laboratorio nacional de · pdf file4. objetivo del diseño de mezcla el objetivo...

Rosa Zúñiga C. Jefa SubDepartamento Tecnológico y Materiales

Curso Laboratorista Vial C Junio 2015

LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD

Mezcla Asfáltica en caliente.

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

Consiste en la aplicación de un asfalto líquido, ya sea sobreuna capa granular o sobre una capa asfáltica, el cual cumpleun 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.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

Es cualquier tipo de mezcla colocada en espesores delgados para corregir fallas funcionales.

Agregado fino más filler, más agua y más emulsión.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el drenaje superficial.

Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el drenaje superficial.

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).

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

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 Huecos > 6%

Mezcla semi densa o densa Huecos 6%

En caliente En frío

En caliente

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.

min max min max1 1/2´´

1´´ 100 1003/4´´ 100 100 80 1001/2´´ 80 1003/8´´ 70 90 60 80N°4 50 70 48 65N° 8 35 50 35 50N° 30 18 29 19 30N° 50 13 23 13 23

N° 100 8 16 7 15N° 200 4 10 0 8

Banda IV-12Tamiz Banda IV-20

Referido a porcentaje pasante en cada tamiz

min max min max

100 100100 100 80 9580 95 65 8070 85 57 7343 58 40 5528 42 28 4213 24 13 248 17 8 176 12 6 124 8 4 8

Banda IV-A-20Banda IV-A-12

min max min max1 1/2´´

1´´3/4´´ 100 100 100 1001/2´´ 80 100 80 953/8´´ 70 90 70 85N°4 50 70 43 58N° 8 35 50 28 42

N° 30 18 29 13 24N° 50 13 23 8 17N° 100 8 16 6 12N° 200 4 10 4 8

Banda IV-12Tamiz Banda IV-A-12 min max min max1 1/2´´

1´´ 100 100 100 1003/4´´ 80 100 80 951/2´´ - - 65 803/8´´ 60 80 57 73N°4 48 65 40 55N° 8 35 50 28 42

N° 30 19 30 13 24N° 50 13 23 8 17N° 100 7 15 6 12N° 200 0 8 4 8

Banda IV-A-20Tamiz Banda IV-20

Ensaye Carpeta Binder Base

Gruesa Abierta

Desgaste de Los Ángeles, Máx. (%) 25 35 35 30

Desintegración por Sulfato, Máx. (%) 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 Binder Base

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 % Pasa en Peso (mm) (ASTM)

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 los

de la y de .

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:

7

8

9

10

11

12

13

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7% Asfalto (%Pb)

2285

2290

2295

2300

2305

2310

2315

2320

2325

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7% Asfalto (%Pb)

ESTABILIDAD DENSIDAD HUECOS DE AIRE

10

11

12

13

14

15

16

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. Donde: Dmm = Densidad máxima de la mezcla db = Densidad del asfalto Pb = Serie de probeta a distinto porcentaje

dbPb

DmmPb

E100

100

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