UPLA-TECNOLOGIA DEL ASFALTO

UPLA-TECNOLOGIA DEL ASFALTOAo de la DIversificacion productiva y del Fortalecimiento de la Educacion

FACULTAD: ING. CIVILCURSO: TECNOLOGIA DEL ASFALTOTEMA: DISEO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTEPROFESOR: Ing. CARLOS E. CANELO MESIASALUMNOS: PONCE ALIAGA, DAVIDCICLO: X A1

LIMA, 2015

INDICE

INTRODUCCION 3OBJETIVOS 4

1. DISEO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE 51.1. Concepto 51.2. Caractersticas de la mezcla y comportamiento 51.3. Propiedades consideradas en el dselo de mezclas. 81.4. Especificaciones para agregados utilizados en mezclas asflticas en caliente diseadas por el mtodo Marshall. 121.5. Parmetros de diseo de mezcla asfltica en caliente 15

CONCLUCIONES 16RECOMENDACIONES 17BIBLIOGRAFIA 18

INTRODUCCION

En una mezcla asfltica en caliente de pavimentacin, el asfalto y el agregado son combinados en proporciones exactas: Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades fsicas de la mezcla y, eventualmente, el desempeo de la misma como pavimento terminado. Existen dos mtodos de diseo comnmente utilizados para determinar las proporciones apropiadas de asfalto y agregado en una mezcla. Ellos son el mtodo Marshall y el Mtodo Hveem. En el presente estudio slo trataremos el mtodo Marshall.

Ambos mtodos de diseo son ampliamente usados en el diseo de mezclas asflticas de pavimentacin. La seleccin y uso de cualquiera de estos mtodos de diseo de mezclas es, principalmente, asuntos de gustos en ingeniera, debido a que cada mtodo contiene caractersticas y ventajas singulares. Cualquier mtodo pude ser usado con resultados satisfactorios.

OBJETIVOS

EL objetivo de este trabajo es dar los conceptos generales para el diseo y sus diferentes etapas de que consta el proceso de produccin de una mezcla asfltica. Asi, mismo se desarrolla un proyecto que permita establecer un prototipo para el desarrollo del diseo de mezclas asflticas

Dar a conocer los anlisis y ensayos, asi como las especificaciones tecnicas para lograr que todos los agregados minerales, mezclas y productos asfalticos cumplan con los requisitos de diseo y de este modo garanticen una mejor inversin y durabilidad en el proyecto.

Revisin de las especificaciones utilizadas y aprobadas.

Comparar los datos obtenidos de laboratorio en los diferentes ensayos realizados, con las especificaciones normadas.

1. DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTE 1.1. CONCEPTOLas mezclas asflticas, tambin reciben el nombre de aglomerados, estn formadas por una combinacin de agregados ptreos y un ligante hidrocarbonato, de manera que aquellos quedan cubiertos por una pelcula continua ste. Se fabrican en unas centrales fijas o mviles, se transportan despus a la obra y all se extienden y se compactan. (Kraemer et al., 2004). Las mezclas asflticas se utilizan en la construccin de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de los firmes para trficos pesados intensos. Las mezclas asflticas estn constituidas aproximadamente por un 90 % de agregados ptreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfltico y el polvo mineral son los dos elementos que ms influyen tanto en la calidad de la mezcla asfltica como en su costo total.

1.2. CARACTERISTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLAUna muestra de mezcla de pavimentacin preparada en el laboratorio puede ser analizada para determinar su posible desempeo en la estructura del pavimento. El anlisis est enfocado hacia cuatro caractersticas de la mezcla, y la influencia que estas puedan tener en el comportamiento de la mezcla. Las cuatro caractersticas son:

Densidad de la mezcla Vacos de aire, o simplemente vacos. Vacos en el agregado mineral.

1.2.1. DENSIDAD

La densidad de la mezcla compactada est definida como su peso unitario (el peso de un volumen especfico de la mezcla). La densidad es una caracterstica muy importante debido a que es esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado para obtener un rendimiento duradero.

En las pruebas y el anlisis del diseo de mezclas, la densidad de la mezcla compactada se expresa, generalmente, en kilogramos por metro cbico. La densidad es calculada al multiplicar la gravedad especfica total de la mezcla por la densidad del agua (1000 kg/m3). La densidad obtenida en el laboratorio se convierte la densidad patrn, y es usada como referencia para determinar si la densidad del pavimento terminado es, o no, adecuada. Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del pavimento sea un porcentaje de la densidad del laboratorio. Esto se debe a que rara vez la compactacin in situ logra las densidades que se obtienen usando los mtodos normalizados de compactacin de laboratorio.

1.2.2. VACIOS DE AIRE (o simplemente vacos)

Los vacos de aire son espacios pequeos de aire, o bolsas de aire, que estn presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es necesario que todas las mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacos para permitir alguna compactacin adicional bajo el trfico, y proporcionar espacios adonde pueda fluir el asfalto durante su compactacin adicional.. El porcentaje permitido de vacos (en muestras de laboratorio) para capas de base y capas superficiales est entre 3 y 5 por ciento, dependiendo del diseo especfico.

La durabilidad de un pavimento asfltico es funcin del contenido de vacos. La razn de esto es que entre menor sea la cantidad de vacos, menor va a ser la permeabilidad de la mezcla. Un contenido demasiado alto de vacos proporciona pasajes, a travs de la mezcla,por los cuales puede entrar el agua y el aire, y causar deterioro. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de vacos puede producir exudacin de asfalto; una condicin en donde el exceso de asfalto es exprimido fuera de la mezcla hacia la superficie.

La densidad y el contenido de vacos estn directamente relacionados. Entre ms alta la densidad menor es el porcentaje de vacos en la mezcla, y viceversa. Las especificaciones de la obra requieren, usualmente, una densidad que permita acomodar el menor nmero posible (en la realidad) de vacos: preferiblemente menos del 8 por ciento.

1.2.3. VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL

Los vacos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre las partculas de agregado en una mezcla compactada de pavimentacin, incluyendo los espacios que estn llenos de asfalto.

El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto (todo el asfalto menos la porcin que se pierde en el agregado) y el volumen de vacos necesario en la mezcla. Cuando mayor sea el VMA ms espacio habr disponible para las pelculas de asfalto. Existen valores mnimos para VMA los cuales estn recomendados y especificados como funcin del tamao del agregado. Estos valores se basan en el hecho de que cuanto ms gruesa sea la pelcula de asfalto que cubre las partculas de agregado, ms durables ser la mezcla. La fig. 4.1 ilustra el concepto de VMA y la fig. 4.2 presenta los valores requeridos.

FIGURA N 4.1.- Ilustracin del VMA en una Probeta de Mezcla Compactada (Nota:para simplificar el volumen de asfalto absorbido no es mostrado).

1.3. PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEO DE MEZCLAS

Las buenas mezclas asflticas en caliente trabajan bien debido a que son diseadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento.

El objetivo primordial del procedimiento de diseo de mezclar es el de garantizar que la mezcla de pavimentacin posea cada una de estas propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas propiedades, cmo es evaluada, y que representa en trminos de rendimiento del pavimento.

1.3.1. ESTABILIDADLa estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y deformacin bajo las cargas del trnsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugacin) y otras seas que indican cambios en la mezcla.

Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse despus de un anlisis completo del trnsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un pavimento dependen del trnsito esperado. Las especificaciones de estabilidad deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el trnsito esperado, pero no ms altas de lo que exijan las condiciones de trnsito. Valores muy altos de estabilidad producen un pavimento demasiado rgido y, por lo tanto, menos durable que lo deseado.

La estabilidad de una mezcla depende de la friccin y la cohesin interna. La friccin interna en las partculas de agregado (friccin entre partculas) est relacionada con caractersticas del agregado tales como forma y textura superficial. la cohesin resulta de la capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de friccin y cohesin interna, en la mezcla, previene que las partculas de agregado se desplacen unas respecto a otras debido a las fuerzas ejercidas por el trfico.

En trminos generales, entre ms angular sea la forma de las partculas de agregado y mas spera sea su textura superficial, ms alta ser la estabilidad de la mezcla. Cuando no hay agregados disponibles con caractersticas de alta friccin interna, se pueden usar mezclar mas econmicas, en lugares donde se espere trfico liviano, utilizando agregados con valores menores de friccin interna.

1.3.2. DURABILIDAD

La durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales como la desintegracin del agregado, cambios en las propiedades de asfalto (polimerizacin y oxidacin), y separacin de las pelculas de asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la accin del clima, el trnsito, o una combinacin de ambos.

Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada en tres formas. Estas son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una graduacin densa de agregado resistente a la separacin, y diseando y compactando la mezcla para obtener la mxima impermeabilidad.

La mayor cantidad posible de asfalto aumenta la durabilidad porque las pelculas gruesas de asfalto no se envejecen o endurecen tan rpido como lo hacen las pelculas delgadas. En consecuencia, el asfalto retiene, por mas tiempo, sus caractersticas originales. Adems el mximo contenido posible de asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacos interconectados en el pavimento, haciendo difcil la penetracin del aire y del agua. Por Una graduacin densa de agregado firme, duro, a la separacin, contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento. Una graduacin densa proporciona un contacto ms cercano entre las partculas del agregado, lo cual mejora la impermeabilidad de la mezcla. Un agregado firme y duro resiste la desintegracin bajo las cargas del trnsito. Un agregado resistente a la separacin resiste la accin del agua y el trnsito, las cuales tienden a separar la pelcula de asfalto de las partculas de agregado, conduciendo a la desintegracin del pavimento. La resistencia de una mezcla a la separacin puede ser mejorada, bajo ciertas condiciones, mediante el uso de compuestos adhesivos, o rellenos como la cal hidratada.

La intrusin del aire y agua en el pavimento puede minimizarse si se disea y compacta la mezcla para darla al pavimento la mximo impermeabilidad posible. Existen muchas causas y efectos con una poca durabilidad del pavimento.

1.3.3. IMPERMEABILIDAD

La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua hacia su interior, o a travs de el. Esta caracterstica esta relacionada con el contenido de vacos de la mezcla compactada, y es as como gran parte de las discusiones sobre vacos en las secciones de diseo de mezcla se relaciona con impermeabilidad. Aunque el contenido de vacos es una indicacin del paso potencial de aire y agua a travs de un pavimento, la naturaleza de estos vacos es muy importante que su cantidad.

El grado de impermeabilidad est determinado por el tamao de los vacos, sin importar si estn o no conectados, y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento.

Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas compactadas, virtualmente todas las mezclas asflticas usadas en la construccin de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es aceptable, siempre y cuando la permeabilidad est dentro de los lmites especificados.

1.3.4. TRABAJABILIDAD

La trabajabilidad esta descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentacin puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difciles de colocar y compactar. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parmetros de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometra.

Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y tambin pueden ser difciles de compactar. A travs de mezclas de prueba en el laboratorio puede ser posible adicionar agregado fino, y tal vez asfalto, a una mezcla gruesa, para volverla mas trabajable. En tal caso se deber tener cierto cuidado para garantizar que la mezcla modificada cumpla con los otros criterios de diseo, tales como contenido de vacos y estabilidad.

Un contenido demasiado alto de relleno tambin puede afectar la trabajabilidad. Puede ocasionar que la mezcla se vuelva muy viscosa, haciendo difcil su compactacin. La trabajabilidad es especialmente importante en sitios donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla, como por ejemplo alrededor de tapas de alcantarillados, curvas pronunciadas y otros obstculos similares. Es muy importante usar mezclas trabajables en dichos sitios.

Las mezclas que son fcilmente trabajables o deformables se conocen como mezclas tiernas. Las mezclas tiernas son demasiado inestables para ser colocadas y compactadas apropiadamente. Usualmente son el producto de una falta de relleno mineral, demasiada arena de tamao mediano., partculas lisas y redondeadas de agregado, y/o demasiada humedad en la mezcla.

1.3.5. FLEXIBILIDAD

Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfltico para acomodarse, sin que se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante.

La flexibilidad es una caracterstica deseable en todo pavimento asfltico debido a que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansin del suelo).

Una mezcla de granulometra abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, ms flexible que una mezcla densamente graduada e bajo contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el equilibrio de los mismos.

1.3.6. RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehculos, particularmente cuando la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumtico debe ser capaz de mantener contacto con las partculas de agregado en vez de rodar sobre una pelcula de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad de 65 km/hr (40 mi/hr).

Una superficie spera y rugosa de pavimento tendr mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura spera, en una mezcla de gradacin abierta y con tamao mximo de 9.5 mm (38 pulgadas) a 12.5 mm (1/2 pulgada). Adems de tener una superficie spera, los agregados debe resistir el pulimiento (alisamiento) bajo el trnsito. Los agregados calcreos son ms susceptibles al pulimiento que los agregados silceos. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al deslizamiento.

1.4. ESPECIFICACIONES PARA AGREGADOS UTILIZADOS EN MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTE DISEADAS POR EL MTODO MARSHALL.

1.4.1. ESPECIFICACIONES TCNICAS

Son aquellas que se utilizan para establecer los requisitos de calidad de los materiales ptreos que son utilizados para la elaboracin del esqueleto de una carpeta asfltica, ya que es el agregado que proporcionar la mayor resistencia a las cargas que ejercer el trfico he aqu la importancia de presentar las mejores propiedades establecidas en normas, disposiciones tanto internacionales como nacionales (SIECA), relativos a la ejecucin de la obra

En nuestro pas y en Centroamrica se crearon especificaciones tcnicas de carcter regional conocidas como S.I.E.C.A. (Secretara de Integracin Econmica Centroamericana), estas han sido el resultado de esfuerzos de integracin logrados a travs de los ltimos aos, y por convenio pretenden ser obligatorias para todos los pases miembros. Estas especificaciones estn clasificadas en:

Generales: Contiene las actividades aplicadas a obras de Mantenimiento en todos los pases centroamericanos

Particulares: modifican las especificaciones generales para adecuarlas a las condiciones prevalecientes en los contratos especficos de mantenimiento vial, en cada pas centroamericano.

1.4.2. REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS AGREGADOS

Agregado Grueso.

Este material debe consistir en piedra o grava de buena calidad triturada (Retenidos en la malla de 4.75 mm) y mezclada de manera que el producto obtenido corresponda a uno de los tipos de granulometra estipulados y llene adems los requisitos generales siguientes:

(1) Abrasin de los ngeles, AASHTO T 96 40% mx.(2) Sanidad en sulfato de sodio (5 ciclos), AASHTO T 104 12% mx(3) Caras fracturadas, ASTM D 5821 75% mn.(4) Indice durabilidad (agregado grueso),AASHTO T 210 35% mn.No deben usarse agregados con caras pulidas o agregados que contengan carbonato soluble. El residuo insoluble debe ser menor del 25%, de acuerdo a ASTM D 3042

Agregado Fino.

Este material est formado por arenas naturales, arena de piedra quebrada cernida, o su combinacin y deber tener una granulometra que (material que pasa la malla 4.75 mm), al combinarse con otras fracciones en la proporcin adecuada, la mezcla resultante puede satisfacer la granulometra requerida segn AASHTO M 29 incluyendo la prdida en sulfato, y que llene adems los requisitos generales siguientes:

(1) Equivalente de arena, AASHTO T 176 45% mn.(2) ndicede durabilidad (fino), AASHTO T 210 35% min.

1.4.3. Especificaciones para agregado fino en mezclas de pavimentos bituminosos, segn AASHTO M 29

La graduacin del agregado fino ser conforme a la graduacin en la Tabla para el nmero de graduacin especificado en la orden, u otra graduacin designada por el comprador.

1.4.4. Granulometra de agregados combinados (finos y gruesos).

Consiste en la combinacin de diferentes tamaos de agregado, que debe llenarlos requisitos siguientes:

(1) Granulometra(2) Grumos de arcilla y partculas friables, AASHTO T 112 1% mx.(3) Libre de materiales vegetales, basura, terrones, arcilla y sustancias deletreas.

1.5. PARMETROS DE DISEO DE MEZCLA ASFLTICA EN CALIENTE

Algunos criterios de diseo tpicos que se consideran dentro de la metodologa Marshall se definen en funcin del trfico estimado durante la fase de operacin de la carretera (ver Tabla )

Como se observa en la Tabla C.1, internacionalmente los parmetros Marshall se adecuan a las solicitudes de trnsito que experimentar la carretera, sin embargo en las especificaciones nacionales vigentes, los parmetros no varan de acuerdo con el trfico esperado, exceptuando el parmetro de vacos llenos de asfalto (VFA).

En las especificaciones nacionales los valores de los parmetros de diseo que debe cumplir la mezcla asfltica en caliente se detallan en el apartado 401.06 de la Disposicin Vial AM-01-2001.

CONCLUSIONES

El cemento asfaltico 60-70, conforme las pruebas de laboratorio realizadas, cumple con las especificaciones M20 por lo tanto se puede utilizar en el diseo de mezclas, tomando las precauciones necesarias

Los agregados utilizados en el presente trabajo, deben llevar un control en la graduacin de los mismos ya que contienen muchos finos y esto fluye en forma directa en su uniformidad y adaptabilidad hacia la mezcla asfltica.

La mayor estabilidad Marshall de la mezcla propuesta, se obtiene con un 5.20% de asfalto en la mezcla, sin embargo esta estabilidad proporciona una rigidez a la misma, pues, alcanza una fluencia de 9.6 centesimas de pulgada.

Debido a las condiciones generales econmicas del pas , la mejora y trazo de nuevas rutas de comunicacin vial, deben hacerse, preferiblemente, conservando las estructuras existentes. Para este propsito, el pavimento de concreto asfaltico es , sin duda el mas adaptable, ya que su funcin no es solamente como carpeta de rodadura sino que pasa a formar parte de la estructura en si del pavimento y por lo tanto, aumenta la capacidad de carga

RECOMENDACIONES

Actualmente, en Guatemala, se ha intensificado la construccion de obras viales; por lo cual se ha incrementado la demanda de profesional conocedor en la materia. Recomiendo que la facultad de ingeniera a travez de la escuela de Ingenieria Civil y del Laboratorio de Suelos del Centro de investigacin de Ingenieria, establezca cursos y laboratorios para dar conocimiento necesario sobra la materia tratado en este tema.

Que se cumplan estrictamente, las especificaciones tcnicas en las Mezclas que se utilizan en diversas obras.

Que el diseo de mezclas asflticas y su construccion se realice de acuerdo con el tipo de transito esperado, tomando en consideracinon su evolucin en el tiempo de diseo. Para que, asi una mezcla asfltica pueda tener larga duracin, tomando en cuenta, tambin, sus obras en las cuales figuran todas las instalaciones subterrneas.

Para brindar un eficiente servicio al constante transito de vehculos, tiene que proveerse del mantenimiento adecuado a la superficie de carreteras y asi prolongar su vida til.

Se debe revisar las especificaciones de las D.G.C. y actualizarlas tomando en cuenta las especificaciones actuales del Instituto de Asfaltos.

BIBLIOGRAFIA

sphalt Institute Principios de construccin de pavimentos de mezcla asfltica en caliente. Serie de manuales N22 (MS-22).. Kentucky, USA. (1982)

inisterio de Obras Pblicas y Transportes Disposiciones Generales para la construccin y Conservacin Vial: AM-01-2001 y MN-01-2001(Octubre 2002

http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_1833_C.pdf

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/11811/Capitulo3.pdf

http://www2.udec.cl/~provial/trabajos_pdf/28ThenouxAsfaltoEspumado.pdf

http://www.tecnologiadeasfalto.com/

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