, se obtiene dividiendo el % de cemento asfáltico entre 100 + % C.A. y multiplicarlo por 100, este valor es menor que el obtenido en la columna 3.

(4.1/104.1) x 100 = 3.94 %(5.1/105.1) x 100 = 4.85 %(5.6/105.6) = 100 = 5.30 %(6.1/106.1) x 100 = 5.75 %(6.6/106.6) x 100 = 6.19 %(7.1/107.1) x 100 = 6.63 %


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ANALISIS DE MATERIALES II