1Mezclas Asfálticas
uis uis !uden !udencio cio Gu"m Gu"m#n #n $e $el#s%ue l#s%ue"" 201& 201&1'' 1''&( &(
Octubre 2015
Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Materiales de construcción
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Introducción
os materiales bituminosos son sustancias de color negro) sólidas o viscosas) d*ctiles) %ue se ablandan +or el calor , com+renden a%uellos cu,o origen son los crudos +etrolí-eros como tambi.n los obtenidos +or la destilación destructiva de sustancias de origen carbonoso/ l asfalto) tambi.n denominado betún) es un material viscoso) +egaoso , de color negro/ Se utili" utili"aa me"clad me"cladoo con arena arena o gravil gravilla la +ara +av +avime imenta ntarr caminos caminos , como como revest revestimi imient entoo im+ermeabili"ante de muros , teados/ n las me"clas as-#lticas es usado como aglomerante +ara la construcción de carreteras) autovías o auto+istas/ st# +resente en el +etróleo crudo , com+uesto casi +or com+leto de bet*n bitumen/ l as-alto es una sustancia %ue constitu,e la -racción m#s +esada del +etróleo crudo/ Se encuentra a veces en grandes de+ósitos naturales) como en el lago !s-altites o mar Muerto) lo %ue se llamó bet*n de udea/ Su nombre recuerda el lago Asfaltites 3el mar Muerto4) en la cuenca del río ord#n/ !dem#s del sitio mencionado) se encuentra en estado natural -ormando una me"cla com+lea de idrocarburos sólidos en lagunas de algunas cuencas +etroleras) como sucede en el lago de as-alto de Guanoco) el lago de as-alto m#s e6tenso del mundo 3stado Sucre) $ene"uela4) con ' 7m8 7m8 de e6te e6tensi nsión ón , 95 mill millon ones es de barri barrile less de as-al as-alto to natu natural ral// e sigue sigue en e6te e6tensi nsión ón e im+ortancia el lago de as-alto de a :rea) en la isla de ;rinidad/ ! +esar de la -#cil e6+lotación , e6celente calidad del as-alto natural) no suele e6+lotarse desde ace muco tiem+o ,a %ue) al obtenerse en las re-inerías +etroleras como sub+roducto sólido sólido en el cra%ueo o -ragmentació -ragmentaciónn %ue se +roduce en las torres de destilación) destilación) resulta muco m#s económica su obtención de este modo/ Sucede algo +arecido con la obtención del gas) %ue tambi.n resulta un sub+roducto casi indeseable en el +roceso de obtención de gasolina , otros derivados del +etróleo/
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Introducción
os materiales bituminosos son sustancias de color negro) sólidas o viscosas) d*ctiles) %ue se ablandan +or el calor , com+renden a%uellos cu,o origen son los crudos +etrolí-eros como tambi.n los obtenidos +or la destilación destructiva de sustancias de origen carbonoso/ l asfalto) tambi.n denominado betún) es un material viscoso) +egaoso , de color negro/ Se utili" utili"aa me"clad me"cladoo con arena arena o gravil gravilla la +ara +av +avime imenta ntarr caminos caminos , como como revest revestimi imient entoo im+ermeabili"ante de muros , teados/ n las me"clas as-#lticas es usado como aglomerante +ara la construcción de carreteras) autovías o auto+istas/ st# +resente en el +etróleo crudo , com+uesto casi +or com+leto de bet*n bitumen/ l as-alto es una sustancia %ue constitu,e la -racción m#s +esada del +etróleo crudo/ Se encuentra a veces en grandes de+ósitos naturales) como en el lago !s-altites o mar Muerto) lo %ue se llamó bet*n de udea/ Su nombre recuerda el lago Asfaltites 3el mar Muerto4) en la cuenca del río ord#n/ !dem#s del sitio mencionado) se encuentra en estado natural -ormando una me"cla com+lea de idrocarburos sólidos en lagunas de algunas cuencas +etroleras) como sucede en el lago de as-alto de Guanoco) el lago de as-alto m#s e6tenso del mundo 3stado Sucre) $ene"uela4) con ' 7m8 7m8 de e6te e6tensi nsión ón , 95 mill millon ones es de barri barrile less de as-al as-alto to natu natural ral// e sigue sigue en e6te e6tensi nsión ón e im+ortancia el lago de as-alto de a :rea) en la isla de ;rinidad/ ! +esar de la -#cil e6+lotación , e6celente calidad del as-alto natural) no suele e6+lotarse desde ace muco tiem+o ,a %ue) al obtenerse en las re-inerías +etroleras como sub+roducto sólido sólido en el cra%ueo o -ragmentació -ragmentaciónn %ue se +roduce en las torres de destilación) destilación) resulta muco m#s económica su obtención de este modo/ Sucede algo +arecido con la obtención del gas) %ue tambi.n resulta un sub+roducto casi indeseable en el +roceso de obtención de gasolina , otros derivados del +etróleo/
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Objetivos
3.1 3.1
Obje Objeti tivo voss Ge Gene nera rale less • • • •
3.2 3.2
Conocer +ro+iedades de los as-altos en caliente Conocer los m.todos m#s im+ortantes +ara el dise=o de me"clas de as-altos/ Clasi-icar los ti+os de as-altos seg*n las normas nacionales e internacionales/ stablecer +ar#metros de acarreo de material %ue +ermitan el meor traslado +ara %ue el material no su-ra da=os/
Obje Objeti tivo voss s!ec s!ec""fico ficos. s. •
•
•
Conocer las características -ísicas de una me"cla de as-alto +or medio de los ensa,os %ue se reali"ar#n en el laboratorio de ingeniería US!C/ $eri-icar los ti+os de usos %ue se le +uede dar a la me"cla %ue se est# dise=ando en laboratorio/ Utili"ar el m.todo de SU<?
#
Glosario
$etún@ Sustancia de origen natural com+uesta +rinci+almente de idrógeno , carbono) %ue arde con llama +roduciendo un umo es+eso , tiene un olor +eculiar/ mulsión@ í%uido de as+ecto l#cteo %ue contiene en sus+ensión +e%ue=as +artículas o gotas de otra sustancia insolubles en a%uel/ $ul% @
, 1 &
-abla de ontenidos
Introducción///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// Obetivos//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// &/1 Obetivos Generales///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////iii &/2 Obetivos s+ecí-icos////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////iii ' Glosario//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 5 ;abla de Contenidos///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ( Me"clas !s-#lticas/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// (/1
/1 Ae-inición Marsall//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////1( /1/1 as +robetas a usar 2/5 +ulgadas de es+esor , ' +ulgadas de di#metro elaboradas de la siguiente manera@////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////1( /1/2 6isten tres +rocedimientos en el m.todo Marsall , estas son@//////////////////////1( /1/& a estabilidad Marsall/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////1( /1/' Aensidad@//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////19 10
Gravedad es+ecí-ica bul7 de los agregados
Gmb ¿
4//////////////////////////////////////////22
11/2 Gravedad es+ecí-ica teorica ma6ima de la me"cla com+actada///////////////////////////22 11/& Aeterminar los vacios de aire en la me"cla com+actada con////////////////////////////////2& 11/' Aeterminar los vacíos de aire en el agregado mineral con///////////////////////////////////2& 11/5 $acios llenos con as-alto@//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////2& 11/( $olumen de as-alto absorbido///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////2& 12 AISKO LSU<?
/ Mezclas Asfálticas /.1 0O0IA) &O) MA-IA&) A)(A&-IO) /.1.1 O)I)-IA4 l as-alto es un material negro) cementante %ue varía am+liamente en consistencia) entre sólido , semisólido a tem+eraturas ambientales normales/ Cuando se caliente lo su-iciente el as-alto se ablanda , se vuelve lí%uido) lo cual le +ermite cubrir +artículas de agregado durante la +roducción de me"cla caliente/ l +avimento de concreto as-altico reali"ado adecuadamente es im+ermeable , resistente) este cambia cuando es calentado ,No enveecido tiende a volverse duro , -r#gil/
/.1.2 5A$I&IA4 a durabilidad com+rende todas las características %ue +ermiten una ma,or vida de servicio del concreto as-#ltico/ ?esistencia del as-alto a endurecerse durante la o+eración de me"cla) ?esistencia al e-ecto abrasivo del tr#nsito) ?esistencia a la acción destructiva de los agentes atmos-.ricos 3aire) agua) cambios de tem+eratura4) Fle6ibilidad su-iciente +ara resistir roturas +or la a+licación re+etida de las cargas/ ;ambi.n algunos -actores %ue in-lu,en en el deterioro +or intem+erie son@ O6idación) la volati"acion) #rea su+er-icial e6+uesta/
/.1.3 '&OIA 5AIO4 l curado se de-ine como el +roceso mediante el cual aumenta la consistencia un material as-altico) a medida %ue se +ierde el disolvente +or eva+oración) la velocidad tambi.n se a-ecta +or -actores inerentes como +or -actores e6ternos/
/.1.# )I)-IA AG5A4 Cuando se usan materiales as-alticos en la construcción de +avimentos) es im+ortante %ue el as-alto contin*e aderido a los agregados incluso en la +resencia del agua) si esta liga entre as-alto , agregado se +ierde el as-alto se ve des+oado de los agregados lo cual resulta del deterioro/
/.1., (-O &A -M0A-5A )O$ & 'O&5M &O) MA-IA&) A)(A&-IO)4 l volumen de as-alto se ve a-ectado +or cambios en la tem+eratura de manera signi-icativa) el volumen se incrementa con un aumento de la tem+eratura , disminu,e con la disminución de su tem+eratura/ a tasa del cambio del volumen como el coe-iciente de e6+ansión %ue es el cambio de volumen de un material +or un cambio unitario de tem+eratura) debido a esta variación de volumen con la tem+eratura) los vol*menes de materiales de as-alto +or lo general se dan +ara temeraturas de (0 F/
6
)A7O) 0AA -MIA &A) AA-I)-IA) (I)IA) &O) M-O) A)(A&-IO)
6.1
'I)O)IA4
6.2
0-AIO4
a +rueba de +enetración da una medición em+írica de la consistencia de un material) en t.rminos de la distancia %ue se unde una agua est#ndar en el material) +ara una carga , un intervalo de tiem+o +rescrito) la +enetración de un as-alto +rocesado es baa) con un aumento de la tem+eratura o vacío en la torre de -raccionamiento) el as-alto +rocesado se denomina cemento as-altico de +etróleo , se clasi-ica seg*n su +enetración/ a +enetración consiste) como +rimera medida a estabili"ar una muestra de cemento as-altico a tem+eratura de 25C en un ba=o de agua con tem+eratura controlada) seguidamente una agua de dimensiones +rescritas se coloca sobre la su+er-icie de muestra bao una carga de 100 gr/ +or 5 segundos) la distancia %ue la agua +enetra en el cemento as-altico es registrada en unidades de 0/1 mm llamada +enetración de muestra/
6.3
05-O I(&AMAI84
Cuando se calienta un as-alto) libera va+ores %ue son combustibles/ l +unto de in-lamación) es la tem+eratura a la cual +uede ser calentado con seguridad un as-alto) sin %ue se +rodu"ca la in-laP mación instant#nea de los va+ores liberados) en +resencia de una llama libre/ sta tem+eratura) sin embargo) est# bastante +or debao) en general) de la %ue el material entra en combustión +ermaP nente/ Se la denomina +unto de combustión 3-ire +oint4) , es mu, raro %ue se use en es+eci-icacioP nes +ara as-alto/ l ensa,o m#s usado +ara medir el +unto de in-lamación del cemento as-#ltico es el de Lvaso abierto Cleveland 3COC4) %ue consiste en llenar un vaso de bronce con un determinado volumen de as-alto) , calentarlo con un aumento de tem+eratura normali"ado/ Se +asa una +e%ue=a llama sobre la su+er-icie del as-alto a intervalos de tiem+o esti+ulados/ l +unto de in-lamación es la tem+eratura a la cual se an des+rendido su-icientes vol#tiles como +ara +rovocar una in-la mación instant#nea/
6.# )A7O 0&I5&A &GAA 9OO ste no es en realidad un ensa,o) sino un +rocedimiento destinado a someter a una muestra de as-alto a condiciones de endurecimiento a+ro6imadas a a%uellas %ue ocurren durante las o+eracio P nes normales de una +lanta de me"clado en caliente/
6.,
)A7O 0&I5&A &GAA OA- 9OO
ste ensa,o es una variante del anterior) desarrollado +or agencias del oeste de los stados Unidos/ l +ro+ósito es el mismo +ero cambian los e%ui+os , +rocedimientos de ensa,o/ l orno usado +ara el ensa,o de +elícula delgada rodante , tambi.n el -rasco de dise=o es+ecial +ara contener la muestra/ Se vuelca en el -rasco una determinada cantidad de cemento as-#ltico , se lo coloca en un so+orte %ue rota con cierta velocidad alrededor de un ee ori"ontal) con el orno mantenido a una tem+eratura constante de 1(&QC 3&25QF4/ !l rotar el -rasco) el cemento as-#ltico es e6+uesto constantemente en +elículas nuevas/ n cada rotación) el ori-icio del -rasco de la muestra +asa +or un corro de aire caliente %ue barre los va+ores acumulados en el reci+iente/
n este orno) se +uede acomodar un ma,or n*mero de muestras %ue en el orno del ensa,o de +elícula delgada/ l tiem+o re%uerido +ara alcan"ar determinadas condiciones de endurecimiento en la muestra es tambi.n menor +ara este ensa,o/
6./
5-I&IA4
a ductilidad es una medida de cuanto +uede ser estirada una muestra de as-alto antes de %ue se rom+a en dos) la ductilidad es medida mediante una +rueba de e6tensión en donde una +robeta de cemento as-altico es e6tendida o estirada a una velocidad , una tem+eratura es+eci-ica de 25C/ l estiramiento continua asta %ue el ilo de cemento as-altico se rom+a) la longitud del ilo de material en el momento del corte se mide en cm , se denomina ductilidad de la muestra/
6.6
)A7O )O&5$I&IA
l ensa,o de solubilidad es una medida de la +ure"a del cemento as-#ltico/ a +arte del mismo soluble en bisul-uro de carbono re+resenta los constitu,entes activos de cementación/ Solo la ma P teria inerte) como sales) carbón libre) o contaminantes inorg#nicos) no son solubles/ n este ensa,o se usa generalmente tricloroetileno) %ue es menos +eligroso %ue el bisul-uro de carbono , otros solventes/ a ma,oría de los cementos as-#lticos son igualmente solubles en cualP %uiera de ellos/
l +roceso +ara determinar la solubilidad es mu, sim+le/ Se disuelven a+ro6imadamente 2 grs/ de as-alto en 100 ml de solvente , se -iltra la solución a trav.s de una +lanca de asbesto colocada en un crisol de +orcelana 3Gooc4/ Se +esa el material retenido +or el -iltro , se lo e6+resa como +orcentae de la muestra original) obteni.ndose el +orcentae soluble en bisul-uro de carbono/ 6.: 0)O )0;(IO4 s la +ro+orción del +eso de cual%uier al volumen igual al del agua) ambos a una tem+eratura determinada) el +eso es+ecí-ico de un cemento as-altico no se indica) normalmente en las es+eci-icaciones de una obra) de todas maneras las dos ra"ones im+ortantes +or la cual se debe de conocer el +eso es+ecí-ico son@ Si el as-alto se e6+ande cuando es calentado , se contrae cuando es en-riado signi-ica el volumen dado en cierta cantidad de cemento as-altico ser# ma,or a altas tem+eraturas) las medidas de +eso +roveen un +atrón +ara e-ectura correciones de tem+eratura del volumen/ s esencial en la determinación del +orcentae de vacíos de un +avimento com+actado/
:.1
: escri!ción u usos de los cementantes rebajados -i!os de li
:.1.1 A)(A&-O) $A=AO) Se +roducen otros as-altos directamente de los cementos as-#lticos) disolvi.ndolos en destilados vol#tilesR esos +roductos se llaman as-altos rebaados , cuando contienen solventes ti+o na-ta o gasolina dan lugar a as-altos lí%uidos de curado r#+ido , a%uellos %ue contienen 7erosena como solvente dar#n as-altos de curado medio/ n el caso de una car+eta de rodamiento) construida +or el +rocedimiento de me"cla en el lugar) el solvente debe se+ararse de la me"cla as-#ltica) deando cemento as-#ltico como cementante , como medio im+ermeabili"ante/ Mientras m#s dura sea la base as-#ltica m#s solvente se necesitar# +ara +roducir un grado determinado de -luide"/ a ra+ide" con la cual los as-altos rebaados +ueden invertir su estado +ara convertirse en cementos as-#lticos) de+ende de la cantidad) car#cter del solvente , las condiciones em+leadas de uso/ :.1.2 :.1.3 Asfaltos rebajados de fra(?4 os as-altos rebaados de -raguado r#+ido son cementos as-#lticos diluidos con un destilado de +etróleo tal como la gasolina) %ue se eva+ora r#+idamente/ os +roductos de curado r#+ido se em+lean cuando se desea un cambio r#+ido del estado lí%uido de a+licación al cemento as-#ltico original/ os ti+os de as-alto de -raguado r#+ido varían de F?P0 a F?P') las consistencias) tem+eraturas de a+licación) +orcentaes de disolventes , +enetraciones del cemento as-altico original son casi similares a las de las designaciones com+arables de la serie FM/ a +enetración del residuo des+u.s de la destilación se a+ro6ima a la del as-alto original/ :.1.# Asfaltos rebajados de fra(M?4 Son cementos as-#lticos rebaados o diluidos a una ma,or -luide" me"cl#ndolos con destilados del ti+o 7erosena o el aceite di.sel ligero %ue se eva+oran a una velocidad relativamente baa/ os +roductos de -raguado medio tienen buenas +ro+iedades umectantes %ue +ermiten el revestimiento satis-actorio de los agregados en -orma de +olvos de graduación -ina/ a consistencia de los as-altos de -raguado medio varía desde lí%uidos ligeros 3FMP04 asta casi semisólidos 3FMP'4/ a -luide" de las diversas cualidades est# controlada +or la cantidad de disolventeR el FMP0 +uede contener tanto dilu,ente como 50 en volumen , el FMP' tanto como el 22/ a consistencia del aglutinante des+u.s de %ue el disolvente se eva+ora de+ende del cemento as-#ltico originalmente seleccionado) %ue es generalmente de D5P100 grados de +enetración/ a +enetración del residuo de la destilación %ue es una medida de la dure"a del as-alto en servicio) es algo su+erior) entre 120 , &00 grados de +enetración/ :.1., Asfaltos rebajados de fra(&?4 os as-altos de -raguado lentos son destilados de +etróleo con las -racciones vol#tiles ligeras se+aradas en gran medida/ os as-altos de -raguado lento se endurecen o -raguan mu, lentamente , se em+lean cuando se desea una consistencia casi igual a la del aglutinante mismo) tanto en el momento del tratamiento como des+u.s del +eriodo de curación/
a consistencia de los as-altos de -raguado lento a las tem+eraturas normales varían desde lí%uidos ligeros 3FP04) asta semisólidos 3FP'4 :.2 M5&)IO) Una emulsión se -orma +or la dis+ersión omog.nea de un lí%uido en -orma de gotas de +e%ue=as dimensiones dentro de otro %ue no es miscible con el +rimero/ l conunto de estas +e%ue=as gotas constitu,e la llamada -ase dis+ersa o discontinua) mientras %ue el medio en el cual est#n dis+ersas a%u.llas se denomina -ase continua o dis+ersante/ as emulsiones bituminosas son dis+ersiones coloidales de bet*n as-#ltico +uro o algo -luidi-icado en agua/ as emulsiones +ueden dividirse) de+endiendo de la +olaridad %ue el emulsionante +ro+orcione a las +artículas de bettín) en dos gru+os@ mulsiones aniónicas o b#sicas 3con + T 94 mulsiones catiónicas o #cidas 3con + 94/ • •
:.2.1 mulsiones aniónicas@ n las emulsiones aniónicas las +artículas de as-alto se cargan negativamente +resentando a-inidad +or los cuer+os con carga +ositiva/ os emulsionantes %ue +ermiten esta +olaridad son generalmente ol.alos o resínalos de sosa o de +otasa) u otros abones similares/ l estearato sódico es mu, usado con este -in@ en agua) se ioni"a dando un anión soluble en bet*n de manera %ue cada glóbulo de bet*n se rodea de una +elícula de iones de estearato cargados negativamente con lo cual los glóbulos tienden a re+elerse evit#ndose la coagulación de las mismas/ a cantidad de emulsionante de+ende de la estabilidad %ue se desee en la emulsión) aun%ue como m#6imo est# en un 2 del +eso de la emulsión/
:.2.2 mulsiones catiónicas@ n las emulsiones catiónicas las +artículas de as-alto se cargan +ositivamente +resentando +or tanto a-inidad +or los cuer+os de carga negativa/ os emulsionantes %ue las +roducen son sales cuaternarias de amonio como el bromuro de cetil Irimetril amonio el cual -orma un anión de bromo , un catión %ue es el radical cetil trimetril amonio cargado +ositivamente %ue rodea a las +artículas de bet*n , se adiere con gran -acilidad a los áridos %ue +resentan carga d.bil negativa/ sta carga atrae a las +artículas de bet*n generando en +arte la rotura de la emulsión %ue contin*a su rotura +or eva+oración del agua/ a +ro+orción de emulsionante va del 2 al & en +eso de emulsión) en -unción de la estabilidad %ue se desee con-erir al sistema/ as +ro+iedades de estas emulsiones son di-erentes +ero ambas +oseen una gran adesividad -rente a los #ridos/ 1/ Cuando una emulsión est# sometida a tem+eraturas in-eriores a cero grados el agua de la misma se congela/ 2/ !l descongelarse) la emulsión se rom+e total o +arcialmente %uedando inutili"ada +ara su uso/ ! veces a tem+eraturas baas) +or encima de los cero grados) se +roducen alteraciones de los abones em+leados como emulsionantes) es+ecialmente en los sódicos/ l tiem+o de rotura es un -actor decisivo en la a+licación en obra de cada ti+o de tratamiento) seg*n la resistencia %ue se desee obtener en las +rimeras oras) con vistas a la a+ertura al tr#-ico) la com+actación) la resistencia a la lluvia) etc/
:.3 M-O) A)(@&-IO) os Cementos !s-#lticos se +resentan como una masa negra , brillante) cu,a consistencia varía con la tem+eratura/ Se clasi-ica seg*n su $iscosidad !bsoluta medida a (0C , e6+resada en +oise/
:.3.2 A0&IAIO)4 s un ligante ,No aglomerante de e6celentes características) de a+licación en caliente con agregados +.treos/ sta me"cla se utili"a normalmente en +avimentos de alta calidad/ Se +uede utili"ar adem#s como relleno de unturas de dilatación o grietas de +avimentos de ormigón) o como sello de grietas en +avimentos de as-alto/ :.3.3 ementos asfálticos !or
A)(A&-O) )0IA&)
:.#.1 Asfaltos insuflados4 Se obtiene insu-lando aire a trav.s del residuo semisólido obtenido durante las *ltimas eta+as del +roceso de destilación/ l as-alto insu-lado no se usa generalmente como material de +avimentación) sin embargo es mu, *til como material +ara tecumbre/
:.#.2 0ro!iedades de los materiales asfálticos4 as +ro+iedades de los materiales as-#lticos relevantes +ara la construcción de los +avimentos) +ueden clasi-icarse en cuatro categorías +rinci+ales@ Consistencia: a consistencia de cual%uier material as-#ltico cambia a medida o %ue cambia la tem+eratura/ l cambio de la consistencia de los di-erentes materiales as-#lticos +uede di-erir considerablemente a*n +ara la misma magnitud de cambio de tem+eratura/ o Durabilidad: Cuando los materiales as-#lticos se e6+onen a los elementos del medio ambiente) tiene lugar gradualmente un deterioro natural) , -inalmente los materiales +ierden su +lasticidad , se acen -r#giles/ o Velocidad de curación: la velocidad de curación de cual%uier material as-#ltico) de+ende del destilado %ue se use en el +roceso de rebaado/ o Resistencia a la acción del agua: s im+ortante %ue el as-alto contin*e aderido a los agregados aun en +resencia de agua/ Si se +ierde esta liga entre el as-alto , los agregados) el as-alto va a %uedar des+oado de los agregados) lo %ue conduce al deterioro del +avimento/ :., Asfaltos modificados4 os materiales as-#lticos modi-icados son el +roducto de la disolución o incor+oración en el as-alto) de un +olímero o de ule molido de neum#ticos) %ue son sustancias estables en el tiem+o , a cambios de tem+eratura) %ue se le a=aden al material as-#ltico +ara modi-icar sus +ro+iedades -ísicas , reológicas) , disminuir su susce+tibilidad a la tem+eratura , a la umedad) así como a la o6idación/ os modi-icadores +roducen una actividad su+er-icial iónica) %ue incrementa la aderencia en la inter-ase entre el material +.treo , el material as-#ltico) conserv#ndola a*n en +resencia del agua/ ;ambi.n aumentan la resistencia de las mesclas as-#lticas a la de-ormación , a los es-uer"os de tensión re+etidos , +or lo tanto a la -atiga , reducen el agrietamiento) así como la susce+tibilidad de las ca+as as-#lticas a las variaciones de tem+eratura/ stos modi-icadores +or lo general se a+lican directamente al material as-#ltico) antes de me"clarlo con el material +.treo/
iseBo de mezclas asfalticas
.1
efinición Mars+all l m.todo de Marsall seg*n 3Caminos) 20004 sistema usado tradicionalmente en los +ro,ectos de +avimentación en Guatemala +ara de-inir las +ro+iedades del concreto as-#ltico , los +rocedimientos +ara el dise=o de me"clas de concreto as-#ltico/ SU<?
.1.1 &as !robetas a usar 2., !ul
•
•
.1.2 Disten tres !rocedimientos en el mEtodo Mars+all C estas son4 Aeterminación del +eso es+eci-ico total/ Medición de la estabilidad , la -luencia/ !n#lisis de la densidad , el contenido de vacios de la +robeta/ • • •
.1.3 &a estabilidad Mars+all. s la m#6ima resistencia a la carga en libras %ue +uede so+ortar la muestra a (0 C/ l valor de -luencia es la de-ormación total en unidades de una +ulgada) la carga se a+lica con una velocidad de 2 +ulgadas +or minuto asta %ue la muestra -alle) la estabilidad se obtienen en base a la durabilidad/
.1.# ensidad4 l +ro+ósito es determinar el +orcentae de vacios en la me"cla com+actada) los vacios son las +e%ue=as bolsas de aire %ue se encuentran entre las +artículas de agregados revestida de as-altos) el +orcentae de vacios se calcula a +artir del +eso es+ecí-ico total de cada +robeta com+actada , el +eso es+eci-ico teórico de la me"cla/
1F 0OIMI-O & M-OO MA)9A&& >AA)9-O -2#,H A)-M 1,,? Ai-erentes agregados , as-altos +resentan di-erentes características/ stas características tienen un im+acto directo sobre la naturale"a misma del +avimento/ l +rimer +aso en el m.todo de dise=o) entonces) es determinar las cualidades 3estabilidad) durabilidad) trabaabilidad) resistencia al desli"amiento) etc/4 %ue debe tener la me"cla de +avimentación) , seleccionar un ti+o de agregado , un ti+o com+atible de as-alto %ue +uedan combinarse +ara +roducir esas cualidades/ Una ve" e-ectuado lo anterior) se +rocede con la +re+aración de los ensa,os/
1F.1 )elección de la muestras de material4 a +rimera +re+aración +ara los ensa,os consta de reunir muestras del as-alto , del agregado %ue van a ser usados en la me"cla de +avimentación/ s im+ortante %ue las muestras de as-alto tengan características id.nticas a las del as-alto %ue va a ser usado en la me"cla -inal/ o mismo debe ocurrir con las muestras de agregado/ a ra"ón es sim+le@ los datos e6traídos de los +rocedimientos de dise=o de me"clas determinan la -órmula +ara la me"cla de +avimentación/ a receta ser# e6acta solamente si los ingredientes ensa,ados en el laboratorio tienen características id.nticas a los ingredientes usados en el +roducto -inal/ Una am+lia variedad de +roblemas graves) %ue van desde una mala trabaabilidad de la me"cla asta una -alla +rematura del +avimento) son el resultado istórico de variaciones ocurridas entre los materiales ensa,ados en el laboratorio , los materiales usados en la realidad/
1F.2 0re!aración del A
1F.3 )ecado del A
1F.# Análisis GranulomEtrico !or '"a 9úmeda l an#lisis granulom.trico +or vía *meda es un +rocedimiento usado +ara identi-icar las +ro+orciones de +artículas de tama=o di-erente en las muestras del agregado/ sta in-ormación es im+ortante +or%ue las es+eci-icaciones de la me"cla deben esti+ular las +ro+orciones necesarias de +artículas de agregado de tama=o di-erente) +ara +roducir una me"cla en caliente -inal con las características deseadas/ l an#lisis granulom.trico +or vía *meda consta de los siguientes +asos@
14 Cada muestra de agregado es secada , +esada/ 24 uego cada muestra es lavada a trav.s de un tami" de 0/095mm 3Bo/ 2004) +ara remover cual%uier +olvo mineral %ue este cubriendo el agregado/ &4 as muestras lavadas son secadas siguiendo el +rocedimiento de calentado , +esado descrito anteriormente/ '4 l +eso seco de cada muestra es registrada/ a cantidad de +olvo mineral +uede ser determinada si se com+aran los +esos registrados de las muestras antes , des+u.s del lavado/
1F., eterminación del 0eso s!ec"fico l +eso es+ecí-ico de una sustancia es la +ro+orción +esoPvolumen de una unidad de esta sustancia com+arada con la +ro+orción +esoPvolumen de una unidad igual de agua/ l +eso es+ecí-ico de una muestra de agregado es determinado al com+arar el +eso de un volumen dado de agregado con el +eso de un volumen igual de agua) a la misma tem+eratura/ l +eso es+ecí-ico del agregado se e6+resa en m*lti+los +eso es+ecí-ico del agua 3la cual siem+re tiene un valor de 14/
1F./ 0re!aración de las Muestras de nsaCo as +robetas de ensa,o de las +osibles me"clas de +avimentación son +re+aradas aciendo %ue cada una contenga una ligera cantidad di-erente de as-alto/ l margen de contenido de as-alto usado en
las bri%uetas de ensa,o est# determinado con base en e6+eriencia +revia con los agregados de la me"cla/ ste margen le da al laboratorio un +unto de +artida +ara determinar el contenido e6acto de as-alto en la me"cla -inal/ a +ro+orción de agregado en las me"clas est# -ormulada +or los resultados del an#lisis granulom.trico/
1F.6 &as mezclas se !re!aran de la si
1F. eterminación del 0eso s!ec"fico -otal >AA)9-O - 1//? l +eso es+ecí-ico total de cada +robeta se determina tan +ronto como las +robetas reci.n com+actadas se a,an en-riado a la tem+eratura ambiente/ sta medición de +eso es+ecí-ico es esencial +ara un an#lisis +reciso de densidadPvacíos/
1F.1F nsaCos de stabilidad C (luencia l ensa,o de estabilidad est# dirigido a medir la resistencia a la de-ormación de me"cla/ a -luencia mide la de-ormación) bao carga) %ue ocurre en la me"cla/ l +rocedimiento de los ensa,os es el siguiente@
14 as +robetas son calentadas en un ba=o de agua a (0 QC 31'0 QF4/ sta tem+eratura re+resenta) normalmente) la tem+eratura m#s caliente %ue un +avimento en servicio va a e6+erimentar/ 24 a +robeta es removida del ba=o) secada) , colocada r#+idamente en el a+arato Marsall/ l a+arato consiste en un dis+ositivo %ue a+lica una carga sobre la +robeta) , de unos medidores de carga , de-ormación 3-luencia4/ &4 a carga del ensa,o es a+licada a la +robeta a una velocidad constante de 51 mm 32 in4 +or minuto asta %ue la muestra -alle/ a -alla est# de-inida como la carga m#6ima %ue la bri%ueta +ueda resistir/ '4 a carga -alla se registra como el valor de estabilidad Marsall , la lectura del medidor de -luencia se registra como la -luencia/
1F.11'alor de stabilidad Mars+all l valor de estabilidad Marsall es una medida de la carga bao la cual una +robeta cede o -alla totalmente/ Aurante un ensa,o) cuando la carga es a+licada lentamente) los cabe"ales su+erior e in-erior del a+arato se acercan) , la carga sobre la bri%ueta aumenta al igual %ue la lectura en el indicador de cuadrante/ uego se sus+ende la carga una ve" %ue se obtiene la carga m#6ima/ a carga m#6ima indicada +or el medidor es el $alor de stabilidad Marsall/ Aebido a %ue la estabilidad Marsall indica la resistencia de una me"cla a la de-ormación) e6iste una tendencia a +ensar %ue si un valor de estabilidad es bueno) entonces un valor m#s alto ser# muco meor/
1F.12 'alor de (luencia Mars+all a -luencia Marsall) medida en cent.simas de +ulgada) re+resenta la de-ormación de la bri%ueta/ a de-ormación est# indicada +or la disminución en el di#metro vertical de la bri%ueta/ as me"clas %ue tienen valores baos de -luencia , valores mu, altos de estabilidad Marsall son consideradas demasiado -r#giles , rígidas +ara un +avimento en servicio/ !%uellas %ue tienen valores altos de -luencia son consideradas demasiado +l#sticas) , tienen tendencia a de-ormarse -#cilmente bao las cargas del tr#nsito/
1F.13 Análisis de ensidad C 'ac"os Una ve" %ue se com+letan los ensa,os de estabilidad , -luencia) se +rocede a e-ectuar un an#lisis de densidad , vacíos +ara cada serie de +robetas de +rueba/ l +ro+ósito del an#lisis es el de determinar el +orcentae de vacíos en la me"cla com+actada/
1F.1# Análisis de 'ac"os os vacíos son las +e%ue=as bolsas de aire %ue encuentran entre las +artículas de agregado revestidas de as-alto/ l +orcentae de vacíos se calcula a +artir del +eso es+ecí-ico total de cada +robeta com+actada , del +eso es+ecí-ico teórico de la me"cla de +avimentación 3sin vacíos4/ ste *ltimo +uede ser calculado a +artir de los +esos es+ecí-icos del as-alto , el agregado de la me"cla) con un margen a+ro+iado +ara tener en cuenta la cantidad de as-alto absorbido +or el agregadoR o directamente mediante un ensa,o normali"ado 3!!S;O ; 204 e-ectuado sobre la muestra de me"cla sin com+actar/ l +eso es+ecí-ico total de las +robetas com+actadas se determina +esando las +robetas en aire , agua/
1F.1, Análisis de 0eso 5nitarios l +eso unitario +romedio +ara cada muestra se determina multi+licando el +eso es+ecí-ico total de la me"cla +or 100 7gNm& 3(2/' lbN-t&4/
1F.1/ Análisis de 'MA os vacíos en el agregado mineral) $M!) est#n de-inidos +or el es+acio intergranular de vacíos %ue se encuentran entre las +artículas de agregado de la me"cla de +avimentación com+actada) inclu,endo los vacíos de aire , el contenido e-ectivo del as-alto) , se e6+resan como un +orcentae del volumen total de la me"cla/ l $M! es calculado con base en el +eso es+ecí-ico total del agregado , se e6+resa como un +orcentae del volumen total de la me"cla com+actada/
1F.16 Análisis '(A os vacíos llenos de as-alto) $F!) son el +orcentae de vacíos intergranulares entre las +artículas de agregado 3$M!4 %ue se encuentran llenos de as-alto/ l $M! abarca as-alto , aire) , +or lo tanto) el $F! se calcula al restar los vacíos de aire del $M!) , luego dividiendo +or el $M!) , e6+resando el valor -inal como un +orcentae/
1F.16.1
elaciones C Observaciones de los esultados de los nsaCos
Cuando los resultados de los ensa,os se tra"an en gr#-icas) usualmente revelan ciertas tendencias en las relaciones entre el contenido de as-alto , las +ro+iedades de la me"cla/ ! continuación se enuncian ciertas tendencias %ue +ueden observarse al estudiar las gr#-icas@ • •
•
•
•
•
l +orcentae de vacíos disminu,e a medida %ue aumenta el contenido de as-alto/ l +orcentae de vacíos en el agregado mineral 3$M!4 generalmente disminu,e asta un valor mínimo) , luego aumenta con aumentos en el contenido de as-alto/ l +orcentae de vacíos llenos de as-alto 3$F!4 aumenta con aumentos en el contenido de as-alto/ a curva +ara el +eso unitario 3densidad4 de la me"cla es similar a la curva de estabilidad) e6ce+to %ue el +eso unitario m#6imo se +resenta a un contenido de as-alto ligeramente ma,or %ue el %ue determina la m#6ima estabilidad/ asta cierto +unto) los valores de estabilidad aumenta a medida %ue el contenido de as-alto aumenta/ M#s all# de este +unto) la estabilidad disminu,e con cual%uier aumento en el contenido de as-alto/ os valores de -luencia aumentan con aumentos en el contenido de as-alto/
1F.1: eterminación del ontenido de Asfalto l contenido de dise=o de as-alto en la me"cla -inal de +avimentación se determina a +artir de los resultados descritos anteriormente/
11 escri!ción del ensaCo Mars+all 1 escri!ción del ensaCo Aise=o de me"clas m.todo de Marsall/ Bormas !S;M A 155
Y &ND !rena
&0 20 50 3aust#ndose a la -rana de dise=o
11.1 Gravedad es!ec"fica bul% de los a
W D
G ¿ ¿ ¿
?
W D W SSD −W ¿
[
W SSD W ¿
[
[
11.2 Gravedad es!ec"fica teorica maDima de la mezcla com!actada. Gmm= W agg
W agg + W b V eff + V b
G mm=
O
1 1 − Pb
G se
+
[
V eff
[ $olumen e-ectivo del agregado
Gb
Gb
[
W b
V b
P b
[ $olumen de la me"cla as-#ltica/ [ Gravedad es+eci-ica de la me"cla as-#ltica/
Gse Pb
[ Gravedad es+eci-ica e-ectiva del agregado [
Gravedad es+eci-ica e-ectiva de los agregados 3 Gse ¿
P mm− Pb P mm Gmm
Pb
Gb
Pb
Pmm
Gb
Gmm
Sumatoria de los +orcentaes de me"clas 31004 es+ecí-ica teórica m#6ima 3?IC4
−
[
[ Gravedad
[
[
Con el valor de Gse +ueden ser calculados los dem#s valores del ?IC +ara cual%uier otro contenido de cemento as-altico ,a %ue la absorción del as-alto no varia a+reciablemente con variaciones del contenido del as-alto Gmm=
P mm Ps G se
Pmm
+
P b Gb
[ Sumatoria de los +orcentaes de me"clas 31004
en la me"cla/
Ps
Pb
[
[
es+eci-ica e-ectiva del agregado
Gb
Gse
[ Gravedad
[ Gravedad es+eci-ica de la me"cla as-#ltica/
11.3 eterminar los vacios de aire en la mezcla com!actada con V a= V a
V v
∗100
V T
, o también se puede utilizar
[ $olumen de vacios con aire
V T
G mb G mm
)
∗100
[ $olumen total del es+.cimen com+actado/
Gravedad es+eci-ica bul7 de la me"cla com+actada de la me"cla/
(
V a= 1−
G mm
G mb
[
[ Gravedad es+eci-ica teórica m#6ima
11.# eterminar los vac"os de aire en el a
V v + V be V T
[
VMA =
1−
∗100
G mb ( 1− Pb )
VMA =100−
G sb Gmb∗ P s G sb
]
∗100
/
∗100
V T
[ $olumen total del es+.cimen com+actado/
V be
[ $olumen e-ectivo de la me"cla as-#ltica/
Gsb
[ Gravedad es+ecí-ica bul7 del agregado/
Pb
[
Gmb Ps
[ Gravedad es+eci-ica bul7 de la me"cla com+actada [
11., 'acios llenos con asfalto4 VFA =
VFA =
V be V be + V v
∗ 100
VMA −V a VMA
VFA =VMA − Pa V a
[ $olumen de vacios con aire
V T
[ $olumen total del es+.cimen com+actado/
V be
[ $olumen e-ectivo de la me"cla as-#ltica/
$M![ $acíos de aire en el agregado mineral Pa=¿
11./ 'olumen de asfalto absorbido V ba =
W ba
W ba ∗100 W agg
[
W agg
[
12 I)O J)500A'K n 1D9) el Strategic igVa, ?esearc
12.1 A
12.1.1 0ro!iedades de consenso as +ro+iedades de consenso son a%uellas consideradas +or los investigadores de S?< críticas +ara alcan"ar una elevada +er-ormance de la M!/ stas +ro+iedades deben satis-acerse en varias escalas) de+endiendo del nivel del tr#nsito , de la +osición en el +a%uete estructural del +avimento/ !ltos niveles de tr#nsito , me"clas +ara la car+eta de rodamiento 3+osición su+erior en el +a%uete estructural del +avimento4 re%uieren valores m#s estrictos +ara las +ro+iedades de consenso/ stas +ro+iedades son@ •
!ngularidad del agregado grueso
•
!ngularidad del agregado -ino 3!!S;O ;< &&4
•
•
%uivalente de arena 3!S;M A2'14
s+eci-icando la angularidad de los gruesos , -inos lo %ue se busca lograr es una M! con un alto #ngulo de -ricción interna , así) una alta resistencia al corte , +or ende una alta resistencia al auellamiento/ imitando las +artículas alargadas se asegura %ue los agregados de la M! 3ot mi6 as+alt4 ser#n menos susce+tibles a -ractura durante el mani+uleo) construcción , bao tr#nsito/ imitando la cantidad de arcilla en el agregado) la unión entre el ligante as-#ltico , el agregado es -ortalecida , meorada/
12.1.2 0ro!iedades de la fuente de ori
;enacidad) medida con la +rueba de desgaste de os Hngeles/ 3!S;M C1&14
•
Aurabilidad) medida con la +rueba de intem+erismo acelerado/ 3!S;M CDD4
•
Materiales delet.reos) %ue se mide con la +rueba !!S;O ; 11/
resistencia a la de-ormación +ermanente a la ve" %ue +ermite un su-iciente volumen de vacíos +ara garanti"ar la durabilidad de la me"cla/
12.2 Mezclas Asfálticas su!er!ave as +ruebas Su+er+ave +ara cementos as-#lticos miden +ro+iedades -ísicas %ue +ueden estar directamente relacionadas con el desem+e=o en cam+o a trav.s de +rinci+ios ingenieriles/ as +ruebas Su+er+ave +ara cemento as-#ltico) tambi.n son llevadas a tem+eraturas a las %ue se encuentran los +avimentos en servicio/ l tema central de las es+eci-icaciones Su+er+ave es la con-ian"a sobre las +ruebas del cemento as-#ltico en condiciones %ue simulan las tres eta+as críticas durante la vida del as-alto/ a %ue el dise=o de me"clas Su+er+ave , su an#lisis es m#s com+leo %ue los m.todos en uso) el alcance de su uso de+ende del nivel del tr#nsito o de la clasi-icación -uncional del +avimento +ara el cual se ace el dise=o/ n consecuencia) & niveles de dise=o de me"clas del Su+er+ave -ueron desarrollados/ l dise=o volum.trico) *nico re%uerimiento +ara dise=o de me"clas del Bivel 1) im+lica la -abricación de los es+ecímenes de ensa,o usando el SGC , la selección del contenido de as-alto basado en los vacíos de aire) vacíos del agregado mineral 3 $!M o $M!4 ) vacíos llenados con as-alto 3$F!4) , la relación +olvo llenante 3-iller4 N contenido de as-alto e-ectivo/ as +ro+iedades de consenso , las +ro+iedades de -uente de origen deben ser cum+lidas/ l nivel 2 de dise=o de me"clas +arte del dise=o volum.trico/ Una batería de ensa,os SS; e IA; es reali"ada +ara arribar a una serie de +redicciones de +er-ormance Lse ace+ta N no se ace+ta/ l nivel & de dise=o de me"cla abarca mucas de las -acetas de los niveles 1 , 2/ nsa,os adicionales de SS; e IA; se reali"an en una am+lia variedad de tem+eraturas/ l dise=o del Bivel & es el *nico +rotocolo %ue reali"a el ensa,o de SS; con muestras con-inadas/ Aebido a %ue abarca un gran rango de ensa,os , resultados) el dise=o del Bivel & o-rece un detallado , seguro nivel de +redicción de la +er-ormance/ l Su+er+ave utili"a un sistema com+letamente nuevo de ensa,os) es+eci-icaciones) , selección de ligantes as-#lticos/ Si bien no se desarrollaron nuevos ensa,os +ara agregados) los m.todos de selección , es+eci-icaciones +ara agregados -ueron re-inados e incor+orados en el sistema de dise=o de me"clas Su+er+ave/ os re%uerimientos +ara me"clas as-#lticas del Su+er+ave -ueron establecidos a +artir de criterios actualmente en uso/ as +ruebas reali"adas en el as-alto original) re+resentan la +rimera eta+a@ trans+ortación) almacenamiento) , maneo/ a segunda eta+a re+resenta el as-alto durante la +roducción) me"cla , construcciónR es simulada +or las es+eci-icaciones mediante el enveecimiento del as-alto en el orno ?otatorio de
as +ro+iedades volum.tricas de la me"cla as-#ltica com+actada -orman +arte -undamental en la selección del contenido ó+timo de as-alto/ os +ar#metros m#s im+ortantes sonR los vacíos de aire 3$a4) vacíos en el agregado mineral 3$M!4) vacíos llenados con as-alto 3$F!4) , contenido de as-alto e-ectivo 3
n las -órmulas anteriores) los +ar#metros de ma,or in-luencia en la selección del contenido inicial de as-alto) son las densidades del agregado 3Gsb) Gsa , Gse4 , los +orcentae de as-alto , de agregado mineral utili"ados/ Una de las grandes di-erencias del Su+er+ave con res+ecto a las metodologías antiguas 3Marsall4 es el ti+o de com+actación/ l com+actador giratorio es +osiblemente la ma,or a+ortación del
Su+er+ave) este e%ui+o simula de meor -orma las densidades , acomodo de +artículas de la me"cla as-#ltica encontradas en el cam+o/ os +ar#metros de com+actación son la +resión vertical 3(00 7
12.3 0OIMI-O I)O )500A' Se deber#n elaborar 12 +robetas) cuatro +orcentaes de as-alto 3
•
•
•
Se deber#n reali"ar dos +ruebas a la me"cla as-#ltica con el -in de conocer sus +ro+iedades volum.tricas@
•
Se deber# calcular los +ar#metros volum.tricosR vacíos en el agregado mineral 3$!M4) vacíos llenos de as-alto 3$F!4 , vacíos de aire 3$a4) a continuación se +resentan las -órmulas de cada +ar#metro volum.trico , la es+eci-icación de cada +ar#metro/
12.3.1 )usce!tibilidad a la +umedad4 Se deber# reali"ar la +rueba de susce+tibilidad a la umedad de la me"cla as-#ltica) mediante la Borma !!S;O ;2D&) Susce+tibilidad a la umedad +or medio del ensa,o de tensión indirecta 3;S?4/ sta +rueba tiene como -inalidad determinar la +.rdida de resistencia %ue su-re la me"cla as-#ltica des+u.s de ser acondicionada en un ba=o María a (0 C durante 2' / a susce+tibilidad a la umedad es la relación entre el +romedio de las +robetas acondicionadas entre el +romedio de las +robetas de control 3sin acondicionamiento4) se debe tener una relación mínima de D0 / as +robetas deber#n tener un +orcentae de vacíos aire de 9/