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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

ESTUDIO COMPARATIVO DEL SLURRY SEAL UTILIZANDO

AGREGADOS DE TIPO CALCÁREO Y SILÍCEO, COMO

TRATAMIENTOS PARA EL MANTENIMIENTO Y

REHABILITACIÓN DE SUPERFICIES ASFÁLTICAS.

Trabajo Especial de Grado presentado ante la Ilustre Universidad “Rafael

Urdaneta” como requisito Final para optar al Titulo de Ingeniero Civil.

Autores: García Rojas Edinson Orlando C.I.: 14.106.435

Prado Escobar Luís Alberto C.I.: 15.140.379

Tutor Acad.: Ing. Violeta de Matos C.I.: 4.150.536

Tutor Ind.: Ing. Claudia Pierini C.I.: 13.000.595

Maracaibo, Septiembre 2005.

DERECHOS RESERVADOS

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

ESTUDIO COMPARATIVO DEL SLURRY SEAL UTILIZANDO

AGREGADOS DE TIPO CALCÁREO Y SILÍCEO, COMO

TRATAMIENTOS PARA EL MANTENIMIENTO Y

REHABILITACIÓN DE SUPERFICIES ASFÁLTICAS.

Autores: García Rojas Edinson Orlando C.I.: 14.106.435

Prado Escobar Luís Alberto C.I.: 15.140.379

Maracaibo, Septiembre 2005.

DERECHOS RESERVADOS

DEDICATORIA

v

DEDICATORIA.

A Dios y a nuestros Padres

por no dejarnos desfallecer,

quienes nos ayudaron de una

u otra manera a la culminación

de esta meta, que es el producto

del esfuerzo, constancia y

perseverancia, logrando así

con éxito este triunfo que es

de ellos también.

DERECHOS RESERVADOS

AGRADECIMIENTOS

vi

AGRADECIMIENTOS.

A la Ing Violeta de Matos, por habernos brindado su valiosa

colaboración con nosotros y transmitirnos parte de sus conocimientos a lo

largo del período de tesis.

A la Ing. Claudia Pierini, por habernos sugerido éste tema,

promoviendo la innovación en el área vial y quien con su preparación y

experiencia se convirtió en una valiosa ayuda, que de manera desinteresada

nos condujo a lograr el buen desenvolvimiento del presente trabajo de grado;

además de ser consecuente y siempre contar con un tiempo para con

nosotros.

Al Ingeniero Gustavo Merino, por permitirnos adquirir los

conocimientos que aplica en su empresa SECOFALCA y contar con su

ayuda tanto como pudo ser posible.

A la profesora Betilia, por su paciencia y espera a lo largo de toda la

tesis.

Al SAEMA y FUNDALANAVIAL, por servir como fuente de aprendizaje

en lo que respecta a la realización de ensayos.

Al Universidad Rafael Urdaneta, por servir de medio de aprendizaje,

para la adquisición de conocimientos teóricos.

A todos ellos gracias........

DERECHOS RESERVADOS

RESUMEN

xvi

RESUMEN.

GARCÍA ROJAS, Edinson Orlando; PRADO ESCOBAR, Luís Alberto.

“Estudio Comparativo del Slurry Seal Utilizando Agregados de Tipo Calcáreo y Silíceo, como Tratamientos para el Mantenimiento y Rehabilitación de Superficies Asfálticas” República Bolivariana de

Venezuela. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de

Ingeniería Civil. Maracaibo 2005.

En éste Trabajo Especial de Grado, se establece un Estudio Comparativo del Slurry Seal Utilizando Agregados de Tipo Calcáreo y Silíceo, como Tratamientos para el Mantenimiento y Rehabilitación de Superficies Asfálticas; basándose principalmente en la descripción de elementos teóricos – prácticos que fundamentan dichos tratamientos, la ejecución y análisis de los ensayos previos a los componentes de las mezclas y el diseño como tal de las variantes a través de pruebas experimentales, las cuales, nos permitieron elaborar un cuadro comparativo donde se encuentran presente las distintas características, propiedades y bondades de cada una de las mezcla en estudio. Es importante resaltar la definición del slurry seal, siendo ésta una capa de desgaste y de sello por lo que no debe considerarse como parte estructural del pavimento, generalmente está compuesto por agregados finos, emulsión asfáltica, agua, cemento Pórtland y aditivos si se requiere. Cabe destacar, que los diferentes procedimientos y resultados de los distintos ensayos realizados, estuvieron siempre al margen de las especificaciones planteadas por los organismos e instituciones del área; garantizando de ésta manera la confiabilidad de los objetivos trazados en la presente investigación. En lo que respecta al análisis comparativo, se concluye que aunque las dos mezclas de slurry seal presentaron comportamientos apegados a las normas, la relación de emulsión asfáltica y agregado calcáreo mantuvo mejores condiciones en cuanto a consistencia, cohesión, exudación, deformación y abrasión de la mezcla propiamente. Finalmente y como propósito fundamental, se recomienda la utilización de ésta técnica de mantenimiento preventivo, debido a la facilidad y los bajos costos que se generan en el manejo y colocación en obras; además de la ausencia de solventes tóxicos o volátiles en su composición, representando así un bien ecológico al medio externo.

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INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN.

El mantenimiento se define como el conjunto de acciones continuas y

permanentes, encaminadas a preveer y asegurar el funcionamiento y la

eficiencia de un bien. Por su parte el mantenimiento de carreteras, tiene

como principal objetivo preservar y conservar cada elemento que compone la

estructura en servicio y dejarla tanta como sea posible a la condición original

como fue construida o subsecuentemente mejorada, para proporcionar así un

medio de transporte seguro y satisfactorio.

La implementación de mezclas con emulsiones asfálticas representan

una buena alternativa como tratamientos superficiales en los pavimentos, ya

que son hasta cierto punto más ecológicas que las mezclas asfálticas en

caliente o tradicionales, debido a la ausencia de líquidos ó solventes tóxicos

o volátiles en su composición; otras de las virtudes de dichas mezclas, son

los bajos costos que se generan y la facilidad en el manejo y colocación en

obras.

La presente investigación pretende impulsar otra alternativa al

mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas, implementando una

técnica a base de emulsión asfáltica y definida como slurry seal, tomando

como variante el desenvolvimiento de dicha mezcla con agregados de

origen calcáreo y silíceo.

DERECHOS RESERVADOS

INTRODUCCIÓN

Este estudio surge de la necesidad de establecer los

comportamientos, propiedades y bondades que se originan en las mezclas

de slurry seal con diferentes tipos agregados y de ésta manera poder definir

cual de las dos mezclas representa la mejor solución como tratamiento

superficial.

Cabe resaltar que el presente trabajo se realizó bajo una investigación

de tipo descriptiva y evaluativa basado en un diseño experimental, donde se

ejecutaron una serie de pruebas a nivel de laboratorio dando cada una de

ellas respuesta o cumplimiento a los objetivos planteados. Así mismo, ésta

investigación contempla un número de cuatro capítulos, los cuales se

especifican a continuación: El Problema, Marco Teórico, Marco Metodológico

y Análisis e Interpretación de Resultados.

Finalmente, los distintos componentes de las mezclas estudiadas

estuvieron al margen de las diferentes especificaciones normalizadas por

institutos u organizaciones relacionadas con el área, garantizándose de ésta

manera la confiabilidad de los resultados obtenidos.

DERECHOS RESERVADOS

INDICE GENERAL

vii

INDICE GENERAL.

Pág.

DEDICATORIA……………………………………………………………………..v

AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………..vi

INDICE GENERAL………………………………………………………………..vii

INDICE DE TABLAS……………………………………………………………….xi

INDICE DE GRÁFICOS…………………………………………………………..xii

INDICE DE PLANILLAS………………………………………………………….xiv

RESUMEN……………………………………………………………………...…xvi

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………...1

CAPITULO I. EL PROBLEMA……………………………………………………3

1. Planteamiento y Formulación del Problema………………………………….4

2. Objetivos………………………………………………………………………….7

2.1. Objetivo General…………………………………………………………..7

2.2. Objetivos Específicos……………………………………………………..7

3. Justificación e Importancia de la Investigación………………………………8

4. Delimitación………………………………………………………………………9

4.1. Delimitación Espacial……………………………………………………..9

4.2. Delimitación Temporal…………………………………………………..10

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INDICE GENERAL

viii

Pág.

CAPITULO II. MARCO TEÓRICO……………………………………………...11

1. Antecedentes…………………………………………………………………..12

2. Fundamentación Teórica………………………………………………...……17

2.1. Mantenimiento y Rehabilitación de Vías………………………………20

2.2. Tratamientos Superficiales……………………………………………..21

2.2.1. Usos de los Tratamientos Superficiales…………………………..25

2.3. Definición de Slurry Seal………………………………………………..26

2.4. Características del Slurry Seal………………………………………....28

2.5. Componentes del Slurry Seal…………………………………………..29

2.5.1. Emulsión Asfáltica………………………………………………...…30

2.5.1.1. Composición del las Emulsiones………………………………31

2.5.1.2. Clasificación de las Emulsiones Asfálticas……………...……32

2.5.1.3. Componentes de la Emulsión………………………………….34

2.5.1.4. Fabricación de la Emulsión Asfáltica………………………….37

2.5.2. Agregados…………………………………………………………....39

2.5.2.1. Tipos de Agregados…………………………………………….39

2.5.2.2. Origen Geológico………………………………………………..41

2.5.2.3. Características Deseables de los Agregados………………..44

2.5.2.4. Importancia de los Agregados en el Slurry Seal…………….45

2.5.3. Filler…………………………………………………………………..46

2.5.4. Agua…………………………………………………………………..47

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INDICE GENERAL

ix

Pág.

2.5.5. Aditivos……………………………………………………………….47

2.6. Tipos de Slurry Seal…………………………………….……………….48

2.7. Campos de Aplicación………………………………….……………….50

2.8. Ventajas del Slurry Seal……………………………………………...…52

2.9. Especificaciones………………………………………………………....53

2.10. Ensayos Previos a Diseño de Mezcla…………………………...…..55

2.10.1. Ensayos en la Emulsión…………………………………………55

2.10.2. Ensayos en los Agregados…………………………………..…57

2.11. Ensayos Correspondientes a la Mezcla……………………………..60

2.12. Diseño del Slurry Seal…………………………………………………62

2.13. Proceso de Mezclado y Colocación………………………………….66

3. Definición de Términos Básicos…………………………………………...…73

4. Sistema de Variables e Indicadores…………………………………………77

5. Definición de la Variable Operacional……………………………………….78

CAPITULO III. MARCO METOLÓGICO……………………………………….79

1. Tipos de Investigación………………………………………………………...80

2. Población y Muestra………………………………………………………...…81

3. Técnicas de Recolección de Datos………………………………………….83

4. Descripción de Ensayos………………………………………………………83

4.1. Ensayos a los Agregados………………………………………………83

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INDICE GENERAL

x

Pág.

4.2. Ensayos en la Emulsión………………………………………………...95

5. Diseños de las Mezclas……………………………………………………...106

CAPITULO IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS……119

1. Análisis de Resultados. Ensayos de Agregados………………………….121

2. Análisis de Resultados. Ensayos de la Emulsión…………………………122

3. Análisis al Cemento Pórtland y el Agua……………………………………124

4. Análisis de Diseño y Resultados en las Mezclas Asfálticas……………..125

5. Análisis de Cuadro Comparativo entre las Mezclas de Slurry Seal…….144

CONCLUSIONES……………………………………………………………….151

RECOMENDACIONES…………………………………………………………153

BIBLIOGRAFÍA…………………………………..……………………………...155

REFERENCIA DE PÁGINAS WEB……………………………………………157

ANEXOS A ………………………………………………………………………158

ANEXOS B……………………………………………………………………….168

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CAPITULO I. EL PROBLEMA.

1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

Á través de estos últimos años, en diversos países del continente y el

mundo, ha surgido la necesidad de buscar la implementación de nuevas

técnicas en mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas en vías y

aeropuertos, todo esto debido a la inmensa proliferación de distintos tipos de

fallas e irregularidades que se presentan en dichas superficies, tal razón se

debe al mal manejo y/o poco uso de las técnicas existentes.

La gran mayoría de estos países no son productores de petróleo, por

lo que, ha diferencia de los países petroleros, se les dificultad de una manera

u otra elaborar los diversos tipos de productos asfálticos que se necesitan

para el uso de estas técnicas. Estos países se han visto en la obligación de

buscar e implementar nuevas soluciones en este ámbito, con el propósito

principal de disminuir el factor económico y aumentar el grado de calidad de

dichas vías, para así contar con una red vial conservada, eficiente y de

continuo crecimiento.

Venezuela, país productor y exportador de petróleo es muy conocido

por la calidad de sus productos asfálticos, ya que presentan óptimas

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CAPITULO I. EL PROBLEMA

4

propiedades físicos – químicas y buena adherencia con los agregados

pétreos al momento de ser mezclados y colocados. Sin embargo, lo que es

incomprensible es el mantenimiento y desarrollo de la red vial, que esta lejos

de tener las mejores condiciones y recursos (Tecnológicos, Humanos y

Económicos), lo cual provocan el rápido deterioro de las mismas, aun

cuando durante en décadas se han realizado importantes inversiones que

han contribuido a conformar la red vial venezolana, que cuenta con una gran

cantidad de kilómetros de carreteras pavimentadas.

Actualmente la vialidad en Venezuela presenta problemas de

mantenimiento preventivo y correctivo. A lo largo de la red vial, pueden

observarse diversos tipos de fallas, tales como: grietas de bordes, piel de

cocodrilo, grietas de reflexión, ondulaciones, ahuellamientos, baches, entre

otros. Originándose estas, debido a la fatiga de la mezcla asfáltica, falla de

soporte lateral, contracción y expansión por cambio de temperatura,

consolidación o movimiento lateral de los materiales bajo el efecto del

tráfico, alto contenido de asfalto, debilidad del pavimento por escasez del

asfalto, drenaje deficiente y otras.

Ahora bien, los estados Zulia y Guárico exigen para su crecimiento

económico la construcción, mantenimiento y rehabilitación de vías en dichas

regiones; por tanto a fin de optimizar los recursos, se tiene que evaluar y

comparar la extensa gama de alternativas que existen para construir y

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5

recuperar la mayor cantidad de kilómetros con una menor inversión en vías

principales, secundarias y aeropuertos.

Es necesario destacar que en estos estados al realizar una

repavimentación a las vías, la tendencia es colocar mezclas de concreto

asfáltico, ya que es el método de mantenimiento utilizado en las regiones.

Sin embargo, en algunos casos de rehabilitación de pavimentos se pueden

utilizar otras alternativas para lograr la recuperación de las vías, tal como lo

es el slurry seal, técnica que ha tenido bastante auge debido a sus bajos

costo de producción y aplicación, además de la gran aceptación como

tratamiento superficial.

Un factor fundamental y determinante en la dosificación del slurry seal,

es la procedencia geológica del agregado y el tipo de emulsión asfáltica que

se utiliza para la misma. Hasta ahora se tiene conocimiento de la elaboración

de estas mezclas con agregados de tipo calcáreo y silíceo en el estado

guarico, donde su comparación en cuanto al desenvolvimiento ha sido de

forma empírica, más no han sido evaluadas de tal manera, que se pueda

establecer experimentalmente el comportamiento del slurry seal utilizando

agregados de procedencia de tipo calcáreo o silíceo.

Por lo anteriormente descrito, se hace necesario plantear las

siguientes interrogantes: ¿Cómo describir los elementos Teóricos – Prácticos

que fundamentan está investigación?, ¿De que manera se conocerán cada

uno de los tipos de slurry seal de acuerdo a los elementos que la

DERECHOS RESERVADOS


6

conforman?, Cuál debe ser el análisis, que se debe llevar a cabo entre los

diferentes componentes de un slurry seal?, ¿Cómo diseñar un Cuadro

Comparativo que presente características, propiedades y bondades, de cada

uno de los slurry seal o tratamientos superficiales? y ¿Cuál de los dos

agregados utilizados en este estudio, establece un mejor comportamiento

con la emulsión asfáltica a utilizar?.

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivo General: Realizar un estudio comparativo del Slurry Seal

utilizando agregados de tipo calcáreo y silíceo, como tratamientos

para el mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas.

2.2. Objetivos Específicos:

Describir los elementos teóricos – prácticos, que fundamentan

los tratamientos superficiales.

Realizar los ensayos requeridos a los componentes que

conforman los tratamientos superficiales tipo Slurry Seal.

Analizar los resultados obtenidos en el estudio, de acuerdo a las

funciones y características que poseen.

DERECHOS RESERVADOS


7

Diseñar las mezclas asfálticas, utilizando los agregados de tipo

calcáreo y silíceo.

Elaborar un cuadro comparativo que presente características,

propiedades y bondades de cada una de los tratamientos

superficiales estudiados

.

3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN.

La vialidad como parte del sistema de comunicaciones es de gran

importancia en cualquier país, ya que contribuye con el transporte de bienes,

servicios y personas, aportando así de manera inminente un desarrollo

productivo y económico para el mismo.

Por tal razón, está investigación permite impulsar y promover

soluciones en lo que respecta al mantenimiento y rehabilitación de

superficies asfálticas, que aporten un bien ecológico, económico, científico,

de calidad, entre otros aspectos de importancia, que de una manera u otra

contribuyan con el desarrollo y crecimiento óptimo del país.

Es importante resaltar, que dicha investigación cobra vigencia en

virtud a la crisis y al estado de deterioro que actualmente se encuentra

nuestras vías y aeropuertos existentes, por lo que, los ingenieros viales se

han visto en la necesidad de analizar nuevas técnicas y opciones distintas a

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8

las carpetas de concreto asfáltico utilizadas mayormente en la región, con el

fin de recuperar o alargar la vida útil del pavimento.

Por otra parte hay que destacar de manera significativa, que sólo se

implementan en gran porcentaje planes de trabajo en lo que concierne al

mantenimiento correctivo de dichas vías, es decir, cuando la única solución

es sustituir la superficie asfáltica del camino en forma parcial o total; dejando

así a un lado la utilización de técnicas de mantenimiento y rehabilitación

preventivo, las cuales pueden alargar la durabilidad, confort, vida útil y

servicios del pavimento como tal.

En este aspecto el slurry seal es una mezcla compuesta

principalmente por emulsiones asfálticas, agregados, filler y agua, la cual es

empleada como tratamiento superficial de los pavimentos. Actualmente esta

técnica es aplicada en el estado Guárico, donde existe allí la necesidad de

evaluar la relación y propiedades que pueda tener la emulsión asfáltica,

cuando es mezclada con agregados de origen calcáreo y silíceo, para así

determinar que material pétreo posee mejores características y brinde un

mejor comportamiento con dicha emulsión.

4. DELIMITACIÓN.

4.1. Delimitación Espacial: La presente investigación se realizará en las

ciudades de Maracaibo, Estado Zulia y Punto Fijo, Estado Falcón,

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9

específicamente en las oficinas del S.A.E.M.A (Servicio Autónomo de

Ensayos de Materiales) y en el laboratorio de S.E.C.O.F.A.L.C.A.

respectivamente.

4.2. Delimitación Temporal: La duración de la investigación comprenderá

un lapso entre el mes de septiembre del año 2004 hasta el mes de

septiembre del año 2005.

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CAPITULO II. MARCO TEÓRICO.

1. ANTECEDENTES.

Las emulsiones asfálticas en los pavimentos, se han venido

implementando con mucha frecuencia en países donde se está buscando

obtener una mayor economía y beneficio ambiental en la construcción vial. El

slurry seal, mezcla compuesta principalmente por emulsión asfáltica, es una

de las opciones para el mantenimiento y rehabilitación de pavimentos, la cual

ha tenido un gran desarrollo en varios países del hemisferio, pero poco

auge en nuestro país.

El slurry seal es un tratamiento superficial de calidad superior,

realizado por medio de una capa delgada que permite el reestablecimiento

del buen estado del pavimento, otorgando así una superficie fácil de transitar,

alargando el servicio de una carpeta asfáltica o de concreto hidráulico.

Estas mezclas tiene su origen en 1958 en los Estados Unidos, pero

fue hasta 1964 cuando salió al mercado una máquina especial para su

aplicación. La empresa Young Slurry Seal, introdujo la máquina Young 504

con una capacidad de 3.5 m3 de carga de material pétreo.

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CAPITULO II. MARCO TEÓRICO

12

A pesar de tener buenos resultados el slurry seal en trabajos en calles

de ciudades, en el caso de su aplicación en los aeropuertos de E.U. hubo

una recomendación del Departamento de la Marina en 1964 que decía: “ El

slurry Seal no se recomienda para ser aplicado en los aeropuertos con un

tránsito aéreo importante, especialmente cuando los neumáticos de los

aviones están inflados a con una presión de 250 libras/pul2 o más”.

Esta ídea prevaleció por mucho tiempo, hasta que en 1968 la empresa

COLAS en Francia comenzó emplear emulsiones con látex aniónico y

revertían su pH de alcalino a ácido para poderlo emplear en emulsiones

catiónicas. El slurry seal “modificado con látex” inició una nueva etapa para

este tipo de tratamiento superficial.

Varias empresas americanas productoras de polímeros, comenzaron a

introducir los látex neutros o ligeramente ácidos, para que pudieran ser

empleados con emulsiones catiónicas; su calidad a mejorado mucho y el

látex sintético SBR con pH ácido puede ser empleado con toda confianza en

la fabricación de emulsiones super - estables o de rompimiento controlado

catiónicas.

En Venezuela, la Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad

(FUNDALANAVIAL), realizó en el año 2001 un diseño de Slurry Seal, donde

su objetivo principal era capacitar al personal técnico, en cuanto a ensayos

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13

preliminares de los componentes de dicha mezcla y los ensayos requeridos

para el diseño de la misma.

Salvador M. María (2001), en su trabajo especial de grado "Aplicación

de la Técnica de Construcción y Rehabilitación Vial con Micro - pavimentos"

se basó en el diseño de una mezcla con material granular, cemento Pórtland,

agua y emulsiones modificadas con polímeros, con el fin de sustituir la

carpeta de concreto asfáltico que se utiliza para la rehabilitación de las vías.

En el mencionado trabajo, se concluyó que la mezcla es de buena calidad ya

que cumple con las especificaciones establecidas y se recomienda que las

carreteras con grietas por contracción y expansión o muy deterioradas y

estructuralmente dañadas, no deberán ser considerados para Micro –

pavimentos; a menos que hayan sido apropiadamente tratadas.

Dávila O. Maria L. y Urdaneta P. Luís G. (2001), realizaron una

investigación titulada “Uso de la Técnica del Micro – pavimento para

Recuperación y Mantenimiento de Carreteras y Aeropuertos (Caso

Aeropuerto Internacional de San Luis Potosí, México)”. El tema principal de

ésta tesis son las emulsiones asfálticas que se emplean en la construcción

de pavimentos, y el objetivo principal es dar a conocer estos productos, que

están tomando un lugar muy importante en la construcción de carreteras y

aeropuertos en la mayoría de los países, ya que se trata de eliminar el

empleo de rebajados asfálticos por ser solventes caros y ecológicamente

contaminantes al ambiente. El mortero asfáltico consiste en una mezcla de

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14

materiales pétreos, emulsión asfáltica, agua, aditivos y fillers, que proporcionan

una mezcla homogénea la cual se aplica sobre la superficie de un pavimento

desgastado, oxidado y con pequeñas grietas, es una capa con textura rugosa,

resistente, antideslizante y perfectamente adherida sobre la superficie.

De acuerdo a los resultados se puede demostrar que el diseño de

micro - pavimentos que se utilizó en el aeropuerto de San Luís Potosí -

México, cumple con las expectativas de uso, pues al abrirse el aeropuerto al

tránsito de aviones quedo la huella del caucho en el pavimento, sin dañar ni

modificar la capa aplicada en menos de 3 horas.

Hernández Armado y Orentas V. (2000). “Diseño de Mezcla –

Emulsión para la Construcción de Vías Rurales”; 2º Congreso Venezolano

del Asfalto. El presente trabajo se basa en el diseño de una mezcla arena –

emulsión, con la finalidad de utilizarlo como sustituto de las mezclas de

asfalto en frío, usadas en pavimentación. Estas mezclas son de gran

beneficio ecológico y económico, ya que no despiden gases contaminantes a

la atmósfera y se adaptan a cualquier tipo de material pétreo.

En cada país siempre se busca la forma de conseguir soluciones

inmediatas a los problemas que se presentan, establecer nuevos métodos de

construcción que permitan reducir el impacto económico.

El uso de las emulsiones asfálticas suministra una solución parcial a

los problemas energéticos, lo cual es de vital importancia, en especial en

Venezuela, cuando actualmente la situación económica obliga a preservar el

DERECHOS RESERVADOS


15

petróleo, recursos básicos y enfocar los sistemas productivos hacia nuevos

mundos. En este sentido las emulsiones constituyen un perfecto sustituto de

los cutbacks, reducción del consumo del solvente presente en estos y por su

bajo requerimiento de calor, con lo que contribuyen al ahorro en materia de

combustible.

Con el objeto de solucionar este problema, se analiza la posibilidad de

sustituir los diseños de mezcla de arena asfalto en frío, por las mezcla de

Arena – Emulsión. En este trabajo se diseñó una mezcla de arena emulsión

con la finalidad de ayudar a los ingenieros, constructores y entes del estado,

a tener una referencia precisa que cumpla con las normas y

especificaciones. Se aspira que servirá de base para proyectos que se

quieran realizar con la mezcla de arena - emulsión, ya que el diseño arroja

buenos resultados y se comporta de manera satisfactoria.

Potti Juan J. y Martínez María (2002). “Aplicaciones Basadas en el

Empleo de Emulsiones. Una Técnica Amigable con el Medio Ambiente”;

INGEOPRES. Número 105. Pág. 24 – 31.” La emulsión bituminosa es un

material relativamente sofisticado y debido a su gran versatilidad su consumo

ha tenido un crecimiento progresivo desde sus comienzos allá por los años

veinte. Durante estos años se han ido desarrollando, ajustando y optimizando

diferentes tipos de emulsiones mucho más específicas que han permitido el

progreso de aplicaciones técnicas adecuadas al desarrollo sostenible de la

sociedad. Este artículo expone cuales han sido los últimos desarrollos

DERECHOS RESERVADOS


16

sostenibles, entre los que cabe destacar el reciclado de mezclas bituminosas

in situ con emulsiones, así como lechadas con emulsión de resinas

pigmentadas o de ligante sintético”.

2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.

Pavimentos.

Galván Mari Carmen (1984), en su guía técnica define el pavimento

como “toda estructura de la vía formada por una o más capas de material

seleccionado y colocado sobre el terreno de fundación o sobre la sub -

rasante natural”.

Generalmente existen dos tipos clásicos de estructura de pavimento:

el rígido y el flexible, siendo la principal diferencia entre las dos, la forma en

que reparten la carga. Desde una perspectiva de diseño los pavimentos

rígidos (tradicionalmente de hormigón) poseen un gran modulo de

elasticidad, distribuyendo así las cargas sobre un área mayor. La principal

consideración de diseño, es la resistencia estructural del hormigón donde

pequeñas variaciones en la sub - rasante tienen poca influencia sobre la

capacidad estructural del pavimento. Los pavimentos flexibles consisten en

una serie de capas y su distribución de cargas viene determinada por las

características de cada una de ellas.

DERECHOS RESERVADOS


17

Mezclas Asfálticas en Calientes.

Las mezclas asfálticas en caliente, se definen como una mezcla de

agregados pétreos bien gradados, calentados a temperaturas relativamente

altas con cemento asfáltico también caliente que actúa como ligante. Los

materiales, tanto el pétreo como el ligante son procesados en plantas

especiales, transportados luego al sitio de trabajo y colocados por medios de

máquinas diseñadas para tal fin, su compactación se realiza aún estando en

caliente a temperatura aproximadamente de 140 ºC.

El objetivo principal en un diseño de mezcla asfáltica en caliente

(concreto asfáltico), es el de seleccionar y combinar los agregados, de tal

forma, de obtener una mezcla económica que tenga las propiedades y

cualidades siguientes:

a) La mezcla deberá encajar dentro de los límites de las

especificaciones y deberá tener suficiente asfalto para cubrir los

agregados, impermeabilizarlos y ligarlos entre si, asegurando de

esta manera la durabilidad del pavimento.

b) Estabilidad adecuada para satisfacer los requisitos de carga y

volumen de tránsito sin que haya deformaciones o

desplazamientos del pavimento.

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18

c) La mezcla compactada debe tener vacíos suficientes para

garantizar un espacio que evite la exudación de asfalto por la

compactación adicional que ocurre bajo el tráfico.

d) Suficientemente fluida, que permita una fácil trabajabilidad en la

colocación y compactación.

Mezclas Asfálticas en Frío.

Para la construcción de pavimentos con mezclas asfálticas en frío, se

cuenta con tres opciones para conseguir licuar el asfalto (que a temperatura

ambiente es sólido) y poder mezclarlo con el material pétreo, para así lograr

su cubrimiento y posteriormente extenderlo y compactarlo en la vía. Estas

opciones son:

• Diluir es asfalto con kerosene o nafta para que sea líquido a

temperatura ambiente.

• Calentar el asfalto para licuarlo.

• Emulsificar el asfalto a fin de lograr a temperatura ambiente un

líquido que además mejora la propiedad de adherencia.

La tercera opción nombrada anteriormente es la más versátil, puesto

que se puede utilizar para mezclar el asfalto emulsificado con todos los otros

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19

agregados pétreos de las otras dos opciones y además con agregados

naturales que se pueden encontrar cercanos a las obras a ejecutarse.

Se consideran las emulsiones asfálticas catiónicas, por ser las que de

acuerdo a sus propiedades son las que han dado mayor resultado en el uso

vial. En Venezuela las mezclas asfálticas elaboradas con estas emulsiones

se pueden dividir de acuerdo a su uso en cuatro grandes rubros, que son:

• Tratamientos superficiales.

• Mezclas finas con espesores de 1 a 5 cm compactos.

• Concretos asfálticos en Frío con espesores de 5 a 10 cm. (o

más si es necesario)

• Bases asfálticas con espesores de 7 cm en adelante.

2.1. MANTENIMENTO Y REHABILITACIÓN EN VÍAS.

El Instituto del Asfalto (1983), expresa que el mantenimiento de vías

es el trabajo ejecutado para conservar una obra vial, que se encuentra bajo

las condiciones normales de tráfico junto con la acción y fuerza de la

naturaleza, mejorando las características incorporadas durante su

construcción inicial. La rehabilitación por su parte es el conjunto de acciones

eventuales, destinadas a restituir de forma original las condiciones normales

de operación, servicio o funcionamiento posterior a la ocurrencia de fallas.

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20

Mantenimiento Preventivo: Es el que se aplica en forma planificada

y programada, a fin de preveer y corregir a tiempo las fallas que

pudieran causar daños mayores.

Mantenimiento Correctivo: Es el que se realiza después que ocurre

la falla. Es aplicable a vías o partes de ellas en los cuales las fallas no

tenga consecuencias mayores y no ofrezca riesgo a la seguridad de

sus usuarios.

Mantenimiento Predictivo: Es el que se aplica como consecuencia

del pronostico, resultado del estudio que se realiza utilizando

instrumentos y técnicas modernas, que midan las variaciones del

comportamiento o estado del pavimento.

.

2.2. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

El Instituto del Asfalto y Asphalt Emulsion Manufacturers Associaton

(A.E.M.A.), en su publicación “Manual Básico de Emulsiones Asfálticas”,

señala el tratamiento asfáltico de superficie, como un término amplio que

engloba varios tipos de aplicaciones con asfalto y asfalto – agregado,

usualmente de menos de 25 mm de espesor y aplicado a cualquier tipo de

superficie de pavimento. Las superficies asfálticas donde se pueden aplicar

los tratamientos son de base granular imprimada, un asfalto existente o un

pavimento de concreto de cemento pórtland. Los tratamientos superficiales

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21

aplicados a un pavimento existente, son a menudos llamados riegos de

sellados (Seal Coats).

Un tratamiento superficial simple (Chip Seal), implica el riego con la

emulsión asfáltica y el inmediato extendido y rodillado de una fina capa de

agregado. Cuando se tiene tratamientos superficiales múltiples, el proceso

se repite para una segunda e inclusive una tercera vez con el tamaño del

agregado decreciendo en cada aplicación.

El sellado doble (Sandwinch Seal), es una técnica relativamente

nueva, en la cual se coloca primeramente un agregado de gran tamaño,

luego se riega con la emulsión asfáltica (normalmente modificada con

polímeros) e inmediatamente se aplica un agregado de menor tamaño que

cierra el sellado.

Un “Cape Seal” es un tratamiento superficial simple, seguido de una

lechada asfáltica (Slurry Seal) o de un Micro – Aglomerado (Micro -

Surfacing), para así llenar los vacíos dejados entre los agregados de gran

tamaño.

Una lechada asfáltica (Slurry Seal), es una mezcla de agregado de

granulometría cerrada, emulsión asfáltica, fillers, aditivos y agua. La lechada

asfáltica es aplicada como un tratamiento de superficie de poco espesor, con

una máquina especialmente diseñada. El Micro – Aglomerado es muy

parecido a la lechada asfáltica, pero con la incorporación de polímeros y el

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22

empleo de técnicas especializadas de diseños, ofrece mayor durabilidad y

puede ser colocada en capas de mayor espesor.

Adecuadamente construidos, los tratamientos asfálticos de superficies

son económicos, fáciles de colocar y de una larga duración; todos ellos sellan

y agregan años de servicios a las superficies de los pavimentos; pero cada

uno de ellos tiene uno o más propósitos especiales. Un tratamiento de

superficie no es en sí mismo un pavimento, es principalmente una técnica de

mantenimiento económicamente efectiva para prolongar la vida y durabilidad

del pavimento; resisten a la abrasión del tráfico y provee impermeabilización

para la estructura inferior. Estos tratamientos agregan poca resistencia

estructural y, por lo tanto, normalmente no se le toma en cuenta al

determinar la capacidad portante de un pavimento.

Cuando estos tratamientos son empleados correctamente pueden

proveer una excelente superficie resistente al deslizamiento, no es una

solución para todos los problemas que pudiera presentar el pavimento. Para

obtener los mejores resultados, es esencial una clara compresión de las

ventajas y limitaciones de los tratamientos de superficies con emulsiones

asfálticas y deberán tomarse en consideración la intensidad del tráfico, las

condiciones del pavimento existente, las condiciones climáticas y los

materiales disponibles a la hora de diseñar algunos de estos tratamientos. A

continuación se presenta la siguiente tabla Nº 1, indicando diversos tipos de

tratamientos superficiales, con descripción y sus usos más elementales.

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23

Tabla Nº 1.

Tratamientos de Superficies y Riegos de Sellado con Emulsiones Asfálticas.

Tipo de Construcción Descripción y Usos Emulsiones Asfálticas

Típicas Sugerencias Constructivas

Tratamiento Superficial Simple

(Chip Seal)

De los métodos de mantenimiento de bajos costo, el más importante. Provee una superficie para todo tipo de clima, renueva pavimentos intemperizados, mejora la resistencia al deslizamiento, la demarcación de carriles y sella pavimentos.

CRS-2(CRR-2),RS-2(RR-2)

Aplicación de riego. Muchos tipos de textura disponible. Claves para el éxito: coordinar la construcción, utilizar agregados limpios y duros y calibrar adecuadamente el equipo de riego.

Tratamiento Superficial Doble

Dos aplicaciones de ligantes y de agregado. Para la segunda aplicación de agregado se emplea un tamaño menor que el correspondiente a la primera. Durable, aporta algo de nivelación, disponible en varias texturas.

CRS-2(CRR-2), RS-2(RR-2), HFRS-2 (RR-2 de alta

flotación) (Ver tratamiento superficial simple)

Tratamiento Superficial Triple

Tres aplicaciones de ligantes y tres de tamaños de agregado. Provee un pavimento flexible, de hasta 20 mm de espesor. Provee nivelación al tiempo que una superficie de sellado muy resistente al desgate.

CRS-2(CRR-2), RS-2(RR-2), HFRS-2 (RR-2 de alta

flotación) Aplicación de riego en tres capas.

Cape Seal

Combina un tratamiento superficial simple con una lechada asfáltica. Provee, para reducir el hidroplaneo, la superficie áspera “nudosa” de un tratamiento de superficie, pero al mismo tiempo dispone de una resistente matriz de arena para la durabilidad. Los datos de ensayos indican una mayor resistencia al daño producido por neumáticos con clavos que un tratamiento superficial simple. Los valores de fricción pueden ser mayores que los correspondientes a las mezclas asfálticas convencionales en calientes.

CQS-1H(CRR QS-1h), CSS-1h(CRL-1h), QS-1h(RR QS-

1h), SS-1h(RL-1h), RS-2(RR-2), CRS-2(CRR-2)

Aplicar un tratamiento superficial simple. Luego del curado, barrer el material suelto y aplicar la lechada asfáltica. Para formar la matriz, hacer el enrase sobre la superficie del agregado. Evitar un exceso de lechada (que puede cubrir la deseada textura “nudosa” de los agregados).

Sellado Doble (Sándwich Seal)

Mejora la resistencia al deslizamiento, sella pavimento.

RS-2, CRS-2(CRR-2), HFRS-2(RR-2 de alta

flot.)(usualmente con adicción de polímeros)

Extender el agregado de mayor tamaño, distribuir la emulsión y luego cubrir con el agregado menor, para “trabajar” el agregado mayor.

Sellado con Arena (Sand

Seal)

Restaura la uniformidad de la superficie. En la ciudad, facilita el barrido de la calles y mejora la visibilidad de la demarcación horizontal. Revitaliza pavimentos seco, intemperizados; reduce el desprendimiento.

CRS-1h(CRR-1),CRS-2(CRR-2), RS-1(RR-1), RS-

2(RR-2), MS-1 (RM-1), HFMS-1 (RM-1 alta flot.), HFRS-2(RR-2 alta flot.)

Aplicación de riego, mas una capa de arena. Compactar con rodillo neumático. Evitar exceso de ligante.

Lechada Asfáltica (Slurry Seal)

Empleada en el mantenimiento de aeropuerto y calles de ciudad, donde no es tolerable el agregado suelto. Sella, llena de presiones menores, provee una superficie fácil de barrer. La lechada liquida se aplica con una caja distribuidora provista de una enrasadora con tiras de goma.

CQS-1H(CRR QS-1h), CSS-1h(CRL-1h), QS-1h(RR QS-

1h), SS-1h(RL-1h)

Ensayar la mezcla de emulsión y agregados para alcanzar la trabajabilidad, la velocidad de rotura y la durabilidad deseada. Calibrar los equipos previamente al inicio del proyecto.

Micro-Aglomerado

(Micro–Surfacing)

Recapado (resurfacing) de alta performace empleado en mantenimiento de carreteras, calles urbanas y aeropuertos, donde se requiere una superficie durable y resistente a la fricción. Rápida corrección de la superficie del camino.

CSS-1h(CRL-1h)(modificada con polímeros)

Debería requerirse un diseño de mezcla. Calibrar el equipo previamente al inicio del proyecto. Para una correcta aplicación se necesita personal experimentado.

Riego de Sellado (Seal Coat)

Se aplica superficies asfálticas existentes. Mejora la apariencia, en parte sella fisuras y enriquece superficies intemperizadas.

SS-1(RL-1), SS-1h(RL-1h), CSS-1(CRL-1), CSS-

1h(CRL-1h)

Aplicada con regadores o escobas de gomas, con la adicción de arena angulosa. Dejar que cubra completamente antes de liberar al tráfico.

Riego Pulverizado (Fog

Seal)

Una ligera aplicación de riego de ligante aplicado a la superficie de un tratamiento superficial, una mezcla abierta o una superficie de mezcla en caliente, intemperizada. Funciona parcialmente como sellador de fisuras, reduce el desprendimiento (raveling) y enriquece superficies intemperizadas.

SS-1(RL-1), SS-1h(RL-1h), CSS-1(CRL-1), CSS-

1h(CRL-1h)

Aplicada con regadores, con o sin cubierta de arena. Diluir al emulsión en agua con la finalidad de lograr la cobertura sin agregar ligante en exceso.

Nota 1: los grados de emulsión QS(QS-1h, CQS-1h), han sido desarrollados para lechadas asfálticas. Si bien aún no están normalizados, su uso crece rápidamente, habida cuenta de su exclusiva propiedad de rápida rotura resuelve unos de los problemas asociados con el uso de las lechadas asfálticas. Nota 2: los grados de emulsión para micro – aglomerados han sido desarrollados para tráficos intensos y aplicaciones de rellenados de huellas. Sin bien aún no están normalizados su uso esta muy extendido.

Fuente: Instituto del Asfalto y Asphalt Emulsion Manufacturers Associaton (A.E.M.A.)

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24

2.2.1. USOS DE LOS TRATAMIENTOS DE SUPERFICIES.

Los tratamientos de superficies se usan principalmente para:

Proveer una superficie económica, para todo tipo de clima, para tráfico

liviano a mediano. Cuando se empleen emulsiones modificadas con

polímeros y agregados de alta calidad, los tratamientos de superficie

pueden utilizarse en aplicaciones para mayores volúmenes de tráfico.

Brinda una barrera impermeable que frena el ingreso de humedades

en los materiales subyacentes.

Suministra una superficie resistente al deslizamiento. Aquellos

pavimentos que se han tornado resbaladizos debido a la exudación

del asfalto (bleeding), desgaste y pulimiento de los agregados, pueden

ser tratados con agregados resistentes y angulosos para devolver la

resistencia al deslizamiento. Para este propósito, los sellados dobles

(sándwich Seal) son ideales.

Dar nueva vida a una superficie intemperizada. La serviciabilidad de

un pavimento afectado por el intemperismo, por desprendimientos,

pueden ser restaurados mediante la aplicación de un tratamiento de

superficie simple o múltiple.

Proveer una capa temporaria para una nueva base. El tratamiento de

superficie es una cubierta apropiada para una nueva base a utilizarse

o para una construcción planeada en etapas; el tratamiento de

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25

superficie, particularmente un sellado doble, es una excelente

superficie temporaria hasta que las capas finales de asfalto son

colocadas.

Recuperar viejos pavimentos deteriorados por envejecimientos y

figuración térmica o por excesivas tensiones. Si bien aporta poca o

ninguna resistencia estructural, un tratamiento de superficie puede

preservar la capacidad estructural resistente al impermeabilizar y

servir como una medida adecuada para detener el proceso de

figuración, hasta que existe una nueva rehabilitación del pavimento.

2.3. DEFINICIÓN DE SLURRY SEAL.


(A.E.M.A.) (1992), en la publicación “Manual Básico de Emulsiones

Asfálticas”, definen el Slurry Seal como “una mezcla de agregados de

granulometría cerrada, emulsión asfáltica, aditivos y agua, donde dicha

mezcla no aumenta la resistencia estructural de un pavimento. La lechada

asfáltica es una técnica de mantenimiento muy efectiva para superficies de

pavimentos viejos. La lechada llenará las fisuras superficiales, detendrá el

desprendimiento de agregados y pérdida de matriz, mejorará la resistencia al

deslizamiento y en general protegerá al pavimento, por tanto reducirá el

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26

deterioro por oxidación y agua y así prolongará globalmente la vida útil del

pavimento”

Según Rivera Gustavo Rivera (1998), en el libro Emulsiones

Asfálticas, 4ª Edición define, el Slurry Seal Como “una capa de desgaste y de

sello, por lo que no debe considerarse como parte estructural del pavimento.

Los morteros están compuestos de gravilla, arena, finos (fillers) como

cemento o cal, agua, emulsión y aditivos si se requiere. Estos materiales se

mezclan en una forma homogénea, dándole al mortero propiedades

tixotrópicas magníficas, con muy buena resistencia a la abrasión”.

Merino Gustavo, en el primer Congreso de Asociación

Latinoamericana de Productores de Emulsiones Asfálticas (1990), precisa el

Slurry Seal como “una mezcla de emulsión asfáltica + áridos + finos bien

gradados granulometricamente + fillers. Cuando estos componentes se

mezclan en proporciones adecuadas, se obtiene una mezcla fluida,

homogénea y cremosa. Luego de la evaporación del agua constituye un

micro – aglomerado en frío, estanco y denso”.

Gráfico # 1. Slurry Seal.

CARPETA

BASE

Fuente: Gustavo Rivera, 2000

Slurry Seal

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27

2.4. CARACTERISTICAS DEL SLURRY SEAL.

Los aspectos más importantes de la mezcla de slurry seal, se presenta

en las siguientes caracteristicas:

Durabilidad: La elaboración de un buen diseño de mezcla y la

utilización de agregados de alta calidad, contribuyen a aportar

estabilidad a la capa de rodamiento y el menor desgaste posible de la

misma, brindando así un mayor período de vida útil, estimándose en

un mínimo de cinco años. Considerando que el proceso de colocación

del slurry seal y la maquinaria a utilizar sean los adecuados para así

garantizar el período útil de la superficie asfáltica.

Textura: El Instituto del Asfalto y Asphalt Emulsion Manufacturers

Associaton (A.E.M.A.) (1992), expresa que una correcta combinación

de materiales, debería producir una lechada o slurry seal con una

textura homogénea cremosa que fluirá suavemente como una onda

por delante de la enrasadora, garantizando así, el poco escurrimiento

en la mezcla. La superficie del slurry luego de la rotura, presenta una

textura medianamente áspera, la cual permanece activa por muchos

años, haciendo lo ideal para carreteras resbaladizas o pistas de

aeropuertos, manteniendo una textura superficial con excelentes

propiedades antiderrapantes.

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28

Color: El slurry seal mediante el transcurso de su proceso físico –

químico de ruptura, va cambiando de un color café oscuro a negro

uniforme al cabo de poco minutos y dependiendo del origen geológico

del material pétreo utilizado. Este aspecto realza las características

potenciales de aceptación por parte del usuario, ya que hace más

atractiva a la vista.

Confort: El slurry seal por ser una mezcla compuesta totalmente por

agregado fino (Pasante tamiz Nº 4), proporciona una excelente

comodidad en el conductor, ya que los tipos de gradaciones

especificadas para estas mezcla, no permiten que se generen ruidos

por la fricción producida entre los neumáticos y la superficie asfáltica

que vayan más allá de lo tolerable. Esta característica no se resta

adherencia entre estos dos elementos.

2.5. COMPONENTES DEL SLURRY SEAL.

Los principales ingredientes de una mezcla de lechada asfáltica o

mezcla de slurry seal son los siguientes: Emulsión asfáltica, agregados, filler,

agua y aditivos en casos especiales.

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29

2.5.1. EMULSIÓN ASFÁLTICA.

Es quizás el componente más importante del Slurry Seal, teniendo

como misión fundamental envolver perfectamente los áridos, sin que se

originen problemas de rotura en el mezclador o en la rastra esparcidora.

Según el Ing. Gustavo Merino Valery (1990), define las emulsiones

asfálticas como “la dispersión o la mezcla de dos líquidos no miscibles, en la

que uno de ellos está disperso en el otro en forma de pequeños glóbulos. El

liquido dispersado recibe el nombre de fase interna o dispersa y el

dispersante ó sea el liquido que realiza la dispersión de fase externa o

continua”.

En las emulsiones, el asfalto se encuentra en forma de pequeñísimas

partículas del orden de 1 a 5 micras, suspendidas en la fase acuosa con la

ayuda del emulsificante. Como las partículas de asfalto están flotando,

poseen las características de un líquido y se utiliza en las mezclas con

áridos, sin la necesidad de calentarlas, ni en la aplicación, el transporte y el

tiempo de almacenamiento.

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30

2.5.1.1. COMPOSICIÓN DE LAS EMULSIONES.

En cuanto a la composición de las emulsiones, la Asphalt Emulsion

Manufacturers Associaton (A.E.M.A.) (1992), expresa que una emulsión

asfáltica consiste en tres ingredientes básicos: asfalto, agua y agente

emulsivo. En algunas ocasiones la emulsión puede contener otros aditivos,

como los estabilizantes mejoradores de recubrimientos, mejoradores de

adherencia o agentes de control de rotura.

Es bien sabido que el agua y el asfalto no se mezclan, excepto en

condiciones cuidadosamente controladas y utilizando equipos de alta

especialización y aditivos químicos. Mezclar agua y asfalto es una tarea

similar a la del mecánico que intenta lavar solo con agua sus manos

engrasadas; donde solo con detergentes o con un agente jabonoso, la grasa

Gráfico # 2. Distribución de las Partículas de Asfalto en una Emulsión

Fuente: Gustavo Rivera, 1998 DERECHOS RESERVADOS


31

puede ser exitosamente removida. Las partículas de jabón rodean a los

glóbulos de grasa, rompiendo así la tensión superficial que los mantiene

unido y permiten que sean eliminados.

Algunos de los mismos principios físicos y químicos se aplican a la

formulación, producción y uso de emulsiones asfálticas. El objetivo es lograr

una dispersión estable del cemento asfáltico en el agua suficientemente

estable para ser bombeado, almacenado por tiempo prolongado y mezclado;

más aún, la emulsión deberá romper rápidamente tras entrar en contacto con

el agregado en un mezclador. Entendiendo por rotura, la separación del agua

del asfalto, al curar el residuo asfáltico conserva toda la capacidad adhesiva,

durabilidad y la resistencia al agua, propias del cemento asfáltico con el cual

fue elaborado.

2.5.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS.

El Instituto del Asfalto (1992), comenta que las emulsiones asfálticas

se clasifican en tres categorías: aniónica, catiónica y no iónica. En la práctica

las dos primeras son las más ampliamente utilizadas en la construcción y

mantenimiento de carreteras. Las no iónicas pueden ganar importancia a

medida que la tecnología de emulsiones avance. Las denominaciones

aniónica y catiónica se refiere, a las cargas eléctricas que rodean a las

partículas de asfalto. Este sistema de identificación se basa en una ley de

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32

electricidad básica donde las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas

se atraen.

Cuando una corriente eléctrica circula a través de un líquido en el que

están sumergidos los polos (un ánodo y un cátodo), el ánodo se carga

positivamente y el cátodo se carga negativamente. Si una corriente eléctrica

pasa a través de una emulsión que contiene partículas de asfalto cargadas

negativamente, estas migrarán al ánodo. De aquí el nombre de emulsión

aniónica; a la inversa, en el caso de emulsiones con partículas de asfalto

cargadas positivamente, dichas partículas migrarán hacia el cátodo,

obteniendo así una emulsión catiónica. En el caso de emulsiones no iónicas,

las partículas de asfalto son eléctricamente neutrales y no emigran a polo

alguno.

Una segunda clasificación de las emulsiones se basa en la velocidad

con que las gotas de asfalto coalescen, esto significa que se junta

restaurando el volumen del cemento asfáltico. Los términos RS (rapid -

setting, rotura rápida), MS (médium – setting, rotura media), SS (show –

Setting, rotura lenta) y QS (quick – setting, rotura rápida) han sido adoptados

para simplificar y normalizar esta clasificación. Son solos términos relativos

que implican respectivamente una rotura rápida, rotura media, rotura lenta y

rotura rápida controlada. La tendencia a coalescer, ésta íntimamente

relacionada con la rapidez con que la emulsión se vuelve inestable y rompe

tras entrar en contacto con la superficie del agregado.

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33

2.5.1.3. COMPONENTES DE LA EMULSIÓN.


(A.E.M.A.) (1992), enuncia los siguientes componentes para comprender

como funcionan las emulsiones asfálticas.

Asfalto: El cemento asfáltico es el elemento base de la emulsión

asfáltica y en la mayoría de los casos constituye entre un 50 % y 75 %

de la emulsión. Algunas propiedades del cemento asfáltico si afectan

significativamente la emulsión final, sin embargo no hay una

correlación exacta entre las propiedades del asfalto y al facilidad con

que el asfalto pueda ser emulsificado. Si bien la dureza de la base del

cemento asfáltico puede variar, la mayoría de las emulsiones están

hechas con asfaltos que tienen un rango de penetración de 60 – 250

décimas de mm; en ocasiones las condiciones climáticas puede

requerir un asfalto más duro o más blando, en cualquiera que sea el

caso, la compatibilidad química entre el agente emulsivo y el cemento

asfáltico es esencial para la producción de una buena emulsión.

Agua: Su contribución a las propiedades deseadas en el producto

final no pueden ser minimizada. El agua puede contener minerales u

otros elementos que afecten la producción de emulsiones asfálticas

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34

estables. Consecuentemente el agua potable puede no ser adecuada

en emulsiones asfálticas.

El agua encontrada en la naturaleza puede ser inadecuada

debido a impurezas, sea en solución o en suspensión coloidal, donde

preocupa particularmente la presencia de iones de calcio y de

magnesio. Estos iones favorecen la formación de emulsión catiónica

estable. Frecuentemente se adiciona cloruro de calcio a las

emulsiones catiónicas, con el objeto de aumentar la estabilidad

durante de almacenamiento. Estos mismos iones, sin embargo,

pueden ser perjudiciales para las emulsiones aniónicas, debido que

las sales de calcio y magnesio son insolubles en el agua, donde se

forman en la reacción con sales de sodio, potasio, solubles al agua,

normalmente utilizadas como emulsivos. De igual forma los aniones

de carbonatos y bicarbonatos, pueden facilitar gracias al efecto

amortiguador la estabilización de las emulsiones, pero pueden

desestabilizar emulsiones catiónicas al reaccionar con emulsivos

compuestos de hidrocloruros solubles al agua.

El agua que contenga partículas, no debieran ser utilizadas en

la elaboración de emulsiones. Dichas aguas pueden ser

particularmente perjudiciales para las emulsiones catiónicas.

Comúnmente, tales partículas están cargadas negativamente y

absorben rápidamente los agentes emulsivos, desestabilizando así la

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35

emulsión. El uso de aguas impuras puede resultar un desequilibro en

los componentes de la emulsión, lo que puede afectar en forma

adversa la performance o causar una rotura prematura.

Agente Emulsivo: Las propiedades de las emulsiones asfálticas

depende en gran medida de los agentes químicos utilizados como

emulsivos, este es una agente tensio – activo o surfactante que

mantiene las gotas de asfalto en suspensión estable y controla el

tiempo de rotura. Es también el factor determinante en la clasificación

de las emulsiones como aniónicas, catiónicas o no iónicas.

Los agentes emulsivos aniónicos más comunes son los ácidos

grasos, que son productos derivados de la madera, tales como:

aceites, resinas, ligninas, entre otros. Estos emulsivos aniónicos son

saponificados (convertidos en jabón) al reaccionar con hidróxido de

sodio o hidróxido de potasio. Por otra parte, los agentes emulsivos

catiónicos en su mayoría, son aminas grasas como pudieran ser

diaminas, imidazolinas y amidoaminas; las aminas se convierten en

jabón al reaccionar con un ácido, usualmente ácido clorhídrico; otro

tipo de agente emulsivo son las sales grasas o cuaternarias de

amonio, que se emplea para producir emulsiones catiónicas, estas

sales son solubles en agua y no requieren la adicción de ácidos, son

agentes emulsivos estables y efectivos.

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36

El agente emulsivo, es el componente individual más

importante en la emulsión asfáltica y para que sea eficaz, el

surfactante debe ser soluble en agua y poseer un adecuado equilibrio

entre las propiedades hidrofílicas y lipofílicas. El agente emulsivo

empleado en combinación con un asfalto aceptable y agua de buena

calidad y de adecuados procedimientos mecánicos, es el factor

principal en la emulsificación, la estabilidad y en el performance de la

aplicación final en el pavimento.

2.5.1.4. FABRICACIÓN DE LA EMULSIÓN ASFÁLTICA.

Rivera Gustavo (1998), en su libro Emulsiones Asfálticas, expresa

que el equipo de producción para la fabricación de emulsiones es muy

sencillo y fácil de conseguir en el mercado. Lo que realmente tiene problema,

es la formulación de la emulsión que deben adaptarse a los materiales

pétreos y no estos a las emulsiones, como muchas empresas productoras

creen.

Una fábrica puede ser reducida y tener todos los adelantos necesarios

en maquinarias y accesorios, construyéndose en espacios rústicos,

adaptados únicamente para la producción, independientemente del aspecto

estético y arquitectónico. El equipo básico para preparar emulsiones incluye

un dispositivo mecánico de alta velocidad, de altas tensiones de corte

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37

(usualmente un molino coloidal), para dividir el asfalto en pequeñísimas

gotas.

Un diagrama esquemático de una típica planta de elaboración de

emulsiones asfálticas se muestra en el gráfico # 3. También se necesita un

tanque para la solución de emulsivo, un tanque para el asfalto caliente,

bombas, medidores de caudal y tanques de almacenamiento.

Gráfico # 3. Esquema de una Planta Emulsificadora.

Fuente: Gustavo Rivera, 1998

Jabón Emulsificante

Producto Asfáltico

Molino Coloidal

Almacenamiento De Emulsión

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2.5.2. AGREGADOS.

La cantidad de agregado mineral en las mezclas asfálticas para

pavimentación es generalmente del 90 a 95 % en peso y 75 a 85 % en

volumen. Los agregados minerales son los principales responsables de la

capacidad de carga del pavimento. Además el agregado influye

notablemente en el comportamiento del pavimento.

En éste sentido el Instituto de Asfalto MS-22, define agregados

minerales como “cualquier material inerte y duros con partículas ó

fragmentos graduados usados en la mezcla. Ello incluye arena, grava,

piedra partida, desechos ó polvo de las rocas”.

2.5.2.1. TIPOS DE AGREGADO.

De acuerdo a su origen, los agregados pueden dividirse en dos

grandes grupos: agregados naturales y agregados artificiales.

Agregados Naturales: Son los provenientes de depósitos naturales y

constituyen la principal fuentes de agregados para mezclas asfálticas.

Ellos pueden ser utilizados en su estado original o procesados por

medios de triturado, cernido y lavado.

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39

Agregados Artificiales: Son los agregados producidos por

modificaciones de materiales que pueden involucrar cambios físicos y

químicos, como las escorias y los agregados livianos.

• Escorias: Es un material no metálico, consistente

esencialmente de silicatos de aluminio y cal, las escorias de

altos hornos se producen conjuntamente con el hierro, mientras

las escorias de acerías es un subproducto del proceso

siderúrgico, donde el arrabio se refina para obtener acero. En

Venezuela se logra y comercializa principalmente la escoria de

acería en las plantas de SIDOR en Puerto Ordaz, Estado

Bolívar; estas se han utilizados obras viales como: bases

granulares, carpetas asfálticas, tratamientos superficiales y

protecciones de taludes; no son aptas para la elaboración de

algunas obras en el hormigón, debido al contenido de óxido de

magnesio.

• Agregados Livianos: Es un agregado producido por expansión

y calcinación de arcilla o lutita; por procedimientos de tierras

diatomáceas y otros materiales. En el país se elabora en

Charallave, Estado Miranda. Es utilizado en mezclas de

concreto liviano, bloques para paredes, relleno de bajos pesos y

aislantes térmicos. Algunos de los usos en obras viales, son los

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40

siguientes: carpetas asfálticas, tratamientos superficiales anti-

deslizantes, bases granulares y hormigón.

2.5.2.2. ORIGEN GEOLOGICO.

De acuerdo con el origen de las rocas que los constituyen, los

agregados naturales pueden clasificarse en tres tipos: ígneos, sedimentarios

y metamórficos.

Tabla Nº 2. Clasificación General de la Rocas.

CLASE TIPO FAMILIA

Intrusitas (Grano Grueso)

* Granito * Sienita * Diorita * Gabro * Peridotita * Piroxenita * Hornoblendita Igneas

Extrusivas (grano Fino)

* Obsidiana * Pomez *Tufa * Riolita * Basalto

Calcáreas * Caliza * Basalto

Sedimentarias

Silíceas

* Lutita * Areniscas * Chert * Conglomerado * Brecha

Foliadas * Gneis * Esquisto * Anfobolita Metamórficas

No Foliadas * Cuarcítica

* Serpentina

Fuente: S.E.C.O.F.A.L.C.A.

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41

Agregado Calcáreo: Según Kraemer Carlos (2004), en su edición

“Ingeniería de Carreteras” Volumen II, explica que la caliza es un tipo

de roca sedimentaria muy común en la Península Ibérica. Por esta

abundancia y por la relativa facilidad de su trituración, su utilización

está generalizada en todas las capas del firme, exceptuándose

únicamente su empleo como árido grueso en las capas de rodadura

bituminosas, pues se trata de una roca fácilmente puliméntale:

sometida a un tráfico intenso, puede dar lugar a superficies

deslizantes en un período de tiempo corto.

Es un tipo de árido que debido a su carácter básico, suele dar

pocos problemas de adhesividad, es decir, de afinidad con los ligantes

hidrocarbonatos. Se utilizan por ello, para mejorar las características

en las mezclas bituminosas si se emplea además otros áridos más

duros, pero también más ácidos. Los agregados calizos tienen

también una buena afinidad con los cementos, así como un bajo

coeficiente de dilatación térmica que resulta interesante, frente a los

fenómenos de contracción en los pavimentos de concreto o en las

gravas o suelos tratados con cemento empleados a veces con capas

inferiores del firme.

En ocasiones, se encuentran materiales de tipo calizos con

altas proporciones de minerales no calcáreos (calizas margosas, como

por ejemplo). Incluso a veces son rocas relativamente duras y

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42

resistentes a la fragmentación que cumple las exigencias mecánicas,

pero que pueden originar graves problemas por falta de adhesividad,

mala calidad de los finos, de gradación del esqueleto mineral, por

acción de las cargas del tráfico, entre otros no detectables con los

ensayos más habituales. Sin embargo, estos problemas pueden

ponerse de manifiesto mediante un sencillo estudio pectográfico, con

los que se puede determinar la composición mineralogíca y el estado

de evolución de cada componente.

Agregado Silíceo: Kraemer Carlos (2004), en su edición “Ingeniería

de Carreteras” Volumen II, indica que éstos son procedente de gravas

naturales silíceas, trituradas en mayor o menor proporción, es otro

material que suele ser de amplia utilización en las capas de un

pavimento. Hay zonas en las que se emplea solo gravas silíceas

cuando prácticamente es el único material existente.

Estos agregados, también de origen sedimentarios, solo se

extraen de yacimientos granulares. Las partículas de menor tamaño

se separan mediante el tamizado y a partir de ellas por trituraciones

sucesivas se obtienen las fracciones de menor tamaño. Estas

fracciones tienen una angulosidad tanto mayor, cuantas más caras de

fracturas presente. En ciertos yacimientos es difícil, sin embargo

encontrar bolos con un tamaño suficiente (100 mm) para garantizar,

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43

después del proceso la angulosidad mínima que exigen las

especificaciones.

Pueden tener insuficiente adhesividad con los ligantes

hidrocarbonatos, que pueden mejorarse con aditivos. Sin embargo, si

el material tiene un elevado contenido de sílice y una angulosidad

suficiente, sus características mecánicas y su razonamiento interno

proporcionan un esquelo mineral bueno para utilizarlo incluso en

mezclas bituminosas, sometidas a la acción directa del tráfico.

2.5.2.3. CARACTERISTICAS DESEABLES DE LOS AGREGADOS.

Independientemente del tipo de mezclas asfáltica, las siguientes

propiedades son deseables en los agregados que la constituyen:

Granulometría y tamaño adecuado al tipo de construcción.

Contenido adecuado del material llenante (filler).

Resistencia y durabilidad.

Forma cúbica.

Baja porosidad.

Textura superficial adecuada.

Buena adherencia.

Limpieza.

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44

2.5.2.4. IMPORTANCIA DE LOS AGREGADOS EN EL SLURRY SEAL.

Según Merino Gustavo (1990), señala que los agregados a emplear

en el Slurry Seal tiene una importancia realmente excepcional, ya que

constituyen el esqueleto mineral de la lechada asfáltica, representando las ¾

partes de la misma. Los agregados deberán ser limpios, de trituración, duros,

angulosos, bien gradados, uniformes y durables.

Los agregados limpios deben estar desprovistos de materia orgánica y

de cualquier otra sustancia que sea perjudicial, como por ejemplo las arcillas.

En efecto, la presencia de finos activos en los agregados para el slurry seal

es peligrosa, la determinación de estos finos plásticos tienen una importancia

fundamental, para ello se recurre al ensayo de equivalente de arena. Cuanto

más alto sea el equivalente de arena más limpio es el agregado.

Las características de dureza y rugosidad se encuentra íntimamente

relacionadas con la resistencia a la abrasión y disgregación, debiéndose

exigir mayores grados de dureza cuanto mayor sea el tamaño de los

agregados, así como tratamientos en zonas de elevada intensidad de tráfico

o en tratamientos correctivos de deslizamientos.

La porosidad tiene doble interés, tanto por su influencia en la

absorción de agua como en la contribución a la rotura de la emulsión. La

naturaleza mineral tiene importancia, tanto desde el punto de vista de la

adhesividad como de su relación con el coeficiente del desgaste.

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45

2.5.3. FILLER MINERAL.

Constituye la clase granulométrica de un tamaño inferior a 80 micras.

Pueden ser de origen natural o artificial.

Igualmente Merino Gustavo (1990), expresa con respecto al filler en

la lechada asfáltica su naturaleza y contenido es de mucha importancia, por

su influencia en la adhesividad, velocidad de rotura de la emulsión asfáltica y

características finales de la emulsión. Una supuesta calidad aceptable, es el

contenido que deberá mantenerse dentro de unos límites muy estrictos, ya

que un exceso de filler en la mezcla hace que se necesite un contenido alto

de emulsión o de lo contrario la mezcla tendrá tendencia al agrietamiento

siendo frágil y quebradizo. De la misma manera, un defecto de filler unido a

un área con un equivalente de arena alto, origina mezcla segregables con

menor poder cohesivo y por lo tanto menos duradera a la acción del tráfico.

La arena tendera a sedimentar el asfalto subirá a la superficie y la lechada no

tendrá cohesión. El filler, por lo tanto mejorará la dispersión de las partículas

minerales, facilita la manejabilidad de la lechada y ayuda a producir una

mezcla densa, estable, con gran poder impermeabilizante y cohesivo. Como

filler de aportación pueden emplearse cenizas volantes, amiantos, cal

hidratada, pigmentos y cemento Pórtland, que es el más utilizado.

Desde el punto de vista estructural y teniendo en cuenta que la mezcla

deberá ser lo más impermeable posible, es evidente que su granulometría

DERECHOS RESERVADOS


46

deberá ser continua con elevado contenido de filler, a objeto de tener un

aglomerado de consistencia apropiada para dotar de buena cohesión a la

mezcla.

2.5.4. AGUA.

El agua es un componente importante para una mezcla de slurry seal,

ya que tiene la función de humedecer y disolver la mezcla, moderando las

reacciones químicas.

Las propiedades deseables de la emulsión, pueden ser afectadas por

los iones de calcio y magnesio presentes en el agua; por lo tanto el agua

debe ser limpia y libre se sustancias extrañas como sales solubles, reactivos

químicos y cualquier otro tipo de contaminantes.

2.5.5. ADITIVOS.

Los aditivos son productos empleados para mejorar la adherencia

entre el asfalto y los agregados. Estos pueden ser adicionados directamente

a la emulsión o a cualquiera de los componentes de la mezcla, ya que está

provee el control de las propiedades de rotura y curado.

A la mezcla de lechada pueden agregarse cantidades relativamente

pequeñas de aditivos líquidos o en polvo de alrededor de más o menos 1%.

DERECHOS RESERVADOS


47

Dichos aditivos pueden usarse para mejorar las características de la mezcla,

las características de rotura u otras propiedades que se ponen de manifiesto

luego del curado. Estos materiales incluyen cemento pórtland, cal y sulfato

de aluminio en adicción a algunas sustancias químicas orgánicas. El

performance de cualquier aditivo debe evidenciarse en la mezcla de diseño.

2.6. TIPOS DE SLURRY SEAL.

Según I.S.S.A. (International Slurry Surfacing Association), clasifica las

mezclas de Slurry Seal en los siguientes tipos:

Tipo I: Las mezclas tipo I, poseen un buen comportamiento en áreas

de bajas densidad de tráfico, donde el principal objetivo es el sellado,

puede utilizarse en estacionamiento de playas, campos de aterrizajes

de aviones livianos o banquinas. Estas mezclas, llenan pequeños

huecos y corrige pequeños defectos en la carpeta, la finura del

material permite la penetración en las grietas, sellándolas así de

manera inminente. Se utiliza como tratamiento superficial preventivo.

Tipo II: Es la gradación para lechadas más ampliamente utilizadas las

de tipo II, estas protegen el pavimento subyacente de la oxidación y el

daño por humedad; pueden corregir casos de desprendimiento severo

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48

de material y son empleadas en pavimento con tráfico moderado y

sobre bases estabilizadas.

Tipo III: Se emplean en correspondencia con aplicaciones

voluminosas (8,2 -13,6 Kg/m2) y altos valores de fricción superficial.

Las lechadas asfálticas de tipo III proporcionan una textura rugosa

antideslizante y una buena superficie de desgaste, corrige condiciones

superficiales severas y son empleadas en carreteras ce circulación

muy densa y tráfico pesado.

Gráfico # 4. Tipos de Slurry Seal.

Fuente: I.S.S.A. (International Slurry Surfacing Association)

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49

2.7. CAMPOS DE APLICACIÓN.

Merino Gustavo (1990), señala que los campos de aplicación de las

lechadas asfálticas, tendrán su origen en sus principales características a

saber: su fluidez, su textura rugosa y por lo tanto, su capacidad de rellenar

huecos.

Atendiendo a estas características, los principales campos de

utilización son:

Tratamientos de Sellado: El objetivo inicialmente buscado por esta

técnica, basándose en la fluidez (característica de las lechadas), en

efecto es extender una capa de slurry sobre un pavimento abierto,

esta penetra por gravedad por los intersticios que presenta su

superficie, los colma y al evaporarse el agua, el mortero residual los

rellena impermeabilizando el pavimento, en consecuencia, al haberse

aumentado de este modo la densidad y compacidad del pavimento, se

ha conseguido una eficiente mejora del mismo. Debido a esta

propiedad, las lechadas asfálticas son idóneas cuando se trata de:

• Impermeabilizar superficies agrietadas o fisuradas, impidiendo la

acción del agua superficial sobre el firme e incluso el cimiento.

• Como tratamiento rejuvenecedor de pavimentos envejecidos

que presenten su superficie tipo “piel de cocodrilo”, para evitar

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50

su progresivo deterioro, y conferirle a la par un aspecto

homogéneo.

Para este fin, la utilización de lechadas asfálticas desplaza a los

clásicos tratamientos superficiales monocapa. Por otro lado, estás

mezclas son utilizadas en el recubrimiento de taludes a fin de evitar

deslizamientos causados por la erosión del viento y de las aguas de

lluvia.

Tratamientos Antideslizantes: otro campo fundamental de las

lechadas asfálticas, lo constituyen su empleo en la corrección de

pavimentos existentes que sean deslizantes. En efecto, actualmente

resulta alarmante comprobar como muchas capas de rodadura de

pavimentos asfálticos, han alcanzado valores peligrosamente bajos

de su coeficiente de resistencia al deslizamiento, simultáneamente, en

estos mismos tramos, se manifiesta una tendencia al aumento de

accidentes. Para esto las posibles soluciones aplicables son: una

nueva capa de mezcla asfáltica y tratamiento superficial, donde el

slurry seal ha demostrado su eficacia, siempre y cuando el problema

sea consecuencia de una pulimentación excesiva de los agregados y

no cuando la causa sea debida a un exceso de ligante de la superficie.

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51

La duración y mantenimiento de un alto valor del coeficiente de

resistencia al deslizamiento, dependerá además de una adecuada

puesta en obra en atención a una serie de factores, tales como:

• Naturaleza y características de los agregados empleados.

• Espesor suficiente de la lechada.

• Tipo e intensidad de tráfico a soportar.

• Velocidad de tráfico.

2.8. VENTAJAS DEL SLURRY SEAL.

De acuerdo con la I.S.S.A. (International Slurry Surfacing Association),

especifica las ventajas de la mezcla en las siguientes categorías:

Es una solución extremadamente rentable para los pavimentos

oxidados, preservando los ya usados.

Flexibilidad, dependiendo de la gradación, la mezcla hará un gran

trabajo en todos los tipos de pavimentos, ya sean en aeropuertos,

estacionamientos o caminos.

Color y textura en negro en un solo tendido, que llenan las grietas y

los vacíos, cubriendo áreas bacheadas.

Utilización de materiales económicos.

Posibilidad de trabajar todo el año.

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52

Facilidad y rapidez de puesta en obra.

Desaparición del peligro de desprendimiento de gravilla.

Mejor control del pavimento.

Tiempo mínimo de apertura al tráfico.

2.9. ESPECIFICACIONES.

Para un agregado individual o para una mezcla de agregados a ser

empleados en una lechada, deberían cumplirse las siguientes

especificaciones:

Tabla Nº 3. Granulometrías para Slurry Seal.

TIPO DE GRADACIÓN I II III

Uso General Sellado de Fisuras y Sellado

Fino

Sellados en General,

Superficies de Textura Media

Superficies de Textura muy

Pronunciada

Tamaño de Tamiz Porcentaje Pasante Porcentaje Pasante Porcentaje Pasante

9,5 mm (3/8”) 100 100 100

4,75 mm (Nº4) 100 90 – 100 70 – 90

2,36 mm (Nº8) 90 – 100 65 – 90 45 – 70

1,18 mm (Nº16) 65 – 90 45 – 70 28 – 50

600 μm (Nº30) 40 – 65 30 – 50 19 – 34

300 μm (Nº50) 25 – 42 18 – 30 12 – 25

150 μm (Nº100) 15 – 30 10 – 21 7 – 18

75 μm (Nº200) 10 – 20 5 – 15 5 – 15

Contenido de residuo de asfalto,

en % de peso de agregado seco 10 – 16 7,5 – 13,5 6,5 – 12

Aplicación en Kg/m2, basada en el

peso del agregado seco. 3,6 – 5,4 5,4 – 9,1 8,2 – 13, 6


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53

Tabla Nº 4. Especificaciones en Agregados.

El tipo de emulsión asfáltica para el sulrry seal deberán cumplir las

siguientes especificaciones:

Tabla Nº 5. Especificaciones en Emulsión.

ENSAYO ESPECIFICACIÓN (I.S.S.A.)

Equivalente de Arena 50 % min.

Resistencia al Desgaste 37 % máx.

Peso Unitario Suelto ______

Peso Especifico y Absorción

de Agregado Fino ______


Emulsión CSS-1h

Residuo por Evaporación 55 % – 70 %

Sedimentación a los 5 días 7 % máx.

Retenido en la malla Nº 20 0,1 % máx.

Viscosidad Saybolt Furol

(25 ºC y 50 ºC) 20 seg – 100 seg

Peso Especifico _____



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Con respecto al filler, se debe usar cal hidratada, cemento Pórtland,

polvo calizo o algún otro que cumpla con la norma A.S.T.M. D242.

Las especificaciones que deben cumplir la mezcla son las siguientes:

Tabla Nº 6. Especificaciones en el Slurry Seal.

2.10. ENSAYOS PREVIOS AL DISEÑO DE MEZCLA.

2.10.1. ENSAYOS EN LA EMULSIÓN.

Residuo por Evaporación Modificado. (A.S.T.M. D244,

A.A.S.H.T.O. T59): El objeto de está prueba, es determinar el

porcentaje de residuo que tiene la emulsión asfáltica. El residuo así


Ensayo de Consistencia 2cm a 3 cm

Ensayo de Abrasión por

Humedad ≤ 800 g/m2

Ensayo de cohesión ≥ 20 Kg – cm

Tráfico Liviano ≤ 0,08 g/cm2

Tráfico Medio ≤ 0,06 g/cm2

Tráfico Pesado ≤ 0,06 g/cm2

Ensayo de la Rueda Cargada

(Exudación y deformación)

Tráfico muy Pesado ≤ 0,05 g/cm2


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55

obtenido tiende a dar valores de penetración y ductilidad inferiores a

los que se obtienen con el residuo de la destilación. Este método es

modificado, cuando se trata de controlar la producción de un molino

coloidal que produce más de 20 ton por hora y es necesario conocer

inmediatamente los rangos o porcentaje de residuo.

Sedimentación a los 5 días. (A.S.T.M. D244, A.A.S.H.T.O. T59): El

objeto de está prueba, es obtener un índice de la tendencia a

sedimentarse que tienen los glóbulos de asfalto que componen la

emulsión, cuando está en reposo almacenada sin ningún tipo de

movimiento o recirculación.

Retenido en la Malla Nº 20 (0,840 mm). (A.S.T.M. D244,

A.A.S.H.T.O. T59): Esta prueba garantiza el tamaño de los glóbulos

en la emulsión son menores de 8 micras y que su finura es la

adecuada para garantizar el comportamiento. Los fabricantes emplean

la malla 0.415 mm (Nº 40) para probar la calidad de la emulsión que

producen sin que sea esto una exigencia.

Viscosidad Saybolt Furol. (A.S.T.M. D244, A.A.S.H.T.O. T59): La

viscosidad es definida, como la resistencia de un fluido a fluir. Para

emulsiones asfálticas, el ensayo de viscosidad Saybolt Furol, es

utilizado como una medida de la viscosidad, los resultados se

expresan en segundos saybolt furol. Dependiendo del tipo de

emulsión, el ensayo se realiza a las temperaturas de 25 º C o 50 º C.

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56

Peso Especifico. (A.S.T.M. D70, A.A.S.H.T.O. T59): El peso de la

unidad de volumen en (Kg/lts), se calcula hallando el peso de un

volumen estándar conocido. Los resultados se redondean al 0,01 de

Kg/lts a 25 º C.

2.10.2. ENSAYOS EN LOS AGREGADOS.

Granulometría. (A.S.T.M. C136, A.A.S.T.H.O. T27): El método del

tamizado, es un proceso mecánico mediante el cual se separan las

partículas de un suelo o de agregados, de manera uniforme y

cuantitativa en sus diferentes tamaños; se realiza utilizando tamices o

cedazos de aberturas especificadas de Nº4, Nº8, Nº16, Nº30, Nº50,

Nº100, Nº200, Pasa 200.y es utilizado para clasificar los agregados.

Equivalente de Arena. (A.S.T.M. D2419, A.A.S.T.H.O. T176): Este

ensayo, desarrollado por el departamento de carretera de California,

es un método rápido en el laboratorio y en el campo, para así

determinar la presencia o ausencia de finos y arcillas no convenientes

que pueden ocasionar inconvenientes en los agregados de un

pavimento. El ensayo se aplica a la fracción que pasa por el

tamiz Nº 4.

DERECHOS RESERVADOS


57

Dicho ensayo es importante para determinar la limpieza del

agregado, ya que algunos agregados contienen ciertas sustancias

extrañas como partículas livianas, terrones de arcillas, entre otros, que

los hacen inadecuados para las mezclas. Se usan normalmente

muestras secadas a temperatura de 100 +/- º C, ya que materiales

húmedos o mojados dan valores bajos de equivalente de arena.

Resistencia al Desgaste. (A.S.T.M. C131, A.A.S.T.H.O. T96):

Durante la elaboración, colocación y compactación de una mezcla

asfáltica, el agregado está expuesto a una rotura adicional y al

desgaste por abrasión; por ello los agregados deben tener un cierto

grado de capacidad para resistir la trituración, degradación y

desintegración en un momento dado. El ensayo de abrasión o

desgaste de los ángeles, mide la resistencia al uso o abrasión del

agregado.

Una resistencia relativamente alta al desgaste, indicada por un

bajo porcentaje de perdida por abrasión, es una característica

deseable para los agregados a utilizar en capas superficiales como

pavimentos asfálticos.

Peso Unitario Suelto. (A.S.T.M. C29, A.A.S.T.H.O. T19): Es el peso

por unidad de volumen de un material seco, considerando los vacíos

que quedan entre sus partículas, cuando estas no han sido sometidas

a ningún proceso especial de compactación o acomodo. El peso

DERECHOS RESERVADOS


58

volumétrico de un suelo es función de la granulometría y de la

densidad de las partículas del material, siendo mayor para materiales

granulares bien gradados, de alta densidad.

Peso Específico y Absorción de Agregado Fino. (A.S.T.M. C128,

A.A.S.T.H.O. T84): El peso específico de un material, es el cociente

entre el peso de volumen unitario de material y el peso de igual

volumen de agua a temperatura entre 20 y 25 º C. Existe tres tipos

aceptados de peso específico de los agregados, el peso específico

aparente, que considera el volumen del agregado como un volumen

total excluyendo el volumen de poros o capilares que pueden llenarse

de agua en 24 horas. El peso específico bruto considera el volumen

de las partículas de agregado incluyendo los poros que pueden ser

llenados con agua en 24 horas. El peso específico efectivo considera

el volumen total del agregado excluyendo el volumen de poros que

absorbe el asfalto.

El peso específico del agregado en la mezcla, depende del

petréo en que el mismo absorbe asfalto. Cuando se usa el peso

específico aparente, se asume que el asfalto será absorbido por todos

los poros permeables al agua. Si se usa el peso específico bruto se

acepta que el asfalto no será absorbido por dichos poros al agua.

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59

2.11. ENSAYOS CORRESPONDIENTE A LA MEZCLA.

Ensayo de Consistencia. (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T106): La

determinación de la consistencia en las lechadas asfálticas, es una

operación importantísima que permite definir la cantidad de agua

óptima para una correcta trabajabilidad en la mezcla. Entre los

métodos ideados, el más empleado es el propuesto por el

Departamento de Transporte de Kansas, denominado “Cono de

Consistencia”. Se considera que el porcentaje óptimo de agua es

aquel mediante el cual se consigue una fluencia de lechada entre 2 cm

y 3 cm de la escala.

Ensayo de Abrasión por Humedad. (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T114):

La prueba de abrasión en inmersión, proporciona un buen criterio de

diseño para los tratamientos superficiales de sello cuando se emplean

morteros asfálticos, logrando así relacionar sus resultados con el

comportamiento real en la construcción. Esta prueba mide la

resistencia de este tipo de capas delgadas bajo condiciones de

inmersión, que da una idea esencialmente de la adherencia y afinidad

entre el asfalto y el material pétreo.

La prueba trabaja bajo el principio de determinar las perdidas

en peso que sufre una probeta de slurry, bajo la acción abrasiva de

una rueda metálica con goma.

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60

Ensayo de cohesión. (A.S.T.M. 3910): Esta prueba nos permite

conocer como va progresando el curado o fraguado de una mezcla

según trascurre el tiempo. El valor de cohesión que se determina, con

un número indicativo de tipo de emulsión que combinada con los

materiales pétreos definirá un sistema de mortero.

La cohesión que se desarrolla según pasa el tiempo, será una

guía para el constructor de compactar y abrir al tránsito al tratamiento

superficial. Cuando se trabaja en condiciones desfavorables para

lograr la evaporación del agua del sistema, es obligatorio compactar si

quiere tener un buen resultado.

Ensayo de Rueda Cargada, Exudación y Deformación. (A.S.T.M.

3910, I.S.S.A. T109): Para definir el porcentaje máximo de ligante en

una lechada bituminosa, el investigador americano B. Benedict ha

propuesto el denominado el ensayo de rueda cargada, el cual implica

que por medio de una máquina simuladora del tráfico, pueda medirse

la resistencia a la exudación y deformación (lateral y ahuellamiento) de

la mezcla. Esta prueba permite cuantificar el ligante exudado después

de someter las probetas de slurry a un proceso de compactación de

1000 ciclos, pesando la arena absorbida por el betún excedente y bajo

condiciones de ensayo de temperatura 18 ºC y una carga de 125

Libras.

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61

2.12. DISEÑO DEL SLURRY SEAL.

De acuerdo a lo indicado por Rivera Gustavo (1998), en su publicación

enunciada Emulsiones Asfálticas, señala que en un método de diseño, como

en todos los proyectos de mezclas en general, lo primero que se tiene que

tomar en cuenta es identificar el material pétreo, con el objeto de conocer

todas sus características físicas mediante las pruebas correspondientes:

Identificación Petrográfica, Granulometría, Equivalente de Arena, Resistencia

al Desgaste, Peso Unitario Suelto y Peso Especifico.

Seguidamente el cemento o cal hidráulica que se vaya a emplear

como filler, debe escogerse entre las marcas conocidas que garanticen su

calidad. El cemento debe ser fraguado normal ya que el tipo de fraguado

rápido no es recomendable.

Por otra parte, la emulsión para los morteros deberá estar de acuerdo

con las exigencias de trabajo. Las emulsiones que se emplean en los

morteros asfálticos se dividen en dos grandes grupos: las aniónicas (medias

y superestables) y las catiónicas (rompimiento rápido, controlado, medio y

súper estables). Luego de escoger la emulsión deseada, se procede conocer

sus características físicas por medios de los ensayos siguientes: Residuo por

Evaporación, Viscosidad Saybolt Furol, Retenido en la Malla Nº 20,

Sedimentación a los 5 Días y Peso Especifico.

DERECHOS RESERVADOS


62

Después de analizar las pruebas correspondientes que se realizan a

los diferentes elementos que componen la mezcla o mortero, se comenzará a

estudiar el diseño de la mezcla conforme a su posible comportamiento en la

construcción, en condiciones bajo las cuales se va a realizar la aplicación.

El primer paso es determinar el máximo porcentaje teórico de ligante

asfáltico, empleado por el método de M. Duriez modificado; partiendo de ese

valor, se procede a determinar la cantidad óptima de agua de mezclado y

tendido. Este método consiste en calcular la superficie específica mediante

la fórmula siguiente:

S.E.= 1/100 (0,342 G + 1,92 g + 15,33 K +118 f)

Donde:

S.E. = Superficie Específica.

G = % retenido entre las mallas 3/8” y Nº 4.

g = % retenido entre las mallas Nº 4 y Nº 50.

K = % retenido entre las mallas Nº 50 y Nº 200.

f = % pasa de la malla Nº 200.

Con el valor de S.E. se entra al gráfico de Residuo Teórico del Slurry

Seal, la cual posee tres curvas, donde sus valores dependen del tipo de

materiales y las propiedades de estas previamente determinadas.

Generalmente el criterio que influye al tomar la curva H, es que hay

una tendencia en muchos diseñadores en tomar el mínimo de ligante

asfáltico posible, para así obtener un mortero con bajo contenido de asfalto

DERECHOS RESERVADOS


63

que al someterse al paso de los vehículos trabaje como un sello de gravilla

fijada por el mortero sustituto del asfalto puro.

Gráfico # 5. Porcentaje de Residuo Teórico.

Fuente: Gustavo Rivera, (1998)

DERECHOS RESERVADOS


64

Por medio de la gráfica obtendremos el % de Residuo Teórico de

Asfalto, a su vez el % Teórico de Emulsión se conocerá de la siguiente

forma:

% Teórico Emulsión = (% Residuo Teórico / % Residuo por Evap.) * 100

Donde:

% Residuo Teórico = se obtiene por la curva descrita anteriormente.

% Residuo por Evap. = se obtiene por el ensayo Residuo por

Evaporación (A.S.T.M. D244, A.A.S.H.T.O. T59).

Calculado el porcentaje teórico de emulsión asfáltica, se inicia el

proceso en cuanto a la cantidad necesaria de agua para realizar la mezcla,

está deberá determinarse por tanteos prácticos hasta hallar la más

adecuada. El porcentaje inicial por lo regular será aquel que al incorporarse

en la arena y mezclarse sin la emulsión, produzca una mezcla fácilmente

trabajable suelta, sin que exista agua libre. Para lograr esto a la precisión,

existe el Ensayo de Consistencia (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T106), la cual

consiste en una operación importantísima que permite definir la cantidad de

agua óptima para una correcta trabajabilidad en la mezcla. Se considera que

el porcentaje óptimo de agua es aquel mediante el cual se consigue una

fluencia de lechada entre 2 cm y 3 cm de la escala.

Determinada el agua de mezclado, está se mantiene constante para

a determinar el porcentaje óptimo de emulsión o ligante, empleando así el

ensayo de Abrasión por Humedad (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T114). Ésta

DERECHOS RESERVADOS


65

permite comprobar la resistencia a la abrasión que se efectúa variando los

contenidos de ligante, con el objeto de hallar la combinación que muestre la

menor abrasión posible. La prueba mide la resistencia de este tipo de mezcla

y capas delgadas, bajo condiciones de inmersión, lo cual da una idea clara y

esencial de la adherencia y afinidad entre el asfalto y el material pétreo.

Una vez conseguidos los valores de cantidad de agua necesaria y el

porcentaje óptimo de emulsión asfáltica que requiere la mezcla, se definen y

realizan dos ensayos, la cual tienen por objeto, determinar el tiempo de

curado de dicha mezcla (tiempo de apertura al tráfico) y la cantidad de

exudación más la deformación del mortero. Estas pruebas son: Cohesión

(A.S.T.M. 3910) y Rueda Cargada (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T109)

respectivamente. Hay que destacar que los resultados y análisis en ambos

ensayos repercuten de manera directa el diseño final de la mezcla.

2.13. PROCESO DE MEZCLADO Y COLOCACIÓN.

Según I.S.S.A. (International Slurry Surfacing Association), índica que

el primer paso es calibrar cada máquina de lechada con los mismos

materiales del proyecto, la calibración debería respectar las proporciones de

los materiales correspondientes al diseño de mezcla. Pueden aceptarse

informes sobre calibraciones previas con estos mismos materiales. Luego

DERECHOS RESERVADOS


66

deberían hacerse aplicaciones de prueba como una verificación final de la

consistencia y trabajabilidad de la lechada.

Es importante reparar todas las áreas de fallas previamente a la

aplicación de la lechada asfáltica, sellando las fisuras de la superficie del

pavimento con un aceptable sellador de fisuras, finalmente, la superficie debe

ser limpiada de todos los materiales sueltos, manchas de aceites, vegetación

y toda otra materia extraña. Si se emplea agua, las fisuras deberán estar

secas antes de la aplicación de la mezcla.

Cuando la superficie del pavimento este extremadamente seca y

hayan sufrido severos desprendimiento o se trate de un pavimento de

hormigón, en general no es necesario un riego de liga previamente a la

aplicación de la lechada. De ser necesario el riego de liga, debería consistir

de una parte de asfalto emulsificado y tres partes de agua. El distribuidor

tiene que ser capaz de aplicar uniformemente el riego con un volumen

unitario de 0,25 a 0,45 lts/m2, debiendo esperar el curado del riego antes de

aplicarse la lechada asfáltica.

Cuando las condiciones locales lo requieran, la superficie será

ligeramente humedecida con una muy fina aspersión de agua por delante de

la caja distribuidora, la cantidad unitaria de la aplicación debe ser ajustada

durante el día para adaptarse a las condiciones reinantes.

Durante la aplicación de la lechada asfáltica, no debiera haber grumos,

apelotonamientos y material grueso sin mezclar en la caja distribuidora. En

DERECHOS RESERVADOS


67

cada parte de la caja distribuidora tendría que haber suficiente material para

lograr un cubrimiento completo, para evitar así la sobre carga. Las estrías,

como aquellas causadas por un agregado de tamaño excesivo, deben ser

separadas inmediatamente con una escoba de goma en forma manual.

Hay que tener cuidado y evitar la excesiva acumulación de lechada en

las juntas longitudinales y transversales. En las juntas longitudinales se

permite un máximo traslapado de 150 mm ; las juntas transversales deben

ser lo suficientemente suaves para que permita un confortable

desplazamiento de los vehículos.

Para mejorar las juntas, corregir perfecciones menores y colocar las

lechadas en áreas inaccesibles a la maquina, se emplean rastras y escobas

manuales. El área a ser trabajada manualmente tiene que ser ligeramente

humedecida con agua, pudiendo luego colocar inmediatamente la mezcla,

poniendo cuidado en no dejar las áreas trabajadas a mano con una

apariencia desagradable.

Rara vez es necesaria la compactación de una lechada, aunque el uso

de un compactador neumático puede ayudar en proyectos de aeropuertos y

estacionamientos, donde el tráfico existente no alcanza a compactar

suficientemente la lechada luego de su aplicación. De ser necesaria la

compactación es indispensable utilizarse un compactador neumático de

nueve ruedas, con un peso entre 9 y 11 toneladas y un presión 50 a 60

lbs/pulg2, es adecuado y en general es suficiente dos pasadas. Es importante

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68

compactar cuando el proceso de rotura esta lo suficientemente avanzado

para soportar el paso del compactador, sin que haya material que quede

adherido a los neumáticos. Los compactadores de ruedas de acero no son

adecuados para compactar estas mezclas, ya que tienden a apoyarse sobre

las zonas altas del pavimento, dejando sin compactar las áreas bajas;

además dejan marcas en la superficie y pueden triturar el agregado de mayor

tamaño.

Las lechadas asfálticas no debieran colocarse o ser extendidas

cuando existe la posibilidad de un periodo de lluvia o en condiciones de

niebla excesiva.

La fabricación y extendido de estas mezclas se realiza

simultáneamente en máquinas autopropulsadas, instaladas sobre un camión

diesel que consta esencialmente de:

Tolva de almacenamiento de agregados.

Tolva de almacenamiento de filler mineral.

Tanque agua y de emulsión asfáltica.

Tanque de aditivo.

Alimentadores de agregados y filler al cajón mezclador.

Bomba de suministro de emulsión y de agua.

Cajón mezclador.

Rastra extendedora del producto terminado.

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69

Gráfico # 6. Maquinaria del Slurry Seal.

Los agregados se ponen en contacto inicialmente con el agua, se

prehumedecen, para luego pasar a mezclarse con la emulsión asfáltica. La

mezcla homogénea y con la consistencia adecuada sale del cajón mezclador

y cae a la rastra de extendido, cuya misión es la de distribuir uniforme y

homogéneamente. Las rastras de extendido suelen estar construidas por una

caja rectangular, de ancho variable, que se acopla perfectamente al

pavimento firme a revestir mediante gomas flexibles. Este cajón dispone de

unos compartimientos escalonados y abiertos por los que la lechada va

pasando distribuyéndose de manera uniforme.


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70

De manera general la fabricación de la lechada o slurry, lleva consigo

las siguientes etapas:

Entrada al mezclador en las proporciones determinadas por la fórmula

de trabajo.

Homogenización de la mezcla sin emulsión.

Entrada de la emulsión.

Mezcla y homogenización del agregado húmedo con la emulsión para

construir la lechada propiamente dicha.

Vertido de la mezcla desde el cajón mezclador a la rastra.

Gráfico # 7. Proceso de Mezclado del Slurry Seal.


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71

Gráfico # 8. Proceso de Colocación del Slurry Seal. Fuente: I.S.S.A. (International Slurry Surfacing Association)

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72

3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.

Aditivos: Son productos empleados para mejorar la adherencia entre

el asfalto y el agregado. (Asphalt Institute, 1982)

Agregado: Son áridos procesados, de ser posible 100 % triturados,

tales como granito, escoria, calizas, silíceas u otros agregados de alta

calidad. (Asphalt Institute, 1982)

Agregado Calcáreo: Viene de caliza, tipo común de roca

sedimentaria, compuesta por calcita (carbonato de calcio, CaCO3).

Cuando se calcina (se lleva a alta temperatura) da lugar a cal (óxido

de calcio, CaO). (Encarta, 2005)

Agregado Silíceo: Es cualquiera de las distintas rocas sedimentarias

en las que el sílice (óxido de silicio) es el constituyente principal. El

chert es la variedad más común; otras rocas silíceas son la arenisca,

el conglomerado de cuarzo, la arcosa y la novaculita. (Encarta, 2005)

Asfalto: Es un material cementante, entre carmelito oscuro y negro,

en el cual los constituyentes predominantes son bitumenes que

aparecen en la naturaleza o se obtienen en el procesamiento del

petróleo. El asfalto es un constituyente en proporciones variables, de

la mayoría de los petróleos crudos. (Asphalt Institute, 1982)

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73

Bitumen: Es un tipo de sustancia cementante de color negro u oscuro

(sólida, semi – sólida o viscosa), natural o fabricada, compuesta

principalmente de hidrocarburos de alto peso molecular, siendo típicos

los asfaltos, las breas o alquitranes, los betunes y las asfaltitas.

(Asphalt Institute, 1982)

Cemento Asfáltico: Es un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente

preparado en cuanto a calidad y consistencia para ser usado

directamente en la producción de pavimentos asfálticos. (Asphalt

Institute, 1982)

Cemento Pórtland: Es un producto que se obtiene al pulverizar el

clinker, que consiste esencialmente en silicato de calcio hidráulico. Es

un aglomerante hidráulico conformado por un clinker de silicatos

pulverizados con la adicción de yeso natural. (Asphalt Institute, 1982)

Clinker: Producto que se obtiene del procesamiento de la materia

prima (material arcilloso y material calcáreo), formado por silicatos de

calcio cuando es sometido a cocción. (Asphalt Institute, 1982)

Concreto asfáltico: Es una mezcla en caliente, muy bien controlada,

de cemento asfáltico de alta calidad y agregado bien gradado (también

de alta calidad), compactada muy bien para formar una masa densa y

uniforme. (Asphalt Institute, 1982)

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74

Consistencia: Describe el grado de fluidez o plasticidad de un

cemento asfáltico o emulsión a determinada temperatura. (Asphalt

Institute, 1982)

Curado: Es el resultado final; no es mas que una película cohesiva

continua que mantiene a los agregados con una fuerte unión de

carácter adhesivo. Para que esto suceda, el agua debe evaporarse

completamente y las partículas de la emulsión asfáltica tiene que

coalecer y unirse al agregado. (Asphalt Institute, 1982)

Deformación: Es cualquier cambio que presente el pavimento con

respecto a su forma original. (Asphalt Institute, 1982)

Densidad: Es el grado de solidez que puede alcanzarse en una

mezcla dada y que solo esta limitado por la eliminación total de los

vacíos que se encuentran entre las partículas de la masa. (Asphalt

Institute, 1982)

Emulsión Asfáltica: Es una dispersión fina de asfalto y agua

estabilizada por medio de un emulsionante. (AEMA, 1992)

Emulsión Catiónica: Es aquella en que la polaridad de un

emulsionante es de carga positiva y descargan en el ánodo (ideal para

agregados silíceos que se originan negativamente). (AEMA, 1992)

Emulsión Catiónica: Es aquella en que la polaridad de un

emulsionante es de carga negativa y descargan en el cátodo. (AEMA,

1992)

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75

Estabilidad: Es la habilidad que tiene una mezcla asfáltica de

pavimentación de resistir deformación bajo las cargas impuestas.


Exudación: Es el flujo de asfalto hacia arriba en un pavimento

asfáltico, resultando en una película de asfalto sobre la superficie.


Flexibilidad: Es la habilidad que posee un pavimento asfáltico, para

ajustarse a asentamientos en la fundación. (Asphalt Institute, 1982)

Fraguado: Acción de espesamiento de la mezcla cuando se pone en

contacto con el agua. (Asphalt Institute, 1982)

Filler: Constituye la clase granulométrica de un tamaño inferior a 80

micras. Pueden ser de origen natural o artificial. (Asphalt Institute,

1982)

Impermeabilidad: Es la capacidad que posee un pavimento asfáltico

para resistir el paso del aire y agua dentro o a través del mismo.


Malla: Es la abertura cuadrada de un tamiz. (Asphalt Institute, 1982)

Polímero: Dícese de un cuerpo químico obtenido por la unión de

varias moléculas para formar otra mayor. (Asphalt Institute, 1982)

Rotura: Es la perdida de agua del asfalto emulsificado. (Asphalt

Institute, 1982)

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76

Slurry Seal: Es una capa de desgaste y de sello, por lo que no debe

considerarse como parte estructural del pavimento. Los morteros

están compuestos de gravilla, arena, finos (fillers) como cemento o

cal, agua, emulsión y aditivos si se requiere. (AEMA, 1992)

Tamiz: Es un aparato de laboratorio, usado para separar tamaño de

material y donde las aberturas son cuadrada. (Asphalt Institute, 1982)

Vacíos: Son los espacios de una mezcla compactada, rodeados de

partícula cubiertas de asfalto. (Asphalt Institute, 1982)

Viscosidad: Es una medida de resistencia al flujo. Es un método

usado para medir la consistencia del asfalto. (Asphalt Institute, 1982)

4. SISTEMA DE VARIABLES E INDICADORES.

Tabla Nº 7. Sistema de Variables e Indicadores.

OBJETIVOS VARIABLE DIMENSIÓN INDICADORES

Emulsión Catiónica

Silíceo Agregado

Calcáreo

Filler Cemento Pórtland

* Realizar los ensayos requeridos a los

componentes que conforman el Slurry Seal.

* Diseñar el Slurry Seal, utilizando los

agregados de tipo calcáreo y silíceo.

Slurry Seal

Agua Limpia y libre se

Sustancias Extrañas

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77

5. DEFINICIÓN DE LA VARIABLE OPERACIONAL.

El Slurry Seal o lechadas asfálticas, es una mezcla de agregados

pétreos triturados y limpios, emulsión asfáltica, agua y cemento; que

mezclados en un camión especialmente diseñado para tal fin, extiende una

mezcla uniforme de escasos milímetros de espesor. Éstas proporcionan una

textura impermeable, antideslizante y altamente resistente a la abrasión o

desgaste producido por los neumáticos de los vehículos. Se mezcla y se

extiende de forma rápida sobre la vía, en donde se puede abrir el tráfico a las

pocas horas de haberse extendido.

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CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO.

1. TIPO DE INVESTIGACIÓN.

De acuerdo al titulo planteado “Estudio Comparativo del Slurry Seal

Utilizando Agregados de Tipo Calcáreo y Silíceo, como Tratamientos para el

Mantenimiento y Rehabilitación de Superficies Asfálticas” se puede

establecer que es de naturaleza descriptiva, ya que se realiza una serie de

experimentos a nivel de laboratorio, con la finalidad de analizar el

comportamiento de una mezcla de Slurry Seal con material pétreo de origen

calcáreo y otra con pétreo de origen silíceo. Con el objeto de estudiar la

aplicación de este tipo de tratamiento superficial en los pavimentos, se utilizó

el método de diseño M. Duriez, presente en las normas internacionales para

el diseño de mezclas de lechadas asfálticas con emulsiones asfálticas.

A tal efecto Hernández y otros (2000) expresa que, “Los estudios

descriptivos buscan especificar las propiedades importantes de personas,

grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a

análisis”.

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CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO

80

En función a lo antes mencionado, se puede definir basándose en

Tamayo (1998), el tipo de investigación como Evaluativa bajo un Diseño

Experimental, la misma consiste en buscar las razones o causas que

provocan ciertos fenómenos. Abarca más allá de la descripción de conceptos

o fenómenos, o de establecimiento de relaciones entre conceptos; están

dirigidas a responder el por qué ocurre un fenómeno y en qué condiciones

se da ésta, o por qué dos o más variables están relacionadas.

2. POBLACION Y MUESTRA.

Población.

Según Tamayo y Tamayo M. (1993), en el libro de Procesos de la

Investigación Científica dice, “Una población esta determinada por sus

características definitorias, por tanto, el conjunto de elementos que posea

estas características se denomina población o universo. Población es la

totalidad de fenómenos a estudiar en donde las unidades de población posee

una característica común, la cual se estudia y da origen a los datos de la

investigación”

Para Shelltiz (1990), en su publicación llamada Métodos de

Investigación en las relaciones sociales, define que la población “Es el

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81

conjunto de todas las cosas que concuerdan con una serie determinada de

especificaciones”

Esta investigación tiene como población, el estudio comparativo del

Slurry Seal, utilizando agregados de tipo calcáreo y silíceo, como

tratamientos para el mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas.

Muestra.

Tamayo y Tamayo M. (1993), define la muestra como “el conjunto de

operaciones que se realiza para estudiar la distribución de determinados

caracteres en su totalidad de una población, partiendo de la observación de

una fracción determinada”.

Egg Ander (1992), en su texto Técnicas de Investigación Social, índica

que “la muestra es el conjunto de operaciones que se realizan a estudiar la

distribución de varios caracteres en la totalidad de la población, universo o

colectivo, partiendo de la observación de una fracción de la población

considerada”

Este trabajo de investigación tiene como muestra, los trabajos y

ensayos realizados a los componentes de la mezcla de Slurry Seal y el

diseño del mismo, utilizando material de tipo calcáreo y silíceo, como

tratamientos para el mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas.

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82

3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS.

Técnica Experimental: Con el propósito de estudiar el

mantenimiento y rehabilitación de superficies de pavimentos

utilizando mezcla de Slurry Seal, ya sea con agregado calcáreo o

silíceo, se hace necesario analizar desde el punto de vista técnico y

experimental, el uso y comportamiento de dicha mezcla como

tratamiento de superficie.

Técnica de Observación Bibliográfica: Según Bavaresco Aura

(1998), la mayoría de investigaciones deben apoyarse en esta técnica,

ya que los libros, folletos, documentos, revistas, periódicos, entrevistas

personales, entre otros, brindan al lector – investigador, todo el

soporte del marco teórico, lo que significa que se percata de todo lo

escrito o que este relacionado con el tema de investigación.

4. DESCRIPCIÓN DE ENSAYOS.

4.1. ENSAYOS A LOS AGREGADOS.

Procedimiento de Ensayo Granulométrico de los Agregados por

el Método del Tamizado (A.S.T.M. C136, A.A.S.T.H.O. T27):

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83

Una vez tamizado el material, este se separó en dos fracciones mediante

el tamiz Nº 4, la fracción retenida es la fracción granular gruesa y la que paso

dicho tamiz es la fracción granular fina.

Toda la fracción fina fue pesada y cuarteada (Ver fotografía # 1), hasta

alcanzar una fracción representativa de 500 g. (Ver fotografía #2), la cual se

vertió en el tamiz Nº200, inmediatamente se lavó el material para lo cual se

utilizó el flujo proveniente del grifo, se consideró un lavado satisfactorio

cuando el agua salio limpia y clara (Ver fotografía # 3).

El material retenido se colocó en una especie de recipiente adecuado,

utilizando para ello un frasco lavador, luego se secó la muestra en el horno a

una temperatura de 105 ± 5 ºC por un tiempo mínimo de 18 horas y hasta un

peso constante, se procedió al calculo granulométrico para poder clasificarlo

y identificarlo (Ver fotografía # 4).

Pesado el material seco fue llevado a la tamizadota durante diez minutos,

lo cual nos permitió separar la muestra en los tamices seleccionados con

sus aberturas especificadas (Nº4, 8, 16, 30, 50, 100, 200 y pasa 200)

(Ver fotografía # 5).

A medida que se realizaba el tamizado, se pesó un recipiente en la

balanza, en la hoja de registro se anotó el peso retenido en gramos de cada

tamiz seleccionado (Ver fotografía # 6).

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84

Fotografía # 1. Cuarteo Material Fotografía # 2. Pesada de Muestra

Fotografía # 3. Lavado de Material Fotografía # 4. Secado al Horno

Fotografía # 5. Proceso Tamizado Fotografía # 3. Retenido en cada Tamiz

Fuente: S.A.E.M.A.

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85

Ensayo de Equivalente de Arena (A.S.T.M. D2419, A.A.S.T.H.O.

T176):

La Muestra del material pétreo fue tomada del agregado pasante por la

malla Nº 4, desechando todo el material retenido.

El funcionamiento del sifón se inició soplando dentro de la botella por la

parte superior, a través del pequeño tubo y la pinza de la manguera abierta.

De esta forma el aparato quedo listo para emplearse.

Por medio de la varilla conectada al sifón y por la manguera se agregó la

solución dentro de la probeta hasta una altura de 10cms (4 pulgadas) (Ver

fotografía # 7).

Se vació dentro del cilindro el contenido de una cápsula llena con la

muestra de agregado. La cánula llena contiene más o menos 110 gramos de

material suelto como promedio (Ver fotografía # 8). Se golpeó firmemente

varias veces el fondo de la probeta contra la palma de la mano, para hacer

que salieran cualquier burbuja de aire acelerando así como la saturación de

la muestra y se dejo reposar durante 10 minutos.

Transcurrido los 10 minutos, la probeta se selló con un tapón y se agitó

vigorosamente en la forma longitudinal de un lado a otro, manteniéndolo en

forma horizontal. Se tuvó que completar 90 ciclos en aproximadamente 30

segundos con una carrera de 20 cm (8 pulgadas), aproximadamente. Se

consideró un ciclo un movimiento completo de oscilación.

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86

Para agitar correctamente la muestra a esta frecuencia, fue necesario que

el operador moviera solamente los antebrazos relajando el cuerpo y los

hombros. Hay aparatos manuales y mecánicos que hacen este agitado.

Se quitó el tapón y se introdució el tubo del irrigador procurando limpiar

las paredes de las probetas hasta llegar al fondo (Ver fotografía # 9). Una vez

hecho esto, se separó el material arcilloso de la arena, para lo cual fue

necesario suspenderlo en la solución mediante un movimiento suave con el

tubo irrigador y agitando ligeramente la probeta.

Cuando el nivel llegó a 37.5cms (15 pulgadas), se sube lentamente el

tubo irrigador sin cortar el chorro de manera que el nivel del liquido se

mantenga en los 37.5 cm, en donde, se dejó la probeta en total reposo

durante 20 minutos (Ver fotografía # 10).

Pasado este tiempo se anotó la lectura del nivel superior de la arcilla en

suspensión (H), con aproximación de 2.54 mm (0,1 pulgada).

Se metió lentamente el pinzón dentro de la probeta, hasta que éste

descanso libremente sobre la arena. Se giró ligeramente sin empujar hacia

abajo, hasta que pudo verse uno de los tornillos insertados para centrar. Se

anotó el nivel (h), correspondiente de apoyo al centro del rodillo.

El porcentaje de equivalente de arena se calculó de la siguiente forma:

• %EA = h/H x 100

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87

Donde :

• %EA: Porcentaje equivalente de arena.

• h : Nivel superior de la arena.

• H : Nivel superior de la arcilla.

Fotografía # 7. Llenado a 4 pulg.

Fotografía # 9. Lavado con Tubo Irrigador Fotografía # 10. Reposo de 20 min.

Fotografía # 8. Vertido del Material

Fuente: S.A.E.M.A.

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88

Ensayo de Resistencia al Desgaste. (A.S.T.M. C131, A.A.S.T.H.O.

T96):

Una vez seleccionado el método a utilizar y determinado el peso de la

muestra a usar, se colocó en la máquina de los ángeles (Ver fotografía # 11),

la muestra y el número de esferas correspondiente para el ensayo.

Inmediatamente se inición su mecanismo, a una velocidad comprendida

entre 30 y 33 revoluciones por minutos y el número total de vueltas fue

especificado en el método a utilizar.

Una vez cumplido el número de vueltas prescrita, se descargó el material

del cilindro y se procedió a efectuar una separación en la muestra ensayada.

La fracción granular fina que se retuvo en el tamiz # 12, se lavó la muestra

pasante se desechó (Ver fotografía # 12). Luego de haber lavado el material

se secó en el horno a una temperatura comprendida entre los 110 +/- 5 ºC.

(Ver fotografías # 13 y # 14). Donde después fue tomado su peso

constante.

El calculo fue el siguiente: % Desgaste = ((Pi – Pf) / Pi) * 100, donde:

• Pi = Peso Inicial

• Pf = Peso Final

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89

Peso Unitario Suelto. (A.S.T.M. C29, A.A.S.T.H.O. T19):

El material a estudiar, representó la mejor posible la composición medida

del préstamo ó acopio, obtenido mediante el muestreo normalizado (A.S.T.M

D75).

La muestra se secó en el horno a una temperatura no mayor de 110ºC,

hasta peso constante.

Fotografía # 11. Maquina de Ángeles Fotografía # 12. Proceso Tamizado

Fotografía # 13. Lavado del Material Fotografía # 14. Después de Secado

Fuente: S.A.E.M.A.

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90

Luego se vertió la muestra en un envase cilíndrico, cuidando que no se

compactara ni se acomodara (Ver fotografías # 15 y # 16).

Inmediatamente se enrazó en material (Ver fotografía # 17), para obtener

así después su peso suelto por medio de la balanza (Ver fotografía # 18).

Para asegurar un resultado constante, se debió realizar este ensayo 3

veces, para así garantizar resultados confiables.

Fotografía # 17. Enrazado del material Fotografía # 18. Pesado del Material

Fotografía # 15. Vertido del Material Fotografía # 16. Material en el Cilindro

Fuente: S.A.E.M.A.

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91

Peso Específico y Absorción de Agregado Fino. (A.S.T.M. C128,

A.A.S.T.H.O. T84):

Se utilizó aproximadamente 1000 gramos de agregado fino, obtenido del

agregado que se deseó ensayar por el método de cuarteo en un envase

adecuado. Después de secarlo a peso constante, a una temperatura de

100ºC a 110ºC, se cubrió la muestra con agua y se dejó en reposo durante

24 horas (Ver fotografía # 19).

La muestra fue extendida sobre una superficie plana expuesta a una

corriente suave de aire tibio y se removió con frecuencia para garantizar un

secado uniforme (Ver fotografía # 20).

Se continúo esta operación hasta que los granos del agregado fino no se

adhierieron marcadamente entre sí. Seguidamente se colocó el agregado

fino en forma suelta en el molde cónico, golpeando la superficie suavemente

25 veces con la barra compactadora o de metal (Ver fotografía # 21),

levantando el borde verticalmente. En los primeros intentos existió humedad

libre, ya que el cono del agregado fino mantuvo su forma. Se siguió secando,

revolviendo constantemente y se probó a intervalo frecuente hasta que el

cono se derrumbo al quitar el molde. Esto ídica que el agregado fino alcanzó

una condición de superficie seca. Se pesó el picnómetro más agua a 500 cm³


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92

Posteriormente fue introducido de inmediato en el picnómetro una muestra

de 500 g. del material preparado (Ver foto # 23); se llenó de agua hasta

alcanzar la marca de 200 cm³ a una temperatura de 20ºC. Luego se rodó el

frasco sobre la superficie plana para eliminar las burbujas de aire, después

de aproximadamente una hora fue llenado con agua hasta la marca de 500

cm³ y se determinó el peso total del agua introducido en el frasco (Ver fotos

# 24 y # 25).

Inmediatamente se sacó el agregado fino del frasco y se secó hasta un

peso constante a una temperatura de 100ºC a 110ºC. Se enfrío hasta una

temperatura con un secador y luego se pesó (Ver foto # 26).

Abreviando términos obtenidos en el ensayo, se tuvo:

• Wsss = Peso de la muestra saturada y superficialmente seca.

• Wseco = Peso de la muestra seca en gramos.

• Wagua = Peso de 500 mililitros de agua a 20ºC, en gramos.

• W(agua+muestra) = Peso de la muestra mas agua hasta la

marca, en gramos

• Peso Especifico aparente, Gsa = Qseco / ( Wseco – Wagua)

• Peso Especifico o bulk, Gsb = Wseco / (Wsss – Wagua)

• Absorción % = [( Wsss – Wseco) / Wseco] x 100

• Peso Especifico Efectivo, Gse = (Wms – Wa) / (Vms – Vb)

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93

Donde:

• Wms = Peso de la muestra seca

• Wa = Peso del Asfalto en mezcla.

• Vms = Volumen de la muestra seca

• Vb = Volumen del asfalto en mezcla

Fotografía # 19. Inmersión de Material Fotografía # 20. Proceso de Secado

Fotografía # 21. Proceso Compactación Fotografía # 22. Picnómetro más Agua

Fuente: S.A.E.M.A.

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94

3.4.2. ENSAYOS A LA EMULSIÓN.

4.2. ENSAYOS EN LA EMULSIÓN.

Residuo por Evaporación Modificado. (A.S.T.M. D244,

A.A.S.H.T.O. T59):

• Equipos:

Recipiente de lámina con una capacidad de un litro.

Una balanza de 1500 g de capacidad y 0,1 gr de aproximación.

Fotografía # 23. Vertido de Material Fotografía # 24. Vertido de Agua

Fotografía # 25. Peso Picnómetro + Agua + Muestra Fotografía # 26. Después de secado.

Fuente: S.A.E.M.A.

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95

Agitadores de vidrio o metal con extremos redondos de 6,4 mm de

diámetro y 18 cm de longitud.

Estufa eléctrica o de gas pequeña.

• Procedimiento:

Se pesó el recipiente con el agitador y anotó el resultado como Pt.

Luego se agregó una cantidad cualquiera de emulsión Pe, que sumando

con el peso Pt fue el peso P.

Se calentó el recipiente con emulsión, hasta lograr la evaporación del

agua contenida. Debió moverse constantemente la emulsión para evitar que

se derramara al hacer espuma por el agua que contenía. Dejó de tener agua

cuando el asfalto no presento burbujas y su estado líquido fue uniforme (Ver

fotografía # 27).

Se pesó el recipiente de inmediato y obtuvo un valor Pi; éste será aquel

que contiene la tara más el cemento asfáltico puro, pues aunque la emulsión

hubiera contenido solventes estos se habrían evaporados.

El pesaje tiene un error por temperatura, pero para los fines de la prueba

los resultados no se verion muy afectados y son suficientes para respaldar

una producción industrial que requiere de resultados inmediatos.

Cálculos: el peso del residuo asfáltico fue calculado de la siguiente

manera:

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96

Sedimentación a los 5 días. (A.S.T.M. D244, A.A.S.H.T.O. T59):

• Equipos:

Dos probetas de vidrio de 500 ml de capacidad con graduaciones cada 5

ml con base ancha, con diámetro exterior de 5.0 +/- 0.5 cm.

Una pipeta de vidrio de 60cc.

Embudo de vidrio.

Se requiere además el equipo que se utiliza para determinar el residuo por

evaporación.

PtPIPIPePtPe −=−+−= )(Pr

100Pr100)(Re% ×=×−

=PePe

PtPIsiduo

Fotografía # 27. Proceso de Evaporación de Agua

Fuente: S.E.C.O.F.A.L..C.A.

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97

• Procedimiento:

Usando el embudo, se introducío en cada una de las probetas una

muestra representativa de emulsión; se dejó tapada libre del contacto del

aire, durante el tiempo especificado de la prueba (Ver fotografía # 28).

Transcurrido el lapso de tiempo (5 días), se extrajo de la parte superior

los primeros 55 cc de cada una de las muestras, evitando alterar el resto de

la muestra en la probeta. Colocando así 50 g de esta muestra tomada en los

recipientes para obtener el residuo por evaporación Rs (Ver foto # 29).

A continuación se eliminaron los 390 cc siguientes de cada probeta

empleando la pipeta; se mantuvo cuidado en no perturbar la emulsión

restante para evitar falsear los datos.

Los 55 cc últimos de la probeta se extrajeron y se pesaron 55 g en un

recipiente, para determinar el residuo por evaporación Ri.

Se calcularon los residuos de cada muestra y se reportaron como un

promedio

221

% iii

RRR

+=

221% ss

sRRR +

=

%7%%% <−= si RRS

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98

Retenido en la Malla Nº 20 (0,840 mm). (A.S.T.M. D244,

A.A.S.H.T.O. T59):

• Equipos:

Malla U.S. Estándar con diámetro de 7,6 cm, de aberturas cuadradas de

0,845 mm (Nº 20), con su fondo y tapa.

Probetas de 500 cc y vasos de precipitado de 1000 cc.

Agua destilada.

Balanza con capacidad de 2000 g y aproximación de 0,1 g (Ver fotografía

# 30).

• Procedimiento:

Se pesó la malla con fondo y tapa (Pt se consideró como tara) (Ver

fotografía # 33).

Fotografía # 28. Muestra en Reposo Fotografía # 29. Extracción de Muestra

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99

Se tomó una muestra de emulsión homogenizada y se vertió en el vaso de

1000 cc, a continuación se pasó por la malla, para retener los glóbulos

mayores de 8 micras (Ver fotografía # 31).

Fue lavada la malla con agua acidulada o solución jabonosa diluida hasta

que esta salio limpia (Ver foto # 32).

Seguidamente se colocó el fondo y la tapa, y el conjunto se secó en el

horno durante 2 hrs a 100 ºC +/- 5 ºC, después de lo cual se sacó del horno,

se dejó enfriar a la temperatura ambiente y se peso, Pr (Ver foto # 33).

Cálculos: el resultado que se reportó, calcula de la siguiente forma:

%1.01001000

% <×−

= tr PPR

Fotografía # 30. Implementos. Fotografía # 31. Vertido de Muestra por la Malla

Fuente: S.E.C.O.F.A.L..C.A.

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100

Viscosidad Saybolt Furol. (A.S.T.M. D244, A.A.S.H.T.O. T59):

• Equipos:

Viscosímetro Saybolt Furol normalizado.

Un vaso especial volumétrico de vidrio refractario de 400 ml.

Baño de agua con temperatura controlable.

Malla de abertura cuadrada U.S. Standard de 0,841 mm (20).

• Procedimiento:

La muestra se homogenizó en su recipiente, evitando la formación de

burbujas y luego se vació 100 ml en el vaso de precipitado.

Inmediatamente se sumergió el vaso en el baño de agua durante 30

minutos a una temperatura de 25 o 50 ºC, según el caso que se trate, hasta

que la muestra alcanzó la temperatura de prueba +/- 0,5 ºC. Durante éste

Fotografía # 33. Pesado antes y después de Secado Fotografía # 32. Lavado con Solución


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101

lapso se mezcló la muestra con ligeros movimientos circulares del

termómetro, a razón de 60 revoluciones por minuto aproximadamente.

Luego se vació la muestra en el tubo del viscosímetro a través de la malla

de 0,841 mm (Nº 20), hasta que rebaso el nivel del tubo de derrame.

Una vez lleno el tubo y sin agitar la muestra, se determinó la viscosidad

quitando rápidamente el tapón de la boquilla, permitiendo así que la muestra

escurra hacia el matraz aforado. Usando segundos, se inició la cuenta del

tiempo que tarda en llenarse el matraz especial estándar hasta la marca de

aforo. Este tiempo t expresado en segundos fue la viscosidad Saybolt Furol

a la temperatura de la prueba (Ver fotografía # 34).

Fotografía # 34. Proceso del Ensayo.


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102

Peso Especifico. A.S.T.M. D70, A.A.S.H.T.O. T59):

Previamente el picnómetro fue pesado y anotado como dato en la planilla

de ensayo, recibiendo el nombre de peso del picnómetro (Ver fotografía #

35).

Se llenó el picnómetro, con agua destilada a temperatura ambiente y se

inserto el tapón, luego se sumergió el picnómetro con agua, dentro de un

vaso de precipitado lleno de agua a 25 ºC, durante un tiempo de 30 minutos


El picnómetro se retiró del baño, se secó con una toalla limpia o con un

papel absorbente, se mantuvo cuidado de que el menisco en el orificio del

tapón estuviera a nivel de la superficie del mismo. Luego se procedió a pesar

el picnómetro con el agua, la lectura obtenida se anotó en la planilla de

ensayo como peso del picnómetro más agua destilada a 25 º C

aproximadamente (Ver fotografía # 37).

Luego se colocó la muestra previamente diluida en el picnómetro a dos

tercios de su capacidad total (Ver foto # 38), se dejó enfriar a temperatura

ambiente. Cuidando que al momento de colocar la muestra en el picnómetro

se pusiera en contacto con las paredes del mismo y por encima del nivel

final, evitando así la creación de burbujas de aire. Se introducio éste en el

baño de agua a una temperatura de 25 ºC aproximadamente por un lapso de

30 minutos (Ver fotografía # 39).

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103

Se retiró el picnómetro del baño, se secó con una toalla y posteriormente

se procedió a pesarlo. Este dato se anotó como picnómetro más cemento

asfáltico a 25 ºC (Ver fotografía # 39).

Se lleno la otra porción del picnómetro con agua destilada y se sumergió

en el baño de agua a temperatura de 25 ºC durante un periodo de 30

minutos.

Luego de transcurrido el lapso de tiempo de enfriamiento, se procedió a

secar el picnómetro con una toalla, teniendo cuidado que el menisco en el

orificio del tapón estuviera a nivel con la superficie del mismo. Se pesó el

picnómetro + agua + cemento asfáltico a 25 ºC.

La gravedad específica del asfalto (Ge) se calculó mediante la siguiente

formula:

Ge = ((Ga – Gp) / (Gw – Ga)) – (Gaw – Ga), donde:

• Ge = Gravedad específica

• Gp = Peso del picnómetro

• Gw = Peso del picnómetro + agua destilada

• Ga = Peso del picnómetro + cemento asfático

• Gaw = Peso del picnómetro + cemento asfáltico + agua

destilada.

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104

Fotografía # 38. Muestra en Inmersión Fotografía # 39. Proceso de Pesado.

Fotografía # 36. Muestra en Inmersión.

Fotografía # 38. Vertido de Emulsión en Picnómetro

Fotografía # 35. Peso del Picnómetro

Fotografía # 37. Peso de Picnómetro + Agua


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105

5. DISEÑOS DE LAS MEZCLAS.

Después de analizar las pruebas correspondientes que se realizaron a

los diferentes elementos que componen la mezcla o mortero, se procedió a

estudiar el diseño de la mezcla conforme a su posible comportamiento en la

construcción, en condiciones bajo las cuales se va a realizar la aplicación.

El primer paso fue determinar el máximo porcentaje teórico de ligante

asfáltico, empleado por el método de M. Duriez modificado; partiendo de ese

valor se procedió a conseguir la cantidad óptima de de agua de mezclado y

tendido. Este método consistió en calcular la superficie específica mediante

la fórmula siguiente:

Diseño de Mezcla con Agregados de Origen Calcáreo y Silíceo.

El procedimiento empezó después de haber obtenido todos los datos

físicos de los agregados y haber establecido la granulometría de trabajo

(Slurry Seal Tipo II). Definida ésta, se calculó su superficie específica (SE),

mediante la fórmula siguiente:

S.E.= 1/100 (0,342 G + 1,92 g + 15,33 K +118 f)

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106

Tabla Nº 8. Superficie Específica.

Con estos valores de S.E. que se obtuvieron para cada agregado, se

procedió a entrar al gráfico de Residuo Teórico del Slurry Seal, la cual posee

tres curvas, donde sus valores dependen del tipo de materiales y las

propiedades de estas previamente determinadas. En este caso se escogió la

curva G, ya que ambos materiales (Calcáreo y Silíceo) presentaron

características y propiedades físicas promedio. Inmediatamente se realizó el

cálculo el % teórico de emulsión de la siguiente manera:

% Teórico Emulsión = (% Residuo Teórico / % Residuo por Evap.) * 100

Superficie Específica

% Retenidos y Pasantes Agregado

Silíceo

Agregado

Calcáreo

G = % retenido entre las mallas 3/8” y Nº 4 0,45 0

g = % retenido entre las mallas Nº 4 y Nº 50. 74,46 70,35

K = % retenido entre las mallas Nº 50 y Nº 200. 16,18 15,67

f = % pasa de la malla Nº 200. 8,91 13,98

S.E. = Superficie Específica. 14,42 20,24

Fuente: Los Autores

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107

Tabla Nº 9. Porcentaje Teórico de Emulsión.

Gráfico # 9. Porcentaje de Residuo Teórico.

Agregados S.E. % Residuo

Teórico

% Residuo

Evaporación

% Teórico de

Emulsión

Silíceo 14,42 9,42 60 15,7

Calcáreo 20,24 9,9 60 16,5

Fuente: Los Autores

Fuente: Gustavo Rivera, (1998)

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108

Ensayo de Consistencia. (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T106):

Calculado el porcentaje teórico de emulsión asfáltica y determinado el

tipo de emulsión (Css-1-h), se inició el proceso en cuanto a la cantidad

necesaria de agua para realizar la mezcla (Ver foto # 40), está se determinó

por tanteos prácticos hasta hallar la más adecuada. En este ensayo se utilizó

un cono metálico con las siguientes dimensiones: 1,5” de diámetro superior;

3,5” de diámetro inferior y 2,9” de altura.

La escala de fluencia está constituida por siete círculos concéntricos,

inscrito sobre un papel, donde el círculo más pequeño tiene 3,5” de diámetro

incrementándose el radio de cada círculo en 1 cm respecto al más pequeño.

El cono fue situado por su mayor diámetro y centrado del mismo, se

llenó con las diferentes mezclas a estudiar y una vez levantado, la mezcla

ocupó tanta más superficies cuanto más fluida era (Ver fotografía # 41). Se

consideró que el porcentaje óptimo de agua es aquel mediante el cual se

consigue una fluencia de lechada entre 2,0 cm y 3,0 cm (Ver fotografías # 42

y # 43).

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109

Ensayo de Abrasión por Humedad. (A.S.T.M. 3910, I.S.S.A. T114):

La prueba de Abrasión en Inmersión, es un buen instrumento de

diseño para los tratamientos superficiales tipo mortero o slurry seal, así se

logran relacionar sus resultados con el comportamiento real en la

construcción.

Esta prueba mide la resistencia de este tipo de capas delgadas bajo

condiciones de inmersión, dando una idea de la adherencia y afinidad de la

Fotografía # 40. Proceso de Mezclado Fototografía # 41. Vertido de Slurry en el Cono


Fotografía # 42. Mezcla muy Fina Fotografía # 43. Mezcla Óptima

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110

emulsión con los materiales pétreos. Hay que destacar que para la

dosificación de las diferentes mezclas con agregados calcáreo y silíceo,

estas se realizaron tomando en cuenta el porcentaje teórico de emulsión

calculado y a su vez un punto por arriba y otro por abajo. El procedimiento

del ensayo fue el siguiente:

Se preparó la mezcla de agregado (calcáreo y silíceo), agua, emulsión y

cemento Pórtland, en las proporciones predeterminadas para formar la

combinación correcta del mortero asfáltico. Luego se formaron especimenes

ayudados de un aro de metal (según especificaciones) sobre una base de

vinyl. Inmediatamente se vaciaron las mezclas de morteros con las

consistencias adecuadas y se extendieron, ayudado por un hule limpiador de

vidrios (Ver fotografía # 44).

Seguidamente se dejaron reposando las mezclas, retirándoles los aros al

cabo de un minuto (Ver fotografía # 45). Después se secaron a 60 +/- 5 ºC

en el horno de temperatura controlable hasta lograr un peso constante.

Se pesaron el conjunto de especimenes con su base, obteniéndose el

peso Pe1, luego fueron colocados en inmersión o en un baño de agua a 25 +/-

5 ºC durante una hora antes de la prueba (Ver fotografía # 46).

Pasado el tiempo establecido se sometieron a la abrasión e inmersión

durante cinco minutos en la maquina de ensayo (Ver fotografía # 46).

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111

Después de haberlos sometidos a desgaste las probetas fueron secadas

hasta obtener peso constante en un horno a 60 +/- 5 ºC.

Se pesaron nuevamente el conjunto y se tiene un segundo peso Pe2.

Los cálculos de la abrasión sufrida en g/m² de acuerdo a la fórmula

siguiente:

Fa = (Pe1 – Pe2) / A

Donde:

• Fa = Factor de Abrasión (g/m²)

• Pe1 = Peso del conjunto antes de la prueba

• Pe2 = Peso del conjunto después de la prueba

• A = Área de desgaste en el espécimen (0.03038 m2)

Esta área de desgaste es para la manguera de 12.7 cm (5 pulgadas)

de longitud. El área varía de acuerdo a la longitud de la manguera.

Fotografía # 44. Realización de Especimenes Fotografía # 45. Especimenes

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112

Ensayo de cohesión. (A.S.T.M. 3910).

Este Ensayo nos permiten conocer como va progresando el curado o

fraguado de una mezcla mortero según trascurre el tiempo. El valor de

cohesión que se determina, es sólo un número indicativo de tipo de emulsión

que combinada con los materiales pétreos definirá un sistema de mortero.

La cohesión que se desarrolla según pasa el tiempo será una guía

para el constructor para compactar y abrir al tránsito el tratamiento

superficial. Sin embargo hay que llamar la atención a los resultados que

señalan que cualquier tipo de mortero obtiene la máxima cohesión hasta que

la humedad contenida en la mezcla llega a un límite máximo de 5 a 6 %, esto

es aproximadamente el 33% del agua inicial contenida. Esta investigación

aparece en la publicación de ISSA 1985 de la convención 12 en Nueva

Orleáns.

Fotografía # 46. Inmersión durante 1 Hora Fotografía # 47. Proceso en la Maquina


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113

Cuando se trabaja en condiciones desfavorables para lograr la

evaporación del agua del sistema, es obligatorio compactar se quiere tener

un buen resultado.

El proceso del ensayo fue el siguiente:

Se elaboró la mezcla de mortero para ensayar de acuerdo al método

descrito en “La prueba de Abrasión en Inmersión”, empleando las cantidades

óptimas de emulsión y agua de mezclado.

De acuerdo al tamaño máximo del agregado se colocó el aro de metal con

altura adecuada sobre la fibra de vidrio asfaltada a la loseta de vinyl.

Se vacío la mezcla del mortero en el molde. Se elaboraron 5

especimenes tomando el tiempo en que se elaboraron (Ver fotografía # 48).

Se empezó a observar la progresión del curado de la mezcla, apoyando

un papel absorbente. Cuando el papel comenzó a señalar que había

presencia de agua libre de emulsión, se anotó el tiempo y se inició el proceso

de las pruebas.

El primer espécimen que se probó en el cohesiómetro, marco el tiempo de

principio de la series.

Se siguieron probando los especimenes elaborados, anotando los valores

de cohesión que se obtuvieron, así comos los tiempos cuando se efectuaron

las pruebas. El proceso término cuando se logró un torque sobre la muestra

de 20 Kg – cm, la cual es el valor sugerido por la norma (Ver fotografía # 49).

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114

Ensayo de Rueda Cargada, Exudación y Deformación. (A.S.T.M.

3910, I.S.S.A. T109):

Sirve para definir el porcentaje máximo de ligante en una lechada

bituminosa. El ensayo consistió en someter las probetas de Slurry Seal, tanto

las del punto óptimo de contenido de emulsión de cada material, como 1 %

más por arriba y 1 % por debajo. Luego de haber trascurrido el tiempo de

rotura y de curado (24 horas), cada una de ellas fue sometida a la acción de

una maquina simuladora del trafico, y con la que posteriormente después de

realizar los cálculos correspondientes, se pudo medir la resistencia a la

exudación y deformación que se presento encada una de ellas.

Fotografía # 48. Preparación de Especimenes Fotografía # 49. Proceso de Ensayo

Fuente: S.E.C.O.F.A.L.C.A. DERECHOS RESERVADOS


115

En esencia, la maquina posee una rueda de caucho blando, de una

pulgada de anchura y tres de diámetro, que bajo una carga de 125 lbs y a

razón de 44 ciclos por minuto, circulo sobre la probeta de Slurry de 5 cm. de

ancho, 35 cm. de longitud y 0,5 cm. de espesor (Ver fotografía # 50).

El ensayo nos permitió medir el ligante exudado y la deformación

(lateral y ahuellamiento) antes de comenzar el ensayo, la muestra fue pesada

(Pi) (Ver fotografía # 51), luego ya en la maquina se colocó una capa de

arena de otawa sobre la probeta a ensayar, para dar así inicio a un proceso

de compactación de 1000 ciclos (Ver fotografías # 52 y # 53). Después de

haber concluido dichos ciclos (Ver fotografía # 54), la probeta fue pesada

nuevamente (Pf) para ver cuanto de la arena colocada había sido adherida o

absorbida por la misma y por diferencia de peso entonces, se pudo calcular

el porcentaje de betún excedente el cual representa la exudación. De igual

manera se midieron en promedio la deformación (lateral y ahuellamiento) de

los especimenes (Ver fotografía # 55). El cálculo de exudación se realizo de

la siguiente manera:

E = (Pi – Pf) / A, Donde:

• E = Exudación

• Pi = Peso inicial

• Pf = Peso final

• A = Área de muestra (190 cm2)

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116

De acuerdo al tipo de tráfico, se pueden definir valores máximos de

absorción de arena y son los siguientes:

Trafico ligero………........0,08 gr/cm2

Trafico medio…..............0,06 gr/cm2

Trafico pesado………….0,06 gr/cm2

Trafico muy pesado…... 0,05 gr/cm2

Fotografía # 50. Elaboración de Especimenes Fotografía # 51. Pesado de Especimenes

Fotografía # 52. Colocación de Arena de Otawa Fotografía # 53. Proceso del Ensayo

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117

Fotografía # 54. Final del Proceso Fotografía # 55. Medición de Deformación


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CAPITULO IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

1

CAPITULO IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.

El objetivo principal de ésta investigación, es realizar un estudio

comparativo entre un slurry seal compuesto principalmente con agregado

silíceo y otro con agregado calcáreo, como tratamientos para el

mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas. Para poder lograr

esto, fue necesario describir los elementos teóricos – prácticos que

fundamentan los tratamientos superficiales en estudio, dichos elementos se

encuentran contemplados en el capitulo II de la presente investigación,

dando así fiel cumplimiento al primer objetivo específico planteado.

El estudio se basa esencialmente en evaluar el comportamiento y

analizar la relación que existe entre cada uno de los agregados nombrados y

la emulsión asfáltica (CSS-1-h) común utilizada en dichas mezclas; los otros

dos componentes restantes que integran las lechadas asfálticas son el agua

y filler, los cuales, poseen en ésta oportunidad una participación de manera

estable, es decir, no afectan relativamente el comportamiento final de las

mezclas, ya que se emplearon para tal efecto.

En éste sentido, para obtener una eficiente evaluación y comparación

entre las dos mezclas asfálticas diseñadas, fue indispensable y además

indicado por especificaciones (I.S.S.A.), realizar ensayos previos de calidad

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2

a los componentes primarios (agregado calcáreo, agregado silíceo y

emulsión) que constituyen dichas mezclas; asegurando de ésta manera

resultados y diseños confiables, los cuales, serán herramientas

fundamentales para el análisis de resultados contemplado en éste capitulo.

Los procedimientos que se realizaron de las pruebas experimentales,

están contenido el capitulo III bajo apoyo fotográfico, de esta manera se

concluye el segundo objetivo específico planteado en la presente

investigación.

1. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ENSAYOS DE AGREGADOS.

Según la International Slurry Surfacing Association, establece que se

deben realizar previamente pruebas experiméntales de laboratorio a los

agregados (Calcáreo y Silíceo), las cuales son: Granulometría, Equivalente

de Arena, Resistencia al Desgaste, Peso Unitario Suelto y Peso Específico.

Con respecto a la granulometría de los dos materiales pétreos sus resultados

fueron óptimos, es decir, cumplieron con las especificaciones para una

mezcla de Slurry Seal Tipo II ambos agregados. Los cálculos, resultados y

curvas granulométricas se encuentran de manera detallada, en las planillas

Nº 9 y Nº 10 ubicadas en los anexos A.

En cuanto al resto de los ensayos, sus resultados y especificaciones

se encuentran descritos en la siguiente tabla.

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3

Tabla Nº 10. Resultados de Ensayos a los Agregados.

Por lo anteriormente descrito, se puede apreciar que los dos tipos de

agregados presentaron características y propiedades funcionales para el

diseño de las mezclas en estudio, ya que de acuerdo a las especificaciones

emanadas por la I.S.S.A. todos los resultados de los ensayos se mantuvieron

al margen de éstas; garantizando así de una manera u otra el buen

desarrollo y cumplimiento de la presente investigación. Las planillas de

cálculos y resultados de éstas pruebas se reflejan detalladamente desde la

Nº 11 hasta la Nº 18, correspondiente a la sección de anexos A.

2. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ENSAYOS DE LA EMULSIÓN.

De acuerdo a la International Slurry Surfacing Association, índica que

las pruebas experiméntales de laboratorio que se deben realizar

Resultados Ensayos

Agregado Silíceo Agregado Calcáreo

Especificaciones

(I.S.S.A.)

Equivalente de Arena 80 % 73 % 50 % min.

Resistencia al Desgaste 36 % 31,36 % 37 % máx.

Peso Unitario Suelto 1,583 g/cm3 1,4 g/cm3 _______

Peso Específico 2,53 2,49 _______

Fuente: Los Autores DERECHOS RESERVADOS


4

previamente a la emulsión asfáltica, para las mezclas de slurry seal son:

Residuo por Evaporación, Sedimentación a los 5 Días, Retenido en la Malla

Nº 20, Viscosidad Saybolt Furol y Peso Específico. La tabla Nº 11, refleja de

forma clara y concisa los resultados y especificaciones de los ensayos

realizados a la emulsión asfáltica tipo Catiónica, súper estable de rotura lenta

(CSS-1-h), para su utilización en el diseño de las mezclas en estudio.

Tabla Nº 11. Resultados de Ensayos a la Emulsión Asfáltica.

Por lo anteriormente descrito, se puede analizar que el tipo de

emulsión asfáltica CSS-1-h (Catiónica, súper estable de rotura lenta), posee

características y propiedades óptimas para el diseño de las mezclas en

Ensayos Resultados. Emulsión

Asfáltica (CSS-1-h)

Especificaciones

(I.S.S.A.)

Residuo por Evaporación 60 % 55 % - 70 %

Sedimentación a los 5 Días 1,34 % 7 % máx.

Retenido en la Malla Nº 20 0.09 % 0,1 % máx.

25 ºC 24, 46 seg

Viscosidad Saybolt Furol 50 º C 21,17 seg

20 seg – 100 seg

Peso Específico 1,023 ______

Fuente: Los Autores

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5

estudio, debido a que los resultados cumplen con las especificaciones

provenidas por la I.S.S.A.; de ésta manera se certifica el inmejorable avance

y acatamiento de la presente investigación. Las planillas de cálculos y

resultados de éstos ensayos se reflejan detalladamente en la planilla Nº 19,

correspondiente a la sección de anexos A.

3. ANÁLISIS AL CEMENTO PORTLAND Y EL AGUA.

Cemento Pórtland: Este componente fue utilizado como material

filler, escogiéndose por un fraguado de tipo normal y entre las marcas

conocidas para garantizar su calidad, fue empleado de tal manera que

no representara una variante entre las mezclas en estudio. La

dosificación utilizada para las lechadas asfálticas fue del 1 % del peso

total.

Éste 1 % de cemento pórtland se incorporó a la dosificación de

las mezclas asfálticas con el fin de mejorar la dispersión de las

partículas minerales facilitando así, la manejabilidad, densidad,

estabilidad, impermeabilidad, cohesividad y el control de tiempo de

rotura de ambas lechadas asfálticas.

Agua: El agua utilizada en las lechadas asfálticas fue potable, limpia,

sin sustancias extrañas y compatible con los demás componentes.

DERECHOS RESERVADOS


6

Éste elemento tampoco representa relativamente una variantes entre

las dos mezclas en estudio, ya que se empleo de forma adecuada y

bajo las normas establecidas. Una de las funciones en ésta

investigación fue de humedecer y disolver la mezcla, moderando así

las reacciones químicas.

De acuerdo a lo expresado y analizado en los puntos uno, dos y tres

del presente capitulo, se puede decir, que se ha alcanzado el tercer objetivo

específico planteado en la investigación.

4. ANÁLISIS DE DISEÑOS Y RESULTADOS EN LAS MEZCLAS

ASFÁLTICAS.

Una vez culminados los ensayos preliminares a los diferentes

componentes de las mezclas asfálticas y su posterior verificación con el

cumplimiento de las especificaciones (I.S.S.A.), se procedió a realizar los

diseños en base a las distintas características y propiedades que posee cada

material y al mismo tiempo las pruebas requeridas para tales diseños, las

cuales son: Consistencia, Resistencia a la Abrasión, Cohesión y Simulación

de Tráfico.

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9

• Análisis del Ensayo de Consistencia.

La determinación de la consistencia en las lechadas asfálticas, fue una

operación de importancia, que nos permitió definir la cantidad óptima de agua

para una correcta trabajabilidad en la mezcla. Los ensayos se realizaron bajo

las normas A.S.T.M. 3910 Y I.S.S.A. T106 para ambas mezclas.

En relación a la mezcla de slurry seal con agregado calcáreo, se logró

determinar, que la cantidad de agua necesaria para obtener una óptima

trabajabilidad fue del 24 %, valor que suministró a la mezcla asfáltica una

consistencia, homogeneidad y fluidez apropiada, pudiendo así cumplir con

las especificaciones difundidas por la I.S.S.A., la cual se encuentra entre 2cm

y 3 cm de la escala.

Con respecto a la mezcla con agregado silíceo, se pudo establecer el

porcentaje preciso de agua para obtener la mejor trabajabilidad en un 13 %,

valor que proporcionó al slurry seal una consistencia, homogeneidad y fluidez

adecuada, logrando así cumplir con las normas establecidas por la I.S.S.A.,

la cual se localiza entre 2 cm y 3 cm de la escala.

Además de esto se pudo observar que a través de los gráficos # 10 y

# 11 realizados en ambos ensayos, existe una relación entre la cantidad de

agua y grado de consistencia, es decir a menor % de agua disminuye dicha

consistencia.

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12

Gráfico # 12. Perdida de Peso Vs % Emulsión Agregado Calcáreo.

Gráfico # 13. Perdida de Peso Vs % Emulsión Agregado Silíceo.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0

15,5 16,5 17,5

% EMULSIÓN

PERDIDA DE PESO Vs % EMULSIÓN. AGREGADO CALCÄREO

PERDIDA DE PESO Vs % EMULSIÓN. AGREGADO SILÍCEO

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0

14,7 15,7 16,7

% EMULSIÓN

Fuente: Loa Autores.

Fuente: Los Autores.

Especificación

Especificación

DERECHOS RESERVADOS


13

• Análisis del Ensayo de Abrasión en Inmersión.

Ésta prueba nos permitió, medir la resistencia y comportamiento de

éste tipo de tratamientos superficiales bajo condiciones de inmersión, la cual,

nos aportó una idea esencial de la adherencia y afinidad entre la emulsión y

el material pétreo. La prueba consistió en determinar la perdida de peso que

sufrió cada una de las probetas de slurry seal, bajo la acción abrasiva de una

rueda metálica con goma. Los ensayos se realizaron bajo las normas

A.S.T.M. 3910 Y I.S.S.A. T114 para ambas mezclas.

En relación a las probetas de slurry seal con agregado calcáreo, se

utilizó el 24 % de humedad obtenido en el ensayo de consistencia; el % de

emulsión empleado fue el óptimo teórico, variando un 1% por arriba y otro

por debajo; finalizado el ensayo, se pudo determinar que las 3 probetas

cumplieron con la especificaciones establecidas por la I.S.S.A., escogiendo la

de menor perdida como el % de emulsión óptimo de diseño (16,5%).

Al igual que las probetas de slurry seal con agregado calcáreo, los

especimenes con material silíceo cumplieron de la misma manera con las

normas I.S.S.A.; utilizando un 13 % de humedad óptima y alcanzando el 15,7

% de emulsión asfáltica, para la probeta de menor perdida de peso.

En los gráficos # 12 y # 13, reflejan los distintos comportamientos en

las pruebas ejecutadas en base a los resultados obtenidos.

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16

Gráfico # 14. Torque Vs Tiempo de Curado. Agregado Calcáreo.

Gráfico # 15. Torque Vs Tiempo de Curado. Agregado Silíceo.

TORQUE Vs TIEMPO CURADO. AGREGADO CALCÁREO

0

5

10

15

20

25

30 60 100 120 140

TIEMPO DE CURADO (min)

TORQUE Vs TIEMPO CURADO. AGREGADO SILÍCEO

0

5

10

15

20

25

60 100 150 180 240 TIEMPO DE CURADO (min)



Especificación

Especificación

DERECHOS RESERVADOS


17

• Análisis del Ensayo de Cohesión.

Éste ensayo nos permitió conocer, como iba progresando el curado y

rotura de la mezcla a medida que transcurría el tiempo. Los ensayos se

realizaron bajo las normas A.S.T.M. 3910 para ambas mezclas.

En relación a las 5 probetas de slurry seal con agregado calcáreo, se

utilizaron el 24 % y el 16,5 % de humedad y emulsión asfáltica, obtenidos

en los ensayos de consistencia y Abrasión en Inmersión respectivamente.

Alcanzando así por medio de la briqueta Nº 4 el torque mínimo de 20 Kg –

cm a los 120 minutos, siendo éste, el tiempo de apertura al tráfico exigido

por las especificaciones establecidas por la I.S.S.A.

Para las probetas de mezcla con material silíceo, se empleo el 13 %

y 15, 7 % de humedad y emulsión asfáltica correspondientemente;

estableciéndose igualmente la briqueta Nº 4, con un torque mínimo de 20 Kg

– cm a los 180 minutos, cumpliendo de ésta manera con las normas de la

I.S.S.A.

En los gráficos # 14 y # 15, se puede apreciar la relación existente

entre la cantidad de torque y el tiempo de curado o rotura, constituyendo de

ésta manera, que a medida que transcurre el tiempo el torque incrementa su

valor para ambas mezclas.

DERECHOS RESERVADOS


20

Gráfico # 16. Arena Adherida Vs % Emulsión. Agregado Calcáreo

Gráfico # 17. Arena Adherida Vs % Emulsión. Agregado Silíceo.

ARENA ADHERIDA Vs % EMULSIÓN. AGREGADO CALCÄREO

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

15,5 16,5 17,5

% EMULSIÓN

ARENA ADHERIDA Vs % EMULSIÓN. AGREGADO SILÏCEO

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

14,7 15,7 16,7

% EMULSIÓN



Especificación Tráfico muy Pesado

Especificación Tráfico Medio y Pesado

Especificación Tráfico muy Pesado

Especificación Tráfico Medio y Pesado

Especificación Tráfico Liviano

Especificación Tráfico Liviano

DERECHOS RESERVADOS


21

Gráfico # 18. Deformación Lateral Vs % de Emulsión. Agregado Calcáreo.

Gráfico # 19. Deformación Lateral Vs % de Emulsión. Agregado Silíceo.

DEFORMACIÓN LATERAL Vs % EMULSIÓN. AGREGADO CALCÄREO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

15,5 16,5 17,5

% EMULSIÓN

DEFORMACIÓN LATERAL Vs % EMULSIÓN. AGREGADO SILÍCEO

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

14,7 15,7 16,7

% EMULSIÓN



DERECHOS RESERVADOS


22

Gráfico # 20. Ahuellamiento Vs % de Emulsión. Agregado Calcáreo.

Gráfico # 21. Ahuellamiento Vs % de Emulsión. Agregado Silíceo.

AHUELLAMIENTO Vs % EMULSIÓN. AGREGADO CALCÁREO

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

15,5 16,5 17,5

% EMULSIÓN

AHUELLAMIENTO Vs % EMULSIÓN. AGREGADO SILÍCEO

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

14,7 15,7 16,7

% EMULSIÓN



DERECHOS RESERVADOS


23

• Análisis del Ensayo de Rueda Cargada.

Mediante éste ensayo, pudimos medir la resistencia a la exudación y

deformación (lateral y ahuellamiento) de las mezclas asfálticas. Esta prueba

nos permitió cuantificar el ligante exudado después de someter las probetas

de slurry seal a un proceso de compactación de 1000 ciclos, pesando la

arena absorbida por el betún excedente, bajo condiciones controladas de

ensayo a temperatura 18 ºC y una carga de 125 Libras. Los ensayos se

realizaron bajo las normas A.S.T.M. 3910 y I.S.S.A. T109 para ambas

mezclas.

En relación a las 3 probetas de slurry seal con agregado calcáreo, se

utilizó el 24 % de humedad obtenido en el ensayo de consistencia; el % de

emulsión empleado fue el óptimo teórico, variando un 1% por arriba y otro

por debajo; finalizado el ensayo, se pudo determinar que las 3 probetas

cumplieron con las especificaciones establecidas por la I.S.S.A.

Al igual que las probetas de slurry seal con agregado calcáreo, los

especimenes con material silíceo cumplieron de la misma manera con las

normas I.S.S.A.; utilizando un 13 % de humedad óptima y el 15,7 % de

emulsión asfáltica, alterando 1 % por arriba y otro por debajo.

En los gráficos # 16 y # 17, se puede observar la relación existente

entre la exudación y el porcentaje de betún, estableciendo de ésta manera y

DERECHOS RESERVADOS


24

de acuerdo a las especificaciones, que para evaluar los porcentajes de

emulsión utilizados, se debe tomar en cuenta el tipo de tráfico con el cual se

quiere diseñar.

Ahora bien en los gráficos # 18, # 19, # 20 y # 21, se puede apreciar la

correspondencia presente entre las deformaciones (lateral y ahuellamiento) y

el los porcentajes de ligante utilizados, donde a mayor cantidad de emulsión,

la deformación se incrementa significativamente.

De acuerdo a los análisis señalados en cada uno de los ensayos

realizados a las diferentes mezclas asfálticas, podemos concluir que las

expectativas basadas en el objetivo específico Nº 4, fueron cumplidas a total

cabalidad.

DERECHOS RESERVADOS


25

5. ANÁLISIS DE CUADRO COMPARATIVO ENTRE MEZCLAS DE

SLURRY SEAL.

Tabla Nº 12 .Cuadro Comparativo entre Mezclas de Slurry Seal.

Resultados de Mezcla de Slurry Seal Tipo II

Agregado Calcáreo Agregado Silíceo Ensayos % Humedad = 24 %

% Emulsión = 16,5 %

% Fill er = 1 %

% Humedad = 13 %

% Emulsión = 15,7 %

% Fill er = 1 %

Especificaciones

I.S.S.A.

Consistencia 2,3 cm 2,5 cm 2 cm – 3 cm

Abrasión en

Inmersión 49,4 g/m2 131,7 g/m2 ≤ 800 g/m2

Cohesión 20 kg – cm a los 120 min 20 kg – cm a los 180 min ≥ 20 kg - cm

Tráfico Liviano ≤ 0,08 g/cm2

Tráfico Medio y

Pesado ≤ 0,06 g/cm2 Exudación 0,053 g/cm2 Exudación 0,063 g/cm2

Tráfico Muy Pesado ≤ 0,05 g/cm2

Def. Lat. 2 cm Def. Lat. 0,82 cm ____________________

Rueda

Cargada

Ahuell. 0,28 cm Ahuell. 0,24 cm ___________________


DERECHOS RESERVADOS


26

En virtud de dar cumplimiento al objetivo específico Nº 5 de la

presente investigación, el cual establece elaborar un cuadro comparativo que

presente características, propiedades y bondades de cada uno de los

tratamientos superficiales estudiados, éste nos permitirá determinar por

medio de un análisis exhaustivo y preciso el tratamiento superficial que

satisfaga de una mejor manera las exigencias mínimas a cumplir por la

International Slurry Surfacing Association (I.S.S.A.).

Es importante recordar que las mezclas asfálticas manejadas en el

presente estudio, son tratamientos para el mantenimiento y rehabilitación de

superficies asfálticas, constituidas principalmente por: material pétreo de

gradación fina ajustado a la mezcla de slurry seal Tipo II normalizado por

I.S.S.A., emulsión asfáltica catiónica superestable de rotura lenta (CSS-1-h),

cemento pórtland utilizado como material llenante filler que ayuda a controlar

la rotura de la mezcla y agua potable limpia, sin sustancias extrañas y

compatible con los demás componentes.

Para realizar el cuadro comparativo entre un slurry seal y otro, fue

necesario e indispensable evaluar mediante pruebas experimentales de

control, los diferentes componentes que integran ambas mezclas; además de

esto se diseñó y ejecutó cada unos de los ensayos requeridos para las

mezclas de slurry seal. El estudio de comparación entre dichas mezclas

asfálticas, se basara principalmente en los resultados de los análisis

obtenidos a través del pto Nº 4 del presente capitulo, los cuales nos permitió

DERECHOS RESERVADOS


27

establecer las dosificaciones finales de diseño de los tratamientos

superficiales que participan en ésta investigación.

A continuación se presenta la Tabla Nº 13, en donde se índica los

porcentajes óptimos de humedad, emulsión asfáltica y cemento pórtland

utilizados para ambas mezclas de slurry seal. Es importante destacar que

estos porcentajes fueron calculados en función de los diferentes pesos

obtenidos en las variables, para cada unos de los ensayos requeridos de

diseño.

Tabla Nº 13. Dosificaciones de Mezclas Asfálticas.

Ahora bien, una vez establecido el cuadro comparativo en función a

los ensayos realizados y sus respectivos resultados en las distintas mezclas

Dosificación

Componentes Slurry Seal.

Agregado Calcáreo

Slurry Seal.

Agregado Silíceo

Granulometría de Agregado Tipo II Tipo II

% Humedad 24 % 13 %

% Emulsion Asfáltica (CSS-1-h) 16,5 % 15,7 %

% Cemento Portland 1 % 1 %


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28

de slurry seal, podemos concluir para cada una de estas pruebas lo

siguiente:

Ensayo de Consistencia: Éste ensayo no nos permite establecer un

patrón comparativo en cuanto a los resultados obtenidos, ya que el objetivo

del mismo es determinar exclusivamente de manera empírica el porcentaje

óptimo de humedad para ambas mezclas de slurry en estudio. Dicho

porcentaje se determinó cuando la mezcla alcanzo la consistencia adecuada,

la cual está establecida entre 2 cm y 3 cm de la escala normalizada por

I.S.S.A.

Ensayo de Abrasión en Inmersión: A diferencia de la prueba de

consistencia, el ensayo de abrasión en inmersión nos permitió cuantificar y

comparar las perdidas de peso (g/cm2) obtenidas en ambas mezclas

estudiadas, producto del desgaste generado por la acción abrasiva de la

rueda metálica con goma a las probetas de slurry seal ensayadas. De ésta

manera, se puede decir, que la mezcla asfáltica con agregado calcáreo

obtuvo menores perdidas de peso en relación a la del agregado silíceo,

representando así la de mejor comportamiento en éste ensayo.

Ensayo de Cohesión: Mediante ésta prueba se determinó como fueron

progresando los procesos de rotura hasta alcanzar los curados respectivos

en los especimenes ensayados de las mezclas de slurry seal, según el

tiempo transcurrido. Obteniendo así que la mezcla con agregado calcáreo

presento a los 120 minutos un torque de 20 Kg – cm, necesario para

DERECHOS RESERVADOS


29

compactar o aperturar el tráfico a los usuarios; mientras que la otra variable

arrojo un torque de 20 kg – cm a los 180 min.

Ensayos de Rueda Cargada: La cantidad de ligante exudado después

de someter las probetas de slurry seal a un proceso de compactación de

1000 ciclos con carga de 125 libras, pudo determinarse por diferencias de

peso antes y después del ensayo. El slurry seal con agregado calcáreo se

adapto a ser utilizado para un tráfico medio, pesado y hasta cierto punto muy

pesado, ya que el resultado obtenido en exudación está cercano a los limites

de los valores exigidos por la norma para ésta condición de tráfico. Por su

parte el agregado silíceo se ajusto para ser utilizado bajo condiciones de

tráfico liviano y hasta cierto punto puede ser empleado para un tráfico medio

y pesado en circunstancias sumamente controladas, debido a la cercanía del

valor de exudación con el límite establecido por I.S.S.A en cuanto al tipo de

tráfico de diseño.

Por otra parte las deformaciones (lateral y ahuellamiento) producidas

en ambas mezclas, bajo la acción del proceso de compactación llevado a

cabo por la maquina simuladora de tráfico, dio como resultado que la

variable con agregado silíceo presento menores deformaciones en relación a

la mezcla con agregado calcáreo, debido a que éste ultimo era un material

casi 100 % triturado lo que origina más desplazamiento entre sus particulas.

De acuerdo a los análisis elaborados anteriormente, podemos

establecer que la mezcla que obtuvo un mejor comportamiento en los

DERECHOS RESERVADOS


30

ensayos elaborados fue la del agregado calcáreo, ya que presento la menor

perdida de peso en la prueba de abrasión, un aceptable tiempo de curado y

por ende rápida apertura al tráfico en el ensayo de cohesión y puede ser

aplicada para condiciones de tráfico medio y pesado debido al valor de

exudación obtenido en la prueba de rueda cargada. En lo que respecta a las

deformaciones presentadas por esta mezcla, fueron un poco mayor a las de

la otra variable, lo cual pueden ser controladas o disminuidas por medio de la

restricción a ser empleadas en tráfico muy pesado.

A continuación se presentan los gráficos # 22 y # 23, en donde se

pueden apreciar los porcentajes óptimos de ligantes obtenidos para cada

mezcla estudiada, junto a él los rangos de tolerancia para la puesta en obra

del +/- 1 %, los cuales dan una visión clara de la perdida por abrasión y la

exudación que pueden presentar cada mezcla asfáltica. Cabe destacar que

dicha tolerancia es definida por la International Slurry Surfacing Association

I.S.S.A.

DERECHOS RESERVADOS


31

Gráfico # 22. % Óptimo de Ligante. Agregado Calcáreo.

Gráfico # 23. % Óptimo de Ligante. Agregado Silíceo.

% ÓPTIMO DE LIGANTE. AGREGADO CALCÁREO.

Arena Aderida (Exudación)

Perdida de Peso (Abrasión)

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

15,5 16,5 17,5

% EMULSIÓN

% ÓPTIMO DE LIGANTE. AGREGADO SILÍCEO.

Perdida de Peso (Abrasión)

Arena Aderida (Exudación)

0 0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

14,7 15,7 16,7

% EMULSIÓN

% Ligante Óptimo +/- 1 %

Margen de Ligante

Margen de Ligante

% Ligante Óptimo +/- 1 %

Margen de Ligante Margen de

Ligante



DERECHOS RESERVADOS

CONCLUSIONES

151

CONCLUSIONES.

De manera general se puede señalar, que las dos mezclas en estudio

tanto la de slurry seal con material calcáreo como la de agregado silíceo,

cumplieron y se ajustaron a las exigencias y normativas establecidas por

los distintos organismos y regulaciones competentes; obteniendo como la

de mejor resultado la mezcla de material calcáreo, ya que obtuvo una

menor perdida de peso por desgaste a la abrasión, el tiempo de apertura

al tráfico de la misma fue significativamente menor y con respecto a la

exudación de ligante o emulsión, se evidenció que la mezcla puede ser

utilizada para un tráfico más pesado a diferencia de la otra donde se

ajustó a un tráfico liviano o medio.

Por medio del análisis del ensayo de abrasión en inmersión, pudimos

constatar que la mezcla de slurry seal con agregado calcáreo presentó

menor perdida de peso con respecto a la de material silíceo, bajo las

condiciones de inmersión y abrasión, ésta perdida de peso se mantuvo en

el 49,4 grs/m2, a diferencia de los 131,7 grs/m2 de la mezcla con agregado

calcáreo.

Con respecto a la cohesión de ambas mezclas, la relación emulsión

asfáltica – agregado calcáreo arrojó condiciones de tiempo más

favorables con tan solo 120 minutos de rompimiento y curado, lo que

establece un menor tiempo de apertura al tráfico en comparación a la

DERECHOS RESERVADOS

CONCLUSIONES

152

mezcla de slurry seal con material pétreo silíceo, la cual obtuvo 180

minutos.

Se debe tener presente, que cuando el pavimento de concreto asfáltico no

reúne las condiciones estructurales para soportar el tráfico proyectado

para los próximos años ó si ya evidencia problemas estructurales, la

técnica de rehabilitación o superficie con la técnica de slurry seal no debe

considerarse.

Es importante destacar que la emulsión catiónica utilizada es ésta

investigación se ajusta a agregados tanto de origen calcáreo como

silíceo, debido al tipo de composición que posee dicha emulsión.

El uso de la mezcla de slurry seal no sustituye a la mezcla de concreto

asfáltico, sin embargo es una alternativa que ofrece alta calidad y bajos

costos en el mantenimiento preventivo de las vías.

En la colocación de slurry seal se utiliza solo una maquinaria y poca

mano de obra, lo que disminuye considerablemente el tiempo de

ejecución y los costos de inversión.

El empleo de las emulsiones asfálticas, ha revolucionado la técnica de

pavimentación pues permite trabajar el cemento asfáltico en frío,

eliminando el uso de calderas y quemadores, permitiendo así cortar los

tiempos de costosa inactividad durante el periodo de lluvias, con la

correspondiente reducción en los costos de producción y manteniendo

una buena calidad en los trabajos ejecutados.

DERECHOS RESERVADOS

RECOMENDACIONES

153

RECOMENDACIONES.

Promover la utilización de la mezcla de slurry seal como una técnica

viable para el mantenimiento y rehabilitación de superficies asfálticas,

debido a sus múltiples beneficios, características y propiedades.

De acuerdo a los resultados obtenidos, se recomienda emplear está

mezcla con agregado de origen calcáreo, ya que con este se obtuvo un

mejor comportamiento.

Todos los casos de rehabilitación y mantenimiento deben ser estudiados

bajo el punto de vista técnico, pues existe un gran número de variables.

Cuando el pavimento presenta fallas estructurales, no se recomienda el

uso de la técnica de slurry seal, salvo que sean corregidos con

anterioridad.

Tomar en cuenta en todo momento todos los estudios y ensayos previos a

los componentes de la mezcla y verificar que cumplen con las

especificaciones normalizadas.

Es indispensable que las labores de colocación de la mezcla, así como la

supervisión de la misma se realice por personal calificado, para obtener

una correcta aplicación que garanticé el trabajo.

Promover el conocimiento de nuevas técnicas de mantenimiento y

rehabilitación de vías a los sectores públicos y privados relacionados con

el área de la vialidad, siendo esto a través de foros, charlas, simposios y

DERECHOS RESERVADOS

RECOMENDACIONES

154

congresos que puedan ayudar al adiestramiento y capacitación de

quienes tenga la inquietud en profundizar estos nuevos métodos.

Mantener el equipo de colocación en buen estado, ya que de lo contrario

perjudica la mezcla en el momento su aplicación.

Crear un laboratorio de vialidad, bien equipado tratando de mantener la

nueva tecnología, donde se efectúen los ensayos que conduzcan a la

producción de componentes diversos y de mayor calidad.

Crear conciencia acerca del control de calidad, este es un factor

importante para que la producción de resultado y no falle.

DERECHOS RESERVADOS

BIBLIOGRAFÍA

155

BIBLIOGRAFÍA.

Akzo Nobel. GUIA DE APLICACIONES ASFALTICAS. Seminario de

Emulsiones. San Antonio, Texas 2000.

Asphalt Institute. PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE. Manual Serie Nº 22. Lexington,

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BIBLIOGRAFÍA

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