PRINCIPIOS PRINCIPIOS DE MEZCLA MEZCLAS S ASFÁLTICAS ASFÁ LTICAS El pavimento asfáltico es una estructura de múltiples capas compuestas cada de una de diferentes materiales y cada capa con un espesor específico, que en conjunto son capaces de resistir los esfuerzos aplicados por el tráfico (este esfuerzo es conocido como repeticiones de carga). Figura 1. Estructura típica de un pavimento.
también es capaz de resistir altos esfuerzos o cargas instantáneas y puede recuperar su forma original (casi en su totalidad). El asfalto tiene propiedades ideales para la construcción de pavimentos cumpliendo las siguientes funciones o usos: Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación, proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, es capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos y en muchos casos mejora la capacidad portante de la estructura permitiendo disminuir su espesor.
2. TIPOS DE ASFALTOS DE PAVIMENTACIÓN PAVIMENTACIÓN
Cada capa de esta estructura juega un papel fundamental en la necesidad de “absorber” y “disipar” los esfuerzos que recibe por parte del tránsito de vehículos. Una de las capas fundamentales en el pavimento flexible es la carpeta de mezcla asfáltica, y por las propiedades y características de este material es que este tipo de pavimento recibe su nombre (flexible). En líneas generales un pavimento debe ser duradero, económico (adecuados materiales y procesos constructivos) y a su vez deben resistir los efectos dañinos del medio ambiente y clima.
Los asfaltos de pavimentación que pueden obtenerse en el mercado nacional son los productos directos de la refinación, que pueden clasificarse como: cementos asfalticos, asfaltos líquidos y emulsiones (estas son procesadas por empresas privadas).
a) Cementos asfalticos (CA): Conocidos también como concretos asfálticos, son empleados en la pavimentación de carreteras. Se clasifican tradicionalmente en varios tipos, o grados, en función de su “grado de penetración o viscosidad”, de acuerdo a lo indicado en la siguiente tabla 1 Tabla 1. Clasificación de los cementos asfalticos en función de su penetración y su viscosidad
Adicionalmente, la estructura del pavimento flexible debe ser drenante (permitir la salida del agua del interior de las capas –agua de lluvia, agua capilar, agua subterránea-) y la capa exterior (de mezcla asfáltica) debe ser impermeable con el objetivo de impedir la entrada del agua superficial.
1. ASFALTO El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras y plataformas industriales. También es utilizado como material impermeabilizante. Proviene del petróleo virgen y está compuesto por completo de bitumen, asfaltenos, resinas y aceites, todos estos elementos proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad, es semisólido, cuando se somete a altas temperaturas es de consistencia líquida y tiene propiedades cementantes cuando se encuentra a temperatura ambiente. El asfalto es un material impermeable, capaz de adherirse a cualquier superficie y a su vez es un material cohesivo,
Fuente: Apuntes de Pavimentos, Ing. Gustavo Corredor
b) Asfaltos diluidos (cut-backs): Es un CA mezclado con uno de los solventes que han sido previamente extraídos de un crudo en la torre de destilación durante el proceso de refinación (llamado por eso un corte o “cut”), se obtiene un asfalto diluido, precisamente por esto llamado “cut-back”, pero también denominados “asfaltos líquidos”, o “asfaltos rebajados”.
En función del tipo de cemento asfaltico que sirva de base para la mezcla, y del tipo de solvente que se emplee, se obtienen:
Asfaltos diluidos de “curado rápido” (RC), cuando el CA es de penetración 80/20 y el solvente es nafta o gasolina. Asfaltos diluidos de “curado medio” (MC), cuando el CA es de penetración 120/250 y el solvente es kerosene. Asfaltos diluidos de “curado lento” (SC), cuando el CA es de penetración 200/300 y el solvente es un gasóleo, ya sea el gasoil o el diesel.
c) Asfaltos Emulsificados / Emulsiones Asfálticas: Es un material de pavimentación que ha tomado casi universalmente el lugar de los asfaltos diluidos. Este material es una mezcla de CA y agua y como estos dos componente no son miscibles, se recurre a la incorporación de un tercer elemento, llamado “agente emulsificante” que permite que la mezcla de asfalto-aguaemulsificante sea posible y estable. Los emulsificantes son agentes activos o surfactantes provenientes de los jabones, arcillas o resinas, y son productos patentados.
Figura 2. Esquema de emulsión di recta y emulsión inversa. Fuente: Apuntes de Pavimentos, Ing. Gustavo Corredor
3. VENTAJAS DEL ASFAL TO Los materiales asfalticos son de especial interés para los ingenieros de vialidad, debido a que: Son cementantes, se adhieren impermeables y muy durables.
fácilmente,
son
Son sustancias que imparten flexibilidad a la mezcla que forman con los agregados minerales con los que son usualmente combinados. Son altamente resistentes a la acción de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. Son sólidos o semisólidos a temperatura ambiente, pero alcanzan altos grados de fluidez a las temperaturas de aplicación en el rango de los 135ºC a los 170ºC el cambio de consistencia con la variación de la temperatura es una de las propiedades
fundamentales de termoelasticidad.
los
asfaltos
y
se
denomina
4. ESPECIFICACIONES DE CALIDAD PARA CEMENTOS ASFALTICOS.
LOS
Las “Normas Venezolanas para Construcción de Carreteras” conocidas como NTF 2000-1-2009 (versión actualizada de la antigua norma COVENIN 2000 Carreteras), han sido establecidas por los organismos correspondientes que tienen bajo su responsabilidad todo lo referente a la normalización a nivel nacional. Cada despacho de cemento asfaltico debe estar acompañado de su correspondiente certificado de calidad, expendido por la empresa suplidora del mismo, en el cual debe contener los resultados de los ensayos exigidos en la Norma Venezolana 1670 En la tabla 2 se transcribe la norma COVENIN 1670-95, la cual se indican las especificaciones de calidad vigentes para los cementos asfalticos a ser comercializados en Venezuela
5. MEZCLAS ASFÁLTICAS Una mezcla asfáltica es una combinación de asfalto y agregados minerales pétreos (agregados gruesos y finos) en proporciones exactas que según sus propiedades y espesores de capa aportan capacidad estructural al pavimento. Las proporciones relativas de estos minerales determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el rendimiento de la misma como mezcla terminada para un determinado uso. Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades y características de la mezcla. Las mezclas asfálticas se pueden fabricar en caliente o en frio, siendo más comunes las primeras, se utilizan en la construcción de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de los firmes para tráficos pesados intensos. Las mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90% de agregados pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral I (filler) y otro 5% de ligante asfaltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfaltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total.
Se fabrican en unas centrales fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan.
a) Propiedades generales de Mezclas asfálti cas: Entre las propiedades que debe contar una mezcla asfáltica se cuentan que debe ser duradera y resistente a las acciones tales como el despegue de la película de asfalto del agregado por efectos del agua, abrasión el tránsito, debe ser impermeable para que sus componentes no estén bajo la acción directa de los agentes atmosféricos y debe ser asfaltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total.
Tabla 2. Especificación para cementos asfalticos de pavimentación. Fuente: Karian Pérez
Viscosidad. Es la resistencia que presenta el cemento asfaltico al oponerse a la influencia de dicho líquido. La viscosidad está muy vinculada a la temperatura, la mayor o menos facilidad de reducirla con la temperatura se conoce como
el porcentaje de disminución de la viscosidad para su mayor fluidez.
Punto de reblandecimiento. Las mezclas asfálticas no son sólidas totalmente, este punto sirve como indicación de la temperatura a la que el material empieza a ser fluido, tiene que ver con la resistencia a las deformaciones permanentes (rendimientos a altas temperaturas)
Ductilidad. Es la capacidad que posee el cemento asfaltico de deformarse por alargamiento sin que su masa se disgregue.
Fragilidad. Se da cuando el cemento asfaltico se hace excesivamente viscoso, este se hace frágil, no aguanta esfuerzos y se rompe, esta propiedad es muy relevante para materiales impermeabilizantes.
Craqueo. Es la propiedad del quiebre de asfalto a bajas temperaturas en el denominado también el “Ensayo Fraass
Pérdida por el calentamiento. Dicha propiedad nos permite saber si al calentar el material (cemento asfaltico, arena, polvillo, y otros). Nos van a cambiar o no sus características, las evaporación del agua en los agregados para que estén totalmente secos es parte del proceso para fabricar el concreto asfaltico.
espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple de tamaño máximo. Por la estructura del agregado pétreo.
Mezclas con Esqueleto Mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfalticos, aunque también una parte de la resistencia, se debe a la masilla.
Mezclas sin Esqueleto Mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masilla asfáltica.
b) Clasificación de las Mezclas Asfáltic as.
Por fracciones de agregado pétreo empleado.
Masilla Asfáltica: Polvo mineral más ligante.
Mortero Asfaltico: Agregado fino más masilla.
Concreto Asfaltico: Agregado grueso más mortero.
Macadam Asfaltico: Agregado grueso más ligante asfaltico.
Por la temperatura puesta en obra.
Por la granulometría.
Mezclas Asfálticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la del ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente.
Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el uso granulométrico
Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el uso granulométrico
Tabla 3. Clasificación de la s Mezclas Asfálticas. Fuente: Karian Pérez
Por la proporción de vacíos en la mezcla asfáltica.
Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.
Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el 6%.
Mezclas Semi-Cerradas o Semi-Densas: La proporción de vacíos esta entre 6% y 10%.
Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12%.
Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20%
Por el tamaño máximo del agregado pétreo.
Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10mm.
Mezclas Finas: También llamadas micro aglomerados, pueden denominarse también morteros asfalticos, pues se trata de mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfaltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el
c) Propiedades Básicas de una Mezcla Asfáltica. Entre las propiedades con que debe contar una mezcla asfáltica se cuentan que debe ser duradera y resistente a las acciones tales como el despegue de la película de asfalto del agregado por efectos del agua, abrasión del tránsito, debe ser impermeable para que sus componentes no estén bajo la acción directa de los agentes atmosféricos y debe ser trabajable para su fácil colocación y compactación en terreno. El ligante asfaltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total.
d) Propiedades Asfálticas.
Volumétric as
de
las
Mezclas
Las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica compactada forman parte fundamental en la selección del contenido óptimo de asfalto. Los parámetros más importantes son; Vacíos de Aire (Vv), Vacíos de Agregado Mineral (VAM), Vacíos llenados con Asfalto (VLL) y contenido de asfalto efectivo (Pbe); estos proporcionan una indicación del probable funcionamiento de la mezcla asfáltica
Figura 3. Ilustración de los parámetros de diseño volumétrico. Para comprender con claridad la figura anterior, presentaremos a continuación la definición de cada uno de los términos allí señalados. Vacíos en el Agregado Mineral (VAM): Volumen de espacio vacío intergranular entre las partículas del agregado de una mezcla asfáltica compactada, que incluye los vacíos de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado como un porcentaje del volumen total de la muestra. Contenido de Asfalto Efectivo (Pbe): Contenido de asfalto total de una mezcla asfáltica menos la proporción de asfalto absorbido en las partículas del agregado. Vacíos de Aire (Va): Volumen total de una pequeña bolsa de aire entre las partículas cubiertas del agregado en una mezcla de pavimento compactado, expresado como el porcentaje del volumen neto de la mezcla de pavimento compactado. Vacíos Llenados con Asfalto (VLL): Porción del porcentaje del volumen de espacio vacío intergranular entre las partículas del agregado, que es ocupado por el asfalto efectivo. Mediante el procedimiento del diseño de mezcla, calcula los valores de VMA para las mezclas de pavimento en
términos de la gravedad específica neta de los agregados (Gsb).
e) Estructura granulométrica de la CD La granulometría de la Combinación de Diseño (CD), debe estar comprendida entre los límites indicados en la tabla 4. Tabla 4. Granulometría o Combinación de Diseño (CD) de Mezclas de Concreto Asfáltico en Caliente (MCAC). Fuente: Fondonorma 2000-1:09 Carreteras (Capítulo 12)
Estas son las mezclas asfálticas en caliente de uso actual en Venezuela establecidas por norma. El ligante asfáltico para la producción de MCAC es el cemento asfáltico clasificado según la Norma Venezolana 1670 como A-40, A-30. Una vez seleccionado el tipo de mezcla, los agregados, la Combinación de Diseño (CD) y el cemento asfáltico, se determinará el porcentaje óptimo de cemento asfáltico según el ensayo Marshall (ASTM D1559). La mezcla que resulte en el diseño de laboratorio con el porcentaje óptimo seleccionado, debe cumplir con todos los requisitos indicados en las tablas 5 y 6. Tabla 5. Propiedades Marshall exigidas para el diseño de mezclas en laboratorio. Fuente: Fondonorma 2000-1:09 Carreteras
Tabla 6. Porcentajes mínimos de vacíos en el agregado mineral (VAM), en función del tamaño nominal máximo del agregado y del % de vacíos totales de la mezcla. Fuente: Fondonorma 2000-1:09 Carreteras
Además de las mezclas típicas conocidas como MCAC (tabla 4), también existen otros tipos de mezclas asfálticas con usos específicos establecidas también por norma:
Pavimentos de arena-asfalto en frío
Pavimentos de mezclas en frío densamente gradadas
Macadam asfáltico
Base asfáltica en caliente
Arena-asfalto en caliente mejorada (AACM)
Mezclas asfálticas recicladas con emulsión (MARE)
Todas estas están especificadas en el capítulo 12 de Fuente: Fondonorma 2000-1:09 Carreteras, autopistas y vías urbanas. Especificaciones y mediciones.
Referencias:
Fondonorma 2000-1:09 Carreteras, autopistas y vías urbanas. Especificaciones y mediciones.
Pérez, Karian. Elaborar una guía para la ejecución de ensayos de laboratorio para la fabricación de mezclas asfálticas. Barcelona, 2016.
