• Author / Uploaded
• john sarango

Citation preview

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA CARRERA: INGENIERÍA CIVIL VIAS Y PAVIMENTOS Ing. Nelson Álvarez Sánchez 9.- Capa de rodadura 9.1.- Flexible 9.1.1.- Estudio del ligante 9.1.2.- Estudio de los agregados

9.1.3.- Diseño de la mezcla asfáltica 9.2.- Rígido 9.2.1.- Diseño de la mezcla 9.2.2.- Resistencia a la compresión y a la flexión 9.3.- Articulado 9.3.1.- Resistencia a la compresión

9.3.2.- Resistencia a la abrasión 9.3.2.- Resistencia a la Flexión

9.- CAPA DE RODADURA

9.- CAPA DE RODADURA Conceptos generales.➢

Se denomina Pavimento a la superestructura construida sobre la subrasante. Esta superestructura esta compuesta por un conjunto de capas de material seleccionado.

➢

La función de las capas de la superestructura de arriba hacia abajo: ▪

Recibir las cargas y descargas del tránsito vehicular y trasmitirlas a las capas inferiores en forma disipada (cargas menores y mejor distribuidas) de tal manera que soporte el suelo de la subrasante y que no produzcan deformaciones perjudiciales a la estabilidad del pavimento como a la superficie de rodamiento.

▪

Proporcionar a una carretera, pista de aterrizaje o estacionamiento una superficie de rodamiento uniforme, permanentemente eficiente, cómoda, segura y con costos óptimos de operación.

▪

Proporcionar una superficie impermeable, resistente a la acción del medio ambiente y de color y textura adecuados.

9.- CAPA DE RODADURA 9.- Capa de rodadura.➢

Se conoce como capa de rodadura a la estructura ubicada en la parte superior del pavimento, por lo tanto, es la que está en contacto con las cargas y descargas debido al tránsito vehicular en una carretera.

➢

La calidad funcional de un pavimento está dada por las características de la capa de rodadura (textura, fricción, uniformidad, durabilidad) en términos de la seguridad y el confort que le confiere al usuario.

➢

La capa de rodadura puede estar compuesta de diferentes materiales; se clasifica en tres o cuatro grupos, de acuerdo a la rigidez que esta presenta con respecto a la acción de los esfuerzos de las cargas y descargas del tráfico vehicular. 1.

Pavimento Flexible o de Hormigón Asfáltico.

2.

Pavimento Rígido o de Hormigón Hidráulico.

3.

Pavimento Semi rígido o semiflexible o articulado (adoquinado, empedrado).

4.

No pavimentado.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.➢

Se denomina Pavimento flexible a la superestructura construida sobre la subrasante y que esta constituida por una capa delgada de mezcla asfáltica construida sobre una capa de base y una capa de subbase, mismas que generalmente son de material granular. Estas capas descansan sobre el suelo de la subrasante distribuido uniformemente y bien compactado.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.➢

La capa de rodadura de pavimento asfáltico es una mezcla en frío o en caliente entre varios agregados de diferente granulometría con un elemento bituminoso ligante o cementante que puede ser cemento asfáltico o emulsiones asfálticas. Esta mezcla se extiende por capas y se compactan.

➢

Debido a las propiedades de la mezcla asfáltica es la carpeta más utilizada y más común en los proyectos de construcción de carreteras, pistas de aterrizaje y aparcamientos.

➢

Las cantidades relativas de ligante y áridos determinan las propiedades físicas de la mezcla.

➢

Las mezclas asfálticas de la capa de rodadura deben cumplir los siguientes criterios para ser utilizables como capa de rodadura:

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ▪ ▪

▪

Resistentes a las cargas de tráfico (tanto a la abrasión, como al asentamiento vertical, como al despegue de los neumáticos). Impermeable, el agua es el peor enemigo de un pavimento, ya que si el agua penetra a las capas inferiores, estos perderán resistencia y se filtrará al suelo de subrasante, saturándolo y por lo tanto desestabilizándolo. Facilidad para trabajar y ponerlo en obra.

➢

Las capas de rodadura de mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90% de agregados granulares (grueso y fino), un 5% de polvo mineral (filler) y un 5% de ligante asfáltico.

➢

Hay diferentes tipos de mezclas asfálticas, el diseño de estas está ligado a su comportamiento y respuesta a las solicitaciones externas tales como el tiempo de aplicación de las cargas y de las condiciones climáticas. En resumen, en el diseño de una mezcla asfáltica se debe optimizar las propiedades, entre otras: Estabilidad, Durabilidad, Resistencia a la fatiga.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Mezcla asfáltica en caliente.- Son producidas por el calentamiento del ligante asfáltico, lo que disminuye su viscosidad, y permite mezclar el material con el agregado de áridos incluyendo el filler y eventualmente aditivos. La mezcla se realiza a 150 °C para el asfalto puro, y a 160 °C si el asfalto está modificado con polímeros. La extensión y el compactado tienen que realizarse mientras el material está caliente.

➢

Superpave.- Abreviatura de "Superior Perfomance Pavements", (Pavimento de altas prestaciones). Es un pavimento diseñado para proporcionar tiempos de vida útil más largos que los pavimentos habituales. Las claves son un sistema cuidadoso de selección de ingredientes y una gran calidad de los materiales y del control de obra.

➢

Hormigón asfáltico templado.- Se produce por la adición de zeolita, ceras o emulsiones asfálticas para realizar la mezcla. Esto permite bajar significativamente la temperatura de mezcla y extendido y disminuir el consumo de combustibles fósiles, además de disminuir la emisión de dióxido de carbono, aerosoles y vapores. También permite reducir el tiempo de construcción y ciertos aditivos facilitan sus características en la puesta.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Hormigón asfáltico frío.- Se aplican en pequeñas reparaciones con materiales capaces de alcanzar resistencias a temperatura ambiente.

➢

Hormigón asfáltico cut-back.- Se produce disolviendo el ligante en queroseno u otro líquido que disminuya la fricción de los componentes y permita la mezcla. Se usa para pequeñas reparaciones, cuando no resulta rentable usar maquinaria a gran escala y calentar mezclas. Debido al uso del queroseno es muy contaminante.

➢

Hormigón asfáltico mástico o capa asfáltica.- Se produce mediante el calentamiento del material y su oxidación en un mezclador, hasta que se licua y se puede agregar el árido. El agregado tiene entre 6 y 8 horas para ser puesto. Una vez transportado en la obra donde se vierte hasta realizar una capa fina de 2 a 3 centímetros.

➢

Hormigón asfáltico natural.- Puede ser producido de rocas bituminosas, de lugares muy puntuales, donde la roca sedimentaria ha sido impregnada de betún natural.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Para el diseño y aplicación de las diferentes mezclas asfálticas, se debe remitir a lo establecido por el MTOP en las secciones 405 y 810 del libro MOP-001F-2002. Tabla 405-3.1 MOP-001F-2002 Tamiz 1 1/2'' (38.1 mm) 1'' (25.4 mm) 3/4'' (19.0 mm) 1/2'' (12.7 mm) 3/8'' (9.5 mm) Nº 4 (4.76 mm) Nº 8 (2.38 mm) Nº 16 (1.19 mm) Nº 30 (0.600 mm) Nº 200 (0.075 mm)

Granulometría para diferentes mezclas asfálticas Porcentaje en peso que pasa a través de los tamices de malla cuadrada

A 100 90 - 100 20 - 55 0 - 15 0-5 --------0-2

B --100 90 - 100 20 - 55 0 - 15 0-5 ------0-2

C ----100 90 - 100 40 - 75 0 - 15 0-5 ----0-2

D ------100 90 - 100 0 - 20 0 - 10 0-5 --0-2

E ------100 90 - 100 10 - 30 0 - 10 0-5 --0-2

F --------100 75 - 100 20 - 55 0 - 10 0-5 0-2

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Tabla 405-3.2 MOP-001F-2002 2

Tipo de tratamiento y cantidades aproximadas de materiales por m , utilizando cemento asfáltico o asfálto diluido

Tipo de tratamiento bituminoso TSB-1

Agregados (kg)

A

B

C

TSB-2A

F

(litros)

1.4 - 2.0 0.9 - 1.6

11 - 14

Primera capa Segunda capa

0.7 -1.1 8 - 11

TSB-2B

14 - 16

Primera capa Segunda capa

0.7 -1.1

1.4 - 2.0

8 - 11

TSB-2C

22 - 27

Primera capa Segunda capa Primera capa Segunda capa Tercera capa

E

14 - 16

Capa única

TSB-3

D

Asfálto

0.9 - 1.6 1.8 - 2.3 11 - 14

15 - 18

0.9 - 1.4 7-9 5-6

1.1 - 1.6

1.6 - 2.3

Las cantidades señaladas en las Tablas 405-3.2 y 405-3.3, corresponden a agregados cuya densidad de sólidos sea de 2.65, determinado según lo establecido en AASHTO T84 y T-85. Cuando el agregado que se empleará en la obra tenga densidad de sólidos menor que 2.55 o mayor que 2.75, será imprescindible ajustar los pesos efectuando las correcciones proporcionales en las cantidades señaladas.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Granulometría para hormigón asfáltico mezclado en sitio. Tabla 405-4.1 MOP-001F-2002 Granulometría para hormigón asfáltico mezclado en sitio

Tamiz 1/2'' (12.7 mm) 3/8'' (9.5 mm) 1/4'' (6.3 mm) Nº 4 (4.76 mm) Nº 8 (2.38 mm) Nº 16 (1.19 mm) Nº 200 (0.075 mm)

Porcentaje en peso que pasa a través de los tamices de malla cuadrada

3/8'' máximo 100 90 - 100 55 - 75 30 - 50 15 - 32 0 - 15 0-3

1/4'' máximo --100 85 - 100 --15 - 32 0 - 15 0-3

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Granulometría para hormigón asfáltico mezclado en planta. El tipo y grado del material asfáltico que deberá emplearse en la mezcla será mayormente cemento asfáltico con un grado de penetración 60 - 70. En caso de vías que serán sometidas a un tráfico liviano o medio se permitirá el empleo de cemento asfáltico 85 – 100.

➢

Para vías o carriles especiales donde se espere el paso de un tráfico muy pesado, se admitirá el empleo de cementos asfálticos mejorados. La clasificación del tráfico se muestra en la tabla 405-5.4. El cemento asfáltico que se utilice deberá cumplir con los requisitos de calidad señalados en el numeral 810.2.

➢

Los agregados que se emplearán en el hormigón asfáltico en planta podrán estar constituidos por roca o grava triturada total o parcialmente, materiales fragmentados naturalmente, arenas y relleno mineral. Los agregados estarán compuestos en todos los casos por fragmentos limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, arcilla u otras materias extrañas.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Para la mezcla asfáltica del hormigón asfáltico mezclado en planta deberán emplearse una de las granulometrías indicadas en las tabla 4055.1.

➢

La calidad del material asfáltico será comprobada mediante las normas indicadas en la subsección 810-2 para cementos asfálticos. La mezcla deberá cumplir los requisitos especificados en la Tabla 405.5.2.

Tabla 405-5.1 MOP-001F-2002 Granulometría para hormigón asfáltico mezclado en planta

Tamiz 1'' (25.4 mm) 3/4'' (19.0 mm) 1/2'' (12.7 mm) 3/8'' (9.5 mm) Nº 4 (4.76 mm) Nº 8 (2.38 mm) Nº 16 (1.19 mm) Nº 30 (0.600 mm) Nº 50 (0.30 mm) Nº 100 (0.15 mm) Nº 200 (0.075 mm)

Porcentaje en peso que pasa a través de los tamices de malla cuadrada Nº 4 3/8'' 1/2'' 3/4'' ------100 ----100 90 - 100 --100 90 - 100 --100 90 - 100 56 - 80 80 - 100 55 - 85 44 - 74 35 - 65 65 - 100 32 - 67 28 - 58 23 - 49 40 - 80 ------25 - 65 ------7 - 40 7 - 23 5 - 21 5 - 19 3 - 20 ------2 - 10 2 - 10 2 - 10 2-8

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Las muestras de hormigón asfáltico serán tomadas de la mezcla preparada de acuerdo con la fórmula maestra de obra, y sometidas a los ensayos según el método Marshall.

➢

El hormigón asfáltico que se produzca en la planta deberá cumplir con la fórmula maestra de obra indicada en el numeral 405-5.05.1, de MOP-001F-2002.

➢

Las mezclas asfálticas de Granulometría cerrada (densa) y semicerrada deberán cumplir con los requisitos especificados en la tabla 405.5.4.

➢

Las mezclas asfálticas de Granulometría abierta deben cumplir los mismos requisitos de estabilidad y flujo Marshall establecidos para mezclas anteriores.

➢

Adicionalmente a los requisitos ya nombrados será necesario demostrar la resistencia de la mezcla al daño causado por el agua mediante el método ASTM D4867 y el ensayo de tracción indirecta (ASTM D4123, CABEZAL LOTTMAN), debiendo las mezclas mantener una resistencia residual superior al 80 %.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación Tabla 405-5.2 MOP-001F-2002

Tabla 405-5.3 MOP-001F-2002

Límites del ensayo MARSHALL

Estabilidad medida convertida a un valor equivalente referido a un espécimen de 95.2 mm de altura

Ensayos de acuerdo al método Marshall

Tráfico

Liviano Medio Pesado Máx Máx Mín Máx Mín Criterios Marshall Mín 50 75 75 Nº de golpes/cara --------- 750 ----- 1200 Estabilidad (libras) 1800 20 18 8 16 8 8 Flujo (pulg/100) % de vacíos con aire 5 5 3 5 3 3 - Capa de base 8 8 3 8 3 3 - Capa de rodadura Tipo de tráfico

Nota: % de vacíos en el agregado mineral (VMA) de acuerdo con el gráfico actualizado del Instituto del Asfalto

Estabilidad aproximada (mm)

88.9 90.5 92.1 93.7 95.2 96.8 68.4 100 101.6

Volumen espécimen (CC) 1608 a 1626 1637 a 1665 1666 a 1694 1695 a 1723 1724 a 1752 1753 a 1781 1782 a 1810 1811 a 1839 1840 a 1868

Factor de ajuste 1.12 1.09 1.06 1.03 1.00 0.97 0.95 0.92 0.90

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación ➢

Requisitos de las mezclas asfálticas de Granulometría cerrada (densa) y semi cerrada. Tabla 405-5.4 MOP-001F-2002 Requisitos de las mezclas asfálticas de Granulometría cerrada (densa) y semicerrada

Tipo de tráfico Criterios Marshall

Muy pesado Mín Máx 75 2200 --8 14

Nº de golpes/cara Estabilidad (libras) Flujo (pulg/100) % de vacíos en mezcla - Capa de rodadura 3 - Capa intermedia 3 - Capa de base 3 % de vacíos agregados Relación Filler/betún 0.8 % Estabilidad retenida luego de 7

5 8 9

Pesado Mín Máx 75 1800 --8 14 3 3 3

1.2

0.8

70 60

-----

70 60

Mín

Máx 50

1200 8

5 3 8 3 9 3 Ver tabla 405-5-5 1.2

días en agua a temperatura ambiente

- Capa de rodadura - Capa intermedia o base

Medio

-----

--16 5 8 9

Liviano Mín Máx 50 1000 2400 8 16 3 3 3

5 8 9

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación Tabla 810.2.2 MOP-001F-2002 Normas vigentes para ensayos de cementos asfálticos

Ensayo 1.- (Cementos y Similares) Solubilidad en tricloroetileno Ductilidad Penetración Flotación Destilación Muestreo Contenido de agua Punto de inflamación Viscosidad Saybold-Furol Pérdida por calentamiento Viscosidad cinemática Viscosidad absoluta Prueba de la mancha Punto de ablandamiento Densidad Ensayo TFOT Ensayo RTFOT Contenido de parafina (*) No corresponde a normas AASHTO

Norma INEN 915 916 917 919 921 922

Norma AASHTO T44 T51 T49 T102 T78 T40 T55 T79 T72 T179 T201 T202 T102 T53 T228 T179 T240 UOP 46 (*)

➢La

calidad del material asfáltico será comprobada mediante las normas indicadas en la subsección 810-2 para cementos asfálticos. La mezcla deberá cumplir los requisitos especificados en la Tabla 810-2.2.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.➢

Asfalto.- Material aglomerante de color entre negro a pardo obscuro, cuyos constituyentes predominantes son betunes que se encuentran en la naturaleza o son obtenidos por procesos de destilación del petróleo.

➢

Cemento asfáltico.- Asfalto con o sin fluidificantes, de consistencia y calidad apropiada para uso directo en la fabricación de pavimentos flexibles.

➢

Asfaltos diluidos.- Asfaltos mezclados con destilados de petróleo, para obtener propiedades específicas.

➢

Emulsiones asfálticas.- Material bituminoso mezclado uniformemente con agua y un agente emulsificante.

➢

Emulsiones de alta flotación (high float).- Emulsión asfáltica especial, en el cual se ha modificado su componente asfáltico base.

➢

Emulsificante.- Componente de las emulsiones asfálticas cuyas moléculas envuelven por completo a las partículas de asfalto.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

Clasificación de los cementos asfálticos.- Los cementos asfálticos se clasifican por: a.

Grado de penetración.- Se basa en el resultado del ensayo de penetración, es cual describe la consistencia a una temperatura de 25 °C.

El MTOP en su libro MOP-001F-2002 ha adoptado dos grados de cemento asfáltico para pavimentación, con penetraciones comprendidas dentro de los rangos 60-70 y 85-100. b.

Grado de viscosidad.- Se basa en la determinación de la viscosidad absoluta del producto a 60 °C. Cuando las pruebas se realizan sobre el asfalto original se designan como AC-2.5; AC-5; AC-10; AC-20 y AC-40 y se designan como AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR 8000 y AR 1600, cuando se efectúan sobre muestras de asfaltos sometidos a un ensayo de envejecimiento acelerado.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación En el primer caso, el número de identificación es la centésima parte de la viscosidad deseada a 60°C, en Poises, y en el segundo caso es la viscosidad deseada a la misma temperatura, en Poises. c.

Grado de comportamiento.- Se basa en el desempeño previsto del ligante y lo especifica en función de las condiciones climáticas extremas en que presenta propiedades físicas adecuadas. Se designan con el acrónimo PG, acompañado de dos números que indican las temperaturas máximas y mínimas de diseño (Ejemplo: PG 64-28). Hay 21 clases de asfaltos clasificados por grados de comportamiento Independientemente del sistema de clasificación elegido, el grado por escoger depende de las condiciones ambientales. El sistema de grados de comportamiento (PG) define los límites de temperatura dentro de los cuales es previsible el buen comportamiento del cemento asfáltico.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

Para determinar la calidad de un ligante asfáltico es necesario la realización de algunos ensayos y clasificarlos de acuerdo a las especificaciones del MTOP ubicadas en la sección 810 del libro MOP-001F2002.

➢

Entre los ensayos que se deben realizar obligatoriamente, están los siguientes:

➢

1.- Ensayo de penetración.- Es una medida de la consistencia del asfalto a la temperatura especificada para el ensayo. Este ensayo permite determinar la dureza y consistencia relativa de un cemento o betún asfáltico, midiendo la distancia (mm/10) que una aguja normalizada penetra verticalmente en una muestra de asfalto, en condiciones especificadas en la norma ASTM D5 y/o AASHTO T49. Esto es: Carga sobre la aguja normalizada = 100 gr Temperatura = 25 ºC Tiempo = 5 seg

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

2.- Punto de ablandamiento (ºC).- También conocido como ensayo de anillo y bola, no es otra cosa que determinar la menor temperatura a la que una muestra, suspendida en un anillo horizontal de dimensiones especificadas, es forzada a caer 25 mm por el peso de una bola de acero especificada, cuando la muestra se calienta mediante incrementos a una velocidad prescrita, en un baño de agua o de glicerina. Para que el cemento asfáltico se encuentren dentro de los rangos de penetración descritos como nacionales, la temperatura debe ser: 

T = 48 a 57 (ºC)

85-100 (mm/10) 

T = 45 a 53 (ºC)

60-70 (mm/10)

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

3.- Ductilidad.- La ductilidad es una medida de la cantidad de deformación plástica que es capaz de soportar el material antes de romperse, y por lo tanto es característica de los cementos asfálticos importante en muchas aplicaciones.

Sin embargo en el caso de mezclas asfálticas, más que el grado de ductilidad nos interesa la capacidad como aglomerante. Esto es, los asfálticos dúctiles tienen normalmente mejores propiedades aglomerantes que aquellos a los que les falta esta característica. Por otra parte, los cementos asfálticos con una ductilidad muy elevada son usualmente más susceptibles a los cambios de temperatura. Las condiciones normalizadas para el ensayo de ductilidad del cemento asfáltico se determinan detalladamente en los métodos AASHTO T51 y ASTM D113.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación Este ensayo consiste en determinar cuanto puede estirarse una muestra de cemento asfáltico de 5 cm de largo a una temperatura de 25 ºC antes de que se rompa en dos. Este ensayo es más de identificación que cuantitativo. Los asfaltos provenientes de destilación del petróleo al vapor o al vacío muestran alta ductilidad, en tanto que en los obtenidos por oxidación o soplado, la ductilidad es baja.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

4.- Punto de inflamación (ºC).- O de llama, es la temperatura a que puede calentarse el material sin peligro de inflamación en presencia de llama libre. Esta temperatura es usualmente muy inferior a aquella a que el material ardería.

El punto de inflamación de un cemento asfáltico se mide por el ensayo de la copa abierta Cleveland según condiciones normalizadas prescritas en los métodos AASHTO T48 y ASTM D92. Un vaso abierto de latón se llena parcialmente con betún asfáltico y se calienta a una velocidad establecida. Se hace pasar periódicamente sobre la superficie de la muestra una pequeña llama, y se define como punto de llama la temperatura a la que se han desprendido vapores suficientes para producir una llamarada repentina.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

5.- Ensayo de la mancha.- Consiste en determinar la homogeneidad o no de los cementos asfalticos analizados. Mediante este ensayo se ha tratado de preservar la calidad de los asfaltos asegurando que no han sufrido sobrecalentamientos locales ni se ha producido material craqueado durante el almacenamiento. La aparición de material craqueado conduce a una pérdida de propiedades de adhesividad frente a los áridos y un mal comportamiento del ligante en la mezcla asfáltica para pavimentos. La prueba consiste en mezclar el Asfalto con un disolvente y determinar la forma de una mancha de una gota de Asfalto disuelto en el mismo y depositada sobre un papel especial de filtro. La intención del ensayo es predecir que los Asfaltos que no habían sufrido craqueo eran completamente solubles en el disolvente, mientras que los que si habían sufrido sobrecalentamientos, No. De allí la aparición de la mancha.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación

El resultado no debe dar negativo.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

6.- Contenido de parafinas (%).- Es un ensayo químico que nos permite determinar la cantidad de parafinas en un cemento asfáltico. Las parafinas se definen en grandes rasgos como ceras y son producto de la refinación del petróleo crudo. Las parafinas son sustancias dañinas para el cemento asfáltico. En los estudios de laboratorio es conocido el efecto sobre propiedades como la penetración y la viscosidad a 60oC. La cristalización de estos compuestos hace que los valores del punto de ablandamiento calculados a partir de la viscosidad sean menores a los obtenidos experimentalmente. El contenido de parafinas para un cemento asfáltico a ser utilizado en la capa de rodadura de un pavimento debe ser el 2.2% máx para los rangos de penetración 60-70 y 85-100.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

7.- Grado de desempeño del cemento asfáltico(PG).- El Grado de Desempeño de un cemento asfáltico forma parte del sistema denominado Superpave. Es un sistema de especificación de los materiales constitutivos, diseño de mezclas asfálticas y su análisis, y la predicción del comportamiento de los pavimentos, incluyendo equipos de ensayo, métodos de ensayo y criterios. El sistema especifica los ligantes con base en el clima y la temperatura prevista en el pavimento. El ligante se especifica por grados de comportamiento (grados de performance -PG-), por ejemplo, PG 64-22. Los números (64 y -22) indican las temperaturas más alta y más baja, en grados Celsius, dentro de las cuales el ligante poseería propiedades físicas adecuadas. .

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación Alta temperatura

Baja temperatura (-)

PG52

10, 16, 22, 28, 34, 40, 46

PG52 PG52

16, 22, 28, 34, 40 16, 22, 28, 34, 40

PG52

10, 16, 22, 28

El sistema mide las propiedades físicas tanto sobre el ligante sin envejecer, como sobre el ligante envejecido en el laboratorio, para simular las condiciones de envejecimiento en un pavimento real a corto y largo plazo.

El envejecimiento se simula con 2 dispositivos: ▪ Horno de película fina rotativa (RTFO) ▪ Equipo de envejecimiento a presión (PAV) Las propiedades físicas de los ligantes son medidas con 4 dispositivos: ▪ Viscosímetro rotacional (RV = rotational viscosimeter) ▪ Reómetro de corte dinámico (DSR = dynamic shear rheometer) ▪ Reómetro de flexión (BBR = bending beam rheometer) ▪ Ensayo de tracción directa (DTT = direct tension test)

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

Principales modos de falla asociados a cementos asfálticos.▪

Ahuellamiento.- Es una depresión de la zona localizada sobre la trayectoria de las llantas de los vehículos. Con frecuencia se encuentra acompañado de una elevación de las áreas adyacentes de la zona deprimida y de fisuración.

El ahuellamiento se da en los primeros años de servicio por: •

Altas temperaturas

•

Baja velocidad

•

Altas cargas

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación Un ahuellamiento ocurre principalmente debido a una deformación permanente de alguna de las capas del pavimento o de la subrasante, generada por deformación plástica del concreto asfáltico o por deformación de la subrasante debido a la fatiga de la estructura ante la repetición de las cargas. Los pavimentos más gruesos son más susceptibles al ahuellamiento. ▪

Fatiga (Piel de Cocodrilo).- Las grietas de fatiga o piel de cocodrilo son una serie de grietas interconectadas cuyo origen es la falla por fatiga de la capa de rodadura asfáltica bajo acción repetida de las cargas de tránsito. La fatiga en el pavimento se da generalmente en los últimos años de servicio por altas cargas a temperaturas intermedias. El agrietamiento se inicia en el fondo de la capa asfáltica (o base estabilizada) donde los esfuerzos y deformaciones unitarias de tensión son mayores bajo la carga de una rueda.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación La piel de cocodrilo se considera como un daño estructural importante y usualmente se presenta acompañado por ahuellamiento. Inicialmente, las grietas se propagan a la superficie como una serie de grietas longitudinales paralelas.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación Después de repetidas cargas de tránsito, las grietas se conectan formando polígonos con ángulos agudos que desarrollan un patrón que se asemeja a una malla de gallinero o a la piel de cocodrilo. Generalmente, el lado más grande de las piezas no supera los 0.60 m.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

Emulsiones asfálticas.- Son dispersiones estables de un cemento asfáltico en agua. Esto es, una dispersión de micro partículas de cemento asfáltico en una matriz acuosa estabilizada.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.2.- Estudio del ligante.- Continuación ➢

Emulsificante.- Es una sustancia que ayuda en la mezcla de dos sustancias que normalmente son difíciles de mezclar. De esta manera, al añadir este emulsionante, se consigue formar una emulsión.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.1.- Pavimento Flexible.- Continuación Tabla 810.2.2 MOP-001F-2002 Normas vigentes para ensayos de emulsiones asfálticas

Ensayo 2.- (Emulsiones asfálticas) Residuo por destilación Cubrimiento y resist. al agua Mezcla con cemento Residuo por evaporación Ensayo del tamiz Revestimiento Carga de la partícula Estabilidad al almacenamiento Sedimentación Misibilidad con agua Microdestilación Contenido de agua Viscisidad de emulsiones Demulsibilidad Congelamiento Densidad

Norma INEN 901 903 904 905 906 907 908 909 910 912 913

Norma AASHTO T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59 T59

Sección 8 a 10 46 a 51 33 a 37 14 a 18 38 a 41 42 a 43 19 a 21 52 a 58 29 a 32 44 11 a 13 3a7 22 a 24 25 a 28 45 76 a 81

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.➢

Los agregados estarán compuestos de partículas de piedra triturada, grava triturada, grava o piedra natural, arena, etc., de tal manera que cumplan los requisitos de graduación que se establecen en la Tabla 404-5.1 ó 405-5.1 de las especificaciones MOP-001F-2002 según corresponda, y se clasifican en “A”, “B” y “C”, de acuerdo a lo establecido a continuación: ▪

Agregados tipo A.- Son aquellos en los cuales todas las partículas que forman el agregado grueso se obtienen por trituración. El agregado fino puede ser arena natural o material triturado y, de requerirse, se puede añadir relleno mineral para cumplir las exigencias de graduación antes mencionadas.

▪

Agregados tipo B.- Son aquellos en los cuales por lo menos el 50% de las partículas que forman el agregado grueso se obtienen por trituración. El agregado fino y el relleno mineral pueden ser triturados o provenientes de depósitos naturales, según la disponibilidad de dichos materiales en la zona del proyecto.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.▪

Agregados tipo C.- Son aquellos provenientes de depósitos naturales o de trituración, según las disponibilidades propias de la región, siempre que se haya verificado que la estabilidad, medida en el ensayo de Marshall, se encuentre dentro de los límites fijados en la Tabla 405-5.2 de estas especificaciones.

➢

Los agregados serán fragmentos limpios, resistentes y duros, libres de materia vegetal y de exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables, así como de material mineral cubierto de arcilla u otro material inconveniente.

➢

Se utilizarán agregados completamente secos y de no poder cumplirse ésto, se instalarán dos secadores en serie, de tal forma que cuando se termine la operación de mezclado, la humedad de los agregados no exceda de 1%.

➢

El estudio de los agregados que forman la mezcla asfáltica de capa de rodadura, debe cumplir con las normas y especificaciones emanadas por el MTOP en el libro MOP001F-2002 en los numerales 405 y 811, mismas que son derivadas de las normas ASTM y AASHTO. Básicamente se debe controlar los siguiente:

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.➢

Granulometría.- La granulometría está dada en la tabla 405.5.1 Tabla 405-5.1 MOP-001F-2002 Granulometría para hormigón asfáltico mezclado en planta

Tamiz 1'' (25.4 mm) 3/4'' (19.0 mm) 1/2'' (12.7 mm) 3/8'' (9.5 mm) Nº 4 (4.76 mm) Nº 8 (2.38 mm) Nº 16 (1.19 mm) Nº 30 (0.600 mm) Nº 50 (0.30 mm) Nº 100 (0.15 mm) Nº 200 (0.075 mm)

Porcentaje en peso que pasa a través de los tamices de malla cuadrada 3/4'' 1/2'' 3/8'' Nº 4 100 ------90 - 100 100 ------90 - 100 100 --56 - 80 90 - 100 100 35 - 65 44 - 74 55 - 85 80 - 100 23 - 49 28 - 58 32 - 67 65 - 100 ------40 - 80 ------25 - 65 5 - 19 5 - 21 7 - 23 7 - 40 ------3 - 20 2-8 2 - 10 2 - 10 2 - 10

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.- Continuación

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.- Continuación ➢

Además de los requisitos granulométricos y los referentes a su producción, los agregados deben cumplir con las siguientes exigencias:

➢

Caracterización de los agregados gruesos.- Retenidos en la malla Nº 4, 4.75 mm. ▪

Abrasión.- Los agregados gruesos no deberán tener un desgaste mayor de 40% luego de 500 revoluciones de la máquina de Los Angeles, cuando sean ensayados a la abrasión, según la norma INEN 860 o AASHTO T96.

▪

Desintegración.- Por la acción de sulfatos El agregado no debe experimentar desintegración ni pérdida total mayor del 12%, cuando se lo someta a 5 ciclos de inmersión y lavado con sulfato de sodio, en la prueba de durabilidad, como lo dispone la Norma INEN 863 o AASHTO T104.

▪

Índice de durabilidad (Dc).- Este índice determina la resistencia del agregado grueso a generar finos dañinos tipo arcilloso, cuando son agitados en presencia de agua, ASTM D3744, AASHTO T210.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.- Continuación El Dc se calcula con la siguiente ecuación empírica:

Dc = 30.3 + 20.8 cot (0.29 + 0.0059 H) Donde:

Dc = índice de durabilidad

H = altura de sedimentación en mm, y la cantidad (0.29 + 0.0059 H) en rad. ▪

Caras fracturadas.- Es el porcentaje de material en peso que presentan una o más caras fracturadas con aproximación al 1% de las muestras de agregados gruesos, ASTM D5821. Donde: P%cf = porcentaje de partículas con el número especificado de caras fracturadas,

P%cf =

F * 100 F+N

F=

masa o cantidad de partículas fracturadas con al menos el número especificado de caras fracturadas,

N =

masa o cantidad de partículas en la categoría de no fracturadas o que no entran en el criterio de partícula fracturada.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.- Continuación Los agregados gruesos retenidos en el tamiz INEN 4.75 mm. deben tener cierta angulosidad. El 85% de agregado grueso deberá tener por lo menos una cara fracturada y el 80% del agregado grueso deberá tener por lo menos dos caras fracturadas, según la Norma ASTM D5821. ▪

Índice de aplanamiento y alargamiento.- Nos permite determianr aquellas partículas de agregado grueso que tienen una relación ancho/espesor o longitud/ancho mayor que un valor especificado.

Mediante este ensayo podemos encontrar una proporción “pequeña” de partículas largas o aplanadas que están en el agregado, esto con el fin que no presente problemas en el momento de la compactación. El máximo porcentaje en peso de partículas alargadas y achatadas retenidas en el tamiz INEN 4.75mm cuya relación entre las dimensiones máximas y mínimas mayor que 5, no deberá ser mayor de un 10% según la Norma ASTM D4791.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.3.- Estudio de los agregados.- Continuación ➢

Terrones o partículas deleznables.- El máximo % de materiales deletéreos en los agregados es de 1% en peso según la Norma ASTM C142, AASHTO T112. Máx 1%.

➢

Caracterización de los agregados finos.- Que pasan la malla Nº 4, 4.75 mm. ▪

Plasticidad.- Los finos no deben ser plásticos. La porción de los agregados que pasa el tamiz INEN 0.425 mm. (Nº 40), deberá tener un índice de plasticidad IP 3/8’’ g = % de agregado > Nº 4 y < 3/8’’ A = % de agregado > Nº 50 y < Nº 4 a = % de agregado > Nº 200 y < Nº 50 f = % de agregado < Nº 200 El valor de obtenido del porcentaje de asfalto, será nuestro punto de partida para la dosificación. La proporción de agregado en las mezclas esta formulada por los resultados del análisis granulométrico.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación Las muestras (briquetas de mezcla asfáltica) son preparadas de la siguiente manera: ▪

Se calienta a una temperatura de 150 ºC los agregados y el cemento asfáltico por separado.

▪

Se realiza la mezcla de los agregados con el cemento asfáltico, procurando que la temperatura no baje de 135 ºC y que todas las partículas de agregado queden revestidas de asfalto.

▪

Se realiza la mezcla de los agregados con el cemento asfáltico, procurando que la temperatura no baje de 135 ºC y que todas las partículas de agregado queden revestidas de asfalto.

▪

Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall como preparación para la compactación.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación ▪

En la compactación se usa el martillo Marshall, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la mezcla al golpearla. La temperatura de la mezcla en etapa de compactación, no debe bajar de 120 ºC.

▪

Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall de compactación. El número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de la cantidad de tránsito para la cual esta siendo diseñada.

▪

Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo número de golpes. Así, una probeta Marshall de 35 golpes recibe, realmente un total de 70 golpes. Una probeta de 50 golpes recibe 100 impactos.

▪

Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación 4.- Ensayos y determinación de propiedades.- Los 3 procedimientos de ensayo en el método Marshall son: Determinación del peso específico total, medición de la estabilidad Marshall y análisis de la densidad y contenido de vacíos de la briquetas. ▪

Determinación del peso específico total.- El peso específico total de cada briqueta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de peso específico es esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos. El peso específico total se determina usando el procedimiento descrito en la norma AASHTO T 166.

Las ecuaciones empíricas para el efecto son:

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación Peso específico Bulk:

Gb

Wa = Wss - Ww

Donde: Gb = Gravedad específica Bulk Wa = Peso de la briqueta seca Wss = Peso de la briqueta saturada con la superficie seca Ww = Peso de la briqueta sumergida en el agua

Peso específico promedio del agregado total: Gagre Donde:

100 = P1/G1 + P2/G2 + . . . + Pn/Gn

P1, . . , Pn = porcentajes de la mezcla

G1, . . , Gn = peso específico de cada material

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación Peso específico máximo teórico:

Gmt

100 = % agre /G agre + % asf/Gasf

Donde:

Gmt = Peso específico máx teórico %agre = % de agregado en la mezcla Gagre = Peso específico promedio de agregado %asf = % de asfalto en la mezcla

Gasf = Gravedad específica del asfalto Peso específico máximo medido: Del ensayo Rice:

Gmm

A = A - (B - C)

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación Donde:

A = Peso de la mezcla B = Peso (frasco + peso mezcla + agua) C = Peso (frasco + agua) % en volumen de agregados versus volumen total:

%Vagre

% agre * Gb = Gagre

Donde:

%Vagre = % en volumen de los agregados %agre = % de agregado en la mezcla Gb = Gravedad específica Bulk de la mezcla Gagre = Gravedad específica de los agregados

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación ▪

Determinación de la estabilidad y fluencia.- El medir la estabilidad esta dirigido a medir la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga que ocurre en la mezcla.

El procedimiento de los ensayos es el siguiente: 1. Las probetas son calentadas en el baño de agua a 60º C (140º F). Esta temperatura representa, normalmente, la temperatura más caliente que un pavimento en servicio va a experimentar. 2. La probeta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el aparato Marshall. El aparato consiste de un dispositivo que aplica una carga sobre la probeta y de unos medidores de carga y deformación (fluencia).

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación 3. La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm (2 pulgadas) por minuto hasta que la muestra falle. La falla esta definida como la carga máxima que la briqueta puede resistir.

4. La carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura del medidor de fluencia se registra como la fluencia. La fluencia Marshall, medida en centésimas de pulgada representa la deformación de la briqueta. La deformación esta indicada por la disminución en el diámetro vertical de la briqueta. La estabilidad corregida esta dada por la siguiente ecuación:

Estcorre = Estmed * coefcorrec El cuadro a continuación se aprecia los valores del coeficiente de corrección:

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación Corrección de los valores de estabilidad Volumen de la briqueta (cm3)

200 - 213 214 - 225 226 - 237 238 - 250 251 - 264 265 - 276 277 - 289 290- 301 302 - 316 317 - 328 329 - 340

Factor de corrección

Volumen de la

5.56

341 - 353 354 - 367 368 - 379 380 - 392 393 - 405 406 -420 421 - 431 432 - 443 444 - 456 457 - 470 471 - 482

5.00 4.55 4.17 3.85 3.57 3.33 3.03 2.78 2.50 2.27

briqueta (cm3)

Factor de corrección

Volumen de la

2.08

483 - 495 496 - 508 509 - 522 523 -535 536 - 546 547 - 559 560 - 573 574 - 585 586 - 598 599 - 610 611 - 625

1.92 1.79 1.67 1.56 1.47 1.39 1.32 1.25 1.19 1.14

briqueta (cm3)

Factor de corrección 1.09 1.04 1.00 0.96 0.93 0.89 0.86 0.83 0.81 0.78 0.76

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación ▪

Análisis de densidad y vacíos.- Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar un análisis de densidad y vacíos para cada serie de Probetas de prueba. El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada. Los vacíos son las pequeñas bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de agregado revestidas de asfalto. El porcentaje de vacíos se calcula a partir del peso específico total de cada probeta compactada y del peso específico teórico de la mezcla de pavimentación (sin vacíos). Este último puede ser calculado a partir de los pesos específicos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado, o directamente mediante un ensayo normalizado (AASHTO T 2091) efectuado sobre la muestra de mezcla sin compactar.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación El peso específico total de las probetas compactadas se determina pesando las probetas en aire y en agua. El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso específico total de la mezcla por 1000 Kg/m3 (62.4 lb/ft3). ▪

Análisis del VMA.- Los vacíos en el agregado mineral, VMA, está definidos por el espacio intergranular de vacíos que se encuentra entre las partículas de agregado de la mezcla de pavimentación compactada, incluyendo los vacíos de aire y el contenido efectivo de asfalto, y se expresan como un porcentaje del volumen total de la mezcla El VMA es calculado con base en el peso específico total del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen de agregado (determinado mediante el peso específico total del agregado) del volumen total de la mezcla compactada.

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación ▪

Análisis del VFA.- Los vacíos llenos de asfalto, VFA, son el porcentaje de vacíos intergranulares entre las partículas de agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los vacíos de aire de VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando el valor final como un porcentaje.

Las ecuaciones que nos permiten calcular los valores de las propiedades del asfalto descritas y que faltan son: Porcentaje en volumen de vacíos:

%Vv

Gb * 100 = 1Gmm

Donde:

9.- CAPA DE RODADURA 9.1.4.- Diseño de la mezcla asfáltica.- Método Marshall.- Continuación %Vv = porcentaje en volumen de vacíos Gb = Gravedad específica Bulk de la mezcla Gmm = Gravedad específica máxima medida

Volumen de asfalto efectivo:

Vae = 100 - %Vagre - %Vv Porcentaje de vacíos del agregado mineral (VMA):

VMA = 100 - %Vagre

9.- CAPA DE RODADURA 9.2.- Capa de rodadura rígida.-