UNIDAD VI: MEZCLAS ASFÁLTICAS.

DEFINICIÓN.

Una mezcla asfáltica en general es una combinación de asfalto y agregados minerales pétreos en proporciones exactas que se utiliza para construir firmes. Las proporciones relativas de estos minerales determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el rendimiento de la misma como mezcla terminada para un determinado uso.

TIPOS.

a) Por Fracciones de agregado pétreo empleado.

Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante. Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla. Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero. Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico.

b) Por la Temperatura de puesta en obra.

Mezclas asfálticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos.

Mezclas asfálticas en Frío: El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente.

c) Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica.

Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.

Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el 6 %. Mezclas Semi–cerradas o Semi–densas: La proporción de vacíos está entre el 6 % y

el 10 %. Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %. Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20 %.

d) Por el Tamaño máximo del agregado pétreo.

Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10 mm.

Mezclas Finas: También llamadas microaglomerados, pueden denominarse también morteros asfálticos, pues se trata de mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfáltico.

e) Por la Estructura del agregado pétreo.

Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfálticos, aunque también una parte de la resistencia de estos últimos, se debe a la masilla.

Mezclas sin Esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfálticas.

f) Por la Granulometría.

Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.

Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.

PROPIEDADES.

ESTABILIDAD La estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y

deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación) y otras señas que indican cambios en la mezcla.

DURABILIDAD La durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales como la

desintegración del agregado, cambios en las propiedades de asfalto (polimerización y oxidación), y separación de las películas de asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de ambos.

IMPERMEABILIDAD

La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua hacia su interior, o a través de el. Esta característica esta relacionada con el contenido de vacíos de la mezcla compactada, y es así como gran parte de las discusiones sobre vacíos en las secciones de diseño de mezcla se relaciona con impermeabilidad.

TRABAJABILIDAD La trabajabilidad esta descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentación

puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fáciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difíciles de colocar y compactar.

FLEXIBILIDAD Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que se

agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento asfáltico debido a que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo).

RESISTENCIA A LA FATIGA La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo

las cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que los vacíos (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga.

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 vehículos, particularmente cuando la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo).

DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

PRUEBA MARSHALL

Es uno de los métodos de diseño de mezclas mas usado en la actualidad. Diseñada por Bruce Marshall. Este método es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una adecuada mezcla asfáltica por medio de análisis de su estabilidad, fluencia, densidad y vacios.

Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de los rangos adecuados para asegurar una mezcla durable. Desafortunadamente una de sus grandes desventajas es el método de compactación de laboratorio por impacto el cual no simula la densificación de la mezcla que ocurre bajo transito en un pavimento real.

OBJETIVO:

Conocer el porcentaje óptimo de asfalto que requiere una carpeta de asfalto (asfalto y combinación específica de agregados) para tener la resistencia, flexibilidad y durabilidad adecuada, sin sufrir deformaciones, basados principalmente en 5 gráficos que se obtendrán de la prueba.

GRÁFICOS:

Peso volumétrico Estabilidad Flujo Porcentaje de vacios en la mezcla Porcentaje de vacios en agregado mineral

EQUIPO:

Tres moldes con base y extensión con diámetro de 103 mm y altura de 64 mm. Pisón deslizante con una altura de caída de 45cm y un peso de 4.5kg. Una base de madera para compactar Mallas (3/4”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº 10, Nº 20, Nº 40, Nº 60, Nº 100, Nº 200) Papel Filtro Tres charolas redondas de 30cm de diámetro Cuchara Un baño de agua Picnómetro Balanzas Máquina para aplicar presión Mordazas Probeta Tres muestras de 1100 gr de material pétreo cada una con la granulometría indicada

(25.0 mm o menos)PROCEDIMIENTO

PASO 1: Realizar el cribado del las muestras (todas a la vez) y calcular el peso retenido en las mallas.

%RET= W ret. en malla x 100 Wtotal

PASO 2: Calentar el material pétreo a una temperatura de entre 120º - 140º C para que pierda humedad.

PASO 3: Calentar el cemento asfaltico a una temperatura de entre 110º -130º C hasta que el cemento este fluido.

PASO 4: Colocar el material pétreo sobre una balanza y se le adiciona el porcentaje de asfalto mencionado (5%, 6%, 7%) con respecto del peso del material pétreo.

PASO 5: Homogenizar la mezcla en la estufa.

PASO 6: Se tendrán en el baño de agua a 90º C el molde, la base, la extensión y el pisón.

PASO 7: Se coloca el molde, la base y la extensión sobre la base para compactar, en el fondo se pone una hoja de papel filtro, se vacía la muestra en el molde, se acomoda con la cuchara y se coloca otra hoja de papel filtro en la parte superior del cilindro esta teniendo un diámetro un poco menor que el molde. Se compacta aplicándole 75 golpes en la cara superior, se voltea y se aplica la misma cantidad en la cara inferior.

PASO 8: Se deja fraguar en el molde durante 24 horas se extrae, se pesa, se mide su altura compacta, se cubre con estearato de zinc para impermeabilizarla y se sumerge en un picnómetro que estará lleno hasta el borde con agua, frente a la nariz del picnómetro se coloca una probeta la cual medirá el agua desplazada por la mezcla y con esto tendremos la primer grafica de peso volumétrico.

PASO 9: Antes de poner en el equipo de compresión, las pastillas tendrán que pasar por un baño a una temperatura de 60º C y montar las mordazas en la tina para posteriormente practicarles el presión.

NORMA:

OBTENCIÓN DE GRAFICAS DE CALIDAD:N-MCT-4-05-003108

FORMULAS:

DONDE:

V.M.C.- Porcentaje de vacios en mezcla [%] Λdc.- Peso volumétrico de la mezcla asfáltica [kg/cm3] Λtm.-Peso especifico teórico máximo de la mezcla asfáltica [kg/cm3] 1000 factor de conversión para hacer homogéneo los valores de los pesos Λdc y

Λtm. A.- Porción de peso de carpeta asfáltica con relación al de la mezcla [%] P.- Porción en peso de material pétreo con relación con relación al de la mezcla [%] Sca.- Densidad de cemento asfaltico Sp.- Densidad aparente del material pétreo, por inmersión en cemento asfaltico. Y.- Peso especifico del agua 1 gr/cm3

FORMULA:

DONDE:

V.A.M .- Proporción de vacios del agregado mineral

RESULTADO:

Para obtener el resultado del porcentaje optimo de asfalto, bastara con obtener el promedio de los porcentajes óptimos de cada una de las graficas.

ESPECIFICACIONES Y TOLERANCIA.

De acuerdo a las especificaciones del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) en el Artículo 400-96: “Disposiciones generales para la ejecución de riegos de imprimación y liga, tratamientos superficiales, sellos de arena asfalto, lechadas asfálticas, mezclas densas y abiertas en frío y en caliente y reciclado de pavimentos asfálticos” en la sección 400.2.1 de Agregados y Llenante Mineral, se exponen las especificaciones para los agregados mencionadas a continuación.

Los agregados pétreos no deben desprenderse de la capa de material asfáltico debido a la acción del agua y del tránsito. Asimismo, el agregado grueso debe proceder de la trituración de roca o de grava y sus fragmentos deben ser limpios, resistentes y durables. A su vez, el agregado fino debe estar constituido por arena de trituración o una mezcla de ella con arena natural y los granos deben ser duros, limpios y de superficie rugosa y angular. De igual manera, el llenante mineral debe provenir de procesos de trituración o puede usarse cal hidratada o cemento.

TOLERANCIAS PARA ESPESOR, LISURA Y DENSIDAD. 

a) Espesor del pavimento. Si los valores obtenidos para los espesores mínimos y medio son inferiores en quince por ciento o más de los valores fijados, el tramo de mil metros cuadrados será rechazado. 

b) Lisura superficial. Ningún punto de la superficie del pavimento tendrá una diferencia de nivel mayor de cinco milímetros con la arista de la regla metálica aplicada sobre aquélla. La sección en que esta diferencia sea mayor de cinco milímetros será de rechazo. 

c) Densidad. Se exigirá para la mezcla luego de compacta una densidad no inferior al noventa y siete por ciento de la obtenida en el laboratorio para la fórmula de mezcla en obra correspondiente al ensayo Marshall indicado en el numeral 34. 

ENSAYO DE MEZCLA ASFÁLTICA Y AGREGADOS.

Las propiedades del agregado son un factor determinante en muchas de las elecciones relacionadas con la mezcla óptima. Por lo tanto son necesarios los ensayos sobre los agregados. Se pude utilizar con las emulsiones una amplia variedad de materiales que incluye piedra triturada, roca, grava, arena, arena limosa, grava arenosa, escoria, material de recuperación de terrenos, desechos de explotación mineral u otros materiales inertes.

Se requieren aproximadamente 36.3 kg de agregado para realizar los ensayos sobre el material.

ENSAYOS SOBRE EL AGREGADO

Los siguientes ensayos deben ser ejecutados sobre las fuentes de agregado obtenidas de una cantera:

1.-.Análisis por tamizado de agregado fino y grueso:

*Tamizado en seco ASTM C 136 AASHTO T 27 *Tamizado en húmedo ASTM C 117 AASHTO T 37

2) Densidad y absorción del agregado grueso:

*ASTM C 127 AASHTO T 85 MTC E-206

3) Densidad y absorción del agregado fino:

*ASTM C 128 AASHTO T 84 MTC E-205

4) Equivalente de arena del agregado fino

*ASTM D 2419 AASHTO T 176 MTC E-209

Ensayos adicionales propuestos para los agregados

5) Solidez de los agregados al uso de sulfato de sodio o de magnesio:

*ASTM C 88 AASHTO T 104 MTC E-209

6) Desgaste del agregado grueso en la máquina de los ángeles

*ASTM C 131 AASHTO T 96 MTC E-207 Ensayos adicionales de calidad pueden ser exigidos por entidades particulares.ENSAYO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS.

Ensayos de módulo dinámico Se aplica, por una gama de frecuencias, una tensión axial variando de forma

sinusoidal sobre una probeta de 100mm de diámetro y 150mm de altura. Se obtiene la

probeta quitando la parte interior de una probeta de 150mm de diámetro generada por compactación giratoria

Ensayos de fatiga Los ensayos de flexión o flexurales Son los métodos más utilizados para determinar la resistencia a la fatiga de

materiales asfálticos. La flexión en cuatro puntos está incluida en las normas CEN y AASHTO. La probeta es una viga prismática que está sujetada a una carga sinusoidal en modo de deformación controlada. El modo de tensión controlada también es posible para investigaciones más profundizadas con el equipo conveniente.

Ensayos de Rigidez indirecta/ Módulo resiliente Se aplica una carga repetitivamente a lo largo del diámetro vertical de una probeta o

testigo en varias frecuencias. Se miden y se utilizan las deformaciones (indirectas) horizontales resultantes para proporcionar una medida de rigidez(módulo resistente). En Europa la prueba se utiliza principalmente como método rápido de control de calidad pero puede también ser utilizada para una variedad de otros propósitos incluyendo la investigación de falta.

La máquina de pista Se sujeta una losa compactada en laboratorio o un testigo de mezcla asfáltica

caliente a los pasos repetidos de una rueda cargada mientras se supervisa la profundidad de ahuellamiento resultante. La máquina de pista es popular porque es mas parecido a la realidad que otros métodos de laboratorio de determinación de la resistencia a la deformación permanente y se han demostrado que los resultados correlacionan bien con el rutting del pavimento in-situ.

Ensayos de fluencia dinámica Se aplica una tensión axial sobre una probeta por un numero de ciclos de carga

determinado mientras se controla la deformación axial. Los resultados de ensayo correlacionan mejor con las medidas del rutting del pavimento in-situ que los de la fluencia estática. Se puede mejorar esta correlación al aplicar confinamiento tal como en el ensayo de vació triaxial Europeo.

Ensayos de fluencia estática Se aplica una tensión axial sobre una probeta cilíndrica por un periodo de tiempo

fijo durante el cual se supervisa la deformación axial continuamente. Entonces, se quita la tensión axial y se determinan las deformaciones permanentes y recuperadas. Investigaciones han demostrado que la fluencia dinámica correlaciona mejor con medidas de rutting del pavimento in-situ que la fluencia estática