Las mezclas asflticas estn constituidas de agregados, relleno
mineral (si fuese necesario), y material asfltico, mezclados en
caliente en una planta central, y colocados sobre una base
debidamente preparada o un pavimento existente, de acuerdo con lo
establecido en las normas.
EL CEMENTO ASFALTICO
El asfalto procesado se denomina Cemento Asfltico de Petrleo, y
se clasifica segn su grado de penetracin. Se designan por las
letras AC, y se elaboran a partir de una combinacin de asfaltos
refinados de consistencia apropiada para trabajos de pavimentacin.
Su clasificacin se mide a travs de un ensayo de penetracin en
decimas de milmetros.
El cemento asfltico a utilizarse en las mezclas es generalmente
de penetracin 60-70, el tipo y grado del material asfltico a
utilizarse estar determinado en las especificaciones tcnicas o
particulares. En caso de vas que sern sometidas a un trfico liviano
o mediano se permitir el empleo de cementos asflticos 85100. Para
vas o carriles especiales, donde se espera un trfico muy pesado, se
emplear cementos asflticos mejorados.
Para los estudios tcnicos y la construccin hay tres
caractersticas o propiedades del asfalto importantes a
considerar:
Consistencia: Para caracterizar a los asfaltos es necesario
conocer su consistencia a distintas temperaturas, puesto que son
materiales termoplsticos que se lican gradualmente al calentarlos.
Consistencia es el trmino usado para describir el grado de fluidez
o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada.
Si se expone al aire el cemento asfltico en pelculas delgadas y
se le somete a un calentamiento prolongado, como por ejemplo en las
mezclas con agregado ptreo, el asfalto tiende a endurecerse y
aumentar su consistencia. Se permite un aumento limitado de sta,
por lo cual un control no adecuado de la temperatura y del mezclado
puede provocar un dao al cemento asfltico, tanto como el servicio
en el camino terminado. Comnmente, para especificar y medir la
consistencia de un asfalto para pavimento, se usan ensayos de
viscosidad o de penetracin.
Pureza:
Los asfaltos provenientes de ciertos crudos ricos en parafinas
no son actos para fines viales, por cuanto precipita a temperaturas
bajas, lo que da como resultado propiedades indeseables como la
perdida de ductibilidad.Normalmente el cemento asfltico, cuando
sale de la refinera, est libre de humedad, pero puede haberla en
los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, sta provoca
espumas cuando se calienta por encima de los 100 C (212 F).
Seguridad: La espuma puede constituir un riesgo para la
seguridad, por lo tanto las normas requieren que el asfalto no
forme espuma hasta temperaturas de 175 C (347 F). El cemento
asfltico, si se le somete a temperaturas suficientemente elevadas,
despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La
temperatura a que esto ocurre, normalmente es mas elevada que la de
trabajo en obras de pavimentacin. Sin embargo, para tener la
certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe
conocer el punto de inflamacin del asfalto. (250 C).
MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTECONTROL DE CALIDAD DE LOS
AGREGADOS:Los agregados que se utilizarn para las mezclas de
hormign asfltico en caliente estarn compuestos de partculas de
material triturado, grava triturada, grava o material natural,
arena, etc. Estos agregados deben cumplir con los requisitos de
gradacin que se indican en la tabla 404-5.1 y 405-5.1, (MOP 001 F
2002).
GRANULOMETRA
La granulometra ser comprobada mediante ensayo ASTM C33, que se
efectuar sobre muestras que se tomarn peridicamente de los acopios,
de las tolvas de recepcin en caliente y de la mezcla asfltica
preparadas.
EQUIVALENTE DE ARENA:Este ensayo indica la proporcin relativa de
polvo fino o materiales arcillosos perjudiciales contenidos en los
ridos empleados en las mezclas asflticas para pavimentacin y en los
suelos empleados en capas de base. Este ensayo se aplica a la
fraccin que pasa por el tamiz No 4, (ASTM D 2419).
RESISTENCIA A LA ABRASIN:
Este ensayo se emplea para medir la resistencia de los ridos al
desgaste o a la abrasin, se carga el tambor de la mquina de los
ngeles con una cantidad fija de ridos y de esferas de acero que
actan como carga abrasiva, a continuacin se hacen dar 500 vueltas
al tambor determinndose as el porcentaje del material que se define
como porcentaje de desgaste, (ASTM C 131).
RESISTENCIA A LOS SULFATOS:
Este ensayo mide la resistencia de los ridos a la disgregacin
por soluciones saturadas de sulfato de sodio o magnesio. El proceso
de inmersin y secado se realiza por varios ciclos determinndose as
el porcentaje de prdidas de peso por cada fraccin granulomtrica,
(ASTM C 88).
PESO ESPECFICO:
Se determina el peso especfico de los ridos por dos razones:
para permitir el clculo de los vacos de las mezclas asflticas
compactadas; y, para corregir las cantidades de ridos empleados en
una mezcla para pavimentacin cuando su peso especfico vara
apreciablemente.
CONTROL DE CALIDAD DE MEZCLAS ASFLTICAS
Las mezclas asflticas a emplearse en las capas de rodadura para
vas de trfico pesado y muy pesado debern cumplir que: la relacin
entre el porcentaje en peso del agregado pasante del tamiz N 200, y
el contenido de asfalto en porcentaje en peso del total de la
mezcla (relacin filler / betn), sea mayor o igual a 0.8 y no
superior a 1.2.Para las mezclas asflticas debern emplearse una de
las granulometras que se indican en la tabla 405-5.1 (MOP 001 F
2002).
MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTETIPO DE TRFICO CRITERIOS MARSHALLN
de golpes/cara Estabilidad (lb) Flujo (in/100) % de vacos en mezcla
*Capa de rodadura *Capa intermedia *Capa de base Relacin
filler/betn % estabilidad retenida luego de 7 das en agua
temperatura ambiente
Muy pesado Min. Mx.75 2200 8 14
Pesado Min. Mx.75 1800 8 14
Medio Min. Mx.50 1200 8 16
Liviano Min. Mx.50 1000 8 2400 16
3 3 30.8
5 8 91.2
3 3 30.8
5 8 91.2
3 3 3
5 8 9
3 3 3
5 8 9
*Capa de rodadura *Intermedia o base
70 60
-
70 60
-
Las mezclas asflticas de granulometra cerrada y semicerrada
debern cumplir con los requisitos especificados en la tabla, de
acuerdo a los ensayos del mtodo Marshall (MOP 001 F 2002 ). Las
mezclas asflticas de granulometra abierta debern cumplir con los
mismos requisitos de estabilidad y flujo Marshall establecidos en
la tabla anterior. La resistencia a la traccin indirecta mediante
ensayo ASTM D 4123, deber ser superior al 80%.
FRMULA MAESTRA DE OBRA:
De acuerdo con las especificaciones MOP01F2002 en la frmula
maestra se establecer: Las cantidades de las diversas fracciones
definidas para los agregados. El porcentaje de material asfltico
para la dosificacin, en relacin al peso total de todos los
agregados, inclusive del relleno mineral y aditivos para el asfalto
si se los utilizare.
La temperatura que deber tener el hormign al salir de la
mezcladora y la temperatura que deber tener la mezcla al colocarlo
en sitio.
DISEO DE MEZCLASEl diseo de mezclas es una herramienta usada
para la aceptacin de materiales, para el control de calidad de la
mezcla, y para determinar la compactacin final del pavimento.
Existen tres mtodos de diseo comnmente utilizados para determinar
las proporciones apropiadas del asfalto y agregado en una mezcla,
estos son: - Mtodo Marshall - Mtodo Hveem - Superpave
Mtodo MarshallUno de los mtodos de diseo de mezclas ms usados en
la actualidad es el Mtodo Marshall. Esta tcnica de diseo fue
desarrollada por Bruce Marshall siendo US Army Corps of Engeineers
quien depur y adicion ciertos aspectos a las propuestas de Marshall
al punto de que el ensayo fue normalizado como ASTMD1559. El mtodo
Marshall es un experimento de laboratorio dirigido al diseo de una
adecuada mezcla asfltica por medio del anlisis de su estabilidad,
fluencia, densidad y vacos. Una de las virtudes del mtodo Marshall
es la importancia que se asigna a las propiedades densidad/vacos
del material asfltico. Este anlisis garantiza que las importantes
proporciones volumtricas de los componentes de la mezcla estn
dentro de rangos adecuados para asegurar una mezcla durable.
Desafortunadamente una de sus grandes desventajas es el mtodo de
compactacin de laboratorio por impacto el cual no simula la
densificacin de la mezcla que ocurre bajo trnsito en un pavimento
real.
Mtodo HveemEl ensayo Hveem, fue desarrollado por Francis N.
Hveemen, surgi de investigaciones indicadas por el Departamento de
Carreteras de California en 1940. El mtodo Hveen tambin implica
anlisis de densidad, estabilidad y la resistencia de la mezcla al
hinchamiento por la presencia de agua. El mtodo Hveen tiene dos
ventajas concretas el mtodo de compactacin por amasado y el
parmetro de resistencia, estabilidad. La desventaja del
procedimiento Hveen es que el equipo de ensayo, en particular el
compactador por amasado y el estabilmetro de Hveen, es algo ms caro
que el equipamiento del Marshall y no muy portable. Adems, algunas
propiedades volumtricas relacionadas con la durabilidad de la
mezcla no son rutinariamente determinadas en el mtodo, tomando en
cuenta tambin que el mtodo de seleccin del contenido de asfalto es
demasiado subjetivo y podra resultar en una no durable mezcla con
poco asfalto.
SuperpaveEn 1987 el SHRP (Strategic Highway Reserch Program)
comenz el desarrollo de un nuevo sistema para especificacin de
materiales asflticos. El producto final del programa de
investigacin sobre asfaltos de SHRP es un nuevo sistema conocido
como SUPERPAVE (Superior Perfoming Asphalt Pavement). El Software
de Superpave es una nueva metodologa para la seleccin del ligante
asfltico y el diseo de la mezcla. Superpave representa el sistema
ms avanzado de especificacin de los materiales, diseo de mezclas
asflticas y su anlisis, as como la prediccin del desempeo de los
pavimentos, incluyendo equipos de ensayo, mtodos de ensayo y
criterios.
MTODO MARSHALL:El propsito del mtodo Marshall es determinar el
contenido ptimo de asfalto para una combinacin especfica de
agregados. El mtodo tambin provee informacin sobre propiedades de
la mezcla asfltica en caliente, y establece densidades y contenidos
ptimos de vaco que deben ser cumplidos durante la construccin del
pavimento. El mtodo Marshall, slo se aplica a mezclas asflticas (en
caliente) de pavimentacin que usan cemento asfltico clasificado con
viscosidad o penetracin y que contienen agregados con tamaos mximos
de 25.0 mm o menos. El mtodo puede ser usado para el diseo en
laboratorio, como para el control de campo de mezclas asflticas (en
caliente) de pavimentacin.
El mtodo Marshall usa muestras normalizadas de pruebas
(probetas) de 64mm (2.5in) de espesor por 103mm (4in) de dimetro.
Una serie de probetas, cada una con la misma combinacin de
agregados pero con diferentes tipos de asfaltos, es preparada
usando un procedimiento especfico para calentar, mezclar y
compactar mezclas asflticas de agregado.Los dos datos ms
importantes del diseo de mezclas del Mtodo Marshall son: un anlisis
de la relacin de vacosdensidad, y una prueba de estabilidad-flujo
de las muestras compactadas.
Procedimiento para mtodo Marshall:
- Preparacin de muestras para efectuar los ensayos. -
Procedimientos del ensayo Marshall. - Procedimiento de clculo para
disear las mezclas. - Anlisis de resultados
MTODO MARSHALLPREPARACIN ENSAYOS: DE MUESTRAS PARA EFECTUAR
LOS
Preparacin del asfalto: Las muestras del asfalto debern tener
caractersticas idnticas a las del asfalto que va a ser usado en la
mezcla final, y debern cumplir con los requisitos de calidad
establecidos en la tabla 810-2.1 (MOP 001 F 2002).
MTODO MARSHALLPREPARACIN ENSAYOS: DE MUESTRAS PARA EFECTUAR
LOS
Preparacin del agregado: La preparacin del agregado consiste en
secar los agregados, determinar su peso especfico y efectuar un
anlisis granulomtrico por va hmeda, (AASHTO T 27). Para ello, se
debern emplear una de las granulometras indicadas en las tablas
405-5.1 (MOP 001 F 2002).
MTODO MARSHALLPREPARACIN ENSAYOS: DE MUESTRAS PARA EFECTUAR
LOS
Preparacin de las probetas de ensayo: Las probetas de ensayo son
preparadas haciendo que cada una contenga una ligera cantidad
diferente de asfalto,(ASTM D 1559).
MTODO MARSHALLPROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:
Determinacin de la gravedad especfica total: La prueba de
gravedad especfica puede desarrollarse tan pronto como la probeta
se haya enfriado a la temperatura ambiente. Para determinar que
norma se debe utilizar, se realizarn pruebas de absorcin a la
mezcla asfltica compactada; si la absorcin es mayor al 2%, se
utiliza la Norma ASTM D1188, en caso contrario, se recurre a la
Norma ASTM D2726.
MTODO MARSHALLPROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:
Ensayos de Estabilidad y Fluencia:
Despus de que la gravedad especfica se ha determinado, se
desarrolla la prueba de estabilidad y flujo. En el ensayo de
estabilidad se mide la resistencia a la deformacin de la mezcla a
60 oC, mientras que la fluencia medida en centsimas de pulgada,
representa la deformacin de la briqueta, (ASTM D 1559).
MTODO MARSHALLPROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:
Anlisis de densidad y vacos: Despus de completar las pruebas de
estabilidad y flujo, se realiza el anlisis de densidad y vacos para
cada serie de especmenes de prueba.
MTODO MARSHALLPROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:Anlisis de
densidad y vacos:Utilizando la gravedad especfica y la gravedad
especfica efectiva del total del agregado; el promedio de las
gravedades especficas de las mezclas compactadas; la gravedad
especfica del asfalto y la gravedad especfica terica mxima de la
mezcla asfltica (ASTM D 2041), se calcula el porcentaje de asfalto
absorbido en peso del agregado seco, porcentaje de vacos (Va);
porcentaje de vacos llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de
vacos en el agregado mineral (VMA).
MTODO MARSHALLTabla del porcentaje de vacos en el agregado
mineral (VMA).
Tipo de mezclaA B C, D E
VAM, Mnimo (%)16 15 14 13
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS:
GRAFICAR RESULTADOS:
Los tcnicos de laboratorio trazan los resultados del ensayo
Marshall en grficas, para poder entender las caractersticas
particulares de cada probeta usada en la serie y determinar cual de
ellas cumple mejor con los criterios establecidos para el pavimento
terminado.
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS (GRFICAS):
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS (GRFICAS):
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS (GRFICAS):
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS (GRFICAS):
MTODO MARSHALLANLISIS DE RESULTADOS (GRFICAS):
MTODO MARSHALLDETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO:
Primero, se determina el contenido de asfalto para el cual el
contenido de vacos de aire es de 4 %.
MTODO MARSHALL
DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO:
Con el porcentaje de asfalto determinado, se evala todas las
propiedades calculadas y medidas, y las comparamos con los
criterios de diseo de la siguiente tabla.
MTODO MARSHALLDETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE
ASFALTO:Transito pesado carpeta y base Min Mx 75 8006 (1800) 16 5 8
3 14 5
Criterios para mezclas del mtodo MarshallCompactacin, nmero de
golpes en cada cara de la probeta Estabilidad N (lb)
Transito liviano carpeta y base Min 35 3336 (750) 8 3 18 5
Mx
Transito mediano carpeta y base M in 50 5338 (1200) 8 3 Ver
tabla Mx
Flujo, 0.25mm (0.01 < in) Porcentaje de vacos Porcentaje de
vacos en el agregado mineral (VMA) Porcentaje de vacos llenos de
asfalto (VFA)
70
80
65
78
65
75
MTODO MARSHALLVERIFICACIN DE RESULTADOS:Se puede comprobar los
resultados con los valores recomendados por el Instituto de Asfalto
(U.S.A) para el diseo Marshall, para una mezcla superficial con
trnsito pesado.Con las cantidades de las diversas fracciones
definidas para los agregados, con el contenido ptimo de asfalto, y
seleccionando la temperatura que deber tener el hormign en la
mezcladora y al colocarla en el sitio, se determina la frmula
maestra de obra.
MTODO MARSHALL
VERIFICACIN DE RESULTADOS:El porcentaje mnimo de vacos en el
agregado mineral puede ser revisado usando la tabla siguiente,
donde debe ser comparado con el VMA de la graduacin del
agregado.
MTODO MARSHALLVERIFICACIN DE RESULTADOS:VMA mnimo, en porcentaje
Vacos de diseo, en porcentaje2 3.0 4.0 5.021.5 19.0 16.0 14.0 13.0
12.0 11.0 10.0 9.5 9.0 22.5 20.0 17.0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.5
10.0 23.5 21.0 18.0 16.0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.5 11.0
Tamao mximo nominal de las partculas1No16 (1.18 mm) No8 (2.36
mm) No4 (4.75 mm) 3/8 in (9.5 mm) (12.5 mm) in (19 mm) 1 in (25 mm)
1.5 in (37.5 mm) 2.0 in (50 mm) 2.5 in (63 mm)1El
tamao mximo nominal de la partcula es un tamao ms grande que el
primer tamiz que retiene ms del 10% del material.
