REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS PROF. ING. ANA MARÍA LEANZA
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES Ing. Walter J. Olego
Junio 2010
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES Spin-off: o derivaje (también llamada salpicadura) es un término anglosajón que se refiere a un proyecto nacido como extensión de otro proyecto
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES CONTENIDOS INTRODUCCIÓN EFECTO DE LA INCORPORACIÓN DE FILLER EN LAS PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE FILLER EN LA MEZCLA ASFÁLTICA CONCLUSIONES
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INTRODUCCIÓN Dosificar una mezcla asfáltica requiere adoptar un compromiso entre estabilidad y fluencia, ya que generalmente una alta resistencia a las solicitaciones va en detrimento de una adecuada flexibilidad
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS La incorporación de filler a las mezclas asfálticas confiere, a éstas, propiedades beneficiosas tales como: Mayor estabilidad; y Mayor durabilidad, por aumento del espesor promedio de la película de asfalto. Sin embargo el aumento de las propiedades expuestas va en detrimento de la flexibilidad de la mezcla asfáltica. Flexibilidad entendida como la capacidad de una capa asfáltica de adaptarse a la capa inferior de apoyo, acompañando sus deformaciones sin sufrir fisuramientos. Un exceso en la dosificación de filler puede acarrear la excesiva rigidización de la mezcla asfáltica con aumento de la fisuración superficial, disminuyendo su vida útil.
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN Así como es de conocimiento general que la mezclas asfálticas heredan las propiedades (buenas o malas) del ligante asfáltico, podemos hacer extensivo este concepto al mástic asfáltico. De allí la necesidad de conocer como varían las propiedades del mástic con las distintas propiedades del filler A continuación se presenta ensayos que demuestran la tendencia del sistema filler-betún al adicionar al betún sólo un relleno mineral
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN MATERIALES UTILIZADOS: Cemento Asfáltico penetración 50/70 de LUBNOR, Fodaleza (Brasil) Agregado grueso: piedra granítica Filler: • •
Polvo de piedra granítica ; y Polvo de piedra caliza
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN CARACTERÍSTICAS DEL FILLER: COMPOSICIÓN QUÍMICA: Polvo de piedra granítica: 35% cuarzo, lo que le brinda características ácidas y caracterizado como superficialmente electronegativo Polvo de piedra caliza: 90% calcita, lo que le brinda características básicas y caracterizado como superficialmente electroposivo
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN CARACTERÍSTICAS DEL FILLER: GRANULOMETRÍA Polvo de piedra granítica:
Polvo de piedra caliza:
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN CARACTERÍSTICAS DEL FILLER: FORMA Y TEXTURA:
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN ENSAYOS. PUNTO DE ABANDAMIENTO
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN ENSAYOS. PENETRACIÓN
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES EFECTO DE LAS PROPIEDADES DEL FILLER EN LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA FILLER-BETÚN ENSAYOS. ADHESIVIDAD
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER En Argentina se ha desarrollado el Concepto de Concentración Crítica de Filler para la limitación del uso de rellenos minerales en mezclas asfálticas El agregado de filler a un betún asfáltico modifica la relación entre esfuerzos y deformaciones considerando tiempo y temperatura constantes. Se ha demostrado que hasta una cierta relación en volumen entre determinado filler y el betún, el agregado de filler aumenta la resistencia viscosa del betún a temperatura constante y, en consecuencia, su módulo de deformación, de acuerdo a la ecuación siguiente: siendo Esta relación no es infinita, continúa hasta que el valor de Cv iguala a un valor Cs denominado Concentración Crítica a partir del cual el sistema filler-betún se aparta del fluir viscoso.
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER En consecuencia, hasta cierto valor de Cv, propio de cada filler, el agregado de filler aumenta la magnitud de la resistencia opuesta a la deformación pero no modifica su naturaleza, que sigue siendo esencialmente viscosa El agregado de filler produce el mismo efecto que una reducción de la temperatura, es decir, incrementa la viscosidad o bien su módulo de deformación. Por arriba de ese cierto valor de Cv (propio para cada filler) las dispersiones filler-betún acusan una desviación cada vez más marcada del fluir viscoso. Junto al fluir viscoso se desarrolla cierta rigidez y para valores de Cv elevados la rigidez predomina sobre el carácter viscoso. En otros términos, por arriba de cierta relación filler-betún la capacidad de deformación a carga y temperatura constante disminuye rápidamente
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN CRÍTICA La "concentración crítica" corresponde a una dispersión de las partículas del filler en el betún en el estado más suelto posible pero con contacto entre ellas, es decir cuando el esfuerzo aplicado es consumido en la deformación viscosa del medio continuo betún y la resistencia friccional entre las partículas tienden a un mínimo. Dicho arreglo de las partículas es el que, aproximadamente, cabe esperar en el sedimento obtenido por simple reposo de dispersiones de filler en un medio líquido fluido y con parentesco químico con los betunes, tal como el kerosene La forma de determinar este estado se encuentra estandarizada pro la Norma VN-E11-67 de la Dirección Nacional de Vialidad y por la Norma IRAM 1542
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN CRÍTICA Para la determinación de la "concentración critica" se añade por pequeñas porciones un peso conocido de filler secado a 100-105°C a 20 cm3 de kerosene seco sobre cloruro de calcio contenidos en un tubo graduado al 0,1 cm3 de 25 cm3 y diámetro interno de 15 mm ± 1 mm Se sumerge el tubo en un baño de agua en ebullición y se agita el contenido con un alambre fino hasta eliminar totalmente el aire. Se retira del baño y deja sedimentar en reposo completo 24 horas, luego se lee el volumen del sedimento. El peso de filler empleado debe ser tal que el volumen del sedimento esté comprendido entre 8 y 12 cm3. La "concentración crítica" (Cs) se calcula por la fórmula:
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN CRÍTICA El valor Cs es la máxima concentración que puede aplicarse cuando se desea utilizar al filler como medio de incrementar la estabilidad de la mezcla sin sacrificar su flexibilidad. Este criterio no significa que no puedan utilizarse concentraciones mayores de filler, sólo indica que la mayor estabilidad obtenida se consigue con sacrificio parcial de la flexibilidad. El concepto de "concentración crítica' ha sido utilizado en nuestro país en la elaboración de pliegos de la DVBA, limitando la cantidad de filler en la siguiente manera: “La relación Filler-Betún en ningún caso será superior al 80% de la Concentración Crítica, entendiendo como filler al material que pasa el tamiz N° 200 comprendido el polvo natural de los agregados y el Filler Comercial”
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS Para analizar la influencia en la mezcla asfáltica de la concentración de filler y aplicar el criterio de la "concentración crítica'', es necesario concebir la estructura de la mezcla de la siguiente manera. a) En el estado compactado existe una estructura granular esquelética formada por los agregados mayores (gruesos y finos) cuyos vacíos entre partículas están ocupados parcialmente por el sistema filler-betún, el resto son los vacíos de la mezcla ocupados por aire. Se comprende que el filler existente en los vacíos de la estructura granular actúa como recebo y la cantidad del mismo no debe perturbar la formación del esqueleto granular, en el caso contrario el exceso de filler abre al mismo. b) En el estado suelto las partículas mayores están recubiertas de películas del sistema filler-betún cuyo espesor máximo no puede ser menor que el diámetro de las partículas del filler.
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS Para analizar la influencia en la mezcla asfáltica de la concentración de filler y aplicar el criterio de la "concentración crítica'', es necesario concebir la estructura de la mezcla de la siguiente manera. a) En el estado compactado existe una estructura granular esquelética formada por los agregados mayores (gruesos y finos) cuyos vacíos entre partículas están ocupados parcialmente por el sistema filler-betún, el resto son los vacíos de la mezcla ocupados por aire. Se comprende que el filler existente en los vacíos de la estructura granular actúa como recebo y la cantidad del mismo no debe perturbar la formación del esqueleto granular, en el caso contrario el exceso de filler abre al mismo. b) En el estado suelto las partículas mayores están recubiertas de películas del sistema filler-betún cuyo espesor máximo no puede ser menor que el diámetro de las partículas del filler.
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES INFLUENCIA DEL FILLER EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES CONCLUSIONES La concentración crítica de filler en el sistema filler-betún es un concepto desarrollado en nuestro país en la década del sesenta por el Dr. Celestino Ruiz; sin embargo aún hoy existe cierto desconocimiento respecto del concepto y su aplicación. Su utilización parece acotada al ámbito vial nacional sin nuevas investigaciones respecto a su extensión a los nuevos tipos de mezclas abiertas.
CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES CONCLUSIONES En base a estos considerandos se recomienda: Acotar la concentración volumétrica de filler en el sistema fillerbetún mediante Especificación Técnica Particular, en obras en las que se prevea la utilización de mezclas asfálticas de preparación y aplicación en caliente, además de solicitar que la fórmula de obra presente su determinación. En obras donde se modifique el tipo o las cantidades del relleno mineral, estudiar la concentración crítica y su efecto. Promover la investigación del efecto de la concentración volumétrica de filler en mezclas de tipo no convencional , de aplicación en caliente y en frío.
