formulac mezclas asf córdoba octubre 2007

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Convenio DNV-CPA

FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALESCONVENCIONALES

Dirección Nacional de VialidadDirección Nacional de Vialidad

Convenio DNV-CPA, 2007

Córdoba Córdoba –– octubre 2007octubre 2007

Ing. Jorge A. Páramo

Convenio DNV-CPA

Mezcla Mezcla semidensasemidensa

Mezcla de granulometría Mezcla de granulometría discontinuadiscontinua


Mezcla densaMezcla densa

Convenio DNV-CPA


Convenio DNV-CPA

• Las propiedades de la mezcla son dependientes de las proporciones en volumen de sus componentes

á

FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS Conceptos Generales


• No obstante, por razones prácticas, la producción se realiza con proporciones en peso– Es necesario considerar los pesos específicos

y eventualmente realizar correcciones*

Convenio DNV-CPA

Conceptos Generales

• La determinación de la granulometría de los agregados debe hacerse por vías seca y húmeda

Granulometría

FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS


p y• Vía seca, para conformar las muestras representativas• Vía húmeda, para el cálculo de la dosificación de áridos• La diferencia de ambas granulometrías se manifiesta

claramente en los materiales pasantes por el tamiz 40, (0,42 mm)

Convenio DNV-CPA

• ¿Qué son?• ¿Por qué son importantes?• ¿Cómo se calculan?

Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS


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Convenio DNV-CPA

¿Qué son las propiedades volumétricas?

Son las propiedades físicas que ayudan a interpretar como se desempeñará una mezcla



• Vacíos de Aire “V”• Vacíos del Agregado Mineral “VAM”• Vacíos del Agregado Mineral ocupados por

Asfalto “RBV” (Relación Betún Vacíos)

como se desempeñará una mezcla

Convenio DNV-CPA

¿Por qué son importantes las Propiedades Volumétricas?



• Son las mejores herramientas disponibles para proveer información empírica, sobre el desempeño de la mezcla en servicio

Convenio DNV-CPA

¿Cómo se calculan?



Convenio DNV-CPA

Vacíos de Aire en la Mezcla



• Son los espacios de la mezcla ocupados por aire• Se requieren para dar lugar a la expansión del cemento

asfáltico• En la dosificación de la mezcla los vacíos de aire deben

ocupar un volumen de entre 3 y 5 %

Convenio DNV-CPA

Conceptos sobre el VAM

• El mínimo de VAM se establece para obtener el volumen necesario para alojar alrededor de 4 % de vacíos de airey un espesor adecuado de película de ligante que provea



y un espesor adecuado de película de ligante que provea durabilidad a la mezcla

• Las mezclas con bajos VAM, son muy sensibles en sus propiedades frente a pequeños cambios del contenido de asfalto

• El VAM es preponderantemente afectado por la fracción que pasa el tamiz 200

Convenio DNV-CPA

V.A.M. mínimos en función del TMN

21

23

25

Es conveniente que el VAM no supere



11

13

15

17

19

1,18 2,36 4,75 9,5 12,5 19 25 37,5 50

Tamaño máximo nominal (mm)

VA

M (%

) en más del 2 %, el mínimo requerido

por el tamaño máximo de agregado

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Convenio DNV-CPA

Vacíos ocupados por Asfalto (Relación Betún Vacíos)



• Es la proporción de los Vacíos del Agregado Mineral (VAM) que son ocupados por el cemento asfáltico

(Relación Betún Vacíos)

Convenio DNV-CPA

Vacíos ocupados por Asfalto (RBV)

Vacíos de aire V

Volumen de asfalto efectivo CA

VAM



Volumen de agregados RBV = CA / VAM (%)

Convenio DNV-CPA

Relación Betún Vacíos Vs Tránsito

80

85

cíos

(%)



60

65

70

75

0,3 1 3 10 30 100 300

Tránsito N x 10^6

Rela

ción

Bet

ún V

ac

Convenio DNV-CPA

Efectos sobre las características de la mezcla

• VAM:– Muy bajos – insuficiente asfalto para recubrir las partículas



Muy bajos insuficiente asfalto para recubrir las partículas– Muy alto – resultará en contenido de asfalto elevado, dando

inestabilidad a la mezcla perdiendo resistencia a las deformaciones permanentes

• Vacíos de Aire– Muy bajos – exhudación– Muy altos – peladuras y desintegración de la mezcla

*

Convenio DNV-CPA

Conceptos sobre contenido de asfalto efectivo y absorción

• La absorción del asfalto por los agregados resulta crítica en la determinación del contenido de asfalto.

• Debe adicionarse suficiente cemento asfáltico para compensar la



D a c onars suf c nt c m nto asfá t co para comp nsar a absorción y recubrir las partículas con un espesor adecuado de ligante

• Aparece el concepto de contenido total de ligante y asfalto efectivo

• El contenido de asfalto efectivo es el volumen de asfalto no absorbido por los agregados. Éste forma una película que vincula los agregados

Convenio DNV-CPA

• Es la aptitud de resistir el envejecimiento del ligante por oxidación y alteración de su composición a lo largo del

Conceptos sobre durabilidad de la mezcla



oxidación y alteración de su composición a lo largo del tiempo

• Debe asociarse también a la resistencia de los agregados pétreos a degradarse

• La afectan la acción medioambiental, el tránsito o la combinación de ambos

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Convenio DNV-CPA

¿Cómo mejorar la durabilidad?

– Con el empleo de la máxima cantidad de ligante ibl



posible– Con el empleo de agregados resistentes – Con el empleo de cal o filler calcáreo– Diseñando y compactando la mezcla para obtener la

máxima impermeabilidad al agua y al aire

Convenio DNV-CPA

• Las granulometrías densamente graduadas con agregados resistentes, contribuyen de dos maneras a la durabilidad:

Conceptos sobre durabilidad de la mezcla



• La granulometría densa contribuye a dotar de mayores contactos entre agregados. Ello mejora la impermeabilidad

• Los agregados resistentes soportan mejor la degradación bajo tránsito

• La insuficiente durabilidad es la causa de diversos tipos de fallas en el pavimento

Convenio DNV-CPA

Relaciones Volumétricas

Previsiones en el cálculo de la Relación Filler Betún



La relación filler – betún debe calcularse sobre el asfalto efectivo, descontando el asfalto absorbido

Convenio DNV-CPAConceptos sobre durabilidad

de la mezcla

Asfalto envejecido

Espesor de película de asfaltoPoro incomunicado



Agregado pétreo

Asfalto que conserva sus propiedades

Poro comunicado

Asfalto alterado

Poro comunicado con absorción diferencial de asfalto

Convenio DNV-CPA

Procedimiento de ensayo Marshall



Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall

• Ensayo de compresión diametral semi confinado sobre probetas cilíndricas

• La probeta se lleva a rotura deformándola a 50,8 mm por minuto a 60 ºC de temperatura



p p• La carga de rotura se denomina Estabilidad y la

deformación Fluencia• Es aplicable sólo a mezclas asfálticas con agregados de

tamaño máximo ≤ 25 mm• Uso para el diseño en laboratorio como en el control

de producción en obra

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• El moldeo de probetas se realiza compactando la mezcla en cilindros, aplicando golpes en toda la superficie y en ambas caras

• Es usual aplicar 50 o 75 golpes por cara



• Es usual aplicar 50 o 75 golpes por cara• 75 golpes por cara produce 0,1 a 0,5 % menos de aire

que compactando a 50 golpes• En tanto que la cantidad de cemento asfáltico se

reduce entre 0,1 a 0,3 %


Criterio

CostosPropiedades

Constituyentes

Agregado grueso

Optimización de Variables



Dosificación

Propiedades Mecánicas

Puesta en obra

Durabilidad

Otros Factores

Agregado grueso

Agregado Fino

Filler Cemento Asfáltico

Aditivos

“Mezcla Óptima”

Convenio DNV-CPA

Procedimiento Marshall

• Estabilidad Marshall• Fluencia Marshall

D id d M h ll ( ífi t )



• Densidad Marshall (peso específico aparente)• Vacíos de aire• Vacíos del Agregado Mineral (VAM)• Relación Betún Vacíos

Convenio DNV-CPA


Selección de materiales

A d ét C t fálti



• Agregados pétreos– Tamaño máximo– Huso granulométrico– Tipo de filler

• Cemento asfáltico– Tipo– Viscosidad

Convenio DNV-CPA


Conceptos sobre Temperaturas de Mezclado y Compactación



• Las temperaturas de compactación y mezclado debe ajustarse a las recomendaciones del proveedor del cemento asfáltico, determinada a partir de la curva de viscosidad – temperatura


scos

idad

(cP) Rango de

temperaturas de mezclado

155 – 170 ºC

162 ºC120 ºCRango de

temperaturas de

compactación128 - 150 ºC

Final de la compactación2000



Conceptos sobre Temperaturas de Mezclado y Compactación

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Temperatura (ºC)

Vi

170280

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Convenio DNV-CPA


Criterios para la adopción del porcentaje de Criterios para la adopción del porcentaje de



Criterios para la adopción del porcentaje de Criterios para la adopción del porcentaje de liganteligante

Empleando resultados del ensayo MarshallEmpleando resultados del ensayo Marshall


VACIOS

5,0

5,5

6,0

1º Vacíos de



3,0

3,5

4,0

4,5

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

1 Vacíos de Aire

4,65

Convenio DNV-CPA

V. A. M.

15,40

15,60

2º Vacíos del A d

Procedimiento MarshallFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS


14,60

14,80

15,00

15,20

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

AgregadoMineral

4,65


R. B. V.

80

85

3º Relación



60

65

70

75

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

3 Relación Betún - Vacíos

4,65


Verificación Est bilid d

ESTABILIDAD

1,150

1,200



Estabilidad Marshall

1,000

1,050

1,100

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

4,65


FLUENCIA

0,38

0,40

Verificación Fl i



0,30

0,32

0,34

0,36

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

Fluencia Marshall

4,65

7


DENSIDAD

2,420

2,430

2,440

2,450

Verificación Densidad



2,350

2,360

2,370

2,380

2,390

2,400

2,410

3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25

% ASFALTO

Densidad Marshall

4,65

Convenio DNV-CPA

ad ad

Óptimo de asfalto para máxima estabilidad

Contenido de asfalto adoptado

Curva de estabilidad

Curva de durabilidad

Contenido de asfalto para la máxima

Contenido de AsfaltoFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS


Esta

bilid

aDur

abilida

Contenido de asfalto

Mínima estabilidad requerida por las cargas del tránsito

máxima durabilidad

Tolerancia

Convenio DNV-CPA

Verificaciones sobre la mezcla adoptada

• Una vez seleccionado el contenido de asfalto, deben realizarse comprobaciones adicionales sobre la mezcla

Aspectos ComplementariosFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS


• Resistencia conservada (acción del agua sobre la mezcla)• Resistencia a las deformaciones permanentes (ensayo

de rueda cargada – wheel tracking test)• Compactabilidad de la mezcla (determinación del índice

de compactabilidad)

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Aspectos Complementarios

Resistencia conservada



• Pérdida de cohesión que se produce por la acción del agua sobre la cohesión de mezclas asfálticas

• Ensayo de inmersión - tracción por compresión diametral

Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios

Ensayo de susceptibilidad al

agua



agua

Tracción por compresión diametral


• Se obtiene un índice numérico de la pérdida de cohesiónproducida al comparar las resistencias a tracción por compresión diametral, entre probetas mantenidas al aire y probetas duplicadas sometidas a la acción del agua por un

Resistencia conservada



probetas duplicadas sometidas a la acción del agua por un tiempo y a una temperatura dada

• Al solo efecto de poner de manifiesto de un modo más directo la acción del agua sobre la mezcla, el moldeo de las probetas se efectúa con un tenor mínimo de vacíos de aire de 7 %, con independencia de los vacíos con que fue dosificada y se coloque la mezcla

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Convenio DNV-CPA


Conceptos sobre estabilidad de la mezcla



• Es la aptitud de la mezcla para resistir las deformaciones bajo carga

• La estabilidad Marshall en cambio es la máxima carga que se puede registrar en el ensayo de rotura

Convenio DNV-CPA


ó

Conceptos sobre deformación permanente



• Definida la dosificación de la mezcla, debe verificarse su capacidad para resistir las deformaciones permanentes que le impone el tránsito

• Ensayo de rueda cargada (Wheel Tracking Test)


Ensayo de rueda cargada




Ensayo de rueda cargadaFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS






• Consiste en someter una probeta de mezcla asfáltica, al paso alternativo de una rueda en condiciones determinadas de presión y temperatura, midiéndose periódicamente la profundidad de la deformación producida


• Las especificaciones españolas exigen:




• Velocidad de deformación entre 15 y 20 µm en el período 105 a 120 minutos

• Estabilidad dinámica: Deformación para un número determinado de pasadas de la rueda, (ej. Nº pasadas para deformar un milímetro)

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• Mediante un índice se expresa la aptitud de la mezcla

Conceptos sobre índice de compactabilidad



Mediante un índice se expresa la aptitud de la mezcla para ser densificada bajo el esfuerzo de compactación adoptado para la dosificación

• Se calcula relacionando las densificaciones de probetas moldeadas con diferentes energías de compactación


Compactabilidad de la mezcla




Conceptos sobre índice de compactabilidad

log n/n´Ic = -------



Dn – Dn´

• n = Nº de golpes empleado en la dosificación• n´ = Nº menor de golpes• Dn y Dn´ = densidades alcanzadas para cada energía

Ic menor a 6: Mezclas difíciles de compactar

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