MÉTODO BAILEY PARA SELECCIONAR LA GRADACIÓN EN EL DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE William R. Vavrik
y
Investigadores Aplicados Asociados
Grupo
y
Gerald Huber
y
William J Pine
de Investigación del Patrimonio y
Universidad
Samuel
H. Carpenter
de Illinois en Urbana-Champaign y
Robert Bailey
Ingeniero de Materiales (Retirado)
Las mezclas asfálticas están compuestas de piezas de roca triturada aglomeradas con un ligante asfáltico.En la práctica, las HMA, mezclas asfálticas en caliente son un material muy simple. Actualmente, HMA como un material de construcción son mucho más complicadas de lo que parecen. Las mezclas asfálticas son un material compuesto, consistente de partí culas de agregado de dif erentes tamaños, de un ligante asfáltico que es mucho más suave los agregados y de vacíos con aire. La r espuesta de una mezcla asfáltica a las cargas del tráfico y el medio ambiente depende de las propiedades de sus constituyentes y de la proporción, en volumen, d e cada uno de estos. A su v ez, el d esempeño de la mezcla asfáltica frente al a huellamiento, Fisuración y durabilidad, está directamente relacionado con la respuesta de la mezcla a las cargas. A menudo, los Ingenieros de caminos o carreteras, se refieren a un esqueleto en la mezcla, cuando se habla del papel de los agregados. En ef ec ecto, la mayor parte de la fuerza compresiva y la r esistencia al desplazamiento bajo los camiones cargados, viene de los agregados. Las propi edades del esqueleto están directamente relacionadas con la dur eza, forma, t extura y gradación del agregado. De estas propiedades, la gradación es la más desestructurada. La carta de gradación a la potencia 0,45 es la única herramienta disponible de los ingenieros para evaluar la gradación. Excepto por algunas r eglas muy generales, tal como: Manténgase ale jado de la línea de máxima densidad para incrementar los, VAM, vacíos en el agregado mineral, No había, ninguna indicación sobre el ef ec ecto de la gradación sobr e las propiedades de la mezcla. La mayoría de los diseñador es solo apr enden por la experiencia, como los cambios en la gradación cambian las propiedades de la mezcla. El método Bail ey para la selección de la gradación considera las características de empaquetamiento, o embalaje o aglomeración de los agr egados. Los parámetros en el método están directamente relacionados con los va cios en el agregado mineral, VAM, vacíos con aire, Va Va y con las propiedades de compactación. El método Bailey es un medio para diseñar la trabazón de agregados y la estructura en una mezcla asfáltica. Los principios en el método pueden ser usados en el diseño de mezclas asfálticas y en el proceso de control de calidad, pero no son un método d e diseño. El método no indi ca cuales deben ser la l as propi pr opi edades adecuadas del agregado, ni de la mezcla asfáltica para producir una mezcla asfáltica de calidad. Este documento describe el Método Bailey para la selección de los agregados de una mezcla asfáltica.
¿Q UÉ
ES EL MÉTODO BAILEY?
Tradicionalmente, las mezclas asfálticas han sido diseñadas usando un procedimiento de Prueba y Error para seleccionar la gradación del agregado. Los agregados son combinados, típicamente, en porcentajes que se desarrollaron a partir de muchos años d e experiencia. Un método d e diseño para todas las m ezclas, que proporcione un medio para diseñar el grado deseado de trabazón en los gruesos de la mezcla asfáltica, no estaba disponible. Un trabajo r ealizado por el NCAT (Centro Nacional de Tecnología del Asfalto) para diseñar mezclas SMA (Stone Matrix Asphalt Mezcla Piedra-Asfalto) es muy útil para determinar el grado deseado de trabazón en el agregado. Este concepto de comparar vacíos en el agregado grueso de la mezcla, para la condición suelto y seco d el agregado grueso puede ser comparable para evaluar la trabazón de las mezclas densamente gradadas o graduadas. El método Bailey es un enfoque sistemático de la mezcla de agregados que proporciona la trabazón como la columna vertebral de la estructura y una balanceada gradación continúa para completar la mezcla. El método proporciona un conjunto de herramientas que permiten la evaluación de las mezclas de agregados. Estas herramientas proporcionan una me jor compr ensión en la relación entre la gradación de los agregados y los vacíos de la mezcla. El método Bailey da al prof esional herramientas para desarrollar y ajustar mezclas de agregados. El nuevo procedimiento ayuda a asegurar la trabazón (Si se desea), y un buen empaquetami ento, dando una r esistencia a la deformación permanente, mientras mantiene las propi edades volumétricas que proveen la resistencia al embate ambiental.
DESARROLLO El método Bailey fue desarrollado originalmente por el s eñor Robert Bailey, r etirado del D epartamento de Transporte de Illinois, Distrito 5. Este método está basado sobr e la experiencia en el diseño d e las mezclas asfálticas. Bailey, desarrollo este método como un medio para combatir el ahuellamiento de las mezclas asfálticas, mientras mantenía las propiedades de durabilidad, características. El procedimiento original desarrollado por Bail ey ha sido refinado por el Dr. Bill Vavrik, ERES División de Consulta de Investigadores Aplicados Asociados y el Dr. Bill Pine, para presentar un enfoque sistemático para mezclar agregados, aplicable a todas las mezclas asfálticas d ensamente gradadas independientemente, d el tamaño máximo de agregado en la mezcla. Este, puede ser usado con cualquier método de diseño de mezcla, incluyendo el SUPERPAVE, MARSHALL Y HVEEM. El método pu ede ser usado también con SMA, para el cual se provee una guía en la sección sobre Principios del Método Bailey y mezclas SMA, página 19. En el método Bailey, la trabazón es s eleccionada como un dato de entrada. La trabazón proporcionará una mezcla r esistente al ahuellamiento. Para as egurar que la m ezcla contiene el ligante asfáltico adecuado, Los VAM son cambiados, cambiando el empaquetamiento de los agregados gruesos y finos.De este modo, la mezcla asfáltica desarrollada con el método Bailey puede tener fuerte esqueleto para una alta estabilidad y unos VAM adecuados para una buena durabilidad. Estos procedimientos de mezcla d e agregados han sido validados con análisis de laboratorio y pruebas de campo (1,2,3,4). El trabajo d e laboratorio realizado hasta la f echa muchos diseños de mezcla usadas en Illinois, por el Sr. Robert Bailey, quien usó el método para me jorar las vías de Illinois, pero no publicó sus
estudios. Adicionalmente, la relación entre la gradación del agregado y las propiedades volumétricas d e la
mezcla resultante están bien documentados en los estudios de Vavrik (4). Internacionalmente, el método Bailey ha sido usado en un programa de laboratorio de Investigación de asfaltos en Dubái, Emiratos Árabes Unidos, para me jorar el desempeño frente al ahuellamiento de sus mezclas. Pruebas de campo se han ubicado en Dubái, Francia, Canadá y en todos los estados unidos. Los resultados de esas pruebas de laboratorio y campo se publicarán los resultados disponibles.
PRINCIPIOS BÁSICOS DEL MÉTODO BAILEY Para desarrollar un método para combinar agregados qu e optimizará la trabazón y proporcionar las propiedades volumétricas apropiadas, es necesario entender el control de algunos de los factores que influyen en el diseño y desempeño d e estas mezclas. La explicación de agregados grueso y fino dada en la siguiente sección proporciona la base para compr ender la proporción de agregados.El método Bail ey se basa en que la comprensión proporciona una visión más clara de la combinación de agregados para su uso en una mezcla asfáltica. El método Bailey usa dos principios que son la base de la relación entre la gradación y las propiedades volumétricas de la mezcla. 1. Empaquetamiento de Agregados y 2. Definición de agregado Grueso y Fino. Con estos principios, los principales pasos en el método Bailey son: 1. Combinar los agregados por Volumen, y 2. Analizar la mezcla combinada.
EMPAQ UETAMIENTO DE AGREGADOS Las partí culas de agregados no pueden agruparse para llenar completamente un volumen dado; Siempre habrá espacios entre ellas. Este grado de empaquetamiento dependerá de: y
y
y
y
Tipo y cantidad de Energía de Compactación: Varios tipos d e fuerzas d e compactación pueden s er usados, incluyendo presión estática, impacto (Martillo Marshall), o cizallami ento y amasado como las producidas por el compactador giratorio de corte y el compactador por amasado de California, respectivamente. Densidades mayores pueden alcanzarse por incrementos en los esfuerzos de compa ctación, p. e j. Mayores presiones estáticas, más número de golpes, o más pisadas o giros. Forma de las partículas: Partí culas planas y alargadas tienden a no acomodarse en una configura ción densa, mientras que las partí culas cúbicas tienden a organizarse en una configuración densa. Textura superficial de las partículas: Las partí culas con textura suave o lisa (propio d e la mayoría de las partí culas redondeadas en los materiales aluviales), se reorientarán más fácil en una configuración densa, mientras que las partí culas de superficie rugosa oponen resistencia al deslizamiento entre ellas mismas. Distribución de tamaños de las partículas (Gradación): Partí culas de un único tamaño no se empaquetaran densamente como una mezcla de dif erentes tamaños.
y
Fuerza de las partículas (Dureza): La dureza de las partí culas af ecta directamente la cantidad de degradación que ocurre en un compactador o bajo los rodillos. Típi camente, agregados blandos s e degradan más, que agregados duros y se densifican más allá de lo deseado.
Las propiedades citadas anteriormente pueden usarse para caracterizar tanto agregados gruesos como finos. Las características individuales de un agregado dado, con la cantidad usada en la mezcla, tiene un impacto directo sobre las propiedades de la mezcla r esultante. Cuando se comparan dif erentes fuentes de agregados de tamaños comparables, el diseñador considerará las características individuales además de los principios presentados por el método Bailey. Aunque un agregado pueda tener características aceptables, puede no combinarse bien con otros agregados propuestos para usar en el diseño. La combinación final de agregados gruesos y finos, y sus respectivas propiedades individuales, determinan las características de empaquetamiento o embalaje de toda la mezcla para un tipo y cantidad de compactación. Por eso la selección de la fuente de agregados es una parte importante en el proceso de diseño de mezclas.
AGREGADO GRUESO Y FINO La definición tradicional de agregado grueso es cualquier partí cula que se retiene sobre el tamiz de 4,75 mm (N°4). El agr egado fino s e define como cualquier agregado que pase el tamiz de 4,75 mm (N°4), Arena, limo y arcilla. El mismo tami z es usado para mezclas de 9,5 mm como para 25 mm. En el método Bailey, la definición de agregado grueso y fino es más específica para determinar el empaquetami ento y trabazón proporcionados por la combinación de varios tamaños mezclados. Las definiciones del método Bailey son las siguientes: y
y
Agregado Grueso: Es la mayor partí cula que cuando se coloca en un volumen genera vacíos. Agregado Fino: Son las partí culas que pueden llenar los vacíos en la mezcla creados por el agregado grueso.
De estas definiciones, más que un tamaño de agregado individual es necesario para definir grueso o fino. Las definiciones de agregado grueso o fino dependen d e el tamaño máximo nominal, (TMN), d e la mezclas. En una mezcla densa con agregados de tamaño máximo nominal (TMN), d e 37,5 mm, las partí culas de 37,5 mm se juntan para generar vacíos. Esos va cíos son lo suficientemente grande para llenarse con partí culas de agregado de 9,5 mm, haciendo las partí culas de 9,5 mm las partí culas de agregado fino. Ahora, considere una típica mezcla superficial (Rodadura) con un TMN de 9,5 mm. En esta mezcla de agregados, las partí culas de 9,5 mm son consideradas como agregado grueso. En el método Bailey, el tamiz que define el agregado grueso y fino es conocido como el tamiz de control primario (TCP) y este, está basado en el TMN de la mezcla de agregados. La división entre agregado grueso y fino es mostrado en la figura 1. El tamiz de control primario (TCP) se define como el tamiz de tamaño más cercano a el resultado de la formula de TCP, ecuación 1. TCP: Tamiz de Control Primario TMN: Tamaño Máximo Nominal, el cual es el tamiz mayor al primer tamiz que retiene más del 10% (tal como
lo define la metodología SUPERPAVE)
El valor de 0.22 usado en la ecuación de TCP fue determinado de un análisis de empaquetamiento de 2 y 3 dimensiones de dif erentes formas de partí culas. El análisis en 2 dimensiones de partí culas combinadas mostró que la relación del diámetro de las partí culas va desde 0,155 (Redondeada) hasta 0,289 (Aplanada), con un valor promedio de 0,22. El análisis de 3 Dimensiones de la combinación de partí culas arrojo un resultado similar para la r elación de diámetro de las partí culas de 0,150 (Esf eras hexagonal es compactas) hasta 0,420 (partí culas cúbicas). Adicionalmente, la investigación mostró que el empaquetamiento de partí culas sigue dif erentes modelos cuando el diámetro característico está por encima o por debajo del valor de 0,22. Mientras este valor puede no ser exactamente correcto para todas las m ezclas asfálticas, el análisis de gradación no se ve af ectado si el valor oscila entre 0,18 y 0,28.El factor de 0,22 es el valor promedio de muchas configuraciones de empaquetamiento.
COMBINANDO AGREGADOS POR VOLUMEN Todas las mezclas de agregados contienen una cantidad y tamaño de vacíos, los cuales son función de las características de empaquetamiento de la mezcla. En los agregados combinados, primero debemos determinar la cantidad y tamaño de los vacíos creados por los agr egados gruesos y llenar esos vacíos la cantidad apropiada de agregado fino. Generalmente, los diseños de mezcla están basados en un análisis volumétrico, pero por simplicidad los
agregados son combinados en peso. La ma yoría de los métodos de diseño corrigen los porcentajes que pasan, en peso a porcentajes que pasan, en volumen; esto cuando existen dif erencias significativas entre los agregados acopiados. Para evaluar el grado de empaquetamiento en la mezcla, el diseñador necesita evaluar la mezcla en volumen. Para evaluar la combinación volumétrica d e la los agr egados, información adicional debe ser r eunida.Para cada agregado acopiado, el p eso unitario suelto y compacto d ebe ser d eterminado, así también para cada acopio de agregados finos. Estas mediciones proporcionan información volumétrica de la estructura de vacíos requerida para evaluar las propiedades de trabazón.
PESO UNITARIO SUELTO DEL AGREGADO GRUESO El peso unitario suelto de un agregado es la cantidad de agregado que llena un volumen unitario sin ningún esfuerzo d e compactación aplicado. Esta condición representa el inicio d e la trabazón d el agregado grueso (contacto partí cula partí cula) sin ningún esfuerzo de compactación aplicado. El peso unitario suelto es determinado sobre cada agregado grueso usando el procedimiento descrito en la AASTHO T-19: Peso unitario y vacíos en el agregado, el cual de ja los agregados en condición suelta en un cubo de metal pesado. El peso unitario es calculado dividiendo el peso d e agregado entre el volumen del cubo de metal. Usando la gravedad especifica Bulk y el peso unitario suelto, se determina el volumen de vacíos para esta condición. Esta condición representa el volumen de vacíos presente cuando las partí culas están en contacto ningún esfuerzo adicional dif erente al peso propio d e los materiales es aplicado.
PESO UNITARIO COMPACTO DEL AGREGADO GRUESO El peso unitario compa cto de los agregados es la cantidad de agregado que llena un volumen unitario con un esfuerzo de compactación aplicado. El esfuerzo de compactación aplicado incrementa el contacto de partí cula a partí cula y disminuye le volumen de vacíos en el agregado. El peso unitario compacto es determinado sobre cada agregado grueso usando el procedimiento de compactación descrito en la AASTHO T-19: Peso unitario y vacíos de agregados, el cual de ja los agregados compactados en un cubo de metal pesado. El peso unitario compacto se calcula dividiendo el peso del agregado entre el volumen del cubo de metal. Usando la grav edad especifica Bulk y el peso unitario compacto se determina el volumen de vacíos para esta condición.Esta condición representa el volumen d e vacíos presentes cuando los partí culas, además mas contacto debido al esfuerzo de compactación aplicado.
PESO UNITARIO ESCOGIDO DE AGREGADO GRUESO Los diseñadores necesitan seleccionar la trabazón deseada del agregado grueso en su diseño de mezcla. Por eso, ellos deben escoger el peso unitario del agregado grueso, el cual establece el volumen de agregado en la mezcla de agregados y el grado de trabazón. En el método Bailey, la gradación gruesa es definida como la que tiene un esqueleto granular. Las mezclas finas no tienen suficiente cantidad de partí culas de agregado grueso (mayores que el TCP) para formar un esqueleto. Para seleccionar un peso unitario el diseñador necesita decidir si la mezcla es gruesa o fina. El peso unitario suelto, es el límite inf erior de la trabazón del agregado grueso. Teóricamente, esta es la línea divisoria entre las mezclas de gradación fina y las de gradación gruesa. Sí, el diseñador de la mezcla escoge peso unitario de agregado grueso menor que el peso unitario suelto, las partí culas de agregado grueso s e separan y esta es una condición de contacto no uniforme entre partí culas; Por lo tanto, es d esarrollado un esqueleto granular fino, y las propiedades de la mezcla estarán relacionadas con las propiedades del agregado fino. El peso unitario compacto es g eneralmente considerado como el límite superior de trabazón de una mezcla densamente graduada. Este valor, por lo general es cercano al 110% d el p eso unitario suelto. Como el p eso unitario escogido se aproxima el peso unitario compacto, la cantidad de esfuerzo de compactación requerido para incrementar significativamente la densidad, lo cual puede hacer una mezcla de difí cil construcción en campo. Para las mezclas de gradaciones densas, el peso unitario escogido, (trabajo), es un porcentaje del peso unitario suelto del agregado grueso. Sí, el deseo es obtener alguna trabazón del agregado grueso (como con las mezclas de gradación gruesa), el porcentaje empleado oscilará entre el 95% al 105% d el peso unitario suelto del agregado grueso. Para agr egados blandos propensos a la degradación el peso unitario escogido estará cercano al 105% d el peso unitario suelto de los gruesos. Valores superiores al 105% d el peso unitario suelto serán evitados debido al incremento de la probabilidad de degradación en el agregado y al incremento de la dificultad de compactación en campo. Con las mezclas finamente gradadas, se recomienda la diseñador no usar pesos unitarios escogidas entre el 90% y al 95% del peso unitario suelto. Estas mezclas tienen una alta probabilidad de variaciones dentro y fuera de la trabazón en el agregado grueso en el campo, de acuerdo a las tol erancias permitidas sobre el (TCP).
Es normal que una mezcla de agregado se consolide más que el peso unitario escogido debido al ef ecto lubricante del ligante asfáltico, además cada agregado grueso contiene alguna cantidad de material fino, que es retirado cuando se está haciendo el ensayo para determinar los pesos unitarios su eltos y compactos, los cuales contribuyen a que la mezcla de agregados sea ligeramente más pesada que lo que intento prever. Por lo tanto, un p eso unitario escogido tan bajo como un 95%del p eso unitario suelto a menudo puede se usa, produciendo todavía un cierto grado de trabazón en los áridos gruesos. Si,
el diseñador quiere conocer el grado de trabazón alcanzado por un diseño dado, en relación con el peso
unitario suelto del agregado grueso, deberá ref erirse al National Asphalt Pavement Assosiation Quality Improvement Series 122: Designing y Constructing of SMA mixtures State of the Practice. Este documento contiene los cálculos necesarios para determinar los VAM de la mezcla y los VAM de los agregados gruesos en la condición secos y compactos, DRC, (Es lo misma condición en la que se calcula el peso unitario compacto); esto es empleado comúnmente para evaluar la trabazón en las mezclas SMA.Para el caso de las mezclas densas el diseñador puede determinar los actuales VAM en la condición DLC, Secos y sueltos realizando en un ensayo de peso unitario suelto sobre el material de la m ezcla retenido en el TCP junto con una determinación de la gravedad específica del mismo material. Esto también se puede hacer por la determinación de los VAM de la mezcla, comparado con los VAM d e los agregados en la condición seco y suelto, para determinar la trabazón alcanzada con respecto al peso unitario suelto para una mezcla específica. En resumen, la cantidad de consolida ción adicional respecto al peso unitario escogido depende de varios factores: y
y
y
y y
Dureza, forma y textura de los agregados; La cantidad de agregado fino que acompaña a cada agregado grueso cuando los ensayos de peso unitario suelto y compacto, son realizados; Características de la mezcla combinada; La relación entre el peso unitario escogido y el peso unitario compacto de los agregados gruesos; y Tipo y cantidad de esfuerzo aplicado, (Marshall, Giratoria, etc.) (75 Golpes o 50 Golpes; 100 o 124 giros)
Después de seleccionar el peso unitario deseado en los agregados gruesos, se deberá determinar la cantidad de agregado fino para llenar los VAM correspondientes.
PESO UNITARIO COMPACTO DEL AGREGADO F INO Para las mezclas de gradación densa, los va cíos creados por el agregado grueso en el peso unitario escogido son llenados volumen igual de agregado fino en la condición del peso unitario compacto. El peso unitario compacto es usado para qu e la estructura del agregado fino este, cerca a su fuerza máxima. El peso unitario suelto es determinado sobre cada agregado fino siguiendo los lineamientos del procedimiento T-19 de la AASTHO. La mayoría de los agregados finos tienen un TMN de 4,75 mm (N°4) o menos, por lo general un molde de PROCTOR de 100 mm de diámetro es usado para la d eterminación; la capacidad es d e 0,9 Litros. Este peso unitario compacto se utiliza para determinar el volumen d e agregado fino necesario para llenar los vacíos generado por los agregados gruesos, por eso no se selecciona un peso
unitario. Note, que el p eso unitario compa cto no se determina para el polvo min eral conocido como filler o finos de la cámara de bolsas.
DETERMINACIÓN DE LA MEZCLA DE DISEÑO La única información adicional requerida comparada con otros métodos d e diseño es la ref erente a los pesos unitarios de los agregados grueso y fino. Las siguientes decisiones serán tomadas por el diseñador y usadas para determinar los porcentajes, en peso, individuales de cada agregado y la mezcla combinada resultante. y
y y
y
y
y
Gravedad especifica Bulk de cada agregado,
Peso unitario escogido de los agregados gruesos, Peso unitario compacto de los agregados finos, Mezcla en volumen de los agregados grueso completando el 100%, Mezcla total de los agregados finos completando el 100% Cantidad de pasa N°200 deseado en la mezcla combinada, sí, se usan Filler o finos de la cámara de bolsas.
Los siguientes pasos son pr esentados para proporcionar un sentido general de la m ezcla d e agregados por volumen: 1. Seleccione un peso unitario escogido de los agregados gruesos, Kg/m3 2. Calcule el volumen de vacíos para el peso unitario escogido en el agregado grueso, 3. Determine la cantidad de agregado fino para llenar los va cíos en el agregado grueso, usando el peso unitario compacto de los finos, Kg/m3 4. Usando los pesos unitarios, en kg/m3 de cada agregado, determine el peso unitario total y convierta a porcentajes individuales la mezcla de agregados. 5. Corregir los agregados gruesos para La cantidad de agregado fino que contiene y la cantidad de agregado fino para la cantidad de agregado grueso que contiene, en orden para mantener la mezcla deseada por volumen de agregado grueso y fino. 6. Determine los porcentajes de mezcla ajustada de cada agregado por peso. 7. Sí, Mineral Filler o Finos de la cámara de bolsas son usados, ajuste el porcentaje de agregado fino por la cantidad de fino deseada para mantener la mezcla deseada por volumen, de agregado grueso y fino. 8. Determine los porcentajes revisados de agregados individuales por peso para usar en los cálculos de la mezcla combinada.
ANÁLISIS DEL DISEÑO DE MEZCLA Después de combinar la gradación por peso sea determinada, la trabazón del agregado es analizada. La mezcla combinada se descompone en tr es porciones distintas y cada porción es evaluada individualmente. La porción gruesa de la mezcla combinada va desde de la mayor partí cula a la del TCP. Estas partí culas son consideradas el agregado grueso de la mezcla. Loa agregados finos s e descomponen y evalúan en dos porciones.Para saber donde dividir el agregado fino, el mismo fa ctor de 0,22 se debe usar sobre la gradación completa aplicado sobre el TCP para determinar el tamiza de control secundario TCS. Con el TCS comienza la división entre las arenas gruesas y las arenas finas. La arena fina es evaluada para determinar el tamiz de control terciario TCT, el cual es determinado
multiplicando el TCS por el factor de 0,22. Se hace un análisis usando la r elación que evalúa el empaquetami ento de las tres porciones d e la gradación de agregados combinados. Las tres r elaciones son: RELACIÓN AGREGADO GRUESO (CA Ratio), RELACIÓN AGREGADO FINO GRUESO (FAc Ratio) Y RELACIÓN AGREGADO FINOS FINO (FAf Ratio). Estas tres relaciones describen las características de empaquetamiento de los agregados. Cambiando la gradación modificando la porción de cada porción se pueden modificar las propiedades volumétricas, constructivas o desempeño de la mezcla asfáltica. CA Ratio (RELACIÓN AGREGDAO GRUESO) Esta relación se emplea para evaluar el empaquetamiento de los agregados gruesos y los vacíos resultantes. Para poder entender el empaquetamiento del agregado grueso s e requiere de introducir el TCM (tamiz de control medio). El TCM, se define como un medio ½ del TMN. Las partí culas más pequeñas que el TCM se denominan INTERCEPTORAS. Las interceptoras son demasiado grandes para caber en los va cíos creados por los agregados más gruesos, y por lo tanto d ebe separárselas. El equilibrio de estas partí culas puede emplearse para ajustar las propi edades volumétricas d e la mezcla. Cambiando la cantidad de interceptoras es posible cambiar los VAM y en la mezcla y producir una estructura equilibrada de agregados gruesos.Con una estructura de agregados gruesos en equilibrio se puede facilitar la compactación en campo y un desempeño adecuado bajo las cargas. La ecuación para de esta relación es la siguiente:
El empaquetamiento de la fracción de agregado grueso, observado a través de esta relación es el principal factor en la constructibilidad de la mezclas. Valores inf eriores a 1, in crementan la compactación, ya que hay pocas INTERCEPTORAS para limitar la compactación de las partí culas gruesas más grandes. Por lo tanto, una mezcla con un valor bajo de CA Ratio, típicamente requiere una fuerte estructura de agregados finos necesaria para satisfacer las propiedades volumétricas. También, un valor por d ebajo de los rangos sugeridos en la tabla 1. Podría indicar una mezcla que puede ser propensa a la s egregación.Valores bajos de de esta relación, incluso por debajo de los valores sugeridos, son aceptados para las mezclas asfálticas d e gradación abierta, pues tiene una mayor tendencia a segregarse que las mezclas de gradación densa o continua. Cuando los valor es de la relación se aproximan hacia 1, se incrementan los VAM. Sin embargo, como el valor aproxima a uno (1), la fra cción de agregado grueso se desequilibra porque los agregados de tamaños interceptores intentan controlar el esqueleto de agregado grueso. Aunque esta mezcla puede no ser propensa a la segregación, esta contiene una cantidad mayor de interceptoras, que de fracción de agregado grueso, causando que la porción por encima del TCP sea menos continua.La mezcla resultante puede ser difí cil de compactar en campo y con una tendencia a desplazarse bajolos rodillos, porqu e esta no quiere cerrar. Generalmente, las mezclas con altos valor es d e esta relación tienen una gradación en forma de S sobre la carta de gradación a la 0,45. Mezclas SUPERPAVE, tienden a desarrollar una mala reputación por ser difí ciles de compactar.
Cuando los valores d e esta relación exceden el límite de 1, las partí culas del tamaño de la INTERCPETORAS comienzan a dominar la forma ción del esqueleto granular grueso. La porción gruesa de los agregados gruesos son entonces considerados CONDENSADORES, como estos agregados no controlan el esqueleto granular, sino que flotan en una matriz de agregados gruesos más finos.
RELACAION AGREGADO FINO GRUESO (FAc Ratio) Todos los agregados finos (menores al TCP), pueden s er vistos como una mezcla que en si misma contiene una porción gruesa y una porción fina y puede ser evaluada de una manera similar que la mezcla completa. La porción gruesa d el agregado fino, crea vacíos que pueden ser llenados con la porción más fina de ellos mismos. Como con el agregado grueso, se desea llenar estos vacíos con un volumen apropiado de los agregados más finos, sin sobr ellenar los vacíos. Esta relación está dada por la sigui ente ecuación:
Cuando esta relación se incrementa, el empaquetamiento también se vuelve más estricto. Esto se da por el aumento de los fino en la porción del agregado fino. Es aconse jable trabajar con valores de la relación menores a 0,50; Valor es superiores indican cantidades excesivas de finos dentro de la porción fina, en la mezcla. Un valor ma yor a 0,50 es generado por una cantidad excesiva de arena natural o una arena natural excesivamente fina, que debe ser evitada. Este tipo de mezclas normalmente muestran un Joroba en la porción de arenas cuando se presentan sobre la carta de gradación a la potencia 0,45, lo cual indica que esta mezcla es potencialmente tierna. Sí,
el valor cae por debajo del rango de la tabla 1, la gradación no será uniforme.Estas mezclas son
generalmente de gradaciones abiertas y tiene un vientre (concavidad) que generalmente indica una inestabilidad y puede llevar a problemas de compactación. Esta relación tiene un impacto considerable sobre los VAM de una mezcla debido al mezcla de arenas y la generación de vacíos en el agregado fino. Los va cíos en el agregado fino se incrementaran cuna esta relación disminuya. RELACIÓN AGREGADO FINO-FINO (FAf Ratio) La porción fina de los agregados finos, es la encargada de llenar los vacíos creados por la porción gruesa de los agregados finos. Esta r elación muestra como la porción fina de los agregados finos puede apretarse.Es necesario un tamiz más para calcular esta relación, el TCT. El TCT, tamiz de control terciario es el tamiz más cercano al producto del TCS por 0,22. La sigui ente ecuación representa dicha relación:
Como ya mencionamos anteriormente, esta relación es la encargada de evaluar o describir el empaquetami ento de la porción más pequeña de la mezcla de agregados. Al igual qu e para la relación de FAc, este valor debe ser menos de 0,50. Los VAM de la mezcla se incrementan cuando el valor de esta relación decrece.
Estas relaciones son valiosas para la evaluación y ajuste de los VAM. Una vez una gradación de prueba es evaluada en el laboratorio, otras grada ciones pueden ser evaluadas sobr e el papel para seleccionar una segunda gradación de diseño que tenga un incremento y disminución de los VAM d eseados. Cuando s e hace el análisis sobr e el papel el diseñador debe recordar que cambios en la forma de las partí culas, dureza y textura debe considerar como favorabl es. Las relaciones son calculadas a partir de los tamices de control de una mezcla asfáltica, los cuales están relacionados con el TMN. La tabla 2 propor ciona los tami ces de control para varios tipos de mezcla. Los valores en la determinación de las relaciones de agregados son el porcentaje de los tamices de control para la mezcla final combinada. Los rangos recomendados para estas relaciones se muestran en la tabla 1. EFECTOS DEL CAMBIO DEL PESO UNITARIO ESCOGIDO Cambian el peso unitario escogido del agregado grueso tiene un ef ecto significativo sobre las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica en caliente. Un incremento de este sobre el p eso unitario suelto puede causar un incremento de los Va en la mezcla resultant e. Los VAM, vacíos en el agregado mineral, se incrementan porque hay un volumen adicional de agregados gruesos en la mezcla, lo cual incrementa la trabazón y la resistencia a la compactación. La incremento actual de VAM, con cambios en el peso unitario escogido dependerá de la forma y la textura de los agr egados. En una mezcla con un esqueleto d e agregado grueso un incremento del 5% en el peso unitario Escogido puede incrementar los VAM entre un 0,5% y 1,0%.En una mezcla de gradación fina, (con un peso unitario escogido menor al 90% d el peso unitario suelto) estos cambios no ti enen un ef ecto significativo sobre los VAM porque, no hay esqueleto granular. Peso unitario Escogido VAM ___________________________________________________ Incrementan Incrementan
Incrementos en el peso unitario escogido, pueden af ectar la compactibilidad de la mezcla, tanto en el laboratorio como en el campo. Cuando el peso unitario escogido aumenta, más cantidad de agregado grueso es diseñado en la mezcla. Este volumen adicional de agregado grueso aprieta bajo esfuerzos de compactación y la compactación se resiste. Altos valor es de pesos unitarios escogidos pueden conducir a mezclas fuertes en el laboratorio y el campo, pero serán difí ciles para construir si se toma demasiado le jos. Los cambios en el peso unitario escogido, cambia los porcentajes que pasan por el TCP en la mezcla combinada. Durante la producción se deberá tener un especial cuidado en mantener el porcentaje de material que pasa por el TCP, especialmente para las mezclas de gradación gruesa.Estos cambios pueden alterar la trabazón, los va cíos y constructibilidad de la mezcla. Cambios en el porcentaje de material pasante por el TCP, ef ectivamente cambian el peso unitario escogido. Cambios deliberados en el peso unitario escogido durante la construcción son un método apropiado para cambiar la constructibilidad de la mezcla.
EFECTOS DEL CAMBIO EN LA RELACIÓN DE AGREGADOS GRUESOS (CA Rati o) Esta relación tiene un ef ecto significativo sobre las propiedades volumétricas de las mezclas asfálticas en caliente. Esta relación describe la relación entre las partí culas más grandes y las partí culas interceptoras en la estructura de la porción de agregado grueso. Cambios en este equilibrio cambian la compactibilidad de la mezcla tanto en laboratorio como en el campo. Un incremento de esta relación puede causar un incremento en los Va y los VAM. Esto pasa porqu e, más partí culas interceptoras se encuentran en la porción gruesa dificultando la compactación. El incremento de los VAM por cambios en esta relación dependerá de la forma y la textura de las partí culas. En las mezclas gruesas un incremento del 0,2 en el CA, puede generar incrementos en los VAM entre 0,5% y 1,0%. CA Ratio VAM _____________________________________ Incrementan Incrementan Adicionalmente, el ef ecto sobre las propiedades volumétricas puede indicar problemas de construcción. Si la relación CA es baja la mezcla puede ser propensa a la s egregación, Esto es, zonas en las vías con exceso de agregados gruesos, lo cual puede disminuir la vida en servicio del pavimento asfáltico. Si el CA esta cercano o sobrepasa el valor de 1,0, entonces la región de los agregados gruesos de la mezcla comienza a desequilibrarse y ninguno de los tamaños (Sobre tamaños (partí culas gruesas) o las int erceptoras) controlan la estructura del agregado grueso. Esto puede causar que la mezcla se desplace durante la compactación.
CA Ratio Segregación _____________________________________ Incrementan Incrementan
