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• Enrique Santos

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Las mezclas asfálticas están constituidas de agregados, relleno mineral (si fuese necesario), y material asfáltico, 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 Asfáltico de Petróleo, y se clasifica según su grado de penetración. • Se designan por las letras AC, y se elaboran a partir de una combinación de asfaltos refinados de consistencia apropiada para trabajos de pavimentación. • Su clasificación se mide a través de un ensayo de penetración en decimas de milímetros.

• El cemento asfáltico a utilizarse en las mezclas es generalmente de penetración 60-70, el tipo y grado del material asfáltico a utilizarse estará determinado en las especificaciones técnicas o particulares. • En caso de vías que serán sometidas a un tráfico liviano o mediano se permitirá el empleo de cementos asfálticos 85100. Para vías o carriles especiales, donde se espera un tráfico muy pesado, se empleará cementos asfálticos mejorados.

Para los estudios técnicos y la construcción hay tres características 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 termoplásticos que se licúan gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada.

Si se expone al aire el cemento asfáltico en películas delgadas y se le somete a un calentamiento prolongado, como por ejemplo en las mezclas con agregado pétreo, el asfalto tiende a endurecerse y aumentar su consistencia. Se permite un aumento limitado de ésta, por lo cual un control no adecuado de la temperatura y del mezclado puede provocar un daño al cemento asfáltico, tanto como el servicio en el camino terminado. Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un asfalto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad o de penetración.

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 asfáltico, cuando sale de la refinería, está libre de humedad, pero puede haberla en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, ésta provoca espumas cuando se calienta por encima de los 100 ºC (212 ºF).

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 ºC (347 ºF). El cemento asfáltico, 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 pavimentación. Sin embargo, para tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto. (250 °C).

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE CONTROL DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS: Los agregados que se utilizarán para las mezclas de hormigón asfáltico en caliente estarán compuestos de partículas de material triturado, grava triturada, grava o material natural, arena, etc. Estos agregados deben cumplir con los requisitos de gradación que se indican en la tabla 404-5.1 y 405-5.1, (MOP – 001 – F – 2002).

GRANULOMETRÍA

La granulometría será comprobada mediante ensayo ASTM C33, que se efectuará sobre muestras que se tomarán periódicamente de los acopios, de las tolvas de recepción en caliente y de la mezcla asfáltica preparadas.

EQUIVALENTE DE ARENA: Este ensayo indica la proporción relativa de polvo fino o materiales arcillosos perjudiciales contenidos en los áridos empleados en las mezclas asfálticas para pavimentación y en los suelos empleados en capas de base. Este ensayo se aplica a la fracción que pasa por el tamiz No 4, (ASTM D 2419).

RESISTENCIA A LA ABRASIÓN:

Este ensayo se emplea para medir la resistencia de los áridos al desgaste o a la abrasión, se carga el tambor de la máquina de los Ángeles con una cantidad fija de áridos y de esferas de acero que actúan como carga abrasiva, a continuación se hacen dar 500 vueltas al tambor determinándose así 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 áridos a la disgregación por soluciones saturadas de sulfato de sodio o magnesio. El proceso de inmersión y secado se realiza por varios ciclos determinándose así el porcentaje de pérdidas de peso por cada fracción granulométrica, (ASTM C 88).

PESO ESPECÍFICO:

Se determina el peso específico de los áridos por dos razones:

 para permitir el cálculo de los vacíos de las mezclas asfálticas compactadas; y,  para corregir las cantidades de áridos empleados en una mezcla para pavimentación cuando su peso específico varía apreciablemente.

CONTROL DE CALIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

Las mezclas asfálticas a emplearse en las capas de rodadura para vías de tráfico pesado y muy pesado deberán cumplir que: la relación 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 (relación filler / betún), sea mayor o igual a 0.8 y no superior a 1.2. Para las mezclas asfálticas deberán emplearse una de las granulometrías que se indican en la tabla 405-5.1 (MOP – 001 – F – 2002).

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE TIPO DE TRÁFICO CRITERIOS MARSHALL N° de golpes/cara Estabilidad (lb) Flujo (in/100) % de vacíos en mezcla *Capa de rodadura *Capa intermedia *Capa de base

Muy pesado Min. Máx.

Pesado Min. Máx.

Medio Min. Máx.

Liviano Min. Máx.

75

75

50

50

2200 8

14

1800 8

14

1200 8

16

1000 8

2400 16

3 3 3

5 8 9

3 3 3

5 8 9

3 3 3

5 8 9

3 3 3

5 8 9

Relación filler/betún % estabilidad retenida luego de 7 días en agua temperatura ambiente

0.8

1.2

0.8

1.2

*Capa de rodadura *Intermedia o base

70 60

-

70 60

-

 Las mezclas asfálticas de granulometría cerrada y semicerrada deberán cumplir con los requisitos especificados en la tabla, de acuerdo a los ensayos del método Marshall (MOP – 001 – F – 2002 ).  Las mezclas asfálticas de granulometría abierta deberán cumplir con los mismos requisitos de estabilidad y flujo Marshall establecidos en la tabla anterior.  La resistencia a la tracción indirecta mediante ensayo ASTM D 4123, deberá ser superior al 80%.

FÓRMULA MAESTRA DE OBRA:

De acuerdo con las especificaciones MOP–01–F–2002 en la fórmula maestra se establecerá:  Las cantidades de las diversas fracciones definidas para los agregados.  El porcentaje de material asfáltico para la dosificación, en relación al peso total de todos los agregados, inclusive del relleno mineral y aditivos para el asfalto si se los utilizare.

 La temperatura que deberá tener el hormigón al salir de la mezcladora y la temperatura que deberá tener la mezcla al colocarlo en sitio.

DISEÑO DE MEZCLAS El diseño de mezclas es una herramienta usada para la aceptación de materiales, para el control de calidad de la mezcla, y para determinar la compactación final del pavimento. Existen tres métodos de diseño comúnmente utilizados para determinar las proporciones apropiadas del asfalto y agregado en una mezcla, estos son: - Método Marshall - Método Hveem - Superpave

Método Marshall Uno de los métodos de diseño de mezclas más usados en la actualidad es el Método Marshall. Esta técnica de diseño fue desarrollada por Bruce Marshall siendo US Army Corps of Engeineers quien depuró y adicionó ciertos aspectos a las propuestas de Marshall al punto de que el ensayo fue normalizado como ASTMD1559. El método Marshall es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una adecuada mezcla asfáltica por medio del análisis de su estabilidad, fluencia, densidad y vacíos. Una de las virtudes del método Marshall es la importancia que se asigna a las propiedades densidad/vacíos del material asfáltico. Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de rangos adecuados para asegurar una mezcla durable. Desafortunadamente una de sus grandes desventajas es el método de compactación de laboratorio por impacto el cual no simula la densificación de la mezcla que ocurre bajo tránsito en un pavimento real.

Método Hveem El ensayo Hveem, fue desarrollado por Francis N. Hveemen, surgió de investigaciones indicadas por el Departamento de Carreteras de California en 1940. El método Hveen también implica análisis de densidad, estabilidad y la resistencia de la mezcla al hinchamiento por la presencia de agua. El método Hveen tiene dos ventajas concretas el método de compactación por amasado y el parámetro de resistencia, estabilidad. La desventaja del procedimiento Hveen es que el equipo de ensayo, en particular el compactador por amasado y el estabilómetro de Hveen, es algo más caro que el equipamiento del Marshall y no muy portable. Además, algunas propiedades volumétricas relacionadas con la durabilidad de la mezcla no son rutinariamente determinadas en el método, tomando en cuenta también que el método de selección del contenido de asfalto es demasiado subjetivo y podría resultar en una no durable mezcla con poco asfalto.

Superpave En 1987 el SHRP (Strategic Highway Reserch Program) comenzó el desarrollo de un nuevo sistema para especificación de materiales asfálticos. El producto final del programa de investigación sobre asfaltos de SHRP es un nuevo sistema conocido como SUPERPAVE (Superior Perfoming Asphalt Pavement). El Software de Superpave es una nueva metodología para la selección del ligante asfáltico y el diseño de la mezcla. Superpave representa el sistema más avanzado de especificación de los materiales, diseño de mezclas asfálticas y su análisis, así como la predicción del desempeño de los pavimentos, incluyendo equipos de ensayo, métodos de ensayo y criterios.

MÉTODO MARSHALL: El propósito del método Marshall es determinar el contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de agregados. El método también provee información sobre propiedades de la mezcla asfáltica en caliente, y establece densidades y contenidos óptimos de vacío que deben ser cumplidos durante la construcción del pavimento. El método Marshall, sólo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación que usan cemento asfáltico clasificado con viscosidad o penetración y que contienen agregados con tamaños máximos de 25.0 mm o menos. El método puede ser usado para el diseño en laboratorio, como para el control de campo de mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación.

El método Marshall usa muestras normalizadas de pruebas (probetas) de 64mm (2.5in) de espesor por 103mm (4in) de diámetro. Una serie de probetas, cada una con la misma combinación de agregados pero con diferentes tipos de asfaltos, es preparada usando un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas asfálticas de agregado. Los dos datos más importantes del diseño de mezclas del Método Marshall son: un análisis de la relación de vacíosdensidad, y una prueba de estabilidad-flujo de las muestras compactadas.

Procedimiento para método Marshall:

- Preparación de muestras para efectuar los ensayos. - Procedimientos del ensayo Marshall. - Procedimiento de cálculo para diseñar las mezclas. - Análisis de resultados

MÉTODO MARSHALL PREPARACIÓN ENSAYOS:

DE

MUESTRAS

PARA

EFECTUAR

LOS

Preparación del asfalto: Las muestras del asfalto deberán tener características idénticas a las del asfalto que va a ser usado en la mezcla final, y deberán cumplir con los requisitos de calidad establecidos en la tabla 810-2.1 (MOP – 001 – F – 2002).

MÉTODO MARSHALL PREPARACIÓN ENSAYOS:

DE

MUESTRAS

PARA

EFECTUAR

LOS

Preparación del agregado: La preparación del agregado consiste en secar los agregados, determinar su peso específico y efectuar un análisis granulométrico por vía húmeda, (AASHTO T 27). Para ello, se deberán emplear una de las granulometrías indicadas en las tablas 405-5.1 (MOP – 001 – F – 2002).

MÉTODO MARSHALL PREPARACIÓN ENSAYOS:

DE

MUESTRAS

PARA

EFECTUAR

LOS

Preparación 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).

MÉTODO MARSHALL PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:

Determinación de la gravedad específica total: La prueba de gravedad específica puede desarrollarse tan pronto como la probeta se haya enfriado a la temperatura ambiente. Para determinar que norma se debe utilizar, se realizarán pruebas de absorción a la mezcla asfáltica compactada; si la absorción es mayor al 2%, se utiliza la Norma ASTM D1188, en caso contrario, se recurre a la Norma ASTM D2726.

MÉTODO MARSHALL PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:

Ensayos de Estabilidad y Fluencia:

Después de que la gravedad específica se ha determinado, se desarrolla la prueba de estabilidad y flujo. En el ensayo de estabilidad se mide la resistencia a la deformación de la mezcla a 60 oC, mientras que la fluencia medida en centésimas de pulgada, representa la deformación de la briqueta, (ASTM D 1559).

MÉTODO MARSHALL PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:

Análisis de densidad y vacíos: Después de completar las pruebas de estabilidad y flujo, se realiza el análisis de densidad y vacíos para cada serie de especímenes de prueba.

MÉTODO MARSHALL PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL: Análisis de densidad y vacíos: Utilizando la gravedad específica y la gravedad específica efectiva del total del agregado; el promedio de las gravedades específicas de las mezclas compactadas; la gravedad específica del asfalto y la gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica (ASTM D 2041), se calcula el porcentaje de asfalto absorbido en peso del agregado seco, porcentaje de vacíos (Va); porcentaje de vacíos llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA).

MÉTODO MARSHALL Tabla del porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA).

Tipo de mezcla

VAM, Mínimo (%)

A B C, D E

16 15 14 13

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS:

GRAFICAR RESULTADOS:

Los técnicos de laboratorio trazan los resultados del ensayo Marshall en gráficas, para poder entender las características particulares de cada probeta usada en la serie y determinar cual de ellas cumple mejor con los criterios establecidos para el pavimento terminado.

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):

MÉTODO MARSHALL ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):

MÉTODO MARSHALL DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO: Primero, se determina el contenido de asfalto para el cual el contenido de vacíos de aire es de 4 %.

MÉTODO MARSHALL

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO:

Con el porcentaje de asfalto determinado, se evalúa todas las propiedades calculadas y medidas, y las comparamos con los criterios de diseño de la siguiente tabla.

MÉTODO MARSHALL DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO:

Criterios para mezclas del método Marshall

Transito liviano carpeta y base Min

Compactación, número de golpes en cada cara de la probeta Estabilidad

N (lb)

Máx

Transito mediano carpeta y base M in

35

Máx

Transito pesado carpeta y base Min Máx

50

3336 (750)

75

5338 (1200)

8006 (1800)

Flujo, 0.25mm (0.01 < in)

8

18

8

16

8

14

Porcentaje de vacíos Porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA) Porcentaje de vacíos llenos de asfalto (VFA)

3

5

3

5

3

5

78

65

75

Ver tabla 70

80

65

MÉTODO MARSHALL VERIFICACIÓN DE RESULTADOS: Se puede comprobar los resultados con los valores recomendados por el Instituto de Asfalto (U.S.A) para el diseño Marshall, para una mezcla superficial con tránsito pesado. Con las cantidades de las diversas fracciones definidas para los agregados, con el contenido óptimo de asfalto, y seleccionando la temperatura que deberá tener el hormigón en la mezcladora y al colocarla en el sitio, se determina la fórmula maestra de obra.

MÉTODO MARSHALL

VERIFICACIÓN DE RESULTADOS: El porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral puede ser revisado usando la tabla siguiente, donde debe ser comparado con el VMA de la graduación del agregado.

MÉTODO MARSHALL VERIFICACIÓN DE RESULTADOS:

Tamaño máximo nominal de las partículas1 No16 (1.18 mm) No8 (2.36 mm) No4 (4.75 mm) 3/8 in (9.5 mm) ½” (12.5 mm) ¾ in (19 mm) 1 in (25 mm) 1.5 in (37.5 mm) 2.0 in (50 mm) 2.5 in (63 mm) 1El

VMA mínimo, en porcentaje Vacíos de diseño, en porcentaje2 3.0 4.0 5.0 21.5 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

tamaño máximo nominal de la partícula es un tamaño más grande que el primer tamiz que retiene más del 10% del material.