Mezclas asfálticas

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 vehĂ­culos.

Pavimento: Sistema de capas superpuestas, de diferentes materiales, y compactadas en forma adecuada.

1.2 Rasante: LĂ­nea que marca la cota del camino terminado.

1.3 Subrasante: LĂ­nea 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 RĂ­gidos Constituido por una losa de hormigĂłn 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 asfรกlticas El pavimento flexible no sรณlo estรก formado por la capa de rodado sino por todas las que conforman la estructura.

Se caracterizan por usar una carpeta de rodado asfĂĄltica y como base una grava cemento (estabilizada con cemento).

El siguiente esquema muestra un diseĂąo tĂ­pico 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 clasificaciรณn tenemos: a)Riegos asfรกlticos b)Riegos asfalto agregado c)Sellos de mezcla c)Sellos de fricciรณn 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 Asfรกlticos

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

Agregado fino mรกs filler, mรกs agua y mรกs emulsiรณn.

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 Asfรกltica

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 Nยบ 8

Mezcla abierta Mezcla semi densa o densa

En caliente En frĂ­o

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: GranulometrĂ­a 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 acciĂłn del trĂĄfico.

Para ello se debe realizar el mĂŠtodo 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, ademรกs de la temperatura de mezclado y compactaciรณn.

Flexibilidad Es la capacidad de un pavimento asfรกltico 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 trรกnsito en repetidas pasadas (Vida ร til).

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 diรกmetro 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 60Âş C. DespuĂŠs de determinar la densidad, estabilidad y fluencia, se procede al anĂĄlisis de huecos para cada serie de probetas.

a. Tendencias Se deben confeccionar los siguientes 5 grรกficos 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 mรกxima que se requiere para producir la rotura de la probeta; esta se mide en Newton (N).

Fluidez Es la deformaciรณn que se produce en la carga mรกxima, se mide 0,25 mm.

Densidad Efectiva (pE) Es el cuociente entre la masa del รกrido 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 mรกxima 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 compactaciĂłn en terreno con respecto a la obtenida en ĂŠste. % de compactaciĂłn =

Densidad de terreno x 100 Densidad de Laboratorio

VacĂ­os en el Agregado Mineral (VAM) Es el volumen de vacĂ­os entre las partĂ­culas 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