exposicion-pavimentos (1)
61
1 DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS INDICE CAPITULO I CAPITULO II CAPITULO III CAPITULO IV CAPITULO V CAPITULO I ANTECEDENTES 1.1. INTRODUCCION Los pavimentos, por las formas en que se trasmiten las cargas a la subrasante pueden ser pavimentos flexibles, pavimentos rígidos y pavimentos mixtos. En el periodo de vida de los pavimentos flexibles se presenta problemas de fallas, los cuales pueden ser: asentamientos diferenciales, deformaciones plásticas, factores climáticos, la intensidad del tránsito circulante, sus deformaciones, las condiciones de drenaje y sub-dranaje, etc. El pavimento requiere de conservación y mantenimiento, eficiente, rápida y económica. Los problemas de naturaleza como sismos, lluvias, rápida expansión del tráfico, falta de mantenimiento y conservación, deficiencia en sus construcciones, nos hacen reflexionar sobre la necesidad de evaluar las construcciones de pavimentos Capas asfálticas del pavimento 1.2. DEFINICIÓN : Se llama pavimientos al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas de transito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente.
-
Upload
stefany-ruth-coyla-pacho -
Category
Documents
-
view
16 -
download
1
description
capitulo 1
Transcript of exposicion-pavimentos (1)
1
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
INDICE
CAPITULO I
CAPITULO II
CAPITULO III
CAPITULO IV
CAPITULO V
CAPITULO I ANTECEDENTES
1.1. INTRODUCCION
Los pavimentos, por las formas en que se trasmiten las cargas a la subrasante pueden ser pavimentos
flexibles, pavimentos rígidos y pavimentos mixtos. En el periodo de vida de los pavimentos flexibles se
presenta problemas de fallas, los cuales pueden ser: asentamientos diferenciales, deformaciones
plásticas, factores climáticos, la intensidad del tránsito circulante, sus deformaciones, las condiciones de
drenaje y sub-dranaje, etc. El pavimento requiere de conservación y mantenimiento, eficiente, rápida y
económica.
Los problemas de naturaleza como sismos, lluvias, rápida expansión del tráfico, falta de mantenimiento
y conservación, deficiencia en sus construcciones, nos hacen reflexionar sobre la necesidad de evaluar
las construcciones de pavimentos
Capas asfálticas del pavimento
1.2. DEFINICIÓN :
Se llama pavimientos al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa
las cargas de transito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando
una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente.
2
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
1.3. ORIGEN E HISTORIA DE LOS PAVIMENTOS
El asfalto es un componente natural de la mayor parte los petróleos. La palabra asfalto deriva de la lengua que se hablaba en las orillas del Tigris superior de Asia entre los años 1400 y 600 A.C. En esta zona se encuentra la palabra sphalto, que significa “durable”. Después el vocablo fue adoptado por el griego, pasó al latín y, más adelante al francés (asphalte), al español (asfalto) y al inglés (asphalt). Los estudios arqueológicos indican que es uno de los materiales de construcción más antiguos que el hombre ha utilizado, ya que apreciaron rápidamente las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenía. Aseguran que ya en la antigua Mesopotamia los baños de los templos se recubrían con asfalto natural y en la Biblia se menciona en varias ocasiones su uso a propósito del Arca de Noé, la Torre de Babel, la Cuna de Moisés o las Murallas de Jericó. Los árabes desarrollaron un uso medicinal del asfalto de Judea, utilizándolo para el tratamiento de enfermedades de la piel y como desinfectante tópico. Y dadas las propiedades combustibles que presenta, en la antigüedad y hasta la Edad Media se utilizó con fines bélicos o destructivos, en forma de bolas de asfalto llameantes lanzadas con catapulta y en forma de baños incandescentes. Aunque hubo experiencias previas, la primera patente del asfalto se registró a finales del siglo XIX, y la primera planta de producción de asfalto se abrió a principios del siglo XX en Cambridge (Reino Unido). El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costes hizo progresar el desarrollo de las carreteras. Los métodos manuales se mecanizaron poco a poco y fueron apareciendo regadoras de asfalto a presión, distribuidoras de piedra, apisonadoras, rodillos neumáticos, etc. La tecnología mejoró durante la segunda guerra mundial por necesidad, ya que los vehículos militares debían transportar mercancías muy pesadas. En su evolución, se han logrado avances significativos al tratar el cemento asfáltico original (obtenido del petróleo crudo) con otras sustancias que permiten mejorar su comportamiento cuando es sometido a condiciones extremas, como climas muy fríos o calurosos, tránsito de vehículos muy pesados o ambientes agresivos. Sólo en Europa actualmente existen más de 4,000 plantas de mezcla asfáltica alrededor de 16 países.(España se encuentra entre los principales fabricantes), que producen aproximadamente 300 millones de toneladas al año. El asfalto es totalmente reciclable y su reutilización ha aumentado considerablemente en los últimos años, llegando hasta el 70%.
1.4. EXTRACCION, OBTENCION DEL ASFALTO
Uno de los materiales contractivos más utilizados es el asfalto. Este es utilizado para la
pavimentación de calles, carreteras, así como para la impermeabilización de techos y pisos. Los
procesos de aplicación son muy comunes y generalmente a diario se ve su utilización.
Este material se encuentra presente en el petróleo crudo y en su composición el elemento más
destacado es el betumen. Según expertos el nombre de este material, proviene como recuerdo
del mar muerto que se conocía con el nombre de Lago Asfaltites. Este lago se localizaba en la
cuenca del río Jordán. En la actualidad este sitio es un lugar donde de manera natural se forma
una mezcla compleja de hidrocarburos sólidos.
Este material generalmente se ve en las lagunas de cuencas petroleras, como es el lago de
Guanoco, popularizado por ser el lago de asfalto más extenso del mundo. Este posee alrededor
de 4 km² de extensión y 75 millones de barriles de este material en estado natural. El asfalto se
obtiene una vez se encuentra dilatado el petróleo. Hace un gran tiempo este material no es
explotado, puesto que, este es un subproducto sólido que se obtiene en las refinerías petroleras,
3
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
justo cuando se presenta los que se conoce como craqueo o fragmentación del petróleo. Esta es
una forma más económica de obtención de este producto.
¿De donde proviene el asfalto?
4
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
1.5. PROPIEDADES FISICAS Y QUÍMICOS DEL ASFALTO
PROPIEDADES FISICAS:
El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y
duradero; capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas
permanentes. Componente natural de la mayor parte de los petróleos, en los que existe en
disolusión y que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo pesado. Es una
sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se le
combina usualmente. Su color varía entre el café oscuro y el negro; de consistencia sólida,
semisólida o líquida, dependiendo de la temperatura a la que se exponga o por la acción de
disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.
COMPOSICIÓN QUÍMICA:
Es de mucha utilidad un amplio conocimiento de la constitución y composición química de los
afaltos, para el control de sus propiedades físicas y así obtener un mejor funcionamiento en la
pavimentación.
5
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Al igual que el petróleo crudo, el asfalto, es una mezcla de numerosos hidrocarburos parafínicos,
aromáticos y compuestos heterocíclicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno; casi en su
totalidad solubles en sulfuro de carbono.(Ver apéndice A)
La mayoría de los hidrocarburos livianos se eliminan durante el proceso de refinación, quedando los
más pesados y de móleculas complejas. Al eliminar los hidrocarburos más ligeros de un crudo, los
más pesados no pueden mantenerse en disolución y se van uniendo por absorción a las particulas
coloidales ya existentes, aumentando su volumen dependiendo de la destilación que se les dé. Las
moléculas más livianas constituyen el medio dispersante o fase continua. Los hidrocarburos
constituyentes del asfalto forman una solución coloidal en la que un grupo de moléculas de los
hidrocarburos más pesados(asfaltenos) están rodeados por moléculas de hidrocarburos más
ligeros(resinas), sin que exista una separación entre ellas, sino una transición, finalmente, ocupando
el espacio restante los aceites.(Ver figura #5)
Un concepto más amplio sobre la constitución es que el asfalto consta de tres componentes
mayoritarios. El primero se describe como una mezcla de asfaltenos que son moléculas complejas
de alto peso molecular, insoluble en hidrocarburos parafínicos y soluble en compuestos aromáticos
como el benceno. El segundo componente descrito es una mezcla de resinas y el tercero aceite
mineral. Estos tres constituyen un sistema coloidal como el explicado anteriormente. Los asfaltenos
cargan con la responsbilidad de las características estructurales y de dureza de los asfaltos, las
resinas le proporcionan sus propiedades aglutinantes y los aceites la consistencia adecuada para
hacerlos trabajables.
Los asfaltos contienen fracciones bituminosas1 insolubles en parafinas.
Como ya se dijo, cerca del 90 al 95% del peso del asfalto esta compuesto por carbono e hidrógeno,
o lo que se había denominado como hidrocarburos. La porción restante consiste de dos tipos de
átomos; metálicos o diatómicos. Las moléculas diatómicas, como el oxígeno, nitrogeno o azufre,
muchas veces reemplazan a los átomos de carbón en la estructura molecular del afalto. Esto
contribuye a muchas de las singulares propiedades químicas y físicas de los
asfaltos; causando mucha de la interacción entre las moléculas. El tipo y cantidad de moléculas
diatómicas que existan en el asfalto se deberá tanto a la fuente de crudo como a la edad de éste.
Las moléculas como el azufre, reaccionan más fácilmente que el carbón y el hidrógeno para
incorpora oxígeno. La oxidación es la parte primaria, en el contexto del proceso de envejecimient o,
la evaporación o volatilización y degradación asociados con la fotodegradación por la luz también
contribuyen.
Los átomos metálicos, como el niquel, el vanadio o el hierro están presentes muy levemente, casi
menos de un 1%. La significancia de la presencia de los metales es que actuan como huella digital
de la fuente de crudo de la que proviene el asfalto.(Ver tabla #2)
Los componentes del asfalto pueden ser separados y evaluados usando la solubilidad de sus
moléculas en diferentes disolventes. Los métodos más usados son el método cromatográfico de
Corbett(el usado por la ASTM) y el método de precipitación de Rostler. Las fracciones genéricas
determinadas en estos métodos son mezclas complejas con propiedades variables y no son
especies químicas discretas.(Ver fig. #3)
La estructura molecular del asfalto es extremadamente compleja y varía en tamaño y tipo de enlace
químico con cada fuente o mezcla. Hay tres tipos básicos de moléculas: cíclicas, acíclicas y
aromátics.(Ver fig. #4) Los acíclicos o parafínicos son lineales, en tres dimensiones, en forma de
cadena y son grasosos por naturaleza. Los cíclicos o nafténicos, son anillos de carbono saturados,
tridimensionales. Los aromáticos son planos, anillos estables de carbono que se agrupan fácilmente
y tienen un fuerte olor. Todos estos tipos interactúan para manejar el comportamiento físico -químico
del asfalto.
6
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Los enlaces sosteniendo juntas las moléculas son débiles por lo que se rompen fácilmente con calor
o presión; lo que explica la viscosidad del asfalto.
En el asfalto, las moléculas polares forman redes dándole a éste sus propiedades elásticas, y las no
polares forman el cuerpo alrededor de la red contribuyendo con sus propiedades viscosas. Estas
moléculas, polares y no polares, existen de forma homogénea. La formación de la red polar en la
mezcla caliente del asfalto depende del tipo de agregado mineral o del medio ambiente al momento
de la mezcla. La mezcla homogénea polar-no polar es esencial para el buen desenvolvimiento del
asfalto.
1.6. TIPOS DE ASFALTOS
a. Asfaltos sólidos o duros:
Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10. Además de sus
propiedades aglutinantes e impermeabilizantes, posee características de flexibilidad, durabilidad
y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes.
b. Asfaltos líquidos
También denominados asfaltos rebajados o cutbacks, son materiales asfálticos de consistencia
blanda o fluida por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de
penetración, cuyo límite máximo es 300.
c. Asfalto de curado rápido
Cuando el disolvente es del tipo de la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de
curado rápido y se designan con las letras RC(Rapid Curing), seguidos por un número que indica
el grado de viscosidad cinemática en centiestokes.
7
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
d. Asfalto de curado medio:
si el disolvente es queroseno, se designa con las letras MC (Medium Curing), seguidos
con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes.
e. Asfalto de curado lento:
su disolvente o fluidificante es aceite liviano, relativamente poco volátil y se designa por
las letras SC (Slow Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad
cinemática medida en centiestokes.
1.7. CLASIFICACION DE CEMENTOS ASFALTICOS
Los cementos asfálticos se clasifican bajo tres sistemas diferentes, ellos son: viscosidad,
viscosidad después del envejecimiento y penetración. Cada sistema abarca diferentes grados,
cada uno con diferentes grados de consistencia.
Viscosidad: Este es el sistema más usado en los Estados Unidos.
La Tabla 1.1 muestra el sistema en forma de tablas. En el sistema de viscosidad el poise es la
unidad normal de medida para viscosidad absoluta. Refiriéndose a la Tabla 1.1, se observa que
cuanto más alto es el número de poises más viscoso es el asfalto.
El AC-2.5 (Cemento asfáltico con una viscosidad de 250 poises a 60 ° C ó 140 ° F) es conocido
como un asfalto “blando”. El AC-40 (Cemento asfáltico con una viscosidad de 4000 poises a 60
° C ó 140 ° F) es conocido como un asfalto “duro”.
Viscosidad después del envejecido:
La idea es identificar cuáles son las características de viscosidad después de que se ha colocado
el asfalto en el pavimento. Para poder simular el envejecimiento que ocurre en la planta asfáltica
durante el mezclado, el asfalto debe ser ensayado en el laboratorio utilizando un ensayo patrón
de envejecimiento.
El residuo asfáltico que queda después del envejecimiento es clasificado, posteriormente, de
acuerdo a su viscosidad. Una vez más la unidad normal de medida es el poise.
La Tabla 1.2 identifica los posibles grados bajo este sistema. En la Tabla 1.2 la abreviación “AR”
corresponde a “residuo envejecido”. Obsérvese que el AR-10 (viscosidad de 1000 poises) se
conoce como un asfalto “blando”, mientras que el AR-160 (viscosidad de 16 000 poises) se
conoce como un asfalto “duro”.
8
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Tabla 1.1.- REQUISITOS PARA CEMENTO ASFALTICO CLASIFICADO POR VISCOSIDAD A
60º C (Clasificación basada en asfalto original)
¹ Si la ductilidad es menor que 100, el material será aceptado si la ductilidad a 15.6º C tiene un
valor mínimo de 100
² El uso de la prueba de mancha es opcional. El ingeniero deberá especificar el tipo de solvente
usado cuando se va a usar la prueba. En el caso de los solventes de xileno, deberá de especificar
el porcentaje de xileno a ser usado .
³ El uso de requisito de perdida por calentamiento es opcional.
Tabla 1.2.- REQUISITOS PARA CEMENTO ASFALTICO CLASIFICADO POR VISCOSIDAD A
60º C (Clasificación basada en el residuo del ensayo de RTFO)
9
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Fuente: Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en caliente del Asphalt
Institute. Serie de Manuales N° 22 (MS-22).
¹ AASHTO 179 (TFO) puede ser usado, pero AASHTO T 240 deberá ser el método de referencia.
² Si la ductilidad es menor que 100 el material será aceptado si la ductilidad a 15.60 C tiene un
valor / mínimo de 100.
Penetración:
El tercer método usado para clasificar asfaltos es el de penetración. La figura 1.2 muestra como
se efectúa el ensayo de penetración. Una aguja normal se deja penetrar dentro de la muestra de
asfalto bajo una carga dada. La distancia que la aguja penetra en la muestra en un tiempo
determinado es medida en décimas de milímetro (0.1 mm). Un grado 200-300 indica que la aguja
penetró en la muestra, bajo condiciones específicas, de 200 a 300 décimas milímetro. Esto es
indicación de un asfalto “blando”. Un grado 40-50, por otro lado, es indicación de un asfalto “duro”
en el cual la aguja fue capaz de penetrar solamente de 40 a 50 décimas de milímetro. La Tabla
1.3 muestra los distintos grados incluidos bajo este sistema.
Tabla 1.3.-Sistema de Clasificación por Penetración
REQUISITOS PARA UNA ESPECIFICACIÓN PARA CEMENTO ASFALTICO AASHTO M 20
10
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Nota: El uso de la prueba de mancha es opcional. El ingeniero deberá especificar el tipo de
solvente usado cuando se va a usar la prueba. En el caso de los solventes de xileno, deberá de
especificar el porcentaje de xileno a ser usado .
1.8. ASFALTOS MODIFICADOS
Introducción
La modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la
pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el
fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores
climatológicos y del tránsito (peso vehicular).
Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes
más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de
las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el
fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente
contar con un ligante de mejores características adhesivas.
Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas
Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en proporción, sus propiedades pueden influir de
manera significativa en su comportamiento. El tipo de mezcla será el que, en gran medida, determine la
contribución hecha por el ligante sobre todo el conjunto. Generalmente, las propiedades de las mezclas con
granulometría continua dependen del enclavamiento o trabazón de los áridos, mientras que las preparadas
con altos contenidos de mortero asfáltico dependen más de la rigidez de la proporción de ligante, polvo
mineral y arena.
A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue a reblandecerse, facilitando la deformación de
la mezcla (ahuellamiento). El riesgo de aparición de estas deformaciones es aún mayor en pavimentos
sometidos a la circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y sin tener en cuenta otros
factores que pueden influir, se puede disminuir la probabilidad de aparición de estas deformaciones
aumentando la rigidez del ligante mediante el empleo de un asfalto más duro.
Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se vuelve relativamente rígido y va
perdiendo poder de resistencia a las tensiones, volviéndose frágil y siendo susceptible de fisuraciones. El
grado de susceptibilidad a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para
absorber las solicitaciones inducida por el tráfico. Disminuyendo la dureza del asfalto, se minimizará el
riesgo de fallo por fragilidad.
Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de buscar comportamientos globales satisfactorios
de la mezclas bituminosas, la elección del asfalto adecuado para cada tipo de mezclas se vuelve un
compromiso entre ambos extremos; ahuellamiento a altas temperaturas y fisuramiento por fragilidad térmica
a bajas temperaturas. Donde mejorando el comportamiento a altas temperaturas, se influye negativamente
en el comportamiento a bajas temperaturas.
Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados con polímeros.
11
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Propiedades
os polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unión de cientos o miles de moléculas pequeñas
llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman
formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termofijas que no pueden ablandarse al ser
calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos modificadores poliméricos que han dado buenos resultados.
Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural (monómero).
Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas. (Ejemplos: EVA, SBS)
Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la
solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad.
Dentro de estos tenemos:
EVA: etileno-acetato de vinilo.
EMA: Etileno-acrilato de metilo
PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena resistencia térmica, como también buen
comportamiento a bajas temperaturas.
PP: (Polipropileno).
Poliestireno: no son casi usados.
Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su posición ori ginal, es decir, son elásticos.
Dentro de estos tenemos:
Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son ejemplos de polímeros orgánicos e
inorgánicos naturales
SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico. Este es el más utilizado de los polímeros para la
modificación de los asfaltos, ya que este es el que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla
asfáltica.
SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora
ácido acrílico
EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes químicos.
Termoendurecibles: estos tienen muchos enlaces transversales que impiden que puedan volver a ablandarse al
calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos las resinas epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al
20%, son muy costosas y se utilizan para casos especiales (ejemplo: playa de camiones)
Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de
polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe
una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la proporción de
polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero
hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella.
Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del
asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con pol ímeros.
El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre todo
en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el
comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.
12
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son:
Mayor intervalo de plasticidad(diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass)
Mayor cohesión.
Mejora de la respuesta elástica.
Mayor resistencia a la acción del agua.
Mayor resistencia al envejecimiento.
Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores:
Tipo y composición del polímero incorporado.
Característica y estructura coloidal del asfalto base.
Proporción relativa de asfalto y polímero.
Para que los asfaltos con polímeros consigan las prestaciones óptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el
asfalto base (es necesario que los polímeros sean compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la
dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. Cada polímero tiene un tamaño de partícula de
dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por encima de esta el polímero solo actúa como
un filler; y por debajo de esta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y
la resistencia.
Para analizar la compatibilidad de los polímeros con el asfalto base tenemos:
a. Criterio del índice de IMAMURA.
b. Mediante tablas de solubilidad.
Los polímeros compatibles producen rápidamente un asfalto estable, usando técnicas convencionales de
preparación. Estos sistemas convencionales de preparación de asfaltos modificados con polímeros son grandes
recipientes de mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la
recirculación con agitadores mecánicos de corte de gran velocidad. El polímero puede venir en polvo, en forma de
pequeñas bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de polímero utilizado.
En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos especializados para la preparación de
A.M.P, estas centrales producen asfaltos modificados con polímeros que alcanzan altas prestaciones.
Especificaciones
En razón que los asfaltos presentan un comportamiento reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero
incrementa su componente elástica. Los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden
elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos modificados, de ahí que deba recur rirse a
otros tipos de ensayos. Un método que ha sido adoptado en muchos países de Europa, es el de "Recuperación
elástica", basado en el ensayo convencional de "Ductilidad".
Hasta el momento no se tiene conocimiento de una especificación para asfaltos modificados con polímeros
modificados por parte de instituciones oficiales. Sí se conocen especificaciones que se ajustan a
determinados productos comerciales; en estas especificaciones se incluyen, entre otros ensayos, el "Punto de
fractura Fraass" y el ensayo de "Recuperación elástica".
13
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO
Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las propiedades de los
ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados,
es decir, en mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito
o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los
polímeros modifican las propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio;
los campos de aplicación más frecuentes son:
Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior
al 20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy
buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada viscosidad
para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del
envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).
Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de polímeros en este tipo de mezclas es
para aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la
rapidez de aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de tráfico. Estas se utilizan para
trabajos de conservación de rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia y con una buena
textura superficial.
La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad, elevado porcentaje de filler (8 a
10%) y un asfalto modificado con polímeros.
La buena textura superficial para mejorar la adherencia de los vehículos se consigue mediante una
granulometría discontinua (discontinuidad 2-6mm)
En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa subyacente (esta también influye
en la durabilidad). Estas también deben ser resistentes, para soportar la acción del tránsito y el
desprendimiento de los áridos.
Estas mezclas son denominadas también microaglomerados y tienen espesores menores a los 30 mm.
Mezclas densas: Para la aplicaciones en las cuales se deban soportar tráfico intenso la mezcla bituminosa
debe ser resistente al ahuellamiento. Al mismo tiempo, el material debe poder ser mezclado, extendido y
compactado a temperaturas normales y no se debe volver frágil cuando la temperatura del pavimento
descienda.
Muestra de mezcla asfáltica convencional.
Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.
Como puede observarse existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos sobre una muestra de
mezcla asfáltica convencional y otra con una mezcla asfáltica modificada con polímeros, la mezcla
modificada puede hacer frente al ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra muestra.
14
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con el fin de reducir la posibilidad
de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán asfaltos modificados con polímeros, preferentemente
de naturaleza elástica, para que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.
Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos modificados con asfaltos modificados con
polímeros son capaces de asimilar mayores tensiones iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla
convencional.
Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los A.M.P y las emulsiones con ellos fabricadas, son
adecuados para riegos en vías de fuerte intensidad de tráfico y/o en zonas climáticas de temperaturas extremas,
porque el ligante debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura y una buena susceptibilidad
térmica, con el fin de evitar exudación del ligante durante el verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno.
Membrana absorbente de tensiones: estas membranas tienen como misión retardar la propagación de fisuras de un
firme a un nuevo refuerzo, por lo que deben estar fabricadas con A.M.P para tener buena resistencia mecánica,
resiliencia y flexibilidad para absorber las tensiones provocadas por el movimiento de las fisuras del firme.
Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con ligantes modificados con polímeros
En función de no contar con experiencias muy válidas en cuanto a la durabilidad de mezclas bituminosas
modificadas con polímeros, se hacen necesarios implementar métodos de laboratorio para evaluar el
comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento.
Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y largo plazo se emplean los
métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research Program).
Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros componentes de los asfaltos durante
su funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se realizan para determinar la alteración que
sufren los A.M.P recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el calentamiento de
la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la muestra para luego ser ensayada, puede
afectar las propiedades de ciertos polímeros y falsear los resultados.
Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos ocurre durante los procesos de
mezclado y colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el
pavimento (envejecimiento a largo plazo).
Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y RTFOT.
Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el envejecimiento PAV.
En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el envejecimiento a corto plazo el ensayo
STOA y para el largo plazo el LTOA.
Se han realizado ensayos (los mencionados precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas
bituminosas modificadas con polímeros llegando a la conclusión que los A.M.P, tienen un índice de
envejecimiento más bajo que los convencionales.
Conclusión
A manera de conclusión se pueden enumerar una serie de ventajas y desventajas de los asfaltos
modificados con polímeros.
Ventajas
1. Disminuye la suceptibilidad térmica
Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamiento.
15
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.
1. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor
elasticidad.
2. Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas.
3. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas.
4. Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla.
5. Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados
para el mezclado.
6. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando
la propagación de las fisuras.
7. Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante, pues los sitios más activos del asfalto
son ocupados por el polímero.
8. Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio, demuestran su excelente resistencia
al cambio de sus propiedades características.
9. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación.
10. Fácilmente disponible en el mercado.
11. Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado.
12. Mayor resistencia al derrame de combustibles.
13. Reduce el costo de mantenimiento.
14. Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.
15. Aumenta el módulo de la mezcla.
16. Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo.
17. Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas asfálticas.
18. Permite un mejor sellado de las fisuras.
19. Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas moderadas.
20. No requieren equipos especiales.
Desventajas
1. Alto costo del polímero.
2. Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles con el asfalto base (existen aditivos
correctores).
3. Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la mezcla.
4. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios.
5. La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su rápido endurecimiento
Evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto modificado, sin embargo, si hacemos
un análisis del costo a largo plazo (es decir, la vida útil de la vía); podemos concluir que el elevado costo inicial
queda sobradamente compensado por la reducción del mantenimiento futuro y el alargamiento de la vida de servici o
del pavimento.
1.9. USOS DE LOS PAVIMENTOS
USOS MÁS COMUNES DEL ASFALTO EN INGENIERIA – CIVIL A) PAVIMENTOS.
Uno de los principales usos que se le dan a los asfaltos es, entre otros, como material aglutinanteen la elaboración de carpetas asfálticas para la construcción de pavimentos fexibles. TRATAMIENTOS ESPECIALES
Consiste en una delgada capa de desgaste, de espesor comúnmente menor de 2.50 cm,compuesta de dos o más aplicaciones de asfalto liquido cubierto con áridos.El tratamiento superficiales un tipo de carpeta económica que da buenos resultados durante unperiodo limitado de tiempo. Puede emplearse como un paso durante la construcción por etapas.El tratamiento superficial da una capa de una capa de desgaste impermeable adecuada para traficoligero.Los materiales empleados en la construcción de carpetas asfálticas son 2: productos asfalticos ymaterial pétreo. Estos 2 materiales deben seleccionarse adecuadamente, teniendo en mente lafunción que desempeñan bajo las distintas condiciones de tránsito y clima a que están sometidos.
16
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
B) IMPERMEABILIZANTES.
Los asfaltos soplados u oxidados se producen cuando se hace pasar aire a través de los asfaltoscalentados, esto con el fin de darle las características necesarias para ciertos usos especiales.Su uso en carreteras está limitado en gran medida a la impermeabilización de estructuras y alrelleno de juntas de los pavimentos de concreto hidráulico.También es común utilizarlo como impermeabilizante e la construcción de cimientos en obrasciviles.En nuestro medio es muy utilizado como impermeabilizante en techos, desde pequeñas casas,habitaciones, hasta grandes obras de ingeniería y su aplicación es relativamente sencilla ya quesolo se requiere de mínima experiencia en el trabajo de impermeabilizantes, lo que se puederecomendar a las personas que lo utilizan, como por lo general se somete a altas temperaturas. C) OBRAS HIDRAULICAS.
El principal uso en obras hidráulicas es como relleno en las juntas en la construcción de canales.Los objeticos a cumplir en las estructuras hidráulicas son varios, entre ellos podemos citar:- Evitar la pérdida de agua.- Proteger las laderas de la erosión.- Disminuir el rozamiento.- Reducir el servicio de conservación. D) OTROS TIPOS DE APLICACIONES.
Entre los tipos de usos que enunciaremos, algunos se han aplicado principalmente en estadosunidos.- Revestimiento de canales con membrana enterrada.- Revestimiento de presas.- Revestimientos asfalticos para instalaciones de tratamiento de aguas residuales- Aplicación de asfaltos en la impermeabilización de cubiertas.
PAVIMENTOS DE CALZADAS La primera vez que se emplea el firme es en Asia, en las vías
que construyó el Imperio Hitita. En Creta en el Minoico Medio (2.300 – 1.700 a. de C.), se utilizó
como pavimento en la vía procesional que discurre desde las proximidades del mar hasta el
palacio de Knossos, grandes losas de piedra asentadas sobre capas de arcilla, piedra y yeso.
Generalmente la piedra utilizada es caliza por su abundancia en la zona y trabajabilidad aunque
en contadas ocasiones se emplea la arenisca. (Fig. 0). En Babilonia (600 a. de C.), en la avenida
procesional de AiburShabu, se emplean también losas como pavimento.(Fig. 1). La base del
firme consta de varias hiladas de bloques de terracota unidos por asfalto
CAPITULO II
EMULSIONES ASFALTICAS
Una emulsión asfáltica consiste de una dispersión de finas gotas de asfalto, estabilizadas en
una fase acuosa, por la presencia de un agente emulsificante, obteniéndose un producto
relativamente fluido. Pueden ser usadas sin adición de calor o de solventes, además, pueden
ser bombeadas, almacenadas y aplicadas a temperaturas mucho más bajas que con otro
tipo de utilización del asfalto.
Básicamente, una emulsión está constituida por asfalto, agua, un emulsificante, y en algunos
casos, según los requerimientos, cierto tipo de aditivo.
17
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Las emulsiones asfálticas, pueden ser utilizadas en una gran variedad de aplicaciones,
desde la construcción, mantenimiento y pavimentación de carreteras y aeropuertos, hasta
aquellas en las que el objetivo que se persigue es un cubrimiento que actúe como una capa
protectora; entre las más importantes se tiene:
• Fabricación de morteros asfálticos para impermeabilización.
• Impermeabilizaciones en automóviles, viviendas, y tableros de puentes.
• Construcción de carpetas de rodamiento.
• Control de erosión de suelos.
• Bacheos.
• Cubrimientos anticorrosivos de tuberías subterráneas.
• Riegos especiales de protección de taludes, canales, obras hidráulicas.
• Riegos de curado, de penetración y de imprimación.
• Estabilización de suelos, lechadas bituminosas, riegos de adherencia.
• Riegos antipolvo en la industria del carbón.
18
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
2.1 EMULSIONES ASFALTICAS CONVENCIONALES Y MODIFICADOS CON POLIMEROS
Las emulsiones asfálticas convencionales y modificadas desde las propiedades físico-químico se pueden definir como una dispersión fina estabilizada de un líquido en otro, no miscibles entre sí. La emulsión asfáltica es un producto obtenido por la dispersión de una fase asfáltica en una base acuosa, estabilizada en forma de pequeños glóbulos obtenido mediante la fuerza mecánica proporcionada por un molino coloidal y suspendidos con ayuda de un emulsificante, donde las partículas se cargan eléctricamente.
Una emulsión asfáltica tiene tres componentes básicos: asfalto, agua y un emulsificante. En algunas ocasiones el agente emulsificante puede contener un aditivo. Para aplicaciones de mayor desempeño se agrega un ingrediente más, el polímero para modificar la emulsión.
TDM Asfaltos, produce emulsiones asfálticas convencionales y modificadas con polímeros elastomericos SBR y SBS, a fin de atender todas necesidades de los especialistas en pavimentos.
a) EMULSIONES ASFÁLTICAS CONVENCIONALES
Las emulsiones asfálticas convencionales son pequeñas partículas o glóbulos de asfalto suspendidas en agua que contiene un agente emulsificante. Cuando se realiza la aplicación, las partículas de asfalto se depositan sobre los agregados ocasionando la ruptura de la emulsion y la completa separación del agua.
FICHAS TÉCNICAS Emultec CSS-1 Emultec CSS-1H Emultec CRS-1 Emultec CRS-2 Emultec CMS-2 Emultec CMS-2H
19
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
b) EMULSIONES ASFÁLTICAS MODIFICADAS CON POLIMEROS
Las emulsiones asfálticas modificadas con polímeros elastomericos son pequeñas partículas o glóbulos de asfalto con polímero o de asfalto modificado con polímero, suspendidas en agua que contiene un agente emulsificante. Los polímeros elastomericos pueden estar dispersos en la fase líquida de la emulsión, en forma de particulas de látex de SBR o pueden estar disueltos en el ligante asfáltico emulsificado, que es el caso del polímero SBS.
Cuando se realiza la aplicación, las partículas de asfalto modificado con polímero se depositan sobre los agregados ocasionando la ruptura de la emulsion y finalmente el curado del residuo asfaltico, proporcionando propiedades físico-químicas mejoradas al asfalto residual.
TDM Asfaltos produce emulsiones asfálticas modificadas con polímeros elastomericos SBR o SBS de alto desempeño.
FICHAS TÉCNICAS Emultec CSS-1P Emultec CSS-1HP Emultec CRS-1P Emultec CRS-1HP Emultec CRS-2P Emultec CRS-2HP Emultec CMS-1P Emultec CQS-1HP
VENTAJAS
La presencia del polímero elastomerico en el ligante asfaltico le proporciona mejores propiedades reologicas, proporcionándole elasticidad, mayor viscosidad, mayor punto de ablandamiento, menor susceptibilidad térmica y con mayor resistencia al envejecimiento debido al aire y a los rayos ultravioleta, resumiéndose en mejor desempeño y mayor tiempo de vida útil.
APLICACIONES Riegos
o Tratamientos superficiales (monocapa, bicapa, etc) o Sellos de arena o Riego de liga o Sellado de fisuras Morteros asfalticos (slurry seal)
o Slurry seal para Sellado de fisuras o Slurry seal de apertura lenta al trafico o Slurry seal de apertura rapida al trafico o Slurry seal modificados con polimeros Micro-pavimentos (micro-surfacing)
o Micropavimento de apertura rapida al trafco o Micropavimento para recuperacion de huellamientos Mezclas asfalticas en frio
o Recuperacion de perfiles o Carpeta de rodamiento o Mezclas abiertas Mezclas para bacheo
o Para acopio o Mezclas hechas in-situ Mezclas densas
o Mezcla Arena-emulsion o Estabilizacion de bases granulares o Estabilización de suelos Reciclado
o Reciclado en frio in-situ o Reciclado a profundidad total
20
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
2.2. TIPOS DE EMULSIONES ASFÁLTICAS.
Las emulsiones asfálticas pueden ser clasificadas de acuerdo al tipo de emulgente usado.
En este caso podemos hablar de dos tipos, aniónicas y catiónicas:
2.2.1. Emulsiones Aniónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad negativa a los
glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga negativa.
2.2.2 Emulsiones Catiónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad positiva a los
glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga positiva.
Respecto a la estabilidad de las emulsiones asfálticas, éstas se pueden clasificar en los
siguientes tipos:
2.2.3. De Rompimiento Rápido:
Estas se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos (con excepción de
la emulsión conocida como ECR-60), la cual no se debe utilizar en la elaboración de
estas últimas.
2.2.4. De Rompimiento Medio:
Estas normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta,
especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%, así como en trabajos
de conservación tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.
2.2.5 De Rompimiento Lento:
Estas se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para
estabilizaciones asfálticas.
2.2.6 Para Impregnación:
Estas se utilizan para impregnaciones de sub-bases y/o bases hidráulicas.
2.2.7 Super Estables:
Estas se emplean en la estabilización de materiales y en la recuperación de pavimentos.
Según el contenido de asfalto en la emulsión, su tipo y polaridad, las emulsiones asfálticas
de clasifican como se muestra en la Tabla II
21
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
2.3. CLASIFICACIÓN DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS.
Según la concentración de cada fase se tienen las emulsiones directas, en las cuales la fase
hidrocarbonada se encuentra dispersa en la fase acuosa continua; y las inversas o
emulsiones de alta flotación (high float), donde la fase continua la constituye el asfalto.
Si bien las emulsiones asfálticas son clasificadas generalmente de acuerdo al tipo de
surfactante utilizado (según la carga eléctrica que rodea la partícula de asfalto), también se
considera una característica importante al caracterizar las emulsiones: la tasa de
sedimentación, que cuantifica la rapidez con la cual coalescen las partículas suspendidas de
asfalto o cuán rápido se rompe la emulsión por evaporación del agua, y que es afectada por
el tipo y concentración de emulsificante y las condiciones atmosféricas. En tal sentido se
emplean los términos RS (Rapid Setting), MS (Medium Setting) y SS (Slow Setting) para
designarlos.
Las emulsiones de Rotura Rápida (RS) se utilizan principalmente en tratamiento de
superficies. Estas emulsiones interactúan rápidamente con el agregado, y revierten la
emulsión a asfalto. Este tipo de emulsiones produce películas resistentes y algunos grados
(RS-2 y CRS-2) tienen altas viscosidades, para prevenir el escurrimiento, y que una vez
formada la capa, ésta no se despegue con facilidad. Estas propiedades la hacen ideal para
aplicaciones de rociado, tales como en bacheos, sellos arenosos y tratamientos
superficiales.
22
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Las emulsiones modificadas con polímeros (Polymer Modified Grades) son superiores a las
de grado convencional, debido a la adición de un polímero. La base asfáltica en estas
emulsiones es más adhesiva y elástica que los cementos asfálticos convencionales. Se
obtienen buenos resultados en tratamientos de superficies con menos pérdida de
agregados, y mejora la resistencia al corrimiento y al agrietamiento a bajas temperaturas.
Las emulsiones de Rotura Media (MS) son diseñadas para ser mezcladas con agregados,
ya sea en frío o en caliente, y también para el tratamiento de superficies. Estas emulsiones
no se rompen inmediatamente al contacto con el agregado, y por esta razón, algunas pueden
ser elaboradas en una planta y la mezcla resultante, transportada al lugar de la
pavimentación. Las emulsiones MS han sido usadas con éxito en mezclas de emulsiones de
grado abierto, en reciclado de pavimentos y en mezclas en frío en plantas centrales.
Las emulsiones HF (High Float = de alta flotación) tienen una calidad específica
que permite una densa película asfáltica sobre el agregado, sin riesgo de escurrimiento.
Esta película gruesa asegura un mejor cubrimiento del agregado y baja susceptibilidad a la
humedad. Las emulsiones HF crean una estructura de gel en el asfalto residual, que reduce
la susceptibilidad a la temperatura del producto final. Estas presentan una espesa película
de asfalto para mantener alta rigidez en un clima caliente y menor rigidez (más elástico) en
climas fríos. Las HF son buenas para sellos baratos (bacheos) donde el cubrimiento del
agregado es completo. En las emulsiones HF modificadas con polímeros, el rendimiento de
las emulsiones HF es incrementado. El asfalto residual de estas emulsiones provee una
mezcla con alta fuerza adherente, además de una buena capacidad para soportar cargas al
ser el pavimento un poco más flexible.
Las emulsiones de Rotura Lenta (SS) son diseñadas para un tiempo máximo de mezcla con
los agregados. Su largo tiempo para la manipulación asegura buen cubrimiento con grados
densos, de agregados con un alto contenido de finos. Su aplicación se extiende, además de
la pavimentación, a otros usos industriales.
Para tales propósitos, la viscosidad de las emulsiones es baja y puede ser reducida aún más
con la adición de agua. Si se desea aumentar la velocidad de rotura, puede ser añadido un
pequeño porcentaje de cemento Portland o cal hidratada, durante la producción de la
mezcla. Otras aplicaciones de estas emulsiones incluyen bases de grado denso y bases
para estabilización. Una aplicación diferente a la pavimentación ha sido en el tratamiento de
suelos que han sido sembrados y fertilizados. El asfalto forma una película delgada que
retiene las semillas en su lugar, absorbe y conserva el calor solar requerido para la
germinación.
Con respecto a la nomenclatura para la identificación de las emulsiones, se utiliza el prefijo
C en las emulsiones de tipo catiónicas, por ejemplo CSS y CRS representan emulsiones
catiónicas de sedimentación lenta y rápida, respectivamente. Cuando no aparece la letra C
se asume que la emulsión es del tipo aniónica o no-iónica. Este sistema también incluye la
clasificación de la emulsión de acuerdo al grado de viscosidad que posea. De esta manera,
se utilizan los sufijos 1 y 2 para designar a emulsiones cuyas viscosidades Saybolt Furol, a
122 °F, se encuentran en los rangos 20-100 y 100-400 s, respectivamente. Cuando se ha
utilizado un asfalto duro (penetración de 40-50 a 77 °F) en la manufactura de la emulsión,
se suele colocar la letra h como sufijo.
23
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Cuando no aparece la letra h se sobreentiende que se ha utilizado un asfalto con penetración
entre 100-200. Por ejemplo, CSS-1h representa a una emulsión catiónica de sedimentación
lenta con viscosidad entre 20 y 100 s, en la que se ha utilizado un asfalto con penetración
40 a 90.
2.4.- PROCESO DE OBTENCIÓN DE EMULSIÓN.
La emulsionación es el proceso mediante el cual se obtiene una emulsión a través de la
agitación de una mezcla de agua, aceite y surfactante. Existen tres métodos generales para
obtener emulsiones:
1) la emulsificación física por ruptura de gotas.
2) la emulsificación por inversión de fases.
3) la emulsificación espontánea.
Los dos últimos métodos se pueden describir como procesos con basamento químico, ya
que la naturaleza final de la emulsión es controlada principalmente por la química del sistema
(naturaleza de los aditivos, temperatura, fracciones de las dos fases, etc.), mientras que el
primer método, depende más de las propiedades reológicas y químicas de los componentes .
Existe una gran variedad de equipos o métodos mecánicos para hacer emulsiones, la tabla
4 muestra una lista de ellos, no obstante, la práctica de muchos de estos métodos son
limitados y de poca importancia.
Generalmente la fabricación de emulsiones asfálticas se realiza en molinos de coloides (ver
figura 19), especialmente si se utiliza un agente emulsionante del tipo catiónico. Las
emulsiones hechas con emulsionantes aniónicos frecuentemente pueden fabricarse con
equipos de menor energía suministrada, como los mezcladores simples.
24
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
El proceso llevado a cabo en un molino coloidal, consiste principalmente en introducir el
asfalto caliente al molino, y al mismo tiempo se alimenta agua emulsionante a una
temperatura apropiada (ver figura 20); el asfalto caliente asegura una baja viscosidad.
El asfalto y el agua emulsionante, al pasar por el molino coloidal, se someten a intensas tensiones
de cizallamiento, lo cual hace que el asfalto se divida en pequeñas gotas dentro del agua, dando
lugar a la emulsión. La emulsión formada se bombea a través de un intercambiador de calor y el
exceso de calor producido se utiliza para calentar el agua emulsionante antes de entrar al molino
tal como se detalla en la figura 21 correspondiente a una planta típica de fabricación de
emulsiones asfálticas.
25
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
2.5.- USO DE EMULSIONES ASFALTICAS.
Las emulsiones asfálticas tienen gran aplicabilidad dentro de la industria de los materiales
de construcción. Estas se pueden usar para diversas aplicaciones dependiendo si contienen
o no agregados, según:
Sin agregados
- Riegos
- Tratamientos y sellado.
Con agregados
- Tratamientos superficiales.
- Tratamientos antifisuras.
- Lechadas o slurrys.
- Reciclados.
- Mezclas en frío
2.5.1. Uso de emulsiones asfálticas sin agregados.
Las emulsiones asfálticas se utilizan en distintas industrias: sellados, recubrimiento de
cañerías, sellados de techos y azoteas, agricultura, fijación de médanos, pellets para
deposición de residuos industriales y radiactivos, aislaciones, lagunas y reservorios de
aguas o efluentes, impermeabilización de canales de riego y por supuesto trabajos viales.
Riego
El riego consiste en la distribución, rociado uniforme de la emulsión asfáltica de manera tal
que el mismo sea uniforme. Estos riegos no requieren la utilización de agregados. La forma
más común de efectuar el riego de la emulsión asfáltica es utilizando un camión regador.
Este regador debe estar provisto con una bomba para obtener un riego uniforme.
26
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Riego de liga:
Es la aplicación de la emulsión asfáltica sobre un pavimento ya existente y se utiliza para
obtener una buena adherencia con la nueva capa asfáltica a construir,
La emulsión comúnmente usada para este trabajo es la emulsión de tipo catiónico de ruptura
rápida. En algunos casos se utilizan emulsiones medias. El objetivo es lograr una capa fina
y uniforme de emulsión la cual liberará el asfalto luego de romper. Es importante determinar
la cantidad de emulsión a aplicar de acuerdo al estado de la carpeta existente. Esta cantidad
será lo suficiente para lograr una adecuada adherencia entre las capas asfálticas evitando
los excesos que podrían provocar exudación del asfalto.
2.5.2. Uso de emulsiones asfálticas con agregados.
Tratamientos superficiales.
Los tratamientos superficiales mediante riego con gravilla tienen su origen en Francia en
1871 con la utilización de alquitranes provenientes del residuo de la producción de gas para
alumbrado. El método consistía en aplicar el alquitrán a temperatura ambiente sobre la
calzada para luego hacerlo arder. En 1896 Cirardeau desarrolla la técnica aplicando el
alquitrán en caliente, pero su gran difusión se da en las postrimerías de la primera guerra
mundial. Con la aparición de las emulsiones asfálticas, la técnica toma un nuevo auge.
Hoy en día, el tratamiento superficial simple consiste en la aplicación de la emulsión sobre
una superficie cualquiera de un camino, seguida de una capa de agregado pétreo de un
tamaño aproximadamente uniforme. Se pueden hacer dos o tres aplicaciones sucesivas y
alternadas de emulsión asfáltica y de agregado pétreo (tratamiento bicapa y tricapa, ver
figura 14). El espesor máximo de los tratamientos es de aproximadamente una pulgada.
Los áridos a emplear en tratamientos superficiales son procedentes de trituración de piedra
caliza o grava natural.
Tratamientos antifisuras.
Las fisuras (ver figura 15) pueden clasificarse por la forma de agruparse, por sus
características geométricas y por su origen. Su tratamiento puede hacerse mediante una
27
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
emulsión asfáltica, esto retarda el nuevo inicio de las fisuras, aunque luego dependerá de la
capa de aglomerado que pongamos sobre esta. Las lechadas asfálticas clásicas con
emulsiones asfálticas se pueden modificar con la incorporación de fibras para poder
incorporar una mayor cantidad del ligante.
En la actualidad se ha desarrollado un geotextil impregnado que sirve como elemento de
retención absorbiendo una cantidad de ligante, mientras que el asfalto asegura la
estanqueidad, facilita la unión entre las capas y disipa los movimientos horizontales entre los
bordes de la fisura. Se utilizan emulsiones catiónicas modificadas.
Lechadas o Slurrys.
Las lechadas asfálticas y los micropavimentos (microsurfacing) son técnicas modernas de
tratamientos superficiales. Ambas se pueden usar para procedimientos preventivos o
correctivos de la superficie del pavimento. Para aplicarlas comúnmente se utilizan equipos
autopropulsados (ver figura 17) en los cuales se realiza la mezcla de los componentes y su
extendido aunque se pueden utilizar mezcladores comunes y extenderlas manualmente.
Las lechadas asfálticas son la combinación de un agregado denso con emulsión asfáltica,
agua, filler mineral y aditivos (si son necesarios) la cual es aplicada en una fina capa para
recubrir y proteger el pavimento. Es una mezcla rica en asfalto la cual se puede aplicar en
28
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
rutas nacionales, provinciales, calles urbanas, aeropuertos, áreas de estacionamiento,
caminos laterales, etc. Su espesor típico se encuentra entre 3 y 14 mm.
Esta técnica se puede realizar sobre pavimentos nuevos o ya existentes, sobre asfalto o
concretos, así como también sobre bases estabilizadas (por ejemplo suelo-arenaemulsión).
El principio de esta técnica consiste en obtener, por la combinación de todos los
componentes, una mezcla con la consistencia de una lechada la cual es esparcida sobre el
pavimento, ver figura 17. Tan pronto como se realiza la mezcla un proceso químico comienza
para culminar con el rompimiento de la emulsión y la cohesión de la mezcla.
La combinación de un agregado adecuado con emulsión asfáltica permite optimizar esta
técnica.
La velocidad de este proceso depende de la química del agregado y del filler, la formulación
de la emulsión, el tipo y la concentración del aditivo y de la temperatura. La lechada asfáltica
puede ser formulada para obtener una de las dos variedades: una apertura al tránsito de 2
a 4 horas o una apertura al tránsito de menos de 1 hora.
Siempre es mas conveniente desarrollar una emulsión considerando el agregado a utilizar y
las características de la obra (contenido de finos, clima, tráfico, tipo de mezclador, etc.). Las
emulsiones generalmente son de ruptura lenta pero también se pueden usar superestables
o emulsiones más rápidas.
Reciclados.
El reciclado en frío puede ser realizado mediante emulsiones asfálticas en planta o insitu.
En planta, el reciclado se logra mediante el transporte del material recuperado de un
pavimento existente a un depósito central, donde el material se trabaja con una unidad de
procesamiento (como un mezclador continuo). In-situ, el reciclado se logra utilizando una
máquina recicladora móvil. Las etapas del reciclado in-situ pueden notarse en la figura
18.
Diferentes surfactantes y aditivos son utilizados para variar las dosificaciones de manera de
ajustar una emulsión a una aplicación específica. Dado que el tipo de material que se mezcla
con la emulsión tiene una gran influencia en la estabilidad (tiempo de quiebre), es importante
que al fabricante de la emulsión le sea entregada una muestra representativa del material
que debe ser reciclado. Cualquier tipo de filler activo que se debe añadir en conjunto con la
emulsión asfáltica debe ser también suministrado para permitir desarrollar y ensayar la
formulación correcta de la emulsión.
Las emulsiones asfálticas son susceptibles a la temperatura y presión. Las condiciones que
van a hacer que el asfalto se separe de la suspensión (lentamente como “floculación”, o
29
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
instantáneamente como “quiebre instantáneo”) deben ser claramente entendidas para evitar
de que esto ocurra en terreno. De igual manera, el fabricante debe conocer las condiciones
predominantes en terreno para permitir una formulación correcta, incluyendo
los detalles de todas las bombas que serán utilizadas para transferir la emulsión entre los
estanques y para suministrar la barra con aspersores en la recicladora.
Por ejemplo, el mezclado de emulsiones aniónicas con catiónicas resulta en un quiebre
instantáneo y bloqueo de bombas y cañerías con asfalto viscoso. Esto puede ser prevenido
marcando y almacenando las emulsiones cuidadosamente y asegurando que los sistemas
de distribución estén libres de residuos de la utilización anterior.
De manera de ganar resistencia, una mezcla de emulsión debe expulsar el exceso de agua,
o curar. A pesar de que algunos materiales estabilizados con emulsión asfáltica pueden
alcanzar su resistencia total en un período corto de tiempo (un mes), el curado puede tardar
más de un año para algunos materiales. La longitud de este período está afectada por el
contenido de humedad del terreno, la interacción emulsión/agregado, el clima local
(temperatura, precipitación y humedad) y el contenido de vacíos de la mezcla.
La adición de cemento tiene un impacto significativo en la tasa de ganancia de
resistencia. Esto es particularmente útil cuando el tráfico debe ser acomodado en una capa
reciclada poco tiempo después del tratamiento.
2.6.- MEZCLAS ASFALTICAS EN PAVIMENTOS.
2.6.1.- EMPLEO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE FIRMES.
Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de firmes, ya sea en capas de
rodadura o en capas inferiores y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos, aparte de transmitir suficientemente las cargas debidas al tráfico a la explanada para que sean soportadas por ésta.
Se tienen que considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de
un firme: 1. La Función Resistente, que determina los materiales y los espesores de las capas
que habremos de emplear en su construcción. 2. La Finalidad, que determina las condiciones de textura y acabado que se deben exigir
a las capas superiores del firme, para que resulten seguras y confortables. A estas capas superiores de le denomina pavimento.
Las tipologías de los firmes de acuerdo a su comportamiento y respuesta se pueden dividir en los siguientes tipos: a) Firmes Flexibles. (Base Granular).
Constituidos por capas de sub–base y base de material granular, y por un tratamiento
30
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
superficial o por una capa de mezcla asfáltica de espesores muy delgados que pueden ir hasta los 10 cm. regularmente, las capas granulares resisten fundamentalmente la acción del tráfico, la capa de rodadura sirve para impermeabilizar el firme, resistir los efectos abrasivos del tráfico y proporcionar una rodadura cómoda y segura. b) Firmes Flexibles. (Base Asfáltica). Compuesto por una base y un pavimento asfáltico y el cual está constituido por una capa intermedia y otra de rodadura, la sub–base puede ser granular o bien tratada con un ligante hidráulico o hidrocarbonado. c) Firmes Semi–rígidos. (Base tratada con ligantes hidráulicos). Constituido por una capa de base tratada con ligantes hidráulicos, o de concreto, la sub–base suele ser de material granular, pudiendo ser estabilizada, el pavimento está formado por una o dos capas de mezcla asfáltica (rodadura e intermedia). d) Firmes Rígidos. (Pavimentos de hormigón). Están formados por una losa de hormigón colocada directamente sobre la explanada, o sobre una capa de base granular o estabilizada o un hormigón pobre, la losa de hormigón actúa como capa de rodadura.
2.6.2.- FUNCIONALIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN LOS FIRMES.
Las mezclas asfálticas como ya hemos visto anteriormente sirven para soportar directamente las acciones de los neumáticos y transmitir las cargas a las capas inferiores, proporcionando unas condiciones adecuadas de rodadura, cuando se emplean en capas superficiales; y como material con resistencia simplemente estructural o mecánica en las demás capas de los firmes. Como material simplemente estructural se pueden caracterizar de varias formas. La evaluación de parte de sus propiedades por la cohesión y el rozamiento interno es comúnmente utilizada; o por un módulo de rigidez longitudinal y un módulo transversal, o incluso por un valor de estabilidad y de deformación. Como en otros materiales hay que considerar también, la resistencia a la rotura, las leyes de fatiga y las deformaciones plásticas. El comportamiento de la mezcla depende de circunstancias externas a ellas mismas, tales como son el tiempo de aplicación de la carga y de la temperatura. Por esta causa su caracterización y propiedades tienen que estar vinculadas a estos factores, temperatura y duración de la carga, lo que implica la necesidad del conocimiento de la reología del material. Las cualidades funcionales del firme residen fundamentalmente en su superficie. De su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como: 1. La adherencia del neumático al firme. 2. Las proyecciones de agua en tiempo de lluvia. 3. El desgaste de los neumáticos. 4. El ruido en el exterior y en el interior del vehículo. 5. La comodidad y estabilidad en marcha. 6. Las cargas dinámicas del tráfico. 7. La resistencia a la rodadura (consumo de carburante). 8. El envejecimiento de los vehículos.
31
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
9. Las propiedades ópticas. Estos aspectos funcionales del firme están principalmente asociados con la textura y la regularidad superficial del pavimento.
2.6.3.- CLASIFICACION DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS
• Mezclas asfálticas en caliente
• Mezclas asfálticas en frío.
a) MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y se define como mezcla
asfáltica en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados
incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las
partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de
ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto,
eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse
a una temperatura muy superior a la ambiente.
Se emplean tanto en la construcción de carreteras, como de vías urbanas y
aeropuertos, y se utilizan tanto para capas de rodadura como para capas inferiores
de los firmes. Existen a su vez subtipos dentro de esta familia de mezclas con
diferentes características. Se fabrican con asfaltos aunque en ocasiones se recurre al
empleo de asfaltos modificados, las proporciones pueden variar desde el 3% al 6%
de asfalto en volumen de agregados pétreos.
b) MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO
Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfálticas, y su principal campo de
aplicación es en la construcción y en la conservación de carreteras secundarias. Para
retrasar el envejecimiento de las mezclas abiertas en frío se suele recomendar el
sellado por medio de lechadas asfálticas.
Se caracterizan por su trabajabilidad tras la fabricación incluso durante semanas, la
cual se debe a que el ligante permanece un largo periodo de tiempo con una
viscosidad baja debido a que se emplean emulsiones con asfalto fluidificado: el
aumento de la viscosidad es muy lento en los acopios, haciendo viable el
almacenamiento, pero después de la puesta en obra en una capa de espesor
reducido, el endurecimiento es relativamente rápido en las capas ya extendidas
debido a la evaporación del fluidificante. Existe un grupo de mezclas en frío, el cual
se fabrica con una emulsión de rotura lenta, sin ningún tipo de fluidificante, pero es
menos usual, y pueden compactarse después de haber roto la emulsión. El proceso
de aumento paulatino de la resistencia se le suele llamar maduración, que consiste
básicamente en la evaporación del agua procedente de la rotura de la emulsión con
32
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
el consiguiente aumento de la cohesión de la mezcla.
CAPITULO III
ASFALTOS LÍQUIDOS
3.1. DEFINICION:
Son materiales constituidos por mezclas de cementos asfálticos y solventes de hidrocarbonados de diferentes rangos de destilación, que le imparten a los asfaltos diluidos sus distintos tiempos de corte o curado. Se trata de productos líquidos a temperatura ambiente y que se aplican en frío. Los más utilizados son los de Curado Medio ( MC) y los de Curado Rápido ( RC) y emulsiones asfálticas cocnvenciconales y modificadas con polímeros. Son recomendados con demostrados y excelentes resultados en imprimaciones, lechadas asfálticas, riesgos de liga, tratamientos superficiales, micropavimentos y estabilización de suelos en superficies con necesidades de impermeabilización.
ASFALTO LIQUIDO MC 30
ASFALTO MC-30
Es un asfalto cortado de curado medio, color negro y estado normal líquido.
PROPIEDADES Consiste en un asfalto diluido en solventes, de uso en frío. La consistencia
de este producto permite riegos homogéneos sobre la superficie a aplicar.
APLICACION Se utiliza principalmente como imprimante en bases estabilizadas antes de
colocar un pavimento asfáltico. También puede utilizarse como riego matapolvo.
RENDIMIENTOS Dependiendo las características de la base estabilizada a imprimar se
utiliza en dosificaciones entre 0,8 y 1,2 lts/m2
ENVASES Se suministra en tambores de 200 litros, o a granel en camiones estanques.
ESPECIFICACIONES A continuación se muestra tabla con especificaciones de Asfaltos
Cortados de Curado Medio.
33
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
ASFALTO LIQUIDO RC 250
También llamado ASFALTO LIQUIDO DE CURADO RAPIDO (RC) , es una mezcla de ASFALTO DE PENETRACION con un destilado de petróleo muy volátil, del tipo de gasolina, que imparten a los asfaltos diluidos sus distintos tiempos de corte o curado. Se trata de productos líquidos a temperatura ambiente y que se aplican en frio. El número de 250 asociados con el nombre indica la viscosidad cinemática permisible en cst a 60°C (144°F), la viscosidad del producto depende del tipo de ASFALTO DE PENETRACION, de la volatilidad del solvente y de la proporción de los componentes. Forma de uso
Preparación de mezcla asfáltica para pavimentación en frio (Asfalto en frio). Riego de imprimación (Sellado para la construcción de carreteras). Riego de adherencia. Preparación de carpeta asfáltica en frio. Riego de liga. Estabilización de suelos para bases y sub bases. Lechadas asfálticas. Tratamiento superficial. Micro pavimentos y estabilización de suelos.
ASFALTO MC 70
También se le llama ASFALTO LÍQUIDO DE CURADO MEDIO (MC), material constituido por mezcla de cemento asfalticos y solventes de hidrocarbonados del petróleo. Usos
Imprimaciones de suelos. Lechadas Asfálticas. Riego de Ligas. Tratamiento Superficiales. Micro pavimentos y estabilización de suelos.
BREA DURA 180°
34
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Es un residuo de la pirolisis de un material orgánico o destilación de alquitranes. Como demuestra el experimento de la gota de brea, es líquida a temperatura ambiente, pese a que parece sólida pues tiene una viscosidad muy alta. Presentación
Bloque Sólido x 14 Kilos. Bloque Sólido x 01 Kilos.
USOS
Para pegado de pisos de parquet y vinílicos. Para pintado de techos de granjas. Para impermeabilizar todo tipo de cubiertas y techos. Diluido este producto se puede pintar con soplete, brochas, escobas, etc. Para impermeabilizar todo material de intemperie. 2.3.- PREPARACION DE LAS MUESTRAS (PROBETAS) DE ENSAYO
Las probetas de ensayo de las posibles mezclas de pavimentación son preparadas haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de asfalto. El margen de contenidos de asfalto usado en las briquetas de ensayo esta determinado con base en experiencia previa con los agregados de la mezcla. Este margen le da al laboratorio un punto de partida para determinar el contenido exacto de asfalto en la mezcla final. La proporción de agregado en las mezclas esta formulada por los resultados del análisis granulométrico. Las muestras son preparadas de la siguiente manera: 1. El asfalto y el agregado se calientan completamente hasta que todas las partículas del
agregado estén revestidas. Esto simula los procesos de calentamiento y mezclado que ocurren en la planta. 2. Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall como
preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la mezcla al golpearla. 3. Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall de compactación.
El número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de la cantidad de tránsito para la cual está siendo diseñada. Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo número de golpes. Así, una probeta Marshall de 35 golpes recibe, realmente un total de 70 golpes. Una probeta de 50 golpes recibe 100 impactos. Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO MARSHALL
Existen tres procedimientos de ensayo en el método del ensayo Marshall. Estos son: determinación del peso específico total, medición de la estabilidad Marshall, y análisis de la densidad y el contenido de vacíos de las probetas. � DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECIFICO-TOTAL
El peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de peso específico es esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos. El peso específico total se determina usando el procedimiento descrito en la norma AASHTO T 166. ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA
35
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
El ensayo de estabilidad esta dirigido a medir la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga que ocurre en la mezcla. El procedimiento de los ensayos es el siguiente: 1. Las probetas son calentadas en el baño de agua a 60º C (140º F). Esta temperatura
representa, normalmente, la temperatura más caliente que un pavimento en servicio va a experimentar. 2. La probeta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el aparato Marshall. El
aparato consiste de un dispositivo que aplica a una carga sobre la probeta y de unos edidores de carga y deformación (fluencia). 3. La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm (2 pulgadas)
por minuto hasta que la muestra falle. La falla esta definida como la carga máxima que la briqueta puede resistir. 4. La carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura del medidor de
fluencia se registra como la fluencia. � VALOR DE ESTABILIDAD MARSHALL
El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente. Durante un ensayo, cuando la carga es aplicada lentamente, los cabezales superior e inferior del aparato se acercan, y la carga sobre la briqueta aumenta al igual que la lectura en el indicador del cuadrante. Luego se suspende la carga una vez se obtiene la carga máxima. La carga máxima indicada por el medidor es el valor de Estabilidad Marshall. Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la deformación existe una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno, entonces un valor más alto será mucho mejor. Para muchos materiales de ingeniería, la resistencia del material es, frecuentemente, una medida de su calidad; sin embargo, este no es necesariamente el caso de las mezclas asfálticas en caliente. Las estabilidades extremadamente altas se obtienen a costa de durabilidad. � VALOR DE FLUENCIA MARSHALL
La fluencia Marshall, medida en centésimas de pulgada representa la deformación de la briqueta. La deformación esta indicada por la disminución en el diámetro vertical de la briqueta. Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado plásticas y tiene tendencia a deformarse bajo las cargas del tránsito.
ANALISIS DE DENSIDAD Y VACIOS Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar un análisis de densidad y vacíos para cada serie de Probetas de prueba. El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada. � ANALISIS DE VACIOS Los vacíos son las pequeñas bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de agregado revestidas de asfalto. El porcentaje de vacíos se calcula a partir del peso específico total de cada probeta compactada y del peso específico teórico de la mezcla de pavimentación (sin vacíos). Este último puede ser calculado a partir de los pesos específicos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado, o directamente mediante un ensayo normalizado (AASHTO T 2091) efectuado sobre la muestra de mezcla sin compactar. El peso específico total de las probetas compactadas se determina pesando las probetas en aire y en agua.
36
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
• Análisis de Peso Unitario El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso específico total de la mezcla por 1000 Kg/m3 (62.4 lb/ft3). • Análisis de VMA Los vacíos en el agregado mineral, VMA, está definidos por el espacio intergranular de vacíos que se encuentra entre las partículas de agregado de la mezcla de pavimentación compactada, incluyendo los vacíos de aire y el contenido efectivo de asfalto, y se expresan como un porcentaje del volumen total de la mezcla. El VMA es calculado con base en el peso específico total del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen de agregado (determinado mediante el peso específico total del agregado) del volumen total de la mezcla compactada. • Análisis de VFA Los vacíos llenos de asfalto, VFA, son el porcentaje de vacíos intergranulares entre las partículas de agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los vacíos de aire de VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando el valor final como un porcentaje. METODO PROPUESTO DE ILLINOIS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS EN FRIO EMULSION-AGREGADO (*) Este es un método de diseño para mezclas en frío basado en una investigación desarrollada por la Universidad de Illinois usando el método de diseño de mezclas Marshall modificado y el ensayo de durabilidad húmeda. Por ser este método recomendado para mezclas en vía o mezclas en planta preparadas a temperatura ambiente se ha visto la necesidad de modificarlo, adecuarlo al diseño de mezclas con emulsiones tibias, siendo este un aporte de esta tesis. El objetivo de este método es proveer la cantidad adecuada de asfalto residual que económicamente estabilice el material granular con el fin de dar la resistencia o estabilidad requerida para soportar las aplicaciones de carga sin una deformación permanente excesiva o rotura por fatiga, por otro lado volver a la mezcla suficientemente inerte a los efectos de cambio de humedad. RESUMEN DEL METODO
El procedimiento de diseño comprende las siguientes partes principales: 1) Ensayos de calidad del agregado: Se realizan ensayos para determinar las propiedades del agregado y su conveniencia para el uso en mezclas con emulsiones asfálticas. 2) Ensayos de calidad de las emulsiones asfálticas: Se realizan ensayos para determinar las propiedades y calidad de la emulsión. 3) Tipo y cantidad aproximada de emulsión: Se usa un procedimiento simplificado para estimar el contenido tentativo de asfalto residual para un agregado dado. Usando el contenido de asfalto tentativo se realizan ensayos de recubrimiento para determinar la conveniencia y tipo de emulsión, cantidad de emulsión y agua requerida en la premezcla. 4) Humedad de compactación: Usando un contenido de asfalto residual tentativo y el agua requerida en la mezcla, se preparan mezclas y se airean a varios contenidos de humedad, la mezcla se compacta entonces dentro de moldes Marshall para luego ser curadas en seco durante un día y ensayadas en estabilidad Marshall modificado. 5) Variación del contenido de asfalto residual: Usando el contenido de agua requerido en la mezcla y la humedad de compactación óptima se preparan mezclas variando el contenido de
37
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
asfalto residual. Si el contenido de agua óptimo de compactación es menor que el mínimo contenido de agua de mezcla requerido antes de la compactación, se requiere aireación. Las mezclas se compactan entonces dentro de moldes Marshall y se curan al aire durante tres días. Las muestras se ensayan para determinar su densidad Bulk, estabilidad Marshall modificada y flujo. 6) Selección del contenido óptimo de asfalto: Se elige el contenido óptimo de asfalto como el
porcentaje de emulsión a la cual la mezcla de pavimento satisface de la mejor manera todos los criterios de diseño. ENSAYOS SOBRE LOS 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 le material. 3.2. 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. ENSAYOS SOBRE LA EMULSION ASFALTICA
Las especificaciones de entidades para emulsiones , usualmente corresponden a los ensayos estándar y especificaciones de la ASTM o de la AASHTO y se listan a continuación: Catiónicas ASTM D 2397 AASHTO M 208 En algunos casos se exigen especificaciones adicionales para otros tipos de emulsiones tales como emulsiones de alta flotación (HFE). Estas especificaciones difieren un poco de entidad a entidad y deben ser comprobadas antes de la evaluación para el uso de mezclas emulsión-agregado. Se requiere aproximadamente un galón (4 lt.) de cada tipo de emulsión y grado considerado para el proyecto y para cada tipo de agregado por evaluar durante el diseño de la mezcla. CONTENIDO ASFALTO RESIDUAL TENTATIVO
El contenido de asfalto residual se calcula en base al análisis granulométrico del agregado.
38
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Utilizaremos tres métodos de cálculo los que al promediarlos dan directamente el porcentaje de cemento asfáltico, con respecto a la mezcla total. Estos métodos son: METODO FRANCES
SE = (1/100)* ( 0.237 G + 1.60 g + 12.85 A + 117.8 F ) Donde: SE = Area Superficial o Superficie Específica G = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz 3/4 y se retiene en el tamiz N° 04 g = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 04 y se retiene en el tamiz N° 40 A = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 40 y se retiene en el tamiz N° 200 F = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200
Del gráfico de M. Duriez ( Supeficie Específica vs Porciento de Cemento Asfáltico) calculamos el porcentaje de Cemento Asfáltico para las emulsiones.
FIGURA Nº 4.3.- Gráfica M. Duriez, Superficie Específica Vs % de Cemento Asfáltico METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (USA)
P = 0.035 a + 0.045 b + kc + K Donde: P = Porcentaje de cemento asfáltico respecto al peso de la mezcla a = Porcentaje de agregado retenido en el tamiz Nº 10 b = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 10 y se retiene en el tamiz N° 200 c = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200 k = Toma los siguientes valores:
0.20 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200 varia del 11% al 15%
0.18 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200 varia del 06% al 10%
0.15 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200 es menos del 05% K = Varia de 0 a 2, dependiendo del grado de absorción de los pétreos. Alta absorción : K = 2
39
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
METODO DE LA SECRETARIA DE ASENTAMIENTOS HUMANOS Y OBRAS PUBLICAS (SAHOP).- MEXICO
P = (n/100)* ( 0.41 G + 2.05 g + 15.38 A + 53.3 F ) Donde: P = Porcentaje de cemento asfáltico mínimo para cubrir el pétreo, respecto al peso del árido. G = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz 3/4 y se retiene en el tamiz N° 04 g = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 04 y se retiene en el tamiz N° 40 A = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 40 y se retiene en el tamiz N° 200 F = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200 n = Indice asfáltico TIPO DE MATERIAL n Gravas o arenas de río o materiales redondeados de baja absorción 0.55
Gravas angulosas redondeadas, triturados de baja absorción 0.60 Gravas angulosas o redondeadas de alta absorción y rocas trituradas de absorción media
0.70
Rocas trituradas de alta absorción 0.80 ENSAYO DE RECUBRIMIENTO
La selección del tipo y grado de emulsión asfáltica para ser usada en un proyecto particular se basa en gran parte en la capacidad de la emulsión para recubrir adecuadamente el agregado de trabajo. Algunos factores que afectan la selección son:
Tipo de agregado
Gradación del agregado y características de los finos
Contenido de agua del agregado
Disponibilidad de agua en el sitio de la construcción. Más de un tipo de emulsión es a menudo aceptable para una agregado dado, la selección debe basarse en las propiedades de la mezcla determinadas por comparación con otros tipos de mezcla. Otros factores adicionales que no pueden ser avaluados en le momento de diseño del diseño de la mezcla pero que deben ser tenidos en cuenta en el momento de la construcción son:
Clima anticipable durante el tiempo de construcción. Tipo y proceso de mezcla Selección del equipo de construcción y procedimiento de campo usado.
El ensayo de recubrimiento se realiza mezclando el agregado con una cierta cantidad de agua y emulsión en donde se estima visualmente el recubrimiento como porcentaje del área total. Para el caso de mezclas con emulsiones tibias el agregado, el agua y la emulsión han sido entibiados hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 70 ºC y mezclados a esta temperatura. La habilidad de una emulsión para recubrir un agregado es usualmente afectado por el contenido de agua de premezcla en el agregado. Esto es especialmente cierto para agregados que contiene un alto porcentaje de material que pasa el tamiz Nº 200, donde insuficiente agua de premezcla resulta en una aglutinamiento del asfalto con los finos y por lo tanto un recubrimiento insuficiente. Por esta razón el ensayo de recubrimiento se ejecuta a diferentes contenidos de agua del agregado. Las emulsiones que no cumplan con el ensayo de recubrimiento no serán usadas posteriormente.
PROCEDIMIENTO
a. Obtener muestras representativas de cada tipo de emulsión y agregado considerada para el proyecto.
40
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
b. Calentar hasta un rango de temperatura comprendido entre 70 ºC a 80 ºC los agregados, el agua y la emulsión. De preferencia el agregado deberá estar completamente seco, en caso contrario se calcula el contenido de humedad para luego ser corregido.
c. Pesar una cierta cantidad de agregados grueso y fino en la combinación adecuada para la mezcla.
d. Colocar la combinación de agregado tibios en un recipiente de mezcla e incorpore un X% de agua tibia (70-80 ºC), como porcentaje en peso del agregado seco y mezcle hasta que el agua se disperse totalmente. El agua debe ser añadida en una corriente delgada y el agregado mezclado hasta que el agua se disperse totalmente. e. Añadir la cantidad de emulsión asfáltica tibia como porcentaje en peso de agregado seco.
La emulsión debe ser añadida también en una corriente delgada para minimizar la tendencia del asfalto a formar grumos con el agregado fino. Aproximadamente 5 minutos
de mezclado son usualmente satisfactorios. En el caso del mezclado manual este debe ser lo suficientemente enérgico para dispersar el asfalto por toda la mezcla.
f. Calcular el contenido de agua de premezcla, como la cantidad de agua agregada al agregado antes de la emulsión más el contenido de humedad del agregado, en caso que no estuviese totalmente seco.
g. Permitir el secado al aire de la mezcla o con la ayuda de una estufa, prepare nuevas mezclas repitiendo los pasos anteriores añadiendo un incremento del 1% de agua. Las mezclas que comienzan a ser fluidas o a segregarse se consideran inaceptables. h. Calificar la apariencia de la mezcla seca por estimación visual del área superficial del
agregado cubierto con asfalto. Para cada contenido de agua de premezcla anote el recubrimiento estimado como un porcentaje del área total. Recubrimiento del agregado
mayor del 50% debe considerarse aceptable, si la mezcla no obtiene el 50% de recubrimiento con ningún contenido de agua la emulsión debe ser rechazada para posterior consideración.
El agua de premezcla debe ser suficiente para obtener una dispersión óptima del asfalto y un incremento adicional de agua no mejora el recubrimiento. Todas las siguientes mezclas en el proceso de diseño deben realizarse con el contenido de agua de premezcla calculado.
CONTENIDO OPTIMO DE AGUA EN LA COMPACTACIÓN
Las propiedades de la mezcla están íntimamente relacionadas con la densidad de las muestras compactadas. Por tal motivo es necesidad optimizar el contenido de agua en la compactación para maximizar las propiedades de la mezcla deseada. Esto debe realizarse para cada Combinación de tipo de emulsión, grado de emulsión y tipo de agregado considerado en cada proyecto. Para determinar el contenido óptimo de agua en la compactación se preparan tres muestras para cada contenido de agua en la compactación para ser evaluada, con incrementos en el contenido de agua de 1% para definir la curva de estabilidad – contenido de agua en la compactación. Generalmente son necesarios 4 incrementos de agua para este ensayo. PROCEDIMIENTO
1. Se pesa una cierta cantidad (1000 gr.) de agregados tibios (70 – 80ºC), y luego se adiciona agua tibia (70 – 80ºC), siendo este contenido de agua el determinado por el ensayo de recubrimiento, se bate con una espátula hasta ver una masa uniforme.
2. Se adiciona la emulsión asfáltica tibia (70 – 80ºC), siendo este contenido el que se obtiene del
contenido de asfalto residual tentativo, batirlo hasta que se mezcle uniformemente. El contenido de agua de la mezcla será la suma del agua adicionada más el agua contenida en la emulsión.
3. Se deja airear la mezcla para reducir el contenido de agua. Airee las sucesivas muestras
41
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
con un 1% de incremento de agua en peso de agregado. 4. Una vez que la muestra haya llegado al contenido de agua deseado, se compactan usando
los moldes Marshall y se dejan curar por 24 horas antes de retirarlas del molde. 5. Se ensaya las muestras por estabilidad Marshall y se prepara un gráfico de Estabilidad
Marshall Modificado vs. Contenido de Agua en la compactación. Seleccione el pico de la curva como el contenido de agua óptimo en la compactación. El contenido de agua óptimo en la compactación debe ser usado en todas las siguientes compactaciones independientemente del contenido de asfalto residual.
VARIACION DEL CONTENIDO DE EMULSION En la determinación del contenido óptimo residual para la combinación de un agregado Particular y asfalto, debe realizarse una serie de ensayos sobre las muestras en una gama de contenidos de asfalto residual. Las muestras de ensayo se preparan con incrementos del 0.5% en asfalto residual teniendo dos incrementos a ambos lados del contenido de asfalto residual tentativo. Para completar el diseño de la mezcla se realizan los siguientes ensayos y análisis con los datos contenidos de la muestra compactada:
Gravedad específica Bulk Estabilidad y flujo Marshall modificado de las muestras secas. Estabilidad y flujo a 22.2 ± 1.1°C de las muestras después de 4 días de inmersión Análisis de densidad y vacíos. Humedad de absorción durante el ensayo de inmersión.
ENSAYOS QUE SE APLICAN PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LOS ASFALTOS
(MODIFICADOS Y CONVENCIONALES)
Para determinar las características de los materiales asfalticos, asi como unos comportamientos,
existen pruebas de Laboratorio que tienen por objeto dar conocer las propiedades, tanto físicas
como mecánicas a esfuerzos y a temperatura extremas, según sea el caso. Acontinuación se
presentará la descripción de quizá las mas importantes.
PRUEBAS APLICADAS A ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMERO
Las pruebas que aquí se presentan no son aplicadas a asfaltos sin modificar ni asfaltos que se
modifiquen durante el proceso de elaboración de la mezcla asfáltica. También se hace mención
que stos métodos de ensayo quizá con algunas variantes, empezaron a aplicarse en los países
que primero utilizaron el asfalto modificado. Algunos de la Unión Europea como España y Francia
y su primera normatividad estaba aplicada a los asfaltos modificados para impermeabilizante,
que usan un alto porcentaje de modificador.
RECUPERACION ELASTICA POR EL DUCTILOMETRO KOCH (AASHTO) TF 31R-2.
Esta prueba tiene por objeto medir la habilidad de un material para recuperarse después de una
elongación, o la resistencia a una deformación permanente. Este método es aplicable a asfaltos
modificados con polímeros SBS, SB, SBR o Neopreno Latex y consiste en aplicar una muestra
42
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
de asfalto en una capsula de dimensiones conocidos a una temperatura de 25 °C, es un esfuerzo
de torsión con un cilindro en un eje haciendo un giro de 180 °C y después de 30 minutos se
determina el angulo recuperando por el cilindro al soltarse el esfuerzo aplicado.
METODO DE PRUEBA DE ROLAMIENTO DE PELICULA DELGADO ASTM D2872 (RTFO).
Este procedimeinto simula el envejecimiento del asfalto el cual ocurre durante procesos de
mezcla en planta. Una pequeña cantidad de asfalto es vaciado a un tubo de vidrio el cual es
colocado en un rack rotatorio en un horno. La muestra se mantiene en el horno. La muestra se
mantiene enel horno a 163°C por 85 minutos. Los resultados de esta prueba pueden ser usados
para seleccionar el asfalto que no endurecia demasiado y que no sea susceptible a rompimientos.
VISCOSIDAD ROTACIONAL BROOKFIELD. NORMA SCT: M.MMP. 4.05.005
Medir las propiedades del asfalto a altas temperaturas, para determinar las características de
mezclado y compactación. El asf lto es vaciado en una cámara de calentamiento. Un spindle
estándar es insertado en el soporte rotatorio. La fuerza requerida para rotar el spindle es la
medida de la viscosidad. En el laboratorio o en campo para determinar las temperaturas de
mezclado y compactación, además de asegurar que no se presenten problemas de manejo y
bombeo. Es usado en asfaltos modificados los cuales pueden taponear los tubos capilares del
viscosímetro absoluto.
RECUPERACION TORSIONAL. CEDEZ NLT-329-91
Mide la recuperación visco elástica de un aglutinante sometido a torsión. Este método es
aplicable a asfaltos modificados con polímeros SBS, SB, SBR o Neopreno Latex y consiste en
aplicar una muestra de asfalto en una capsula de dimensiones conocidas a una temperatura de
25°C, un esfuerzo de torsión con un cilindro en un eje haciendo un giro de 180°C y después de
30 minutos se determina el ángulo recuperado por el cilindro al soltarse el esfuerzo aplicado.
SEPARACION DIFERENCIA ANILLO-ESFERA, °C. NORMA SCT:
MMP.4.05.022,AASHTO:TF31R-1
El objetivo de esta prueba es verificar si el polímero está bien incorporado y no existe Separación
al sujetarlo a altas y bajas temperaturas. Estos procedimientos es aplicable a asfaltos
modificados con los polímeros del tipo SB o SBS. El método consiste con observar la separación
de un polímero en el asfalto mediante una muestra que se sujeta a altas temperaturas durante
un tiempo y después se coloca en un congelador.
PRUEBAS APLICABLE A ASFALTOS CONVENCIONALES
Las pruebas que enseguida se men cionan se realizan también para emulsiones modificadas
VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL ASTM D 88 y D244 (secciones 28 -30) y AASHTO T-59
La medida de la viscosidad de una emulsion es la consistencia o la resis tencia para fluir. Esta
prueba tiene por objeto determinar la viscosidad “ SAYBOLT FUROL” de las emulsiones
asfálticas a la temperaturas de 25 y 50°C establecidas para realizar las prueba estándar
RESIDUO POR DESTILACION CONTENIDO DE AGUA Y DE DISOLVENTES ASTM D 244
(secciones 9 – 13) y AASHTO T -59
43
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Esta prueba tiene por objeto determinar las proporciones de agua y de residuo asfaltico
contenidos en la emulsión; el residuo de la destilación puede utilizarse para efectuar las pruebas
de penetración, ductilidad y solubilidad en tetracloruro de carbono.
RETERNIDO EN MALLA N° 200 ASTM D 244 (secciones 44-47)
El objeto de esta prueba es determinar cuantitativamente el contenido de asfalto presente en
forma de glóbulos relativamente grandes y que pueden obstruir el espesor y la uniformidad de la
película de asfalto sobre las partículas del agregado pétreo; además de que los tamaños de los
glóbulos indican una buena o mala estabilidad de la emulsión para permanecer en ese estado.
Los glóbulos grandes indican que la emulsión va a tener una tendencia a sedimentarse y por lo
tanto, esto puede causar su rompimiento.
ASENTAMIENTO (ESTABILIDAD) ASTM D244 (secciones 35-38,58-64) y AASHTO – 59
Nota: La descripción de este método es el original tal como lo señala la ASTM pero hay varias
modificaciones, especialmente en el tipo de probeta empleada. La idea básica original se ha
conservado. La prueba de asentamiento y de estabilidad se corre en la misma forma, la diferencia
es que la primera es a 5 dias y la segunda a 1 dia.
DEMULSIBILIDAD ASTM 244 (sección 31-34) y AASHTO T-59
La prueba de demulsibilidad es usada para medir la resistencia al rompimiento en la estabilidad
de la emulsión
DUCTILIDAD ASSTHO T 228
La ductilidad es una medidas de cuando puede ser estirada una muestra de asfalto antes de que
se rompa en dos. La ductilidad es medida mediante una prueba de “extensión “, en donde una
probeta de cemento asfaltico es extendido o estirada a una velocidad y a una temperatura
especifica. El estiramiento continua hasta que el hilo de cemento asfaltico se rompa. La longitud
del hilo de material en el momento del corte se mide en centímetros y se denomina ductilidad de
la muestra.
PENETRACION ASTM D5 y AASHTO T -49
Este método describe un procedimiento para determinar la penetración de materiales
bituminosos semisólidos o solidos. La muestra se funde y en fría bajo condiciones normalizadas.
La penetración se mide por medio del penetro metro empleando una aguja estándar que se aplica
a la muestra. La penetración de un material bituminoso es la distancia en decimas de milímetro
que a una aguja estándar penetra verticalmente en la muestra, bajo condiciones normalizadas
de temperatura, carga y tiempo.
PUNTO DE ABLANDAMIENTO ANILLO-ESFERA. NORMA SCT: M.MMP. 4.05009 ASTM: D-36
El ablandamiento de los materiales asfalticos, generalmente no se efectúa en un momento o a
una temperatura defenidos. A medida que esta aumenta en forma gradual e imperceptible,
44
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
cambian de un estado frágil o excesivamente espeso o de flujo lento, a un estado liquido mas
blando y menos viscoso. Por este motivo, la determinación de la temperatura de ablandamiento
se debe hacer bajo condiciones no arbitrarias y exactamente definidas por el método, para que
los resultados obtenidos puedan ser comparables.
3.3.- DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
A) DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
En una mezcla asfáltica en caliente de pavimentación, el asfalto y el agregado son
combinados en proporciones exactas: Las proporciones relativas de estos materiales
determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el desempeño de la
misma como pavimento terminado. Existen dos métodos de diseño comúnmente utilizados
para determinar las proporciones apropiadas de asfalto y agregado en una mezcla. Ellos son
el método Marshall y el Método Hveem. En el presente estudio sólo trataremos el método
Marshall. Ambos métodos de diseño son ampliamente usados en el diseño de mezclas
asfálticas de pavimentación. La selección y uso de cualquiera de estos métodos de diseño
de mezclas es, principalmente, asuntos de gustos en ingeniería, debido a que cada método
contiene características y ventajas singulares. Cualquier método pude ser usado con
resultados satisfactorios.
CARACTERISTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLA
Una muestra de mezcla de pavimentación preparada en el laboratorio puede ser analizada
para determinar su posible desempeño en la estructura del pavimento. El análisis está
enfocado hacia cuatro características de la mezcla, y la influencia que estas puedan tener
en el comportamiento de la mezcla. Las cuatro características son: ¾ Densidad de la mezcla
¾ Vacíos de aire, o simplemente vacíos. ¾ Vacíos en el agregado mineral. ¾ Contenido de
asfalto.
DENSIDAD
La densidad de la mezcla compactada está definida como su peso unitario (el peso de un
volumen específico de la mezcla). La densidad es una característica 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 análisis del diseño de mezclas, la densidad de la
mezcla compactada se expresa, generalmente, en kilogramos por metro cúbico. La densidad
es calculada al multiplicar la gravedad específica total de la mezcla por la densidad del agua
(1000 kg/m3). La densidad obtenida en el laboratorio se convierte la densidad patrón, 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 compactación
in situ logra las densidades que se obtienen usando los métodos normalizados de
compactación de laboratorio.
VACIOS DE AIRE (o simplemente vacíos)
Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que están presentes
entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es necesario que todas las
mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacíos para permitir alguna
45
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
compactación adicional bajo el tráfico, y proporcionar espacios adonde pueda fluir el asfalto
durante su compactación adicional.. El porcentaje permitido de vacíos (en muestras de
laboratorio) para capas de base y capas superficiales está entre 3 y 5 por ciento,
dependiendo del diseño específico. La durabilidad de un pavimento asfáltico es función del
contenido de vacíos. La razón de esto es que entre menor sea la cantidad de vacíos, menor
va a ser la permeabilidad de la mezcla. Un contenido demasiado alto de vacíos proporciona
pasajes, a través de la mezcla, por los cuales puede entrar el agua y el aire, y causar
deterioro. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de vacíos puede producir exudación
de asfalto; una condición en donde el exceso de asfalto es exprimido fuera de la mezcla
hacia la superficie. La densidad y el contenido de vacíos están directamente relacionados.
Entre más alta la densidad menor es el porcentaje de vacíos en la mezcla, y viceversa. Las
especificaciones de la obra requieren, usualmente, una densidad que permita acomodar el
menor número posible (en la realidad) de vacíos: preferiblemente menos del 8 por ciento.
VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL
Los vacíos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre las
partículas de agregado en una mezcla compactada de pavimentación, incluyendo los
espacios que están llenos de asfalto. El VMA representa el espacio disponible para
acomodar el volumen efectivo de asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde en
el agregado) y el volumen de vacíos necesario en la mezcla. Cuando mayor sea el VMA más
espacio habrá disponible para las películas de asfalto. Existen valores mínimos para VMA
los cuales están recomendados y especificados como función del tamaño del agregado.
Estos valores se basan en el hecho de que cuanto más gruesa sea la película de asfalto que
cubre las partículas de agregado, más durables será la mezcla. La fig. 4.1 ilustra el concepto
de VMA y la fig. 4.2 presenta los valores requeridos.
FIGURA Nº 4.1.- Ilustración del VMA en una Probeta de Mezcla Compactada (Nota: para
simplificar el volumen de asfalto absorbido no es mostrado)
1.1.2. PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS
Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son diseñadas, 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 rocedimiento de
diseño de mezclar es el de garantizar que la mezcla de pavimentación posea cada una de estas
46
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas propiedades, cómo es
evaluada, y que representa en términos de rendimiento del pavimento.
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. Los requisitos de estabilidad solo pueden stablecerse
después de un análisis completo del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad
para un pavimento dependen del tránsito esperado. Las especificaciones de estabilidad deben
ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el tránsito esperado, pero no mas altas de
lo que exijan las condiciones de tránsito. Valores muy altos de estabilidad producen un pavimento
demasiado rígido y, por lo tanto, menos durable que lo deseado. La estabilidad de una mezcla
depende de la fricción y la cohesión interna. La fricción interna en las partículas de agregado
(fricción entre partículas) esta relacionada con características del agregado tales como forma y
textura superficial. la cohesión resulta de la capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de
fricción y cohesión interna, en la mezcla, previene que las partículas de agregado se desplacen
unas respecto a otras debido a las fuerzas ejercidas por el tráfico.
En términos generales, entre más angular sea la forma de las partículas de agregado y mas
áspera sea su textura superficial, más alta será la estabilidad de la mezcla. Cuando no hay
agregados disponibles con características de alta fricción interna, se pueden usar mezclar mas
económicas, en lugares donde se espere tráfico liviano, utilizando agregados con valores
menores de fricción interna.
La fuerza ligante de la cohesión aumenta con aumentos en la frecuencia de carga (tráfico). La
cohesión también aumenta a medida que la viscosidad del asfalto aumenta, o a medida que la
temperatura del pavimento disminuye. Adicionalmente, y hasta cierto nivel, la cohesión aumenta
con aumentos en el contenido de asfalto. Cuando se sobrepasa este nivel, los aumentos en el
contenido de asfalto producen una película demasiado gruesa sobre las partículas de agregado,
lo cual resulta en pérdida de fricción entre partículasExisten muchas causas y efectos asociados
con una estabilidad insuficiente en el pavimentos.
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. Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser
mejorada en tres formas. Estas son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una
47
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
graduación densa de agregado resistente a la separación, y diseñando y compactando la mezcla
para obtener la máxima impermeabilidad.
La mayor cantidad posible de asfalto aumenta la durabilidad porque las películas gruesas de
asfalto no se envejecen o endurecen tan rápido como lo hacen las películas delgadas. En
consecuencia, el asfalto retiene, por mas tiempo, sus características originales. Además el
máximo contenido posible de asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacíos
interconectados en el pavimento, haciendo difícil la penetración del aire y del agua. Por supuesto,
se debe dejar un cierto porcentaje de vacíos en el pavimento para permitir la expansión del asfalto
en los tiempos cálidos. Una graduación densa de agregado firme, duro, a la separación,
contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento.
Una graduación densa proporciona un contacto más cercano entre las partículas del agregado,
lo cual mejora la impermeabilidad de la mezcla. Un agregado firme y duro resiste la
desintegración bajo las cargas del tránsito. Un agregado resistente a la separación resiste la
acción del agua y el tránsito, las cuales tienden a separar la película de asfalto de las partículas
de agregado, conduciendo a la desintegración del pavimento. La resistencia de una mezcla a la
separación puede ser mejorada, bajo ciertas condiciones, mediante el uso de compuestos
adhesivos, o rellenos como la cal hidratada. La intrusión del aire y agua en el pavimento puede
minimizarse si se diseña y compacta la mezcla para darla al pavimento la máximo
impermeabilidad posible. Existen muchas causas y efectos con una poca durabilidad del
pavimento.
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. Aunque el contenido de vacíos es una indicación del paso
potencial de aire y agua a través de un pavimento, la naturaleza de estos vacíos es muy
importante que su cantidad. El grado de impermeabilidad está determinado por el tamaño de los
vacíos, sin importar si están 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 asfálticas usadas en la construcción de carreteras tienen cierto
grado de permeabilidad. Esto es aceptable, siempre y cuando la permeabilidad esté dentro de
los límites especificados.
48
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
CAUSAS Y EFECTOS DE LA PERMEABILIDAD
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.
La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parámetros de la mezcla, el tipo de
agregado, y/o la granulometría. Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje
de agregado grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden
ser difíciles de compactar. A través 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.
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). Una mezcla de granulometría
abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, más 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.
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
49
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de compactación, la resistencia a la fatiga del pavimento. (El periodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Así mismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga. Las características de resistencia y espesor de un pavimento, y la capacidad de soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con la prevención del agrietamiento asociado con cargas de tránsito. Los pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellos que se encuentran sobre subrasantes débiles. CAUSAS Y EFECTOS DE UNA MALA 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). 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 áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de 9.5 mm (38 pulgadas) a 12.5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una superficie áspera, los agregados debe resistir el pulimiento (alisamiento) bajo el tránsito. Los agregados calcáreos son más susceptibles al pulimiento que los agregados silíceos. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al deslizamiento. TABLA Nº CAUSAS Y EFECTOS DE POCA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
METODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS- DESCRIPCION
A continuación se presenta una descripción general de los procedimientos seguidos en el Diseño Marshall de Mezclas. El procedimiento completo y detallado que se debe ser seguido se encuentra en la norma AASHTO T 245 (o ASTM D1559)
50
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
PREPARACION PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS MARSHALL Como ya se discutió en el capítulo de materiales, diferentes agregados y asfaltos presentan diferentes características. Estas características tienen un impacto directo sobre la naturaleza misma le pavimento. El primer paso en el método de diseño, entonces, es determinar las cualidades (estabilidad, durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc.) que debe tener la mezcla de pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para producir esas cualidades. Una vez hecho esto, se puede empezar con la preparación de los ensayos. � SELECCION DE LAS MUESTRAS DE MATERIAL
La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y del agregado que va a ser usados en la mezcla de pavimentación. Es importante que las muestras de asfalto tengan características idénticas a las el asfalto que va a ser usado en la mezcla final. Lo mismo debe ocurrir con las muestras de agregado. La razón es simple: los datos extraídos de los procedimientos de diseño de mezclas determinar la fórmula o “receta” para la mezcla de pavimentación. La receta será exacta solamente si los ingredientes ensayados en el laboratorio tienen características idénticas a los ingredientes usados en el producto final. Una amplia variedad de problemas graves, que van desde una mala trabajabilidad de la mezcla hasta una falla prematura del pavimento, son el resultado histórico de variaciones ocurridas entre los materiales ensayados en el laboratorio y los materiales usados en la realidad. METODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS- DESCRIPCION
Acontinuación se presenta una descripción general de los procedimientos seguidos en el diseño Marshall de Mezclas. El procedimiento completo y detallado que se debe ser seguido se encuentra en la norma AASHTO T 245 (o ASTM D1559) PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS MARSHALL
Como ya se discutió en el capítulo de materiales, diferentes agregados y asfaltos presentan diferentes características. Estas características tienen un impacto directo sobre la naturaleza misma le pavimento. El primer paso en el método de diseño, entonces, es determinar las cualidades (estabilidad, durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc.) que debe tener la mezcla de pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para producir esas cualidades. Una vez hecho esto, se puede empezar con la preparación de los ensayos. � SELECCION DE LAS MUESTRAS DE MATERIAL La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y del agregado que va a ser usados en la mezcla de pavimentación. Es importante que las muestras de asfalto tengan características idénticas a las el asfalto que va a ser usado en la mezcla final. Lo mismo debe ocurrir con las muestras de agregado. La razón es simple: los datos extraídos de los procedimientos de diseño de mezclas determinar la fórmula o “receta” para la mezcla de pavimentación. La receta será exacta solamente si los ingredientes ensayados en el laboratorio tienen características idénticas a los ingredientes usados en el producto final. Una amplia variedad de problemas graves, que van desde una mala trabajabilidad de la mezcla hasta una falla prematura del pavimento, son el resultado histórico de variaciones ocurridas entre los materiales ensayados en el laboratorio y los materiales usados en la realidad. PREPARACION DEL AGREGADO
La relación viscosidad-temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe ser ya conocida para establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. En consecuencia, los procedimientos preliminares se enfocan hacia el agregado, con el propósito de identificar exactamente sus características. Estos procedimientos incluyen secar el agregado, determinar su peso específico, y efectuar un análisis granulométrico por lavado. • Secando el Agregado
51
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
El Método Marshall requiere que los agregados ensayados estén libres de humedad, tan práctico como sea posible. Esto evita que la humedad afecte los resultados de los ensayos. Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en una bandeja, por separado, y se calienta en un horno a una temperatura de 110º C (230ºF). Después de cierto tiempo, la muestra caliente se pesa y, se registra su valor. La muestra se calienta completamente una segunda vez, y se vuele a pesar y a registrar su valor. Este procedimiento se repite hasta que el peso de la muestra permanezca constante después de dos calentamientos consecutivos, lo cual indica que la mayor cantidad posible de humedad se ha evaporado de la muestra. • Análisis granulométrico por vía húmeda El análisis granulométrico por vía húmeda es un procedimiento para identificar las proporciones de partículas de tamaño diferente en las muestras del agregado. Esta información es mportante porque las especificaciones de la mezcla deben estipular las proporciones necesarias de partículas de agregado de tamaño diferente, para producir una mezcla en caliente final con las características deseadas. El análisis granulométrico por vía húmeda consta de los siguientes pasos: 1. Cada muestra de agregado es secada y pesada. 2. Luego de cada muestra es lavada a través de un tamiz de 0.075 mm (Nº 200), para remover cualquier polvo mineral que este cubriendo el agregado. 3. Las muestras lavadas son secadas siguiente el procedimiento de calentado y pesado descrito
anteriormente. 4. El peso seco de cada muestra es registrado. La cantidad de polvo mineral puede ser
determinada si se comparan los pesos registrados de las muestras antes y después del lavado. 5. Para obtener pasos detallados del procedimiento referirse a la norma AASHTO T 11.
• Determinación del Peso Específico El peso específico de una sustancia es la proporción peso - volumen de una unidad de esa sustancia comparada con la proporción peso - volumen de una unidad igual de agua. El peso específico de una muestra de agregado es determinado al comparar el peso de un volumen dado de agregado con el peso de un volumen igual de agua, a la misma temperatura. El peso específico del agregado se expresa en múltiplos del peso específico del agua (la cual siempre tiene un valor de 1). Por ejemplo, una muestra de agregado que pese dos y media veces mas que un volumen igual de agua tiene un peso específico de 2.5. El cálculo del peso específico de la muestra seca del agregado establece un punto de referencia para medir los pesos específicos necesarios en la determinación de las proporciones de agregado, asfalto, y vacíos que van a usarse en los métodos de diseño.
CONCLUSIONES
Al concluir el trabajo no sólo se tiene un mayor conocimiento sobre que es el asfalto y los millones de
usos que tiene, también, mueren varias creencias sobre el mal estado de las calles de nuestro país;
esto gracias a que ya se sabe que las averías de las calles se dan por un gran número de razones,
así es que antes de criticar un hueco se debe pensar cuales son las condiciones ambientales, que
tipo de mezcla se uso, el peso de la carga que soporta. Se ve también que es de suma importancia
para el diseño de las carreteras el tipo y la polaridad de los áridos para que sea compatible con la
polaridad del asfalto.
52
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
CAPITULO IV: OBRAS DE ARTE 4.1.-INTRODUCCION 4.2.- CONCEPTOS GENERALES General Las siguientes definiciones son útiles en los proyectos de Obras de Arte ferroviarias. Alcantarilla: estructura de luz igual o menor a 4 metros, con una diversidad de formas de acuerdo al tipo de diseño, como por ejemplo: marcos cerrados de hormigón armado, tubos de acero laminado o corrugado, losas prefabricadas. Atarjea: alcantarilla abierta en su cara superior, es decir, acequias o canales revestidos que atraviesan bajo las vías férreas. No pueden superar los 60 cm de ancho para no discontinuar la ubicación normal de los durmientes de trabajo de la vía, motivo por el cual no es aconsejable construir nuevas atarjeas. Gálibo ferroviario: espacio mínimo, libre de obstáculos, que deben tener las obras ferroviarias para que puedan circular todos los trenes en operación por la vía férrea. Infraestructura de un Puente: es la fundación de un puente, es decir, los estribos como apoyos extremos, y las cepas o pilas como apoyos intermedios. Longuerinas: vigas longitudinales, generalmente ubicadas debajo de los rieles, por lo que reciben directamente el peso por rueda del tren. Obra de Arte Ferroviaria: toda estructura que sirva para sortear un obstáculo, natural o artificial, que se interponga a la continuidad de las vías férreas, y que debe ser calculada para resistir el tráfico de trenes. Paso Inferior: puente mayor o menor, según su luz, cuyo objetivo específico es cruzar a desnivel un camino o vía vehicular. Puente mayor, o simplemente Puente: estructura con luz libre igual o mayor a 10 metros, o con varias luces menores pero que sumadas, totalizan un largo igual o mayor a 20 metros. Puente menor: estructura que tiene luces de 4 a 10 metros y que sumadas, tiene un largo total menor a 20 metros. Sifones: alcantarillas que permiten pasar líquidos por una cota inferior a sus bocas de entrada y salida. Superestructura de un Puente: se refiere a la estructura soportante del tren, es decir, los tramos del puente. Tablero: carpeta de rodado de un tren por un puente, que consta, generalmente, de travesaños, longuerinas, durmientes y rieles. Talud natural: pendiente del ángulo que forma el derrame de un terreno con la horizontal. Para este ángulo natural o uno menor, no es necesario revestir los taludes. 4.1.-INTRODUCCION 4.2.- CONCETOS GENERALES Y DEFINICIONES
PUENTES
Estructuras diseñadas y construidas para salvar el paso de ríos o profundidades delterreno, donde se
dificulta realizar un relleno y donde no es propicio o aconsejableejecutar otra obra de arte. Una
estructura de este tipo se puede construir con diversidadde diseños y materiales, como madera, acero,
concreto reforzado, preesforzado y posttensado. Siendo comunes dentro del FSDC los de concreto
reforzado y preesforzado.
VADOS Y BADENES
Son estructuras de empedrado o losa de concreto reforzado o no, fundidas en el lechodel río con la
finalidad de que permitan el paso de vehículos prácticamente entre elagua, por lo que solo son factibles
53
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
en los casos en que el río es de poco caudal y pocaprofundidad, o bien se utilizan solo en época de
verano. Pueden incluir o no, tuberíaadicional.
ALCANTARILLAS
Son obras de drenaje, cuya finalidad es evacuar el agua de las cunetas longitudinales deun lado del
camino; que por alguna razón, no es posible alejarlas de ese lado y requiereser trasladada al lado
contrario. Generalmente son tubos de cemento o de concretoreforzado cuando los diámetros son muy
grandes, o bien se utiliza tubería corrugada dehierro galvanizado.En el inicio de la alcantarilla siempre
existe una caja recolectora del flujo de la cuneta adescargar y en el otro extremo de salida, cuenta con
un cabezal de refuerzo y soporte delmaterial de la carretera.
CUNETAS
Son estructuras para recolectar y conducir el aguade lluvia caída sobre la carretera y el área
aledaña,que por la pendiente transversal del camino y los
54
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
55
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
taludes llega hasta la cuneta, para ser evacuada en las descargas hacia los lados delcamino. Se
construyen únicamente conformadas en suelo natural, sobre todo cuando elsuelo es prácticamente
horizontal y poco erosionable; y se hace necesario revestircuando las características del suelo es lo
contrario.Cuando es bastante el agua de escorrentía que desciende de un talud, se puede
evitarconstruyendo una cuneta en la parte superior del talud, tomando el nombre deContracuneta, se
construyen canales de descarga laterales para la evacuación del agua.
CANALES DE DESCARGA
Son estructuras en forma de canal liso o bien con graderíos, que se construyen paradescargar el agua
que conducen las cunetas hacia los puntos bajos a los lados delcamino. Se construyen de mampostería o
de concreto reforzado, siendo esto último lomás recomendable.
OBRAS DE PROTECCION
Son las obras adicionales, que se diseñan y construyen para proteger las estructuras delcamino o de las
obras de arte; entre otras están:
56
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
57
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
Los propios estribos de apoyo de los puentes con sus aletones, que pueden ser deconcreto reforzado o
de concreto ciclópeo, para sostener el material de rellenode los accesos al puente o los taludes aledaños
Muros de concreto ciclópeo, para evitar deslaves de las orillas y taludes hacia ellado bajo del camino.
Gaviones, estructuras construidas a base de malla metálica galvanizada, llenasde piedra, muy resistentes
a los efectos de deslaves y el agua, por lo que seutilizan con mejor resultado que las anteriores y
especialmente para proteger lassubestructuras de puentes y obras similares.19Compartir... in
ALCANTARILLAS
58
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
59
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
60
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
61
DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS
