MODULO I: ROCAS – AGREGADOS PETREOS

I.- CONCEPTOS GENERALES

Los agregados pétreos que se emplean en pavimentación provienen, en su mayor parte, del proceso de trituración de rocas de diferentes orígenes, en las cuales eventualmente se suelen presentar ciertas heterogeneidades y/o anisotropías. Es por consiguiente necesario realizar exámenes petrográficos minuciosos en la roca original -del frente de cantera- a los efectos de determinar su naturaleza y características.

Este estudio (que no constituye un ensayo rutinario) es en realidad incumbencia del geólogo ya que debe contarse con instrumental y equipamiento adecuado para el corte, limpieza, pulimento, etc., del material, que permitan preparar “láminas delgadas” de roca, con la finalidad de observarlas en microscopios de precisión e identificar sus minerales componentes.

Cuando se trata de materiales provenientes de rocas homogéneas y de características isotrópicas, ya sea de cantera o de yacimientos aluvionales, cuyas características petrográficas y físico-mecánicas son bien definidas, los controles de calidad son más ágiles y sencillos que aquellos materiales heterogéneos que presentan diversidad de tipos petrográficos -con indicios de materiales deficientes. En estos últimos el control de calidad de los áridos debe hacerse con mayor frecuencia y detalle antes de su colocación en obra.

II.- ROCAS

En general las rocas están formadas por varias especies minerales o rocas compuestas. Por su contenido de sílice se distinguen las rocas ácidas, básicas e intermedias. Las rocas ácidas son las que contienen más del 60 % de sílice, las rocas intermedias entre el 50 % y el 60 % y las rocas básicas menos del 50 %.

De acuerdo a su origen las rocas se clasifican en ígneas, sedimentarias y metamórficas.

Cada tipo petrográfico que integra esos grupos, se distingue principalmente por su composición mineralógica y química, y además por su textura y estructura interna.

Las rocas ígneas son las que se han formado por el enfriamiento y solidificación del magma ígneo fluido que proviene del interior de la tierra. Si el enfriamiento ocurre en la profundidad y es lento, se originan las rocas ígneas llamadas intrusivas o plutónicas, entre las cuales se pueden citar: el “granito”, “diorita”, “gabbro”, etc.

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Cuando el magma al salir a la superficie se enfría y consolida rápidamente, ocurre una vitrificación de los minerales, formándose las rocas denominadas extrusivas o de derrame. Por ejemplo “basaltos”, “andesitas”, “riolitas”, etc.

Las rocas “sedimentarias” son aquellas producidas por el proceso de meteorización, erosión, transporte y sedimentación de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias o metamórficas), por el efecto del viento, el agua, o erosión glaciar, y que por acumulación de minerales disgregados, se han depositado en capas compactas (sedimentos) por ejemplo: “ripio”, “cantos rodados”, “tosca”, “caliza”, etc. Estos sedimentos pueden tener además un origen mecánico o químico. Las rocas sedimentarias constituyen el 5 % de la corteza terrestre, pero cubren alrededor de las tres cuartas partes de los continentes y fondos marinos.

Las rocas “metamórficas” tienen su origen en rocas ya existentes, que han sufrido alteración de su composición por efecto de presiones y temperatura. Las más comunes son: “gneis”, “cuarcitas”, “mármol”, “esquistos biolíticos”, “anfibolita”, etc.

No todas las rocas son aptas para ser utilizadas en mezclas asfálticas u hormigones, por tal motivo sólo se describirán aquellas que son las más frecuentemente utilizadas en nuestro medio.

En la Figura Nº1 se resumen los tipos petrográficos que integran la clasificación anterior, los cuales se distinguen por sus características mineralógicas y sus propiedades físicas y mecánicas.

Figura Nº1

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Gneiss (provienen del granito)Esquistos arcillosos (pizarras) provienen de las arcillitas

Mármol (provienen de las rocas calcáreas o calizas)Cuarcitas (provienen de las areniscas silíceas)

Tierra de infusorios, diatomitas [sílice amorfa-proviene de protozoarios (75/95% sílice)]

Calcáreos compactos, calcáreos

conchilla

Sin cementar: arenas, arcillas, gravas

Cementadas: areniscas, arcillitas-margas, conglomerados

Plutónicas, masivas o profundas: granitos, sienita, diomita, gabro

Extrusivas o de derrame: pórfiro-diabesa, riolitas, tracitas, andesitas

DE AGREGACIÓN

ORGANÍGENAS

RO

CA

S

METAMÓRFICAS

SEDIMENTARIAS

ERUPTIVAS O IGNEAS

QUÍMICAS Yeso, anhidritas, dolomita, magnesita, calcita, ópalo, tosca

II.1.- Canteras y Yacimientos

En general en la mayor parte de las obras viales que se ejecutan en nuestro medio, el técnico de obra no realiza las tareas relacionadas con la ubicación y explotación de yacimientos o canteras. Principalmente por el hecho de que la evaluación de la capacidad de empleo de estas fuentes de producción de agregados, requiere el conocimiento de la naturaleza geológica de las mismas y la realización de una variada gama de exámenes y ensayos de laboratorios que son incumbencia directa del geólogo.

No obstante se mencionarán algunos de los pasos a seguir que suelen ser los siguientes:

1.- Localización del yacimiento o cantera más próxima a la zona de obras.

2.- Caracterización de los materiales.

3.- Verificación cuantitativa para determinar si el volumen es suficiente para cubrir la demanda de las obras.

4.- En canteras:

a.- Destape, eliminación de suelos y frentes alterados;

b.- Posible extracción de la roca (por escarificación o mediante voladura). Evaluar el costo del marroneo o fragmentación de los bloques, transporte, trituración, clasificación y acopio.

5.- En yacimientos: son depósitos de gravas y arena de tamaño variado, en los que el material se encuentra prácticamente suelto. Pueden ser:

a.- Depósitos fluviales: Se presentan en los lechos o terrazas de los ríos. En general no necesitan trituración (salvo que se especifique), solamente clasificación. El material suele ser bastante limpio.

b.- Depósitos glaciares: Son más heterogéneos tanto en calidad como en granulometría y forma. En el país se explotan poco.

c.- Depósitos eólicos: Son arenas muy finas (médanos). Generalmente usados para corregir granulometrías.

d.- Depósitos marinos: Se encuentran en playas y zonas del litoral. Presentan granulometrías tipo grava o arena. La presencia de conchilla y sales hace que su empleo deba ser convenientemente evaluado.

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III.-AGREGADOS - Generalidades

Las mezclas asfálticas son en su mayor parte sistemas granulares-cohesivos compuestos por tres fases: sólidos (agregados, filler, etc.), líquido de elevada viscosidad (asfalto) y gaseoso (aire).

La fracción granular se divide generalmente en dos partes, la gruesa comprendida entre los tamices ¾” (a veces mayor) y el Nº10, la fracción fina usualmente entre el tamiz Nº10 y el Nº200.

El medio cohesivo está constituido por la dispersión del “filler” en el betún.

Las proporciones relativas en que se combinan estos elementos determinan el tipo o características físico-mecánicas de las mezclas que integran, y el comportamiento posterior como pavimento.

Cuando el grueso se encuentra en la mezcla en una proporción menor al 45 % en volumen, no forma estructura propia, predominando la estructura del material fino. No obstante ello también depende de la forma y textura de las partículas, ya que si el árido grueso es redondeado (por ejemplo canto rodado) el porcentaje por debajo del cual no forma estructura propia puede ascender al 50 %.

Pueden ser varias las condiciones que decidirán al proyectista a elegir uno u otro tipo de pavimento, según se pretenda lograr: drenabilidad, impermeabilidad, resistencia por formación de estructura granular, etc.

Suele existir más de un diseño de mezcla asfáltica que satisfaga las soluciones en que debe encuadrarse el pavimento; en dicho caso se debe elegir de acuerdo a las condiciones imperantes: económicas, climáticas, tránsito, disponibilidad de materiales, equipos, etc.

El estudio de las mezclas asfálticas para pavimentación se encarará con mayor amplitud al tratar el tema correspondiente, no obstante en la Figura Nº2 se sintetizan los tipos de mezclas más comunes.

Previo a la utilización en obra, los Pliegos especifican una serie de ensayos estableciendo las condiciones que los áridos deben cumplir en función del tipo y exigencias de la obra a ejecutar.

Las principales cualidades de los agregados pétreos gruesos se refieren a su dureza o desgaste, a su durabilidad, limpieza, forma de partículas, propiedades superficiales, granulometría, adherencia, al ligante, etc.

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Figura Nº2

III.1.- Áridos Gruesos

III.1.1.- Ensayos de Dureza o Desgaste

Esta característica del agregado grueso se verifica mediante ensayos de resistencia que consisten en la clásica compresión simple sobre probetas extraídas de la roca original, y por determinación de su dureza o desgaste por abrasión.

Ensayo de desgaste “Los Ángeles”

En el campo de la ingeniería vial, la mayoría de los Pliegos de Especificaciones Técnicas establecen para medir las características de degradación el ensayo de desgaste por el método de “Los Ángeles”, Norma INEN 860 - 861, pues éste

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GRANULOMETRÍA ABIERTA

MACADAMSLURRY - SEAL (LECHADA ASFÁLTICA)

EN EL CAMINO Y EN FRÍO MICROAGLOMERADO DE GRANULOMETRÍA

DISCONTINUA

GRANULOMETRÍA CERRADAEN FRÍOGRANULOMETRÍA DISCONTINUA

ABIERTABASE NEGRA

BASE GRANULAR ASFÁLTICA

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EN PLANTA

EN CALIENTE

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CONCRETOS ASFÁLTICOS TIPO SUPERIOR

CERRADABASE DE ALTO MÓDULO

MORTEROS ASFÁLTICOS (Sheet-Asphalt; Arena-Asfalto y tipo Topeka)

GRANULOMETRÍA DISCONTINUA

MICROAGLOMERADOS.M.A. STONE MASTIC ASPHALTDRENANTE O POROSA

TOSCA ASFALTO

TOSCA ARENA ASFALTO

CONGLOMERADO CALCÁREO - ASFALTO

MEZCLAS ASFÁLTICAS CON ARCILLAS EXPANDIDAS

CONCHILLA ASFALTO

SUELO CALCÁREO - ARENA ASFALTO

CON MATERIALES SUB-NORMALES

además de ser el más difundido, establece para cualquier tipo de material el ensayo directo del agregado que se utilizará en obra, y es de fácil realización.

Otra de las observaciones es que en el caso de agregados (posiblemente meteorizados) que durante el ensayo han sufrido una fragmentación o degradación apreciable pero cuyas partículas no alcanzan a pasar por el tamiz Nº12, arrojan resultados bajos de desgaste, sin embargo no resultan convenientes para integrar una superficie de rodamiento.

Estos aspectos deben ser muy tenidos en cuenta ya que si bien el Ensayo “Los Ángeles” es un dato necesario, puede no ser suficiente para valorar los resultados de desgaste en su justo alcance.

No obstante es un método generalmente exigido en la mayoría de los Pliegos de Bases y Condiciones de nuestro país para la aceptación de agregados pétreos con respecto a su desgaste.

Se acostumbra a especificar para materiales que deban ser empleados en mezclas con traba mecánica o con esfuerzos concentrados sobre las partículas (como en Base Negra, Tratamientos, etc.) valores de desgaste inferiores a 35%.

Para agregados más protegidos como son los empleados en mezclas bituminosas graduadas, más densas, este valor puede ser algo mayor.

En la Figura Nº3 pueden observarse los valores de desgaste Los Ángeles determinados en distintos agregados pétreos de nuestro país.

Por otra parte debe aclararse que en las mezclas asfálticas elaboradas en caliente, los áridos son calentados en el tambor secador de la Planta a temperaturas elevadas, superiores a la de evaporación del agua, por lo cual, la humedad intersticial en los agregados se evapora bruscamente produciendo sobrepresión interior en las partículas, pudiendo originar fisuramientos y aumento de la pérdida por desgaste, comparándola con la pérdida original del agregado antes de su calentamiento. No obstante la normativa del ensayo “Los Ángeles” no contempla este aspecto.

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Figura Nº3Resultados obtenidos de peso específicos saturados y a superficie seca para distintos tipos de agregados. Fuente: Dres. Colombo y Saumench

III.1.2.- Ensayo de fragmentación dinámica

Es otro ensayo que mide el grado de desgaste que puede experimentar el material.

En Francia desde la década del 30 se utiliza el ensayo de Fragmentación Dinámica, este es muy útil cuando las muestras provienen de prospección y/o se dispone de exigua cantidad de material, dado que la masa necesaria para realizar el ensayo es de solo 350 gr, mientras que para el de Los Ángeles se requiere 5 kilos.

El método de fragmentación dinámica es también bastante agresivo pues, se impacta con una carga de 14 kg, y con una altura preestablecida al agregado pétreo que se halla confinado en un molde normalizado, evaluando de esta forma la resistencia del agregado a su destrucción por impacto. El método consiste en determinar un índice de desgaste en función de las proporciones de muestra que se ha reducido por debajo del tamiz de 1.6 mm. La cantidad de impactos a efectuar esta sujeta según tres tamaños de partículas: 4 mm a 6.3 mm; 6.3 mm a 10 mm y

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10 mm a 14 mm correspondiéndoles los siguientes números de impacto respectivamente 16, 22 y 28.

La Figura Nº4 ilustra sobre el dispositivo para realizar el ensayo, según normativa de Vialidad Nacional.

Figura Nº4

El coeficiente de fragmentación dinámica Fp se determina con la expresión:

Donde p´: Peso del retenido en el tamiz 1.6 mm.

Existe una aceptable correlación entre los valores de Fp y de desgaste Los Ángeles. La gráfica de la Figura Nº5 muestra esta correspondencia, la cual avalaría el empleo de este ensayo como alternativa. Se puede observar que los valores de fragmentación dinámica son en general levemente superiores a los de desgaste Los Ángeles; para la línea de tendencia, esa diferencia es de 2 a 3 puntos.

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Fp = 350 - p´350

Figura Nº 5

III.1.3.- Ensayo de pulimento acelerado

Otra propiedad requerida exclusivamente en los agregados para capas de rodadura es la de mantener una adecuada microtextura a través del tiempo.

Los áridos expuestos al contacto del tránsito de los vehículos pierden por pulimento producido por los neumáticos parte de su microrugosidad; el Coeficiente de Pulimento Acelerado (C.P.A.) evalúa esta situación en laboratorio. Este ensayo fue diseñado por el Transport Research Laboratory (TRLL) Británico.

Mediante este ensayo se determina el pulimento del árido grueso en estudio, sometiéndolo a condiciones intensivas de abrasión durante 6 horas en contacto con una rueda de caucho. El equipo consta de una rueda de ensayo porta probetas, una rueda lisa y maciza de caucho, un depósito de agua con un caudalímetro para poder regular la cantidad de liquido aportado durante el ensayo y un peso que mediante un sistema de palanca ejerce una determinada presión sobre el árido a ensayar; en la Figura Nº6 puede observarse como esta dispuesto el mecanismo.

Figura Nº6

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10

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25

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35

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50

10 15 20 25 30 35 40 45

Ensayo Los Angeles (LA) [%]

Ensa

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d) [%

]

En la rueda de ensayo se colocan 14 probetas curvilíneas fabricadas con un mortero hidráulico y que contienen agregados de tamaño comprendido entre 6.3 mm y 10 mm Figura Nº7.

Figura Nº7Probeta de ensayo de C. P. A.

El ensayo se inicia cuantificando la fricción en las probetas mediante el Péndulo Inglés Figura Nº8 antes de someterla a pulimento, luego se colocan las mismas en la rueda de ensayo y se las somete a ciclos de pulido por medio de abrasivos introducidos en húmedo durante 3 horas con una arena silícea normalizada y tres horas de polvo esmeril. La medida del coeficiente de rozamiento mediante el Péndulo Inglés como ya hemos comentado se realiza al principio antes de iniciar el ensayo, después de cada hora y al finalizar el ensayo. Según la normativa en cada ensayo deben colocarse probetas con árido de control para verificar que el ensayo se ejecutó correctamente.

Figura Nº8

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III.1.4.- Ensayo de durabilidad

Los agregados pueden ver afectada su durabilidad de distintas maneras. Alguno de los factores que influyen en la degradación ya los hemos mencionados, como ser la agresión térmica y la agresión mecánica.

Si la película bituminosa que rodea los áridos es deficiente o presenta fisuras permitirá que estos absorban líquidos; este fenómeno se ve potenciado cuando los áridos poseen una elevada porosidad pues se facilitará la capacidad de absorción. La agresión que estos líquidos pueden ser de naturaleza química, física o actuar en conjunto y se tendrá en este caso una acción de degradación fisicoquímica. La más habitual de ellas en climas fríos es la producida por el aumento de volumen del agua en el proceso de congelación del líquido ocluido en los poros, produciendo así fuertes tensiones internas que, conjuntamente con la abrasión del tránsito, conllevan a la degradación del árido. Esta degradación se puede producir en el primer ciclo de congelación y deshielo o al cabo de varios de ellos, dependiendo esto del tipo de agregado pétreo utilizado. En laboratorio esta propiedad se evalúa sometiendo una muestra normalizada, mediante ciclos, al ataque con una solución saturada de sulfato de sodio (Sal), cuyos cristales ejercen un trabajo similar de expansión en el seno del agregado (INEN 867). Se mide la pérdida o degradación de peso porcentual de las fracciones granulométricas empleadas, luego de cinco ciclos y se la refiere al peso de la granulometría inicial. Las especificaciones establecen en general un límite máximo de aceptación del 12% para los agregados a emplear en base granular y en carpetas asfálticas.

III.1.5.- Ensayo de forma de las partículas

El tamaño y forma de las partículas de un agregado son factores de importancia que inciden en la trabajabilidad y densidad de las mezclas.

Habitualmente se especifica que no se permitirá el uso de un árido que posea más de un determinado porcentaje de partículas alargadas o achatadas.

Definiremos en primera instancia las distintas formas que puede poseer un agregado. Se entiende que un árido es cúbico cuando la relación entre sus tres dimensiones es similar; en las partículas lajosas dos dimensiones predominan sobre la tercera y en las que tienen forma de agujas una dimensión predomina sobre las otras dos. Las partículas también pueden ser redondeadas un claro ejemplo de ello son los cantos rodados.

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Al realizar el ensayo granulométrico de los agregados pétreos se obtiene la distribución de tamaños de los mismos, sin determinar en dicho proceso la forma de las partículas; para ello hay que complementar el estudio con otros tipos de ensayos, como ser el de Cubicidad (Norma VN E16-67) o el ensayo de Índice de lajas y agujas (IRAM 1681, VN E38-86).

En el ensayo de cubicidad se determina, en primera fase, los “tamaños directrices” de las partículas mediante granulometría en cribas de aberturas circulares, Figura Nº9 (a). Posteriormente, se hace pasar cada fracción por sus correspondientes “cribas reductoras”, que son aberturas rectangulares; las cribas reductoras tipo I tienen su lado menor con una dimensión igual a ½ del diámetro de la criba circular correspondiente al tamaño directriz de la fracción, mientras que en las cribas reductoras tipo II la abertura posee una dimensión igual a 1/3 del diámetro del tamaño directriz, ver Figura Nº9 (b).

Puede decirse que las partículas retenidas en la criba reductora tipo I son totalmente cúbicas, mientras que aquellas que pasan las cribas tipo I pero quedan retenidas en las tipo II son parcialmente cúbicas, definiéndose de esta manera el Factor de Cubicidad, f:

Donde “P1” y “P2” son los porcentajes de partículas retenidas en las cribas reductoras I y II respectivamente, y “n” es el número de tamaños directrices de la muestra analizada.

Las normas suelen exigir valores de f > 50 para mezclas densas, aumentándose ese requisito a f > 60 o 70 para mezclas abiertas. De todas formas, este ensayo está siendo desplazado por el de Indice de Lajas y Agujas. La Figura Nº10 muestra un pasaje del ensayo de cubicidad.

Figura Nº9

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f =P1 + ½ P2

100 n

(a) (b)

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Figura Nº10

El ensayo de Índice de Lajas y Agujas es quizás el más apropiado para evaluar y seleccionar los áridos gruesos a emplear en mezclas de alta prestación, especialmente microaglomerados y drenantes.

Esta metodología define como Índice de Lajas (IL) de una fracción de árido al porcentaje en peso de las partículas cuya dimensión mínima es inferior a 3/5 de la dimensión media de la fracción considerada (dimensión media: corresponde al valor medio de las aberturas de los tamices limitativos utilizados para definir tal fracción). Para esta determinación se usa el denominado “calibrador de grosores”, Figura Nº11. El IL de la muestra surgirá de una ponderación de los porcentajes retenidos de las fracciones componentes del agregado en estudio.

Figura Nº11

De manera similar se determina el Indice de Agujas, aunque en este caso utilizando el “calibrador de longitudes” y considerando como “agujas” a aquellas

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partículas cuya dimensión máxima (longitud) es superior a 9/5 de la dimensión media de la fracción considerada. Figura Nº12.

Figura Nº12

El arreglo de las partículas de agregado grueso en una mezcla asfáltica depende en gran medida de la forma que ellas tengan, textura superficial y de la energía suministrada durante el proceso de compactación. Este acomodamiento está íntimamente relacionado con la trabajabilidad, las relaciones volumétricas etc. que el concreto asfáltico colocado posee.

Las partículas lajosas o con forma de agujas son proclives a efectuar un “efecto puente” y se degradan mucho mas fácilmente en el proceso de compactación o bajo la acción del trafico, este fenómeno se evidencia muy claramente utilizando el compactador giratorio de Mc Rae.

Las caras de factura en los áridos gruesos es una condición importante a tener en cuenta. Con la finalidad de mejorar la trabazón de los mismos, es conveniente especificar que los áridos presenten al menos dos o más caras de fractura.

III.1.6.- Evaluación de las propiedades superficiales

Aunque ya se tratará la adhesividad árido-ligante en los temas “Asfaltos” y “Mezclas Asfálticas”, igualmente se hará una reseña complementaria de esta propiedad.

Los fenómenos físico-químicos que se producen en la superficie de los áridos influyen en forma significativa en la adherencia con los ligantes bituminosos, la cual depende también como ya se ha mencionado de la limpieza del agregado y de las características del betún empleado.

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En la adherencia de la superficie de los agregados (libres de polvo) a los ligantes asfálticos, intervienen fenómenos físicos y químicos complejos inherentes a ambos materiales.

Cuando el agregado se encuentra absolutamente seco, es fácilmente “mojado” por el asfalto, sin embargo cuando contiene algo de humedad (lo cual es muy común) su superficie presenta cierta polaridad cuyo signo depende del tipo de agregado.

Por consiguiente la afinidad de los agregados pétreos por los ligantes bituminosos suele variar en forma considerable según sean las características superficiales de dichos áridos.

La Figura Nº13 informa sobre la actividad eléctrica de los áridos pétreos de uso más común en mezclas bituminosas. Los áridos electropositivos o básicos, que tienen un alto contenido de óxidos alcalinos y bajo contenido de sílice, guardan una buena afinidad con los asfaltos. En el otro extremo se encuentran los áridos pétreos electronegativos o ácidos como los cantos rodados de los ríos de zonas serranas y montañosas, de pobre afinidad con el asfalto.

Figura Nº13

Características electroquímicas superficiales de los áridos pétreos

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Basaltos alterados

Basaltos Pórfidos

Dioritas

OfitasCalcitas,

Mármoles

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Sílico-Calizas

CONTENIDO EN SÍLICE (SiO2) (%)

CONTENIDOS DE OXIDOS ALCALINOS O ALCALINO-TERREOS (%)

Cantos rodados

OrtocuarcitasCalizas

Granitos

Areniscas

ELECTROPOSITIVO(Básicos) ELECTRONEGATIVO(Acidos)MEZCLA

En ciertas mezclas asfálticas que se presentan fácilmente disgregables al tacto, es decir con baja cohesión, ese suele ser un signo evidente de la acción de la humedad o del agua sobre las mismas.

El envejecimiento del ligante también tiene importancia en el fenómeno de adhesividad, dado que un ligante envejecido puede fisurarse y así permitir que el agua ingrese por dicha fisura desplazando al asfalto.

III.1.7.- Agregados gruesos más utilizados en nuestra provincia

AGREGADOS BASALTICOS

Características mineralógicas:

De origen ígneo extrusivas. Son rocas compuestas esencialmente por Feldespatos de la variedad Plagioclasa, de naturaleza básica, siendo el más común la Labradorita. Tiene forma tabular y es de bordes rectos.

Otro mineral que casi siempre se halla en las rocas basálticas es el Piroxeno, de color verdoso o castaño. Su forma es prismática.

También en la roca se halla un mineral importante y abundante que es la Hornoblenda, caracterizado por su color verde.

La mica negra, conocida como Biotita, se halla en láminas de forma irregular junto y rodeando a otros minerales de naturaleza ferrosa como la Magnetita.

No se halla el mineral cuarzo en las rocas basálticas, y solo se lo encuentra a veces como mineral accesorio en alguna variedad.

La textura de las rocas basálticas es muy heterogénea debido a que los minerales componentes tuvieron una cristalización muy cambiante.

Peso específico:

En general es de 2.3 kg/dm³ a 2.6 kg/dm³. Particularmente, los valores más extremos están cercanos a 2.8 kg/dm³ (mínimo) y a 3.1 kg/dm³ (máximo).

Absorción:

Comprendida entre 4.0 % y 5.0 %.

Estado físico de la roca:

El porcentaje de material deficiente dependerá yacimiento.

Desgaste:

Presenta un buen comportamiento comprendido entre 35 % y 40 % de pérdida.

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Durabilidad:

No cumple el ensayo de los sulfatos.

III.2.- Áridos Finos

En nuestro medio se acostumbra a separar los agregados en gruesos y finos (arbitrariamente) según queden retenidos o pasen el tamiz Nº10. Bajo esta definición se establecen las mallas de abertura cuadrada: Nº10, Nº40, Nº80 y Nº200, considerando la fracción por debajo del Tamiz Nº200 como “filler”, material que por las propiedades especiales que le confiere a las mezclas merecerá consideración aparte.

La A.S.T.M. (American Society for Testing Materials) y el Asphalt Institute de los EE.UU. han establecido que los materiales finos son los que pasan el tamiz Nº8, definiéndose para el análisis los tamices Nº8, Nº16, Nº30, Nº50, Nº100 y Nº200.

III.2.1.- Limpieza

Es una característica fundamental exigida como ya se ha visto para el buen comportamiento de cualquier tipo de árido, ya sea grueso o fino.

Por consiguiente el agregado fino debe encontrarse libre de partículas orgánicas, de polvo, o de partículas arcillosas. No debe tener plasticidad, lo cual puede verificarse mediante las constantes físicas de Atterberg, determinando el Indice de Plasticidad. Lo que se persigue es que no existan materiales que impidan la buena adherencia con el asfalto, o que al hidratarse provoquen cambios volumétricos.

La granulometría por tamizado del árido fino, puede hacerse por vía seca y vía húmeda; cuando el árido contiene arcilla o polvo, el tamizado debe hacerse por vía húmeda (ASTM C-117).

Si bien el Índice de Plasticidad puede acusar la presencia de fracción arcillosa en los finos, el método generalmente empleado para su detección es el Equivalente de Arena.

El ensayo consiste en volcar una muestra del agregado librada por el tamiz Nº4 en una probeta que previamente se ha llenado con una solución floculante a base de glicerina, formaldehído y carbonato de calcio anhidro, desalojando las burbujas de aire mediante un golpeteo de la base. Luego de un reposo de 10 minutos se tapa la probeta y se la sacude horizontalmente con desplazamientos de 20 cm durante 90 ciclos en aproximadamente 30 segundos.

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Se saca el tapón y se introduce el tubo lavador de las paredes suavemente hasta que el líquido llega al nivel de 380 mm. Se deja reposar durante 20 minutos, al cabo de los cuales se lee el nivel superior de la suspensión. Se desciende en forma suave un vástago lastrado hasta que repose sobre la arena y se lee a nivel de un tornillo de centrado, la altura de la arena.

El equivalente de arena se determina con la siguiente expresión:

E.A. =Lectura del nivel superior dela arena

x 100Lectura del nivel superior de la suspensión

La relación entre el volumen de la arena y los finos contaminantes puede incidir en la resistencia a la deformación ya que un material arcilloso, por su hinchamiento puede abrir la estructura de la arena disminuyendo su capacidad portante, cosa que no ocurriría si los finos fuesen no plásticos. Es por ello que conviene complementar esta determinación con el Ensayo de Azul de Metileno (Norma NLT-171/90). Este método se basa en la absorción de finos (arcillosos) por el azul de metileno produciendo un efecto de coloración de la misma, y comparándola por colorimetría. El valor a determinar en este ensayo se obtiene por comparación colorimétrica con una escala de colores que se obtiene por diferentes diluciones de azul de metileno.

III.2.2.- Ensayos complementarios

III.2.3.1.- Granulometría (INEN 872)

El análisis granulométrico permite determinar mediante tamizado la distribución por tamaños de las partículas que componen a los agregados Gruesos y Finos.

Una muestra representativa y seca de los agregados, se pesa y se separa por tamaños a través de una serie de tamices de aberturas progresivamente más pequeñas.

Los porcentajes que pasan por cada tamiz (referidos al peso total) volcados en un gráfico, en el que se llevan en abscisas (escala logarítmica) los tamices y en ordenadas (escala aritmética) los correspondientes porcentajes que pasan por cada uno de ellos, permite determinar la curva granulométrica de los áridos analizados.

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Generalmente para toda obra vial se establece el tipo de mezcla y el huso granulométrico correspondiente, dentro del cual debe encuadrarse la resultante de la mezcla de áridos –con sus tolerancias admisibles-

Para evitar efectos de segregación durante la marcha de la obra, es conveniente componer esta resultante con más de dos materiales acopiados separadamente.

Se suelen especificar curvas granulométricas continuas, o discontinuas según sea la mezcla que se pretenda dosificar.

En mezclas del tipo densa se buscan gradaciones continuas que son las poseen aporte en todas las fracciones de la serie de tamices, obteniéndose una curva con cierta concavidad hacia arriba.

En mezclas como los “Microaglomerados” o “Mezclas Drenantes”, los materiales son combinados para que exista una discontinuidad marcada en la granulometría, limitando para ello el aporte de la fracción comprendida entre dos determinados tamices próximos.

III.2.3.2.- Absorción (INEN 857)

La absorción es la cantidad de agua que el árido es capaz de retener a través de los poros interconectados con el exterior; el ligante bituminoso también es absorbido por el agregado pero en un valor inferior que el agua, debido a la diferencia de viscosidad y mojado preferencial. En áridos altamente absorbentes hay que tener especial cuidado para el cálculo en el diseño del ligante efectivo, para ello habrá que descontar al ligante total aportado, el absorbido y se tendrá el ligante efectivo de la mezcla asfáltica, que es el que actuará dando cohesión, trabajabilidad, etc. En la Figura Nº14 se presenta un cuadro con las absorciones de los distintos agregados pétreos.

Figura Nº 14Resultados obtenidos de absorción para distintos tipos de agregados

(Fuente: Dres. Colombo y Saumech)

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3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

BASÁLTICASGRANÍTICAS Y GRANITOIDES

AR

EN

ISC

AS

CU

AR

CÍT

ICA

S

CU

AR

CIT

AS

AB

SOR

CIÓ

N [%

]

III.2.3.3.- Peso Específico (INEN 857)El peso específico de un árido se define como el cociente entre el peso

del agregado y el volumen que este ocupa. Pueden ser considerados tres tipos de pesos específicos dependiendo del volumen que se utilice para su cálculo. Ver Figura Nº15.

Tendremos entonces:

Peso especifico aparentePeso especifico bruto o BulkPeso especifico efectivo

Figura Nº 15

El Peso específico aparente considera al volumen del agregado como el volumen total excluyendo el volumen de poros o capilares conectados con el medio y que pueden saturarse en agua en un tiempo de 24 horas.

Peso especifico aparente [gr/cm³] =Peso del agregado seco

Vs + Vi

El Peso específico bruto (bulk) se define como el peso del material seco dividido el volumen de sólido incluyendo los vacíos incomunicados y los interconectados con el medio que pueden ser llenados por agua luego de

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Volumen de poros permeable sin betún (Vpa)

BETÚN ABSORBIDO

Volumen de sólido (Vs)

Volumen de poros impermeables (Vi)

Volumen de poros permeables (Vp)

saturarlos durante 24 hs. con agua. Normalmente es el que se emplea en la práctica.

Peso especifico bruto (Bulk) [gr/cm³] =Peso del agregado seco

Vs + Vi + Vp

El Peso específico efectivo es la relación entre el peso del agregado seco y el volumen ocupado por el sólido incluido el volumen de poros incomunicados y excluidos los poros comunicados que absorben asfalto.

Peso especifico efectivo [gr/cm³] =Peso del agregado seco

Vs + Vi + Vpa

De estos pesos específicos, el aparente es el mayor, siendo el bulk el menor.

La forma de calcular las distintas densidades del agregado que interesan desde el punto de vista vial está especificada en la Norma INEN. En la práctica, estas expresiones son las que se deben emplear:

Densidad relativa real

d1 =m

m - ma

Siendo:d1 la densidad relativa real (20/20) ºCma la masa en agua de la muestra, en gramosm la masa en aire de la muestra secada en estufa, en gramos

Densidad relativa aparente del agregado seco

d2 =m

ms - ma

Siendo:d2 la densidad relativa aparente a (20/20) ºC del agregado secoma la masa en agua de la muestra, en gramosms la masa en aire de la muestra en condiciones saturada y de

superficie seca, en gramos

Densidad relativa aparente del agregado saturado y superficie seca

d3 = ms

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ms - ma

Siendo:d3 la densidad relativa aparente a (20/20) ºC del agregado

saturado y de superficie secama la masa en agua de la muestra, en gramosms la masa en aire de la muestra en condiciones saturada y de

superficie seca, en gramos

Los pesos específicos de los áridos varían de acuerdo a su composición mineralógica. La Figura Nº16 ilustra sobre los distintos pesos específicos en la condición saturado y a superficie seca de los áridos más comunes.

Figura Nº16Resultados obtenidos de peso específicos saturados y a superficie seca para distintos tipos de agregados. Fuente: Dres. Colombo y Saumench

IV.-RELLENO MINERAL (FILLER)

IV.1.- Generalidades

Se define como filler a un material de relleno, natural o artificial finamente pulverizado, que se incorpora al betún asfáltico formando el sistema ligante filler-betún (en mezclas densas en caliente).

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2.6

2.5

2.4 BASÁLTICASGRANÍTICAS Y GRANITOIDES

AR

EN

ISC

AS

CU

AR

CÍT

ICA

S

CU

AR

CIT

AS

PESO

ESP

EC

ÍFIC

O [k

g/dm

³]

La colocación de este material tiene por finalidad cubrir tres aspectos:

1.- Rellenar los vacíos dejados por los granos de arena, con material más fino que éstos.

2.- Actuar como espesante de los betunes asfálticos (insensibilizándolos en parte frente a la temperatura).

3.- Mejorar en algo las condiciones de adherencia del betún a la piedra.

Teniendo en cuenta estos tres objetivos, los materiales a emplear como filler deben reunir las condiciones que se detallan en los puntos siguientes.

IV.2.- Condiciones a evaluar para el empleo de los filleres

Las propiedades principales a evaluar en un filler son: granulometría, características químicas y físicas y Concentración Critica.

Granulometría

Para poder cumplir los requisitos granulométricos el filler debe ser homogéneo, seco y libre de grumos provenientes de la aglomeración de partículas.

Según la Dirección de Vialidad de Argentina, debe cumplir con la siguiente granulometría:

Pasa Tamiz Nº 40 ............................ 100 %

Pasa Tamiz Nº 100 Mínimo........... 85 %

Pasa Tamiz Nº 200 Mínimo........... 65 %

Si bien es permitida esta granulometría para el filler como material de aportación, en el conjunto de agregados pétreos mas relleno mineral de aportación se considera solamente al pasa tamiz 200 como filler.

Características físico-químicas

Los materiales mas utilizados como relleno mineral de aportación (filler) en mezclas asfálticas tanto finas como gruesas son:

Calcáreo molido (Polvo calizo o “fíller calcáreo) Cemento Portland Cal hidratada Cal hidráulica hidratada

Pueden llegar a emplearse otros materiales cuya capacidad para actuar como filler debe ser verificada antes de su utilización, mediante ensayos apropiados.

Detallaremos las características físicas químicas de estos materiales:

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El calcáreo molido (polvo calizo) debe tener un contenido de carbonatos, en carbonato de calcio como mínimo del 70 %. Este valor mínimo servirá fundamentalmente para mejorar la adherencia del par árido-betún.

Respecto del cemento Portland al ser un producto industrial altamente controlado en su producción, las características están indicadas en la normas INEN.

El cemento por la forma de partícula que posee en relación a la cal tiene un menor poder espesante para un mismo aporte en peso, además su costo es mayor por lo cual rara vez se utiliza este material como filler.

Los requisitos que debe reunir la cal hidratada son:

Material insoluble determinado por los métodos de análisis indicados en la norma ASTM C25-44 máximo 2.0 %.

Óxido de magnesio máximo 5.0 % y Anhídrido carbónico máximo 15.0 %.

Respecto de la Cal hidráulica hidratada, cumplirá con los requisitos físicos y químicos que se detallan en la Tabla Nº1.

Tabla Nº1

Requisitos físicos- químicos (Cal hidráulica hidratada)

REQUISITOS FISICOSCLASE

A B C

Material retenido

sobre tamiz

INEN 297 micrones (Nº 50) % máximo 0.5 0.5 0.5

INEN 177 micrones (Nº 80) % máximo 5 5 5

INEN 74 micrones (Nº 200) % máximo 15 15 15

Resistencia a la compresión promedio mínimo [kg/cm2]

a los 7 días 15 10 5

a los 28 días Igual o mayor que a los 7 días

Constancia de volumen

Según ensayo cualitativo con baño de vapor Satisfactorio

Según ensayo con los moldes de Le Chatelier:

Expansión máxima [mm]

a las 24 hs. 20

a las 48 hs. 15

a las 72 hs. 12

Según ensayo en autoclave: expansión máxima [%] 1

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REQUISITOS QUÍMICOSCLASE

A B C

Residuo máximo insoluble [%] 5 5 5

Anhídrido silícico, soluble (SiC2), mas suma de óxidos englobándose todos lo óxidos precipitables por el hidróxido de amonio ( Fe2O3 - Al2O3), etc mínimo [%]

10 10 10

Oxido de magnesio (Mg O) , máximo [%] 5 5 5

Cal útil expresada en óxido de calcio (CaO), mínimo [%] 30 32 35

Anhídrido carbónico (CO2), máximo [%] 5 5 5

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