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LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
Mezcla Asfáltica en caliente.
Rosa Zúñiga C.
Jefa SubDepartamento Tecnológico y Materiales
Curso Laboratorista Vial C
Junio 2015
1.1. Pavimento y Calzada
Calzada: Camino o parte de una calle o carretera
reservada a los vehículos.
Pavimento: Sistema de capas superpuestas, de
diferentes materiales, y compactadas en forma
adecuada.
1.2 Rasante: Línea que marca la cota del camino terminado.
1.3 Subrasante: Línea que marca la cota del movimiento de
tierra terminado sobre el cual se construye el pavimento.
2.1. Pavimentos Rígidos (Concreto u Hormigón)
2.2. Pavimentos Flexibles (Mezcla Asfáltica)
2.3. Pavimentos Semiflexibles
Característica de un Pavimento Flexible
2.1. Pavimentos Rígidos
Constituido por una losa de hormigón con o sin armadura
apoyada sobre una capa de Subbase granular, colocada
directamente sobre la subrasante.
Está constituido por una serie de capas que permiten transmitir
las cargas de tránsito hasta el terreno natural sin que este se
deforme.
No siempre es necesario colocar todas las capas señaladas
(depende del tránsito, tipo de suelo, etc.)
Capa Asfáltica
La calidad estructural de estas capas varia con la profundidad. En un
pavimento flexible, las diferentes capas pueden ser granulares y
asfálticas
El pavimento flexible no sólo está formado por la capa de rodado sino
por todas las que conforman la estructura.
Se caracterizan por usar una carpeta de rodado asfáltica
y como base una grava cemento (estabilizada con
cemento).
El siguiente esquema muestra un diseño típico de pavimento
semiflexible:
Corresponde a todas aquellas capas que no aportan estructura al
pavimento y en general a aplicaciones cuyo espesor final no
sobrepasan los 3 cm.
Dentro de esta clasificación tenemos:
a)Riegos asfálticos
b)Riegos asfalto agregado
c)Sellos de mezcla
c)Sellos de fricción
d)Lechadas
3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos
Consiste en la aplicación de un asfalto líquido, ya sea sobre
una capa granular o sobre una capa asfáltica, el cual cumple
un objetivo específico.
3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos
Estos corresponden a riegos asfálticos cubiertos por una
o más capas de agregado ya sea arena fina (para
preservar por corto tiempo bases estabilizadas) o grava
(para tratamiento superficial simple o doble).
El espesor del tratamiento lo da el tamaño del agregado
pétreo de la primera capa, por cuanto las capas
sucesivas de agregados pétreos, sólo llenan huecos de
la capa anterior.
3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos
Corresponde a una mezcla de ligante asfáltico cubierto con
capa(s) de agregado colocado sobre un pavimento existente.
Dependiendo del tamaño del agregado será la función u objetivo
de cada sello.
Es cualquier tipo de mezcla colocada en espesores delgados
para corregir fallas funcionales.
3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos
Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el
drenaje superficial.
Agregado fino más filler, más agua y más emulsión.
Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el
drenaje superficial.
3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos
Las capas asfálticas estructurales son aquellas que, por
condiciones de mezcla y espesor, forman una estructura
resistente en el diseño de un pavimento flexible.
Las capas asfálticas estructurales se pueden clasificar de
acuerdo a los siguientes parámetros:
- Posición relativa dentro de la estructura
- Por su Granulometría,
- Huecos en la mezcla,
- Según el proceso constructivo
(esto último se verá en el capítulo de mezclas en caliente).
MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
Se define como mezcla asfáltica (o bituminosa) en caliente a
la combinación de áridos (incluido el polvo mineral) con un
ligante.
Las cantidades relativas de ligante y áridos determinan las
propiedades físicas de la mezcla.
El proceso de fabricación implica calentar el agregado pétreo
y el ligante a alta temperatura, muy superior a la ambiental.
Enseguida esta mezcla es colocada en la obra.
Existen diferentes métodos de diseño. En Chile oficialmente se
usa el Método Marshall.
Método Marshall: Basado en estabilidad y contenido de vacíos.
Método Superpave: Basado en el contenido de vacíos.
Carpeta de Rodadura
Capa Intermedia
Base Asfáltica
Carpeta de Rodadura: Es una capa aglomerada de agregados
pétreos y asfalto, generalmente semi cerrada o cerrada diseñada para
resistir la abrasión y desintegración por efectos ambientales.
Capa Intermedia: Mezcla generalmente abierta y graduada
densa o gruesa, colocada sobre la base.
Base Asfáltica: Mezcla generalmente abierta colocada sobre la
base granular o subrasante, a la cual se le superpone la capa
intermedia o rodadura.
Se definen de acuerdo a la cantidad de material que pasa el
tamiz Nº 8
Mezcla abierta
Mezcla semi densa o densa
En caliente
En frío
En caliente
Huecos > 6%
Huecos 6%
Especificaciones Manual de Carreteras:
Volumen Nº 5
5.408.201: Agregados Pétreos
5.408.203: Mezcla asfáltica
Volumen Nº 8
8.302.40:
Método para determinar la resistencia a
la deformación plástica de mezclas
bituminosas utilizando el Equipo Marshall.
8.302.47:
Método de diseño Marshall
Es importante que la mezcla sea diseñada de tal forma que
pueda ser colocada con facilidad, evitando segregaciones.
Previo al diseño de la mezcla se deben analizar tanto el
agregados como el asfalto para decidir si son aptos para la
construcción del pavimento.
Los agregados deben ser limpios, tenaces y durables y lo
más importante deben tener una granulometría de acuerdo
a especificación.
Las especificaciones generales que deben cumplir son:
Granulometría
Resistencia al Desgaste
Solidez
Limpieza y pureza
Rozamiento Interno
Propiedades superficiales
Granulometría
Indica la distribución de los diferentes tamaños de las
partículas.
De la granulometría se desprenden los diferentes tipos de
graduaciones:
SemiDensas o Densas (carpetas de rodado / ciclovías)
Semiabiertas (binder y bases) y
Abiertas (bases).
Resistencia al Desgaste
Los agregados deben ser resistentes para poder soportar el
rodillado durante el proceso constructivo y enseguida la
acción del tráfico.
Para ello se debe realizar el método de ensaye
de los
.
Ensaye de los sulfatos (Solidez)
Los agregados usados en los pavimentos asfálticos
no se deben disgregar bajo la acción de los agentes
atmosféricos.
Limpieza y pureza
Se determina en forma visual, pero en el caso de
dudas se recomienda efectuar un tamizado por vía
húmeda.
Rozamiento Interno
Es una propiedad muy importante de los áridos, ya que los
áridos chancados tienden a impedir el desplazamiento de las
partículas bajo la acción de una carga; debido al roce y
trabazón entre partículas de agregado.
Su influencia se refleja en los valores obtenidos en el Ensaye
de Estabilidad Marshall
GRAVA
GRAVILLA
Propiedades superficiales
Para que un pavimento asfáltico resulte resistente y durable es
necesario que los asfaltos adhieran bien a los agregados
pétreos.
Para ello, se realizan diferentes Ensayes de Adherencia
agregado - bitumen. Éstos sirven para evaluar la capacidad de
adherencia y despegue entre áridos y ligante empleados en la
mezcla.
El agregado pétreo debe encontrarse recubierto con una
película de asfalto lo suficientemente conveniente para ser
sometida al proceso de compactación sin ser alterada.
El espesor de película de asfalto que recubre el agregado
pétreo es un factor importante que regula el comportamiento
de las mezclas a través de los parámetros de estabilidad y
durabilidad.
Es importante considerar en el diseño de una mezcla la trabajabilidad e
impermeabilidad.
Una mezcla deberá ser totalmente impermeable para no permitir el paso
del agua hacia las capas inferiores y de esta forma evitar la perdida de
capacidad de soporte . Sin embargo
=
=
No se puede tener una mezcla 100% impermeable.
La falta de huecos al interior de ésta, no permite absorber la consolidación
de la mezcla por amasado del tránsito; desplazando el asfalto hacia la
superficie, tornándolo resbaladizo.
Tamiz
1 1/2´´
1´´
3/4´´
1/2´´
3/8´´
N°4
N° 8
N° 30
N° 50
N° 100
N° 200
Banda IV-12
min
max
100
80
70
50
35
18
13
8
4
100
100
90
70
50
29
23
16
10
Banda IV-20
min
max
100
80
100
100
60
48
35
19
13
7
0
80
65
50
30
23
15
8
Banda IV-A-12
min
max
100
80
70
43
28
13
8
6
4
100
95
85
58
42
24
17
12
8
Referido a porcentaje pasante en cada tamiz
Banda IV-A-20
min
max
100
80
65
57
40
28
13
8
6
4
100
95
80
73
55
42
24
17
12
8
Tamiz
1 1/2´´
1´´
3/4´´
1/2´´
3/8´´
N°4
N° 8
N° 30
N° 50
N° 100
N° 200
Banda IV-12
min
max
100
80
70
50
35
18
13
8
4
100
100
90
70
50
29
23
16
10
Banda IV-A-12
min
max
100
80
70
43
28
13
8
6
4
100
95
85
58
42
24
17
12
8
Tamiz
1 1/2´´
1´´
3/4´´
1/2´´
3/8´´
N°4
N° 8
N° 30
N° 50
N° 100
N° 200
Banda IV-20
min
max
100
80
60
48
35
19
13
7
0
100
100
80
65
50
30
23
15
8
Banda IV-A-20
min
max
100
80
65
57
40
28
13
8
6
4
100
95
80
73
55
42
24
17
12
8
Ensaye
Carpeta
Binder
Desgaste de Los Ángeles, Máx.
(%)
25
Desintegración por Sulfato,
Máx. (%)
Base
Gruesa
Abierta
35
35
30
12
12
12
12
Partículas Lajeadas Máx. (%)
10
15
15
10
Partículas Chancadas min. (%)
90
70
60
90
Adherencia Método Estático
min.(%)
95
95
95
95
Adherencia Método Dinámico
min.(%)
95
95
95
95
Ensaye
Carpeta
Base
Binder
Gruesa
Abierta
Índice de plasticidad
NP
NP
NP
NP
Adherencia Riedel-Weber, min. (1)
0-5
0-5
0-5
0-5
Desintegración por Sulfato, Máx. (%) (2)
15
15
15
15
(1) Si no cumplen con esta exigencia, se podrán utilizar previa incorporación de un aditivo
mejorador de adherencia.
(2) Sólo se exigirá en Regiones XI y XII y en la alta cordillera o cuando lo indique el proyecto.
Tamices
(mm)
(ASTM)
% Pasa
en Peso
0.630
Nº 30
100
0.315
Nº 50
95-100
0.08
Nº 200
70-100
4.
objetivo del Diseño de Mezcla
El objetivo principal es encontrar la combinación más económica
agregado-asfalto, que dé a la mezcla las siguientes propiedades:
Estabilidad
Propiedad Estructural
Durabilidad
Propiedad de Construcción y Servicio
Impermeabilidad
Propiedad de Construcción y Servicio
Trabajabilidad
Propiedad de Construcción y Servicio
Flexibilidad
Propiedad Estructural
Resistencia a la Fatiga
Propiedad Estructural
Resistencia al
Deslizamiento
Propiedad Funcional
Estabilidad
Es la capacidad de un pavimento asfáltico para resistir las
cargas de tránsito sin que se produzcan deformaciones.
Depende de la
y trabazón entre agregados.
*Fricción Interna ( )
Depende de la
de
de la
de
los
y
.
El conjunto de agregados pétreos se debe comportar como
una masa elástica uniforme
en vez de un conjunto de partículas individuales.
Durabilidad
Es la capacidad de un pavimento de resistir la desintegración
debido al tránsito, al clima y pérdida de cohesión* al paso del
tiempo.
*Cohesión
Es la fuerza aglomerante del ligante con el agregado; ayuda
a aumentar la resistencia al corte de la mezcla; varia con la
temperatura; y aumenta con la cantidad de asfalto hasta un
máximo, para luego decrecer.
Impermeabilidad
Es la resistencia del pavimento a ser penetrado por el agua y
el aire.
Trabajabilidad
Es la facilidad que tiene una mezcla para ser colocada y compactada.
Esta relacionado con el tipo y porcentaje de agregado, además de la
temperatura de mezclado y compactación.
Flexibilidad
Es la capacidad de un pavimento asfáltico para adaptarse a los
movimientos y asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse.
Resistencia a la Fatiga
Es la capacidad de un pavimento para resistir los esfuerzos
provocados por el tránsito en repetidas pasadas (Vida Útil).
Resistencia al Deslizamiento
Es una cualidad que debe presentar un pavimento especialmente
mojado para ofrecer resistencia al patinaje o a la posibilidad de
hidroplaneo.
(8.302.40 y 8.302.47 V.8 M.C.)
Este método es aplicable sólo a mezclas en caliente con
cementos asfálticos que contengan agregados con tamaño
máximo igual o inferior a 25 mm.
Este método puede usarse tanto para el diseño en Laboratorio
como en el control de terreno.
Se confecciona una serie de probetas de 1100 gr de
agregado con distintos contenidos de asfalto con
incrementos de 0,5 %, las dimensiones de la probeta
son 102 mm de diámetro y 63 mm de altura,
Antes de ensayar se determinan las densidades de
los agregados, asfalto y mezcla compactada.
Se somete al ensayo de estabilidad y fluidez a una
temperatura de 60º C.
Después de determinar la densidad, estabilidad y fluencia, se
procede al análisis de huecos para cada serie de probetas.
a. Tendencias
Se deben confeccionar los siguientes 5 gráficos de tendencias:
DENSIDAD
ESTABILIDAD
HUECOS DE AIRE
2325
13
2320
12
2315
11
2310
2305
10
2300
9
2295
8
2290
2285
7
4
4,5
5
5,5
6
% Asfalto (%Pb)
6,5
7
4
4,5
5
5,5
6
% Asfalto (%Pb)
6,5
7
16
15
14
13
12
11
10
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
% Asfalto (%Pb)
FLUIDEZ
VACÍOS EN EL
AGREGADO MINERAL
De las curvas anteriores se determinan los porcentajes de
asfalto que entreguen:
Máxima estabilidad de la curva (A)
Máxima densidad de la curva (B) y
% de asfalto para 5% de huecos en la mezcla (C).
(Los huecos se obtienen por cálculo de Va)
El % optimo de asfalto de diseño será:
Fórmula de trabajo Comprende:
a) Banda de trabajo, según las siguientes tolerancias:
Usando la dosificación de áridos del Diseño, se calcula la mezcla de
áridos y se compara con la banda de trabajo presentada por el
contratista.
Si la mezcla no está íntegramente dentro de la banda de trabajo, ésta
se debe rechazar.
b) Contenido de asfalto óptimo
Al porcentaje determinado se aplican las siguientes tolerancias:
Para carpeta de rodado:
0,3puntos porcentuales.
Para carpeta intermedia y/o base:
0,5 puntos porcentuales.
c) Densidad de diseño (Densidad Marshall)
Se determina del gráfico de densidad, con el porcentaje de
asfalto óptimo obtenido.
d) Temperatura de mezclado y Temperatura de compactación
(a través del Nomograma de Heukelom)
Estabilidad Marshall
Es la carga máxima que se requiere para producir la rotura de la
probeta; esta se mide en Newton (N).
Fluidez
Es la deformación que se produce en la carga máxima, se mide
0,25 mm.
Densidad Efectiva (pE)
Es el cuociente entre la masa del árido y su volumen a una
temperatura especificada. El volumen excluye los poros
permeables al asfalto.
E
100
100 Pb
Dmm
Pb
db
Donde:
Dmm = Densidad máxima de la mezcla
db = Densidad del asfalto
Pb = Serie de probeta a distinto porcentaje
Huecos en la Mezcla ó Vacíos de aire (Va)
Es el volumen total de pequeñas bolsas de aire entre partículas de
agregado cubiertos con asfalto, expresado como porcentaje de
volumen total de mezcla compactada.
Donde:
Dmm = densidad máxima de la mezcla
G = densidad de la mezcla compactada
i = Serie de probeta a distinto porcentaje
Densidad (G)
La densidad de la mezcla compactada se define como la masa
de un volumen especifico de mezcla.
Nota: La densidad que se obtiene de las probetas de
Laboratorio se considera de referencia, y es usada para
determinar el porcentaje de compactación en terreno con
respecto a la obtenida en éste.
% de compactación =
Densidad de terreno
x 100
Densidad de Laboratorio
Vacíos en el Agregado Mineral (VAM)
Es el volumen de vacíos entre las partículas de agregado de una
mezcla compactada; incluye los huecos de aire y el contenido de
asfalto efectivo, expresado como porcentaje del volumen.
Donde:
drs = Densidad real seca del agregado, Kg/m3
Pb = Porcentaje de asfalto referido al agregado seco
i = Serie de probeta de distinto porcentaje