3.6 Mezclas-definicion-tipos

INVEAS Construcción e Inspección de Pavimentos Ing. Augusto Jugo B. Versión 1.1

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3.6 MEZCLAS ASFALTICAS Definición y Tipos Una mezcla asfáltica esta compuesta de agregados y un ligante asfáltico. El agregado es generalmente una combinación de distintos tamaños de piedra, intermedio y fino, los cuales varían localmente y son obtenidos de canteras, ríos o minas. Dependiendo del tipo de mezcla los agregados varían en tamaño, calidad y otras propiedades. El ligante asfáltico puede ser: cemento asfáltico, o asfaltos líquidos, bien emulsiones o diluidos (RC-250), estos últimos se emplean en mezclas en frío (ver Ligantes Asfálticos). Existen diferentes tipos de mezclas asfálticas, tanto en caliente como en frío. Las mezclas en caliente son producidas en planta, mientras que las mezclas en frío pueden lograrse en patios de mezclado, sobre la propia vía ó en planta. Por otra parte hay distintos tipos de mezclas en función de los agregados empleados, en especial la gradación. Hoy las mezclas mas empleadas son mezclas densas, con bajo contenido de vacíos. Además existen, mezclas abiertas, drenantes, de granulometría discontinua y otras menos usadas. En Venezuela se emplean básicamente las mezclas densas. Este aspecto será tratado mas adelante. Por su parte las Normas COVENIN consideran los siguientes tipos de mezclas: Código Tipo de mezcla

12.4 Pavimento de arena-asfalto en frío (AAF) 12.6 Pavimento de mezcla en frío densamente gradadas 12.10 Concreto asfáltico (CA) 12.11 Base asfáltica en caliente (BAC) 12.18 Arena asfalto en caliente (AAC)

En esta Guía nos ocuparemos fundamentalmente de las mezclas de Concreto Asfáltico en Caliente (MCAC) dentro del marco de la nueva especificación de las Mezclas M. Sin embargo, buena parte de los aspectos considerados para estas mezclas son validos para los otros tipos. Propiedades de las Mezclas Asfálticas Las mezclas asfálticas han sido fundamentalmente desarrolladas para ser empleadas en pavimentos, tienen propiedades específicas en función del tipo de agregado y ligante empleado, así como de las propiedades de los componentes y su dosificación en la mezcla.


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Entre las propiedades de las mezclas asfálticas están:

• Estabilidad (resistencia, rigidez) • Flexibilidad • Durabilidad (resistencia al medio ambiente y humedad) • Trabajabilidad • Impermeabilidad • Resistencia a la fatiga • Resistencia a la deformación permanente • Fricción (en capas de rodamiento o desgaste)

Algunas de estas propiedades se encuentran en conflicto. Por ejemplo una mezcla no puede ser rígida y flexible a la vez, por lo que se requiere una optimización de las propiedades al momento de seleccionar el tipo de mezcla mas adecuado para una vía o una determinada capa del pavimento. Si comparamos –en una misma estructura- las propiedades que debe tener la capa base y la de rodamiento, encontramos lo siguiente: la capa base estará sometida a esfuerzos de tracción o flexión indirecta que inducirán falla por fatiga, mientras la capa de rodamiento estará expuesta al medio ambiente y requiere buenas características de fricción para dar seguridad a los usuarios. En los más de los casos, es probable que con los mismos agregados y ligante se puedan producir mezclas con las propiedades deseadas en cada caso, sólo con variar la combinación de los componentes. Estos conceptos serán discutidos en mayor detalle mas adelante. Procedimientos de Diseño de Mezclas Existen diversos métodos para el diseño y evaluación de mezclas asfálticas en caliente. En Venezuela se emplea el Método Marshall, tanto para el diseño como para el control de calidad de las mezclas. La nueva Especificación de MCAC emplea este procedimiento aun cuando otros aspectos de las mezclas han sido adaptados en función de nuevos conceptos desarrollados, entre ellos SUPERPAVE. Esta nueva Norma es producto de una amplia discusión, auspiciada por INVEAS, que se inició en 1996 con el desarrollo de las mezclas denominadas TN, las que dieron paso –en 2007- a la nueva Norma de Mezclas M recientemente aprobada como Norma Venezolana. Los procedimientos de diseño de mezclas tienen por finalidad evaluar sus propiedades con el fin de apoyar la selección de la mezcla óptima para cada uso. Las propiedades deseables de toda mezcla son:

• Durabilidad • Resistencia a la fatiga • Resistencia a la deformación permanente • Resistencia a la fatiga térmica • Buena fricción • Costo razonable • Trabajabilidad


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En forma esquemática estas propiedades se refieren a:

Durabilidad: Resistencia al medio ambiente, a la oxidación y disgregación. Resistencia a la fatiga: Buen comportamiento ante los esfuerzos de tracción inducidos por la repetición de cargas. Estos esfuerzos son críticos en la parte inferior de la capa. Resistencia a la deformación permanente: Estabilidad y rigidez para soportar cargas sin acumular deformaciones excesivas. Resistencia a la fatiga térmica: Buen comportamiento ante los cambios cíclicos de temperatura que inducen agrietamientos. Esta propiedad es una de las mas difíciles de controlar en diseño. Buena fricción: Requerida en las capas de desgaste o rodamiento para ofrecer seguridad en la operación de vehículos, especialmente en superficies húmedas. Costo razonable: Aspecto deseable en toda obra de ingeniería. Trabajabilidad: Adecuadas propiedades para extendido y compactación.

Todas las propiedades de las mezclas asfálticas dependen, fundamentalmente, de los agregados empelados y del tipo y cantidad de ligante, y pueden ser evaluadas, directa o indirectamente mediante el método Marshall. Método Marshall para Diseño de Mezclas El método Marshall ha sido empleado en Venezuela durante décadas, tanto para el diseño como para el control de calidad diario en obras. Se emplea para mezclas en caliente que usan cemento asfáltico como ligante y agregados con tamaño máximo 25 mm (1”). En diseño, el objetivo es determinar el % óptimo de ligante en la mezcla producida con una gradación específica mediante el análisis de curvas de diseño, que representan, en función de distintos contenidos de ligante, las siguientes propiedades.

Análisis volumétrico - densidad (peso unitario) - % de vacío totales - VAM (% de vacíos en el agregado mineral)

Evaluación de resistencia

- estabilidad (indicador de resistencia mecánica) - flujo (indicador de deformabilidad)


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El procedimiento consiste en preparar gráficos de estas propiedades en función de variación en el contenido de asfalto, lo cual se hace ensayando muestras (briquetas) cuidadosamente preparadas en laboratorio. La fig 3.6.1 presenta los resultados típicos de un diseño Marshall.

Procedimiento de Ensayo A continuación se indican –en forma resumida- los pasos de diseño:

1. Seleccionar una muestra representativa de los agregados a evaluar. 2. Determinar su gradación, mediante granulometría lavada y peso

especifico de cada agregado. 3. Preparar las pesadas para cada briqueta, las cuales deben ser idénticas

ya que sólo se quiere evaluar la variación en % de ligante. 4. Calentar los materiales de acuerdo al procedimiento de ensayo, mezclar

y compactar las briquetas. 5. Determinar la densidad de las briquetas. 6. Calcular el % de Vacíos y VAM de las mezclas. 7. Calentar las briquetas en agua a 60° C, por 30 minutos, y ensayar para

determinar la Estabilidad y Flujo. 8. Preparar los gráficos para cada propiedad en función a la variación en

contenido de asfalto. En la preparación y ensayo de las briquetas deben observarse las indicaciones y procedimientos propios del método. Las briquetas son cilíndricas de 10 cm de diámetro y 6.2 cm de alto, se compactan por impacto de un martillo dentro de molde metálico y tienen un peso aprox. de 1.200 gr. El contenido de asfalto, en peso de mezcla, varía –normalmente- en intervalos de 0.5 %; por ejemplo, es común que en un diseño use 4.0; 4.5; 5.0; 5.5 y 6.0 %.


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El análisis de los gráficos de diseño sirve para determinar la mezcla óptima en función a las propiedades deseadas, las cuales como se dijo dependerán del tipo de obra, la ubicación de la capa en la estructura del pavimento y el medio ambiente en que prestará servicio. Como sabemos, es común que algunas propiedades se encuentren en conflicto lo que no permite maximizar todos las propiedades deseadas en una misma mezcla, por lo es necesario seleccionar una mezcla óptima para cada caso. El ensayo Marshall se emplea para el control rutinario de una mezcla asfáltica en obra. Se requiere preparar y ensayar al menos 3 briquetas para controlar la calidad de cada lote o jornada de producción, y verificar que tiene las propiedades exigidas en la Norma. Por otra parte, el control de compactación en obra usa como referencia la Densidad Máxima Teórica, DMT, (RICE) o la densidad Marshall de laboratorio. MEZCLAS DE CONCRETO ASFALTICO Como se ha indicado existen diversos tipos de mezclas, así como distintas Normas y Especificaciones de Calidad. En esta sección se presentarán, a manera de guía, los pasos fundamentales para el diseño de una mezcla de Concreto Asfáltico Tipo M, de acuerdo con la nueva especificación de MCAC.

1. Informarse sobre los requisitos de proyecto y/o contrato; tipo de mezcla, espesores y uso, así como de la existencia de alguna condición especial.

2. Una vez conocido el tipo de mezcla (por ejemplo M-19), deben determinarse los requisitos -de los agregados y de la propia mezcla, en función del tipo de tráfico (Tabla 12-10.04).

3. Evaluar que los agregados cumplen con los requerimientos. Para agregado grueso (retenido en tamiz No. 8; 2.36 mm):

- Desgaste Los Ángeles - Desgaste al sulfato de magnesio - Caras producidas por fractura - Tozos alargados y planos

Para agregado fino (pasante tamiz No. 8) - Angularidad de finos - Equivalente de Arena

4. Determinar Granulometría y Peso Especifico de cada agregado. 5. Combinar los agregados de tal forma que la gradación resultante cumpla

lo indicado en la Tabla 12-10.08, Granulometría de la CD (Combinación de Diseño) para la mezcla en consideración; debe observarse que la Tabla 12-10.07 2 a, limita el % de arena natural en la combinación.

6. Ajustar la CD (dentro de los límites de la especificación) en base a las propiedades buscadas o cualquier particularidad de obra.

Una vez definida la CD que se considere adecuada, debe desarrollarse el diseño mediante el método Marshall. Conocidos y ploteados los resultados se determina mediante el análisis de los gráficos, el % óptimo de ligante que produce la mezcla que se considera más adecuada para la obra o capa que se


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desea construir, lo que deben cumplir con lo indicado en las Tablas 12-10.13 a y b. Determinada la CD y el % óptimo de ligante, la mezcla debe ser producida y probada en planta. Es normal que la mezcla de planta presente algunas variaciones respecto a la de laboratorio. Deben hacerse los ensayos de control para asegurar que la mezcla conserva las propiedades deseadas, de lo contrario es necesario hacer los ajustes necesarios. Finalmente, se determina la Fórmula de Trabajo la cual resulta de aplicar a la CD las tolerancias indicadas en el Aparte 12-10.15, bajo en entendido que todo proceso de producción en planta tendrá variaciones inevitables, sin embargo estas deben mantenerse dentro de un rango que no perjudique la calidad del producto. En adelante la mezcla producida en planta debe estar dentro de la banda establecida como Fórmula de Trabajo. Igualmente, el % de ligante debe mantenerse con una variación de +/- 0.3 del % óptimo seleccionado. Criterios de Selección de Mezclas Asfálticas En esta sección se presenta una discusión sobre algunos aspectos que se consideran de interés y apoyo para la selección de una mezcla óptima de acuerdo con el uso que se le quiere dar. Ello se hace bajo las siguientes consideraciones:

a. Es posible, con los mismos agregados, ligante y equipos, la producción de mezclas con distintas propiedades volumétricas, mecánicas, durabilidad y fricción, con costos similares.

b. La mezcla debe maximizar propiedades específicas dependiendo –entre otros aspectos- del uso, tipo de vía, magnitud de cargas, ubicación en la estructura, tipo de superficie de apoyo, medio ambiente.

c. Ofrecer mejor respuesta a los problemas y fallas más comunes de los pavimentos venezolanos o propios de la zona.

Antes de entrar a analizar criterios de selección es importante presentar y discutir, en forma general, consideraciones sobre los gráficos Marshall, Fig. 3.6.1. Análisis volumétrico Densidad: Es el peso unitario de un volumen específico de mezcla compactada, generalmente se expresa en kg/m3; se determina mediante un ensayo de laboratorio. % de Vacíos totales: Son pequeños volúmenes de aire dentro de la mezcla compactada. La durabilidad de una mezcla es muy condicionada por el % de vacíos. Toda mezcla requiere un pequeño % de vacíos, pero valores altos hacen la mezcla mas permeable y oxidable debido a la entrada de agua y aire. La Norma 2007


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indica que la mezcla -en laboratorio- debe tener 3 a 5 % de vacíos para capas de rodamiento, y 2 a 4 % para capas base o intermedia. El % de vacíos se reduce a medida que el contenido de ligante se incrementa. Igualmente, disminuye con el aumento de la fracción fina del agregado. Por otra parte debe tenerse en cuenta, que una mezcla es compactada, en obra, por debajo de la densidad de laboratorio, lo que agrega vacíos a la mezcla en servicio. Se indica que una capa compactada en obra debe tener entre 3 y 7 % de vacíos, por lo que se requiere, para una mezcla con 4% de vacíos (en laboratorio) una compactación mínima de 97 % respecto a la correspondiente densidad Marshall o de laboratorio. VAM (% de vacíos en el agregado mineral) Los VAM son el volumen existente entre las partículas de agregado en una mezcla compactada, expresado en % de volumen. En otras palabras, son el volumen ocupado por el ligante asfáltico y los vacíos totales. Las especificaciones indican un % mínimo dependiendo del tamaño nominal del agregado. Este parámetro es de relevante importancia ya que la durabilidad de una mezcla es altamente dependiente de la cantidad de ligante y del espesor de la película que cubre las partículas. El valor de VAM es dependiente de la forma de la curva de gradación del agregado. Las nuevas especificaciones sugieren que la gradación se aleje de la llamada línea de máxima densidad, con la finalidad de aumentar el % de VAM o espacio entre las partículas de agregado para que la mezcla acepte una cantidad adecuada de ligante que mejore su durabilidad y comportamiento a fatiga. Cuando la fracción fina (% pasante del tamiz No. 4) de una mezcla esta por encima de la línea de máxima densidad, es difícil lograr un adecuado valor de VAM. La fig 3.6.2 muestra este concepto, y como se introdujo en la nueva Norma.


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El % de VAM, en la curva Marshall, se reduce hasta un mínimo a medida que el % de ligante aumenta, luego se incrementa de nuevo con la adición de mas asfalto, lo que separa los agregados y hace que la mezcla pierda estabilidad. La determinación del % de Vacíos y VAM se hace mediante cálculos, para lo que es necesario conocer el % en peso de ligante en la mezcla, los Pesos Específicos de agregados y asfalto, y la Densidad Máxima Teórica (DMT) de la mezcla, también conocida como densidad RICE. Estos parámetros, % de vacíos y VAM, son de notable importancia en el comportamiento y durabilidad de una mezcla en servicio. La fig 3.6.3 ilustra estos conceptos.

Evaluación de resistencia Estabilidad Es un indicador de resistencia mecánica, que se interpreta como resistencia a la deformación o rigidez de una mezcla. Se determina a 60° C, y corresponde a la máxima carga necesaria (en lbs) para hacer fallar una briqueta, colocada diametralmente, en la mordaza Marshall. Flujo Indicador de deformabilidad. Se determina como la deformación que sufre la briqueta en la prueba de Estabilidad, se mide en pulg/100. Aun cuando estas dos propiedades se consideran empíricas aportan importante información en la selección y aceptación de una mezcla. Mezclas


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con alta Estabilidad y bajo Flujo tienden a ser muy rígidas y quebradizas lo que es contraindicado si se esperan deformaciones y/o deflexiones significativas en servicio. Estas dos propiedades son altamente dependientes de la trituración del agregado; partículas angulares y ásperas producen mezclas mas estables que redondeadas y lisas. Como se indicó, recientes estudios sobre mezclas asfálticas, han introducido nuevos conceptos en la selección de mezclas, hoy se consideran el % de Vacíos Totales y % de VAM como parámetros fundamentales. En general se dice que una mezcla con adecuado % de VAM, un 4 % de Vacíos en laboratorio, y/o menos de 7 % de vacíos en obra, una vez compactada, tiene muy altas probabilidades de ser durable y comportarse adecuadamente. Sin embargo, como se indicó, la mezcla debe optimizarse en función de su uso. Si se considera el caso particular de Venezuela, debemos analizar cuales son los principales problemas y fallas que sufren nuestros pavimentos, con la finalidad de producir mezclas con mejor comportamiento ante nuestros problemas particulares, los que pudiéramos resumir como:

1. Fatiga 2. Disgregación En menor grado 3. Falta de fricción 4. Agrietamiento térmico 5. Deformación

La fig 3.6.4 muestra los esfuerzos y solicitudes a los que normalmente están sometidas las mezclas en una estructura de pavimento, y las propiedades que estas deben tener en función de su ubicación.


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Para apoyar el proceso de selección de una mezcla, además de lo indicado, es conveniente tener una mejor comprensión de su mecanismo de trabajo. Los siguientes puntos son de interés:

• En una mezcla asfáltica el ligante cubre y mantiene unidas las partículas de agregado propiciando un contacto grano a grano que da estabilidad a la mezcla.

• No hay reacción química, el mecanismo de trabajo el puramente físico. • La estabilidad de la mezcla es –principalmente- aportada por la fricción

entre los agregados, de aquí que su forma y textura sean importantes. • Con el incremento de temperatura el ligante se ablanda y la mezcla

pierde estabilidad y se hace más deformable. • Con el tiempo y en contacto con aire y agua, el ligante se oxida, lo que

rigidiza la mezcla y la hace más propensa al agrietamiento y disgregación.

• La oxidación -y sus consecuencias- se acelera en mezclas con alto % de vacíos, y en aquellas sin suficiente ligante que hace que la película que cubre los agregados sea muy delgada. Adicionalmente, esta oxidación es más rápida en climas tropicales, cálidos y húmedos.

Si se analizan en conjuntos tres aspectos fundamentales como son: (a) el mecanismo de trabajo de una mezcla; (b) los principales problemas y fallas que presentan nuestros pavimentos y (c) las solicitudes y requisitos de cada capa de un pavimento, llegamos a la conclusión que para lograr mezclas de mejor comportamiento debemos atender los siguientes aspectos:

1. Asegurar que la mezcla cumpla con los requerimientos mínimos de VAM. Para mezclas base e intermedia este valor debe lograrse en la rama ascendente de la curva.

2. Lograr mezclas con bajo % de Vacíos. Para capas base e intermedia 2 a 4 %, y para capas de rodamiento 3 a 5 %.

3. Lograr una buena compactación de la mezcla para lograr, en la capa compactada en obra, un % de vacíos inferior al 7 %.

El objetivo de estas recomendaciones es lograr mezclas menos rígidas, más durables, de mayor resistencia a la disgregación y a la fatiga, que trabajarían mejor en las más de las vías y calles de nuestra red vial. Sin embargo debe advertirse que en casos se puede reducir la resistencia a la deformación lo que no es deseable si la obra requiere una mezcla de alta rigidez. Respecto a las mezclas de rodamiento debe agregarse lo siguiente: una de las principales propiedades que estas deben tener alta resistencia a la fricción, no sólo inicial sino mantenida en el tiempo. Para ello deben observarse los siguientes aspectos:

• Usar agregados duros y resistentes a la pulimentación. Las piedras calizas, con alto contenido en carbonato de calcio, son muy pulimentables e inadecuadas para capas de rodamiento. Los agregados silicios, de río, suelen tener mejores propiedades de pulimentación.


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• El agregado grueso debe tener alto % de caras producidas por fractura. • Usar una gradación que produzca una superficie con textura aspera, no

lisa y pulida. Las mezclas sin textura no permiten el drenaje del agua, que queda atrapada bajo los neumáticos, produciendo hidroplaneo o pérdida de control del vehículo.

• Mezclas cuya gradación tiene forma de S, o sea pasa por debajo del mínimo indicado para el tamiz No.16, en la Tabla 12-10.08 de la Norma suelen ser adecuadas y ofrecer buena textura.

• La capa de rodamiento debe ser delgada, máximo 4 cm, por lo que las mezclas mas adecuadas son M-9 y M-12. El empleo de espesores bajos tendrá menos incidencia en el costo de requerirse agregados especiales. En toda caso el objetivo es logra una vía segura para los usuarios.

Finalmente, es importante indicar que cada mezcla tiene sus características particulares, lo que se manifiesta en la forma de las curvas de gradación y de diseño Marshall. Algunas mezclas son “dóciles” y permiten con facilidad logra las propiedades indicadas, mientras que otras son mas “sensibles” y difíciles de definir, y en casos de producir y controlar. Es importante que el Ingeniero o Técnico de laboratorio asimile estos conceptos con al finalidad de apoyar el diseño y la producción de mezclas óptimas de acuerdo con su utilización y condiciones de servicio. Se debe entender el hecho que con los mismos agregados y ligante se pueden producir mezclas muy distintas, en términos de propiedades, sólo con variar la granulometría o CD, y el contenido de % de asfalto. Si bien las especificaciones ofrecen un marco referencial, es siempre factible optimizar la mezcla dentro del marco normativo correspondiente. En los próximos Capítulos se presentarán los aspectos relacionados con Producción de una mezcla en Planta, los procesos de Extendido y Compactación y sus respectivos controles.

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