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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA
FACULTAD DE INGENIERÍA
SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
Influencia en el diseño de la mezcla asfáltica de la variación en los agregados de diferentes bancos de materiales, en el tramo
de la Autopista Mazatlán-Culiacán.
POR:
Ing. Joel Garrido Cantor
TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN INGENIERÍA
CHIHUAHUA, CHIH., MÉXICO 21 DE MAYO DE 2018
Influencia en el diseño de la mezcla asfáltica de la variación en los agregados de diferentes bancos de materiales, en el tramo de la Autopista Mazatlán-Culiacán. Tesis presentada por Ing. Joel Garrido Cantor como requisito parcial para obtener el grado en Maestro en Ingeniería, ha sido aprobada y aceptada por:
_____________________________________________
M. I. Javier González Cantú
Director de la Facultad de Ingeniería
_____________________________________________
Dr. Fernando Rafael Astorga Bustillos
Secretario de Investigación y Posgrado
_____________________________________________
M. I. Alejandro Calderón Landaverde
Coordinador Académico
_____________________________________________
Dr. Gilberto Wenglas Lara
Director de Tesis
Fecha: Mayo de 2018
Comité:
Dr. Gilberto Wenglas Lara
M.I. José Antonio Portillo Oceguera
Dr. José Castañeda Ávila
M. C. Alejandro Calderón Landaverde
Derechos Reservados
Ing. Joel Garrido Cantor
Calle Samaria No. 49 Col. Provincia de Jerusalén. Cuernavaca, Morelos.
Mayo de 2018
Oficio del índice de tesis
Dedicado a
Mis padres
Manuel Garrido Román y Rafaela Cantor Román
v
Agradecimientos
A Dios, por haberme dado la vida y la fuerza de voluntad para seguir adelante en mi preparación profesional. Por siempre acompañarme en este
camino, sobre todo en los momentos más difíciles.
A mis padres, Manuel y Rafaela quienes han estado conmigo en todo momento con su apoyo incondicional. Por confiar en mí y por llevarme siempre en
sus oraciones.
A mis hermanas, –y en especial a ti mi querida hermana Sara–, por nunca haberme dejado solo durante el trayecto hacia este logro.
A Ernestina de los Ríos Pellegrín, por su invaluable apoyo, confianza y asistencia cuando más lo necesitaba.
A mi amigo “Koala” Q.E.P.D., por esos ánimos que tanto me brindó por seguir adelante.
A mis compañeros y amigos de la licenciatura Iván y Rodo, por su cooperación en este trabajo y por haber elaborado parte de este proyecto.
Al Dr. Wenglas, por haberme brindado su tiempo, apoyo y recomendaciones, las cuales me fueron guiando desde el inicio hasta a
culminación de esta tesis.
Al Maestro Portillo, por sus asesorías y recomendaciones durante todo el trayecto de mi formación para obtener el grado y su participación en este trabajo.
Al Dr. Castañeda, por su participación y aportes para la culminación de este proyecto.
A los catedráticos de este programa académico, por impartirnos sus conocimientos y experiencias, y motivarnos hacia el profesionalismo.
Al Ing. Filiberto López Valdez, por haberme permitido el uso de las instalaciones de su laboratorio, donde llevé a cabo cada una de las pruebas para
el desarrollo de esta tesis.
Al Ing. Omar Escalante, por haberme orientado durante la realización de los ensayos.
Al Ing. Fernando Serrano, por su disposición y por haberme auxiliado con su experiencia y conocimientos para la realización de los ensayos. Por su
participación durante las pruebas y su gran apoyo durante el transcurso del programa de experimentación en el desarrollo de esta tesis.
A todas y cada una de las personas que formaron parte de la trayectoria para alcanzar esta meta en mi preparación profesional: muchísimas gracias. Sin
ustedes no hubiera sido posible lograrlo.
vi
Contenido
Agradecimientos………………...…………………………………………………………v
Índice de Tablas………………………………………………………………………..….x
Índice de Figuras………………………………………………………………...……….xv
Resumen…………………………………………………………..…………………….xviii
Introducción…………………………………………………………………...………….xx
Capítulo 1 Antecedentes…………………………………………………………….1
1.1 Materiales pétreos para mezclas asfálticas…………….………………………3
1.2 Agregados pétreos……………..………………………………………………….4
1.3 Tipos de agregados ……………………………………………………………….4
1.4 Características principales de los agregados pétreos para pavimentos…....5
1.4.1 Forma y angulosidad………………………………………………………5
1.4.2 Resistencia al desgaste…………………………………………………..5
1.4.3 Adhesividad y resistencia al desplazamiento…………………………..6
1.4.4 Plasticidad y limpieza………………………………………..……………6
1.4.5 Resistencia al desprendimiento………………………………………….7
1.5 Clasificación del agregado pétreo de acuerdo a su tamaño………………….7
1.5.1 Agregado grueso…………………………………………………………..7
1.5.2 Características y propiedades de los agregados gruesos en mezclas asfálticas……………………………………………………………….…...………7
1.6 Agregado fino…………………………………………………………………….10
1.6.1 Definición de agregado fino…………………………………………..…10
1.6.2 Características y propiedades de los agregados finos en mezclas asfálticas…………………..…………………………………………..……….....11
1.7 Polvo mineral (Fíller)…………………………………………………………….12
1.7.1 Definición y generalidades ………………………………………………12
1.7.2 Características deseables o de mayor interés del polvo mineral…………………………………………………..………………….……..13
1.7.3 Propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas…………………………………………………………………………..14
1.7.4 Influencia del filler en las propiedades de las mezclas asfálticas….…16
vii
1.8 Caracterización del material asfáltico………………………………………….17
1.8.1 Cemento asfáltico convencional………………………………………..17
1.8.2 Cemento asfáltico por grado PG……………………………………….23
1.9 Metodologías de Diseño de mezclas asfálticas ………………………………29
1.9.1 Método Marshall………………………………………………………….29
1.9.2 Metodología Superpave…………………………………………………34
Capítulo 2 Caracterización del agregado grueso, agregado fino y mezcla asfáltica…………………………………………………………………………………..45
2.1 Ensayes preliminares……………………………………………………………46
2.1.1 Práctica estándar para reducción de muestras de agregado …………………………………………………..……………………………..…..46
2.1.2 Método de prueba estándar para análisis granulométrico de agregados finos y gruesos……………………………………………………………………48
2.2 Pruebas de consenso……………………………………………………………48
2.2.1 Método de prueba estándar para determinar el porcentaje de partículas fracturadas en agregado grueso………………………………………………..48
2.2.2 Método de prueba estándar para determinar la angularidad del agregado fino……………………………………………………………………..50
2.2.3 Método de prueba para determinar la forma de la partícula en agregado grueso……………………………..……………..……………………53
2.2.4 Método de prueba estándar para valores de equivalente de arena de suelos en agregado fino………………………………………………………….55
2.3 Pruebas de origen……………………………………………………………….56
2.3.1 Método de prueba estándar para la resistencia a la degradación de agregado grueso en la máquina de Los Ángeles……………………………...56
2.3.2 Método de prueba estándar para la solvencia de los agregados por uso de sulfato de sodio o sulfato de magnesio………….…………………....59
2.4 Ensayes complementarios………………………………………………………60
2.4.1 Método de prueba estándar para resistencia de agregado grueso a la degradación por abrasión en el aparato Micro Deval…………………………60
2.4.2 Desprendimiento por fricción en la fracción gruesa de materiales pétreos para mezclas asfálticas………………………………………………...62
2.4.3 Método de prueba estándar para gravedad específica y absorción del agregado grueso…………………………………………………………..……..64
viii
2.4.4 Método de prueba estándar para gravedad específica y absorción del agregado fino…………………………………………………………………..…67
2.5 Ensaye complementario para material fino (material que pasa la malla No ……….200)………………...……………………...……………………………………..71
2.5.1 Determinación del valor de azul de metileno de material que pasa la malla No 200……………………………………………………………………...71
2.6 Parámetros volumétricos………………………………………………………..73
2.6.1 Terminología……………………………………………………………...73
2.6.2 Compactación de mezclas asfálticas………………………………….80
2.6.3 Caracterización de la mezcla asfáltica…………………...……………82
2.7 Deformación permanente………………………………………………………..84
Capítulo 3 Metodología de experimentación……………………………….…..89
3.1 Programa de experimentación…………………………………………………89
3.2 Parámetros de diseño………………………………………………...…………91
3.2.1 Selección y caracterización del agregado mineral……………..…….91
3.2.2 Granulometría de diseño………………………………………………..94
3.2.3 Selección del cemento asfáltico…………..……………………………98
3.2.4 Propiedades volumétricas………………………………………………99
3.2.5 Pruebas de desempeño de las mezclas asfálticas……...………....100
3.3 Caracterización del agregado mineral empleado en la elaboración de la ………mezcla asfáltica de campo…………….……………………………………….102
3.4 Propiedades físicas de la mezcla de materiales resultante durante el proceso de producción de la mezcla asfáltica………………………………...………..109
3.5 Estructura granulométrica y contenido de asfalto obtenido en la producción de la mezcla asfáltica……………………………………………………….…..110
3.5.1 Método del rotarex o de extracción centrifuga para determinación de contenido de asfalto…………………………………………...………………..111
3.6 Caracterización de la mezcla asfáltica obtenida en campo……………..…113
3.6.1 Gravedad específica de la mezcla asfáltica compactada……...…..113
3.6.2 Gravedad especifica teórica máxima…………………………………114
3.7 Ensayos de comportamiento de la mezcla asfáltica………………………..116
3.7.1 Ensayo para caracterizar la resistencia de las mezclas asfálticas al daño inducido por humedad……………………………………………………116
ix
3.7.2 Ensaye de susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente por rodera con el analizador de Rueda Cargada de Hamburgo (HWT)……………………………………………………………………………120
Capítulo 4 Resultados y análisis………………………………………………..124
4.1 Granulometría………………….……………………………………………….124
4.2 Propiedades del agregado mineral mezclado……………………………….129
4.3 Contenido de asfalto……………………………………………………………131
4.4 Relación filler asfalto…………………………………………………………...132
4.5 Caracterización de la mezcla asfáltica……………………………………….133
4.5.2 Gravedad especifica teórica máxima…………………...……………133
4.5.3 Gravedad específica neta……………………………………………..134
4.6 Ensayos de comportamiento de la mezcla asfáltica………………………..135
4.6.1 Resistencia de mezclas asfálticas compactadas al daño inducido por humedad…………………………………………………………………………135
4.6.2 Susceptibilidad a la deformación permanente………………………140
4.7 Grado de compactación………………………………………………………..145
4.8 Parámetros volumétricos………………………………………………………146
Capítulo 5 Conclusiones y Recomendaciones……………………………….150
Referencias……………………………...……………………………………………..155
x
Índice de Tablas
Tabla 1.1 - Clasificación de los materiales asfalticos (N-CMT-4-05-001, 2005)………………………………………………………………………………..….....19
Tabla 1.2.- Clasificación de los cementos asfalticos según su viscosidad dinámica a 60⁰C (N-CMT-4-05-001, 2005)……………………………………..…………………...20
Tabla 1.3.- Clasificación de las emulsiones asfálticas (N-CMT-4-05-001, 2005)………………………………………………………………………………………22
Tabla 1.4.- Clasificación de los asfaltos rebajados (N-CMT-4-05-001, 2005)………………………………………………………………………………………23
Tabla 1.5- Ajustes del Grado PG seleccionado por clima de acuerdo con la intensidad del tránsito esperada y con la velocidad de operación (N-CMT-4-05-004, 2005)……………………………………………………………………………………....26
Tabla 1.6.- Requisitos de calidad para cementos asfálticos Grado PG (N-CMT-4-05-004, 2005)………...……………………………………………………………………... 27
Tabla 1.7 - Requisitos de granulometría del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa, únicamente para ∑L≤10⁶ (N-CMT-4-04, 2008)………………………………………………………………………………………32
Tabla 1.8 - Requisitos de calidad para mezclas de granulometria densa, diseñadas mediante el metodo Marshall (N-CMT-4-05-003, 2008)…………………..………….33
Tabla 1.9 - Vacíos en el agregado mineral (VAM) para mezclas de granulometría densa, diseñadas mediante el método Marshall (N-CMT-4-05-003, 2008)…………………………………………………………………………………...….33
Tabla 1.10 - Requisitos de calidad del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa, únicamente para ∑l≤10⁶ (N-CMT-4-04, 2008)…………....…33
Tabla 1.11 - Requisitos de calidad para cemento asfáltico clasificado por viscosidad dinámica a 60⁰C (N-CMT-4-05-001, 2005).……………………………..………….….34
Tabla 1.12 - Mallas utilizadas para el diseño de mezclas asfálticas (IMT, 2006)…..35
Tabla 1.13 - Requisitos de granulometría del material pétreo para carpetas asfálticas de granulometría densa usados en la metodología Superpave, puntos de control (PA-MA, 02/2016)………………………………………………………………………..43
Tabla 1.14 - Designaciones propuestas en la metodología Superpave (IMT, 2006)…………………………………………………………………...………………… 43
Tabla 1.15 - Especificaciones de puntos de control y zona restringida para un tamaño máximo nominal de 19 mm (IMT, 2006)…………………………..…………..44
Tabla 2.1 - Masa requerida para determinación del análisis granulométrico (ASTM, C 136, 2014) …………………………………………………………………………......48
xi
Tabla 2.2 - Masa requerida para realización de ensaye de acuerdo al tamaño máximo nominal (ASTM, D 5821, 2013)……………………………………………….49
Tabla 2.3 - Masa requerida para la realización del ensaye de angularidad del agregado fino (ASTM, C 1252, 2006)………………………………………..…………51
Tabla 2.4 - Masa requerida para realización de ensaye de acuerdo al tamaño máximo nominal (ASTM, D 4791, 2010)……………………………………………….53
Tabla 2.5 - Masa requerida de carga abrasiva para la realización del ensaye de desgaste Los Ángeles (ASTM, C 131)………………………………………………....57
Tabla 2.6 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de desgaste Los Ángeles (ASTM, C 131)…………………………………………………………….58
Tabla 2.7 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de intemperismo acelerado (ASTM, C 88, 2013)…………………………………………59
Tabla 2.8 - Tamiz requerido para la determinación de perdida de material durante el ensaye de intemperismo acelerado (ASTM, C 88, 2013)…………………………….60
Tabla 2.9 - Masa requerida de material para la realización del ensaye Micro Deval (ASTM, D 6928, 2010)…………………………………………………………………...62
Tabla 2.10 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de Gravedad especifica teórica máxima (ASTM, D 2041, 2011)…………………………………….84
Tabla 3.1 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada, Banco Rio San Lorenzo……………………………………………………………………………………91
Tabla 3.2 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada, Banco Rio San Lorenzo……………………………………………………………………………………92
Tabla 3.3 - Caracterización de arena triturada, Banco Rio San Lorenzo……………92
Tabla 3.4 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada, Banco Dimas…92
Tabla 3.5 - Caracterización de agregado grueso de 3/8 de pulgada, Banco Dimas……………………………………………………………………………………...93
Tabla 3.6 - Caracterización de arena triturada, Banco Dimas………………………..93
Tabla 3.7 - Resultado de análisis granulométrico en sus distintas graduaciones para el banco de materiales Rio San Lorenzo……………………………………………….94
Tabla 3.8 - Resultado de análisis granulométrico en sus distintas graduaciones para el banco de materiales Dimas…………………………………………………………..95
Tabla 3.9 – Granulometría resultante de la combinación de las distintas graduaciones para el banco de materiales Rio San Lorenzo………………………...96
Tabla 3.10 – Granulometría resultante de la combinación de las distintas graduaciones para el banco de materiales Dimas…………………………………….96
Tabla 3.11 - Características del material asfaltico empleado en el diseño………….98
xii
Tabla 3.12 - Propiedades volumétricas de la combinación de materiales, agregado mineral y material asfaltico para el banco de materiales Rio San Lorenzo………….99
Tabla 3.13 - Propiedades volumétricas de la combinación de materiales, agregado mineral y material asfaltico para el banco de materiales Dimas……………………..99
Tabla 3.14 - Resultados de ensayo de Resistencia retenida aplicado al diseño del banco Rio San Lorenzo…………………………………………………………...……100
Tabla 3.15 - Resultados de ensayo de Resistencia retenida aplicado al diseño del banco Dimas………………………………………………………………………...…..101
Tabla 3.16 - Resultado de prueba de resistencia a la deformación permanente realizado para el diseño del banco Rio San Lorenzo…………………………….…102
Tabla 3.17 - Resultado de prueba de resistencia a la deformación permanente realizado para el diseño del banco Dimas……………………………………………102
Tabla 3.18 – Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada del banco Río San Lorenzo…………………………………………………………………….………103
Tabla 3.19 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada del banco Río San Lorenzo………………………………………………………………………….…103
Tabla 3.20 - Caracterización de arena triturada del banco Rio San Lorenzo….…104
Tabla 3.21 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada del banco Dimas………………………………………………………………………………..…..104
Tabla 3.22 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada del banco Dimas……………………………………………………………………………........…104
Tabla 3.23 - Caracterización de arena triturada del banco Dimas………………….105
Tabla 3.24 – Tolerancias en los requisitos de la mezcla asfáltica (PA-MA, 02/2016)…………………………………………………………………………...…….106
Tabla 3.25 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 154+584 del cuerpo B, carril de baja velocidad…………………………107
Tabla 3.26 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 147+985 del cuerpo B, carril de baja velocidad………………………...107
Tabla 3.27 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 58+300 del cuerpo A, carril de baja velocidad…………………………..107
Tabla 3.28 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 67+970 del cuerpo A, carril de baja velocidad……………………..……107
Tabla 3.29 - Gravedades especificas del agregado grueso y fino para el banco de materiales Rio San Lorenzo…………………………………………………….……..108
Tabla 3.30 - Gravedades especificas del agregado grueso y fino para el banco de materiales Dimas…………………………………………………………………….…108
xiii
Tabla 3.31 – Requisitos en pruebas de desempeño de la mezcla asfáltica (PA-MA, 02/2016)…………………………………………………………………………………116
Tabla 3.32 – Especificación de pasadas para Rueda de Hamburgo (PA-MA, 02/2016)…………………………………………………………………………………116
Tabla 4.1 – Composición granulométrica obtenida en campo en el primer muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo…………………………………………………….124
Tabla 4.2 – Composición granulométrica obtenida en campo en el segundo muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo………………………………………...125
Tabla 4.3 – Composición granulométrica obtenida en campo en el primer muestreo realizado, banco Dimas………………………………………………………………...126
Tabla 4.4 – Composición granulométrica obtenida en campo en el segundo muestreo realizado, banco Dimas…………………………………………………….127
Tabla 4.5 – Caracterización del material pétreo mezclado del banco Rio San Lorenzo……………………………………………………………………………....….130
Tabla 4.6 – Caracterización del material pétreo mezclado del banco Dimas…......130
Tabla 4.7 – Resultados de contenido de asfalto obtenidos en campo……………..131
Tabla 4.8 – Resultados de la relación filler asfalto……………..…..……………….133
Tabla 4.9 – Resultados de ensayes de gravedad especifica teórica máxima…….134
Tabla 4.10 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 147+985……………………………………………………………………136
Tabla 4.11 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 154+583……………………………………………………………………137
Tabla 4.12 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 58+300……………………………………………………………………..138
Tabla 4.13 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 67+970……………………………………………………………………..139
Tabla 4.14 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 147+985……………………...140
Tabla 4.15 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 154+583……………………...141
Tabla 4.16 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 58+300……………………….143
Tabla 4.17 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 67+970……………………….144
Tabla 4.18 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 147+985, banco Rio San Lorenzo………………………………………………………………………...145
xiv
Tabla 4.19 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 154+583, banco Rio San Lorenzo………………………………………………………………………...145
Tabla 4.20 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 58+300, banco Dimas…………………………………………………………………………………….146
Tabla 4.21 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 67+970, banco Dimas…………………………………………………………………………………….146
Tabla 4.22 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 147+985, Banco Rio San Lorenzo……………………………………………………………………..….147
Tabla 4.23 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 154+583, banco Rio San Lorenzo………………………………………………………………………...147
Tabla 4.24 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 58+300, banco Dimas…………………………………………………………………………………….148
Tabla 4.25 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 67+970, banco Dimas…………………………………………………………………………………….148
xv
Índice de Figuras
Figura 1.1- Regiones geográficas para la utilización de asfaltos clasificados según su viscosidad dinámica a 60°C (N-CMT-4-05-001, 2005)………………….....……..22
Figura 1.2 - Regiones geográficas para la utilización recomendable de cementos asfalticos Grado PG (N-CMT-4-05-004, 2005)……………………….……………….25
Figura 1.3 - Representación gráfica de la relación de estabilidad y flujo Marshall (Valencia, 2004)………………………………………………………………………….30
Figura 1.4 - Representación de granulometrías según FHWA (IMT, 2006)………...37
Figura 1.5 - Ilustración de cómo se grafican las abcisas (IMT, 2006)………………38
Figura 1.6 - Graduación de máxima densidad para tamaño máximo de 19 mm (IMT, 2006)………………………………………………………………………………………39
Figura 1.7 - Línea de máxima densidad para un tamaño máximo de 19 mm (IMT, 2006)………………………………………………………………………………………42
Figura 2.1 – Proceso de reducción de muestras de agregados petreos……….….47
Figura 2.2 – Forma de partículas de agregado grueso……………………………….50
Figura 2.3 - Equipo y proceso de ejecución de ensayo para determinar la angularidad del agregado fino…………………………………………………………..52
Figura 2.4 - Dispositivo calibrador para determinar las partículas planas y alargadas………………………………………………………………………………… 54
Figura 2.5 - Equipo y proceso de ensayo para determinar el equivalente de arena……………………………………………………………………………………... 56
Figura 2.6 - Máquina de Los Ángeles para determinar el desgaste por abrasión.....58
Figura 2.7 - Proceso de ensayo de intemperismo acelerado del material pétreo…..60
Figura 2.8 – Prueba de resistencia a la abrasión en el aparato Micro Deval……..…62
Figura 2.9 - Equipo y dispositivos para la realización de ensayo de desprendimiento por fricción en la fracción gruesa de materiales pétreos……………………………...64
Figura 2.10 - Material y equipo para determinación de gravedad especifica del agregado grueso…………………………………………………………………………67
Figura 2.11 – Método gravimétrico para determinar la densidad del agregado fino………………………………………………………………………………………... 71
Figura 2.12 - Equipo y resultado de ensayo para determinar el grado de reactividad del material fino que pasa la malla No. 200…………………………………………….72
Figura 2.13 - Ilustración de los parámetros de diseño volumétrico (IMT, 2004)……74
xvi
Figura 2.14 - Componente del diagrama de compactación de una HMA (IMT, 2004)………………………………………………………………………………….….. 75
Figura 2.15 - Roderas de una mezcla débil (IMT, 2003)………………………….......85
Figura 2.16 - Contribución del cemento asfaltico a la resistencia por corte de la mezcla (IMT, 2003)………………………………………………………………………86
Figura 2.17 - Contribución del agregado a la resistencia por corte de la mezcla (IMT, 2003)………………………………………………………………………………………86
Figura 2.18 - Equipo para determinación de resistencia a la tensión indirecta……..88
Figura 3.1 – Ubicación de los bancos de materiales en estudio……………………..90
Figura 3.2 - Presentación de la curva granulométrica en la gráfica de fuller del banco de materiales Rio San Lorenzo…………………………………………………………97
Figura 3.3 - Presentación de la curva granulométrica en la gráfica de fuller del banco de materiales Dimas……………………………………………………………………..97
Figura 3.4 – Recepción de muestra de agregado mineral mezclado para calibración de planta………………………………………………………………..……………….106
Figura 3.5 - Recepción de la muestra para caracterización del agregado mineral mezclado del banco de materiales Rio San Lorenzo………………………………110
Figura 3.6 - Equipo y proceso de ensaye para determinar el contenido de asfalto ………………………………………………………………………………………..…..113
Figura 3.7 - Equipo y proceso de ensaye para determinación de gravedad especifica teórica máxima de la mezcla asfáltica…………………………………………….....115
Figura 3.8 - Obtención de especímenes extraídos en campo para ensayo de resistencia de las mezclas asfálticas al daño inducido por humedad……………...117
Figura 3.9 - Equipo y resultado de ensaye de resistencia retenida………………...120
Figura 3.10 - Proceso de recepción de especímenes extraídos de campo para ensayo de susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente………...122
Figura 3.11 - Preparación de espécimen y equipo para realización de ensayo de susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente……………………..123
Figura 4.1 – Estructura granulométrica del primer muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo…………………………………………………………………………….125
Figura 4.2 – Estructura granulométrica del segundo muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo…………………………………………………………………………….126
Figura 4.3 – Estructura granulométrica del primer muestreo realizado, banco Dimas………………………………………………………………………………….... 128
Figura 4.4 – Estructura granulométrica del segundo muestreo realizado, banco Dimas…………………………………………………………………………………….129
xvii
Figura 4.5 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 147+985…………………………………………………………………………………141
Figura 4.6 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 154+583…………………………………………………………………………………142
Figura 4.7 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 58+300…………………………………………………………………………………..143
Figura 4.8 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 67+970…………………………………………………………………………………..144
xviii
Resumen
Esta investigación es una contribución al estudio de la evaluación del diseño
de las mezclas asfálticas en caliente, tomando como referencia la Metodología
Superpave, para determinar la influencia en el diseño de las mezclas asfálticas de
la variación de los agregados de diferentes bancos de materiales. Este estudio se
basó en los trabajos de rehabilitación del Tramo Carretero de la Autopista Mazatlán-
Culiacán, donde se emplearon dos diseños de mezclas asfálticas para distintos sub-
tramos del tramo en mención. Dichos diseños fueron realizados utilizando bancos
de agregado mineral de procedencia de río, específicamente de los denominados
Río San Lorenzo y Dimas. Consecuentemente se obtuvieron resultados particulares
para cada caso, en lo que respecta a las características del material empleado y
sobre todo el desempeño que tiene la mezcla asfáltica. La presente investigación
muestra la caracterización del agregado mineral, los parámetros volumétricos,
estructura granulométrica, contenido de asfalto, así como las pruebas de
desempeño que se obtuvieron una vez combinados el material asfáltico y el
agregado mineral. El programa de experimentación que se desarrolla en la presente
investigación evalúa la condición real del agregado pétreo. Esto significa que, en el
momento en que fue elaborada la mezcla asfáltica posteriormente colocada en
campo, se tomaron muestras del material pétreo, previo a la combinación del
material asfáltico y el agregado mineral, para caracterizar la condición física del
mismo con la cual fue producida la mezcla asfáltica. De igual forma, se tomaron
muestras de mezcla asfáltica para determinar la composición granulométrica y
contenido de asfalto. Finalmente, fueron extraídos de campo testigos de obra para
realizar las pruebas de desempeño como Resistencia de mezclas asfálticas
compactadas al daño inducido por humedad y Susceptibilidad a la humedad y a la
deformación permanente, a fin de determinar el comportamiento bajo la influencia
de la variación de los agregados. La determinación de la profundidad de la rodera
fue obtenida por medio de la Rueda Cargada de Hamburgo. Los resultados de cada
uno de los ensayes que caracterizan el agregado mineral, la mezcla asfáltica y el
xix
desempeño de las mismas, fueron comparados y analizados respecto a los datos
obtenidos en los diseños.
Palabras clave: Superpave, mezcla asfáltica, deformación permanente.
xx
Introducción
Las mezclas asfálticas son la combinación de agregados pétreos y cemento
asfáltico que forma parte de la estructura de un pavimento, siendo esta una capa
estructural la cual soporta de manera directa los efectos del tránsito.
Existe una gran variedad de materiales que son utilizados en los diseños de
las mezclas asfálticas, tanto para agregados pétreos como materiales asfálticos;
mismos que, en su combinación, tienen un fin común: mejorar la resistencia,
durabilidad y sobretodo un mejor desempeño durante su vida útil.
Respecto a los agregados pétreos, solo se han hecho modificaciones en
cuanto a su requisición, de tal manera que cada vez se ha solicitado un proceso
más riguroso durante su selección, debido a la gran variedad de materiales que
pueden ser empleados durante el proceso de diseño de las mezclas asfálticas. Cada
uno de estos puede tener un comportamiento distinto, al tomar en cuenta su
densidad, resistencia al desgaste, adherencia y otras características físicas que
definen de manera particular el comportamiento de las mezclas asfálticas.
La práctica del diseño de las mezclas asfálticas, denominada como la
Metodología Marshall, (que tiene dos aspectos principales; el primero la densidad y
análisis de vacíos, y el segundo la estabilidad y flujo de los especímenes
compactados) se puede considerar limitada respecto al análisis de desempeño de
la mezcla asfáltica.
La Metodología Superpave permite la evaluación de los componentes de la
mezcla asfáltica por separado, agregado mineral y material asfáltico, respecto al
primero mencionado, Superpave se encarga de evaluar los agregados por pruebas
de consenso y pruebas de origen. Referente al material asfáltico, la evaluación se
realiza de acuerdo a su grado de desempeño, definido por las temperaturas
máximas y mínimas que se espera en el lugar de su aplicación. Finalmente su
comportamiento una vez mezclados, el agregado pétreo y el material asfáltico,
mediante pruebas de desempeño.
xxi
El uso del compactador giratorio, en la Metodología Superpave, simula la
densificación que tendrá la mezcla asfáltica en el sitio, tanto durante la construcción
como a lo largo de su vida útil.
De las metodologías antes mencionadas, esta investigación se desarrollará
utilizando la metodología Superpave, ya que establece ensayos de análisis del
comportamiento de la mezcla asfáltica, con el interés de determinar de la influencia
en el diseño de las mezclas asfálticas utilizando distintos bancos de materiales.
Durante el programa de experimentación, se obtuvieron muestras de
agregado mineral para determinar la caracterización del material pétreo, así como
de la mezcla asfáltica. Esta metodología se realizó de acuerdo a los lineamientos
de Superpave, bajo las normas ASTM.
De los resultados obtenidos se hizo énfasis en los parámetros volumétricos
de las mezclas asfálticas compactadas, siendo estos los vacíos de aire, los vacíos
en el agregado mineral y los vacíos llenos de asfalto, donde el contenido de asfalto
jugo un papel importante debido a que las varianzas de los resultados dependía en
el contenido del mismo.
La estructuración de este trabajo agrupa 5 capítulos, cada uno de ellos de
acuerdo al siguiente orden:
En el capítulo 1, se exponen los antecedentes de las mezclas asfálticas, la
clasificación y tipos de agregados, así como las propiedades del mismo, la
clasificación del material asfáltico y las metodologías de diseño de las mezclas
asfálticas, Marshall y Superpave.
El capítulo 2 plantea el seguimiento para caracterizar el agregado mineral,
mediante los métodos de pruebas, del agregado fino y del agregado grueso, así
como la caracterización de la mezcla asfáltica y el cemento asfáltico. Aborda el
cálculo de los parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica, se describe la falla
más común conocida como deformación permanente, y se mencionan los ensayos
de desempeño de las mezclas asfálticas.
xxii
El capítulo 3 abarca el programa de experimentación que se llevó a cabo en
el desarrollo de esta tesis, iniciando con la etapa preliminar (parámetros de diseño),
como caracterización del agregado mineral, selección del material asfáltico,
granulometría de diseño, parámetros volumétricos, y comportamiento de la mezcla
asfáltica.
El capítulo 4 detalla la comparativa de los resultados obtenidos del programa
de experimentación, junto con los resultados obtenidos en laboratorio.
Finalmente el capítulo 5 da a conocer las conclusiones y recomendaciones
de este estudio.
1
Capítulo 1 Antecedentes
Las mezclas asfálticas desempeñan y han jugado un papel importante en el
desarrollo de la infraestructura carretera mundial. México no es la excepción; aquí
se han utilizado como capa estructural y de rodadura en caminos nuevos y en el
mantenimiento de caminos usados. Por ello es de gran importancia describir la
evolución que ha tenido la aplicación de este producto en los caminos para
vehículos automotores y los diferentes procesos de gestión que se llevan a cabo.
Por su aplicación es muy importante mencionar el entorno general de los
tipos de pavimentos que se emplearon y se emplean en México. La mayoría de los
antecedentes los encontramos en algunas calles de la ciudad de México; al ser la
ciudad más desarrollada de la República Mexicana, sirvió de laboratorio para aplicar
una infinidad de técnicas, principalmente de pavimentación. Uno de los pavimentos
más empleados fue el de cantera rosa en baldosa rectangular de 0.40 x 0.30 m y
cuyo espesor variaba entre 0.6 y 0.10 m la superficie de rodamiento obtenida con
este material fue muy uniforme, sin embargo su resistencia a las cargas de
circulación era poco aceptable y se optó por utilizarla en plazas y zonas peatonales.
A principios del siglo XX se aplicó por primera vez una mezcla asfáltica en el
zócalo de la ciudad de México y algunas calles del centro que fueron pavimentadas
con bloques comprimidos de asfalto importados de Europa.
En ese continente estos pavimentos son comunes, ya que la producción y
aplicación es económica. En México, al importarlo y aplicarlo bajo especificaciones
estrictas de los fabricantes, se elevaban considerablemente los costos. Producirlo
en nuestro país implicaba el pago de patente, adquisición de tecnologías y
capacitación de ingenieros y técnicos tanto en la elaboración como en el tendido.
En cuanto al tránsito se presume que se encontraban sometidos hasta 500
vehículos diarios. Este tratamiento superficial aún existe para tránsitos no mayores
de dos mil vehículos diarios pero con diferente denominación.
2
Así pues, el estudio de los pavimentos de México comienza en 1930 en
adelante y más detalladamente en 1934 cuando se fundó el primer laboratorio, cuya
finalidad era estudiar y controlar los materiales que se utilizaban en esa época, en
especial los materiales asfalticos ante el auge de estos como capa estructural y
estructura de rodamiento. Sin embargo, no existía en nuestro país normativa alguna
que indicara el procedimiento correcto para elaborar las mezclas asfálticas.
Entonces fue necesario recurrir a la literatura extranjera, principalmente a la
americana, creada en su mayoría por los fabricantes de asfalto y que, con base en
la experiencia y en observaciones en campo y laboratorio, emitieron una serie de
recomendaciones para elaborar mezclas asfálticas.
Los avances en la tecnología para la aplicación de estos pavimentos
conducen a la creación de pequeñas plantas de mezcla asfáltica, tanto en caliente
como en frio. Las primeras aportaciones en esta materia las realizo el Departamento
Central del Distrito Federal al instalar dos plantas de mezcla asfáltica en caliente en
1936. Le siguió otra planta en la ciudad de Chihuahua que se instaló en 1938,
principalmente para el mejoramiento de las superficies de rodamiento en calles y
calzadas de la ciudad.
La mayoría de los materiales pétreos empleados para elaborar mezclas
asfálticas venían de los ríos a los cuales, por su variada granulometría, solamente
se les aplicaba un proceso de cribado y, de esta manera, obtener la granulometría
deseada. Alrededor del 80 % del material de este presenta una mala adherencia
con el asfalto, así se identificó este problema en las mezclas entre los años de 1945
y 1946 y se volvió necesaria para la aplicación de aditivos promotores de
adherencia.
Al introducir el sistema de mezcla caliente se presentaron aún más
problemas de adherencia entre los materiales. Esta característica se revisaba al
momento de mezclar los materiales y se realizaba de forma cualitativa con base en
la experiencia del personal encargado del mezclado. Los expertos determinaban si
era necesario aplicar aditivos promotores de adherencia o no cuando se utilizaban
productos rebajados o emulsiones, era muy fácil determinar si el pétreo presentaba
3
problemas de adherencia. En caso de ocurrir, el proceso de mezclado se tornaba
muy complicado.
Con las plantas de mezclado caliente y con su proceso, hasta cierto punto
automatizado, fue más complicado observar esta característica. Además, el calor
favorecía que el asfalto aparentara un cubrimiento uniforme con el agregado,
apareciendo los problemas de desprendimiento en los tramos donde se rendía la
mezcla.
En 1947, la Dirección Nacional de Caminos de la Secretaria de
Comunicaciones y Obras Publicas emitió las Especificaciones de Caminos, donde
el capítulo relacionado con mezclas asfálticas no llego a ser más que una tradición
de las Especificaciones de Contribución del Instituto de Asfalto.
1.1 Materiales pétreos para mezclas asfálticas
Al correr de los años, la tecnología avanza de manera impresionante y con
ello los métodos de fabricación y análisis de los materiales pétreos. A su vez, esto
genera nuevas especificaciones en la calidad para garantizar que las mezclas
asfálticas elaboradas con estos materiales sean mezclas duraderas y que
distribuyan adecuadamente las cargas. Además, aquellas que tienen la función de
capas de rodadura deben ser cómodas y seguras.
Se ha utilizado y se utiliza una gran variedad de agregados minerales para la
producción de mezclas asfálticas. También se ha dicho que el avance de la calidad
de las mezclas asfálticas ha ido de la mano con la evolución de los tratamientos que
se le han dado a los materiales pétreos. En la actualidad se aplica una selección
rigurosa para asegurar su calidad.
Por lo general para cumplir con las especificaciones deseadas se toman
suficientes características para que representen la calidad y el comportamiento del
material durante el mezclado y en su periodo de vida útil, pero siempre buscando
que el agregado provee la mezcla de un fuerte esqueleto mineral para resistir las
repetidas aplicaciones de carga (Zamudio, 2011).
4
1.2 Agregados pétreos
Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de
las carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías
adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes,
mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación hidráulica
(cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos.
1.3 Tipos de agregados
El tipo de agregado pétreo se puede determinar, de acuerdo a la procedencia
y a la técnica empleada para su aprovechamiento, se pueden clasificar en los
siguientes tipos:
a) Agregados Naturales
Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su
distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final.
b) Agregados de Trituración
Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera
ó de las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. Se incluyen todos
los materiales canterables cuyas propiedades físicas sean adecuadas.
c) Agregados Artificiales
Son los subproductos de procesos industriales, como ciertas escorias o
materiales procedentes de demoliciones, utilizables y reciclables.
5
1.4 Características principales de los agregados pétreos para pavimentos
Las principales características que se deben tener en cuenta en los
agregados para la construcción de pavimentos asfálticos son las siguientes que a
continuación se mencionan.
1.4.1 Forma y angulosidad
La forma de las partículas del agregado grueso afecta fundamentalmente, al
esqueleto mineral. Según su forma, las partículas pueden clasificarse en
redondeadas, irregulares, angulares, lajosas, alargadas y alargadas - lajosas.
Las lajosas y alargadas-lajosas (agujas), pueden romperse con facilidad
durante la compactación o después bajo la acción del tráfico, modificando con ello
la granulometría del agregado inicial. Se deben imponer limitaciones en el contenido
de partículas de mala forma. Aparte de la forma de las partículas del agregado
grueso, se debe tener en cuenta su angulosidad, que influye junto a la textura
superficial de las partículas, en la resistencia del esqueleto mineral, por su
contribución al rozamiento interno.
Los agregados pétreos generalmente más deseados para la elaboración de
mezclas asfálticas son aquellos con una alta proporción de partículas
aproximadamente equidimensionales (cuboides). Los factores intrínsecos, como la
composición de la roca afectan a la forma de los agregados durante los procesos
de trituración.
1.4.2 Resistencia al desgaste
La resistencia mecánica del esqueleto mineral es un factor predominante en
la evolución del comportamiento de una capa de firme después de su puesta en
servicio. La evaluación de dicha resistencia se realiza mediante diversos ensayos
de laboratorio; sin embargo, ninguno de ellos caracteriza el estado tensional del
agregado en el conjunto del firme. Se realizan una serie de ensayos que tienden a
reproducir en laboratorio de manera más sencilla el comportamiento que luego
tendrán los agregados en servicio, para ello se preparan las muestras con
6
granulometrías próximas a las que van a ser puestas en obra, sometiéndolas a un
desgaste que, de forma indirecta, proporciona información de la resistencia
mecánica del material. La prueba de Los Ángeles es un ejemplo de este tipo de
ensayos.
1.4.3 Adhesividad y resistencia al desplazamiento
La adhesividad de los agregados pétreos con los ligantes asfálticos es de
gran importancia, debido a que se pueden presentar fenómenos fisicoquímicos en
la superficie de los agregados empleados en las capas de firme. En estos
fenómenos complejos intervienen tanto factores físicos como la textura del
agregado, la porosidad del mismo, viscosidad y tensión superficial del ligante,
espesor de la película de ligante, etc. Y a su vez factores químicos relativos al
ligante y al agregado. Si los agregados están absolutamente secos, se dejan mojar
fácilmente por los ligantes asfálticos; sin embargo la situación es muy diferente con
algo de humedad que siempre puede existir, ya que la superficie del agregado se
polariza con un signo u otro dependiendo de su naturaleza. Atendiendo a ese criterio
los agregados se clasifican en ácidos y básicos.
1.4.4 Plasticidad y limpieza
Para que un agregado pétreo se comporte adecuadamente dentro de
cualquier capa de firme, debe estar completamente limpio, libre de partículas de
naturaleza orgánica, polvo o arcillas. Se establece en las normativas, que todos los
finos deben tener reducida su plasticidad e incluso que no sean plásticos en la
mayoría de los casos. Las fracciones gruesas deben estar exentas de polvo, fijando
los límites admisibles a través del denominado coeficiente de limpieza.
Se debe garantizar que en presencia de agua, la capa en cuestión conserve
sus características resistentes y que, en su caso, no haya problemas de adhesividad
con los ligantes asfálticos. En ocasiones aunque el agregado fino no sea plástico,
puede estar contaminado por partículas no arcillosas, que no se hayan podido
detectar mediante los límites de Atterberg, pero igualmente nocivas. Un ensayo muy
utilizado para caracterizar desde este punto de vista el agregado fino (realmente
7
todo el material inferior a 5 mm, es decir, se incluye parte del agregado grueso y el
polvo mineral) es el denominado Equivalente de Arena.
1.4.5 Resistencia al desprendimiento
Los defectos de adhesión significan la quiebra de las fuerzas de unión entre
el agregado y su cubierta de conglomerante asfáltico, lo que conduce a una
separación física, una posible consecuencia de los defectos de adhesión, es el fallo
mecánico por desgaste y desflecado de la superficie, pero el fallo mecánico no se
produce inmediatamente después del fallo de adhesión, si el desprendimiento,
aunque sea permanente, se produce a un nivel inferior de la construcción y el grado
de entrecruzamiento físico de las partículas de agregado es suficiente para resistir
el esfuerzo del tráfico. Dado que el desprendimiento es un fenómeno asociado a la
presencia de agua. Se deduce que los pavimentos densos, de bajo contenido en
huecos, son prácticamente inmunes y que el comportamiento de los agregados
pétreos en los ensayos de deslizamiento es bastante irrelevante en dicho uso.
1.5 Clasificación del agregado pétreo de acuerdo a su tamaño
1.5.1 Agregado grueso
Definición de agregado grueso
De acuerdo a la Norma ASTM: el agregado grueso deberá consistir de grava,
grava triturada, piedra triturada, escoria de alto horno enfriada al aire o concreto de
cemento hidráulico triturado, o una combinación de ellos (ASTM, C 33, 2002).
1.5.2 Características y propiedades de los agregados gruesos en mezclas asfálticas
1.5.2.1 Granulometría
La granulometría es la característica física principal y fundamental de todo
conjunto de partículas porque influye de forma muy importante en la resistencia
mecánica del conjunto (esqueleto mineral). Normalmente se utilizan granulometrías
sensiblemente continuas, a fin de conseguir la máxima compacidad del conjunto,
aunque también se emplean granulometrías discontinuas en el caso de algunas
8
mezclas asfálticas. Para encajar una granulometría dentro de algún Huso
normalizado se parte de fracciones uniformes que se mezclan en las proporciones
adecuadas. Los análisis granulométricos se realizan por tamizado; el procedimiento
es análogo al que se emplea para suelos.
El tamaño máximo de los agregados viene normalmente limitado por
consideraciones relativas al espesor de la capa extendida, trabajabilidad,
segregación, etc. Por otra parte la influencia de las partículas finas obliga
normalmente a limitar su porcentaje y su plasticidad. En las mezclas asfálticas tiene
una especial importancia la fracción de tamaño inferior a 63µm, llamada, como se
ha indicado, polvo mineral o fíller, pues algunas características relevantes de la
mezcla dependen del mástico o masa asfáltica formada por la unión del polvo
mineral y del ligante asfáltico.
1.5.2.2 Rozamiento interno
La resistencia a la deformación o capacidad de soporte de una capa de firme
depende esencialmente del rozamiento interno del esqueleto mineral y, en su caso,
de la cohesión que proporciona el eventual ligante o conglomerante. El rozamiento
interno aumenta con partículas angulosas y de textura superficial áspera como por
ejemplo los agregados triturados. También influye de forma importante la
granulometría del agregado y el porcentaje de huecos del material compactado. A
mayores densidades corresponden generalmente mayores resistencias mecánicas,
por lo que la compactación es un factor de primer orden.
La cohesión debe confiarse exclusivamente al ligante asfáltico o
conglomerante. La cohesión entre las partículas suele ser despreciable, y cuando
existe se debe únicamente a la plasticidad de la fracción fina, y en general es más
nociva que útil. Sólo interesa una cierta plasticidad de los finos y muy reducida de
todas formas, cuando se trata de capas granulares no revestidas en caminos de
baja intensidad de tráfico.
9
1.5.2.3 Angulosidad del agregado grueso
La angulosidad del agregado grueso beneficia al esqueleto mineral debido al
rozamiento interno que se genera entre las partículas, esto contribuye a que las
partículas gruesas permanezcan en su lugar cuando el pavimento entre en
funcionamiento y no se produzcan desplazamientos. El empleo de agregados
triturados trae consigo el aumento de la angulosidad de las partículas. La mayoría
de las normativas establecen un mínimo de angulosidad del agregado grueso,
dependiendo de las condiciones de tráfico al que va a estar expuesto el pavimento.
1.5.2.4 Forma del agregado grueso
Las exigencias de forma para el agregado grueso varían ligeramente, con
un mismo tráfico, para las mezclas asfálticas. Lo ideal es que las partículas
presenten formas cuboides, evitando o restringiendo las formas planas, alargadas
y en forma de lajas, ya que como lo hemos dicho antes, este tipo de forma es muy
susceptible a quebrarse bajo condiciones de carga de tráfico, lo que modifica las
granulometrías y las propiedades iniciales de las mezclas.
Existen restricciones en las normativas de materiales para pavimentos en
donde se restringe el uso de partículas con estas formas no deseadas, por medio
de los índices de lajas y de agujas de las distintas fracciones del árido grueso.
1.5.2.5 Resistencia a la fragmentación de los agregados gruesos
Los agregados pétreos deben de cumplir con un cierto mínimo de resistencia
a la fragmentación o al desgaste, lo que da una orientación del comportamiento que
tendrá dicho agregado dentro de la mezcla asfáltica al entrar en servicio el
pavimento.
1.5.2.6 Limpieza del agregado grueso
El agregado grueso deberá estar exento de terrones de arcilla, materia
vegetal, marga u otras materias extrañas que puedan afectar a la durabilidad de la
capa. El contenido de impurezas del agregado grueso, según las normativas deberá
10
ser mínimo, algo muy aproximado al cinco por mil (0.5%) en masa. Aunque se podrá
exigir su limpieza por lavado, aspiración u otros, y realizando una nueva
comprobación.
La exigencia anterior podría cuestionarse considerando que en las plantas
asfálticas modernas existen poderosos sistemas para extraer el polvo e impurezas
del agregado. Sin embargo en una secuencia lógica de exigencias de calidad y
prevenciones, la limpieza inicial del agregado está totalmente justificada.
1.5.2.7 Adhesividad del agregado grueso
El agregado grueso tiene un comportamiento específico respecto a la
adhesividad y a la resistencia al desplazamiento. Se preconiza la comprobación de
la adhesividad agregado – ligante mediante una evaluación global de resistencia
conservada en los ensayos de inmersión – compresión, o de pérdida por abrasión
en el ensayo Cántabro. Estos criterios se refieren obviamente a las propiedades de
las mezclas terminadas más que a la caracterización inicial de los materiales
simples: agregados y ligantes.
En cualquier circunstancia se comprobará la adhesividad agregado–ligante
mediante la caracterización de la acción del agua. Se enmarcan unos parámetros
mínimos en los valores de inmersión – compresión según el tipo de mezcla asfáltica
a utilizar. Se podrá mejorar la adhesividad entre el agregado y el ligante asfáltico
mediante activantes o cualquier otro producto sancionado por la experiencia. Se
establecerán las especificaciones que tendrán que cumplir dichos aditivos y las
mezclas resultantes.
1.6 Agregado fino
1.6.1 Definición de agregado fino
De acuerdo a las Norma ASTM: El agregado fino consistirá en arena natural,
manufacturada arena, o una combinación de los mismos. (ASTM, C 33, 2002).
11
1.6.2 Características y propiedades de los agregados finos en mezclas asfálticas
1.6.2.1 Procedencia del agregado fino
El agregado fino deberá proceder de la trituración de piedra de cantera o
grava natural en su totalidad, o en parte de yacimientos naturales. Existen
limitaciones en la proporción de agregado fino no triturado a emplear en las mezclas.
Regularmente se emplea arena natural en la elaboración de mezclas
asfálticas que van a ser empleadas en pavimentos con una baja intensidad de tráfico
y a bajos niveles de cargas, se deberá señalar la proporción máxima de arena
natural no triturada, a emplear en la mezcla, la cual regularmente no será superior
al 10% de la masa total del agregado combinado y sin que supere el porcentaje de
agregado fino triturado empleado en la mezcla, la limitación de la cantidad de arena
rodada o no triturada que puede incorporarse a la mezcla, se hace por temor a una
disminución de la rigidez final de ésta. Hay autores y administraciones que
consideran que una proporción del orden del 10% puede mejorar al tiempo la
manejabilidad, la compacidad e incluso la estabilidad de la mezcla.
1.6.2.2 Limpieza del agregado fino
El agregado fino deberá estar exento de terrones de arcilla, materia vegetal,
marga y otras materias extrañas, para evitar que se presenten comportamientos
extraños del material dentro de la mezcla, tales como reacciones químicas, pérdida
de estabilidad de la mezcla, abundamientos, entre otros.
1.6.2.3 Resistencia a la fragmentación del agregado fino
El material que se triture para obtener agregado fino deberá cumplir las
condiciones exigidas al agregado grueso sobre el coeficiente de desgaste Los
Ángeles.
Se recomienda usar agregado fino de otra naturaleza, que mejore alguna
característica, especialmente la adhesividad, pero en cualquier caso procederá de
12
agregado grueso con coeficiente de desgaste de Los Ángeles inferior a 25 para
capas de rodadura e intermedias y a 30 para capas de base.
1.7 Polvo mineral (Fíller)
1.7.1 Definición y generalidades
De acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), la
porción de material de un agregado pétreo que pasa la malla # 200(0.075 mm) es
llamada polvo mineral, éste regularmente está asociado a la trituración de rocas.
Este polvo mineral forma parte de un sistema de partículas finamente
divididas, las cuales pueden encontrarse dispersas en el asfalto, actuando
como un medio que puede modificar su consistencia y propiedades
mecánicas
A este polvo mineral se le denomina Filler, ya que forma parte de un
sistema de unión con el asfalto, se dice que su función principal es actuar
como un “llenante o rellenador” al formar parte de un sistema más grande,
compuesto por el asfalto y los agregados pétreos llamado mezcla asfáltica.
Para Superpave, la adhesión y absorción entre agregados pétreos y asfalto,
los agregados pétreos presentan propiedades electrocinéticas, es decir, varían
en función de las especies metálicas activas en la superficie total del agregado
pétreo; además, la polaridad de carga cambia dependiendo de la procedencia
del mismo y a lo cual el asfalto presenta una buena afinidad o rechazo en
la mezcla, creando una afinidad estructural entre los agregados pétreos de
mayor tamaño y el asfalto contenido en el polvo, así como también el llenado de
vacíos se cumple con mayor efectividad.
La química y la mineralogía en los agregados pétreos desempeñan un
papel fundamental en la adherencia con el cemento asfáltico, cada agregado
pétreo de un determinado tipo minera lógico tiene una superficie químicamente
única, su composición varía considerablemente desde los que son principalmente
silíceos a los que son totalmente materiales calcáreos.
13
De lo anterior se deduce que de acuerdo a la composición mineralógica de
los agregados pétreos, la química y el material de menor tamaño contenido en su
superficie tiene más influencia para el desarrollo de la estructura que formarán los
agregados pétreos y propiedades físicas como durabilidad y rigidez,
correspondientes a la mezcla entre asfalto y agregados pétreos (Ochoa, 2014).
1.7.2 Características deseables o de mayor interés del polvo mineral
1.7.2.1 Finura
Al ocupar parcialmente los espacios libres dejados por la estructura granular
compactada y conformada por las partículas mayores, reduce el volumen de vacíos
de la mezcla evitando un aumento pronunciado de la cantidad de ligante asfáltico.
El polvo mineral consigue cumplir con su función rellenadora, dependiendo del
volumen de vacíos existente una vez que se haya compactado la estructura granular
y en función de la granulometría y de las partículas de mayor tamaño.
La densidad aparente del polvo mineral en Tolueno es una medida relativa
del grado de finura del polvo, cualidad muy importante para las características
finales de las mezclas. La densidad aparente del polvo mineral, en algunas normas
aparece comprendida entre cinco y ocho decigramos por centímetro cúbico (0.5 a
0.8 g/cm3).
1.7.2.2 Modificación del comportamiento reológico
El empleo del polvo mineral, incrementa la magnitud de la resistencia a la
deformación de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del ligante, originando
como consecuencia un aumento de la resistencia al corte de las mezclas asfálticas.
1.7.2.3 Acción estabilizante frente al agua
Se incrementa la durabilidad de las mezclas asfálticas frente a la acción del
agua debido a que se reduce parcialmente la porosidad de la estructura granular
evitando el acceso del agua al interior, y por otro lado debido a que algunos polvos
minerales presentan una mayor afinidad con el ligante asfáltico, mejoran la
14
resistencia a la acción de desplazamiento que ejerce el agua sobre el ligante
asfáltico.
Las características de finura y comportamiento reológico se hayan vinculadas
el tamaño y forma de las partículas. La acción estabilizante frente al agua depende
además del tamaño y forma de las partículas, de la composición química de los
rellenos minerales. Las funciones del polvo mineral no pueden apartarse del
contenido y consistencia del ligante asfáltico en la mezcla.
1.7.2.4 Procedencia del polvo mineral
El polvo mineral podrá proceder de los agregados, separándose de ellos por
medio de los ciclones de la central de fabricación, o aportarse a la mezcla por
separado de aquéllos como un producto comercial o especialmente preparado.
Las proporciones del polvo mineral de aportación a emplear en la mezcla
deben cumplir lo que fijen las normas, debido a que es un material que se debe de
utilizar en proporciones adecuadas en cada tipo de mezcla y condiciones, para
obtener un resultado óptimo.
El polvo mineral que quede inevitablemente adherido a los agregados tras su
paso por el secador de la planta de asfalto en ningún caso podrá rebasar ciertos
límites que algunas normas contienen, este valor está aproximadamente dentro del
dos por ciento (2%) de la masa de la mezcla. Si se asegurase que el polvo mineral
procedente de los agregados cumple las condiciones exigidas al de aportación, se
podrá rebajar la proporción mínima de éste.
1.7.3 Propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas
En la interfase filler asfalto y en el comportamiento de la mezcla asfáltica,
tienen que ver las propiedades físicas y químicas tanto como las características
geométricas, propiedades de superficie, adsorción, adhesión, etc.
La irregularidad geométrica (forma, angulosidad y textura de superficie), es
uno de los aspectos más importantes en el papel del fíller dentro de la mezcla. La
15
irregularidad geométrica afecta directamente el contenido óptimo de asfalto en la
mezcla, a las características de interfase del mástico y a su comportamiento
reológico. Todos estos aspectos influyen directamente en el comportamiento
estructural y mecánico de las mezclas. La irregularidad geométrica se puede evaluar
cualitativamente y cuantitativamente mediante el microscopio electrónico, y
caracterizar la forma, angulosidad, textura superficial y la porosidad accesible de las
partículas.
Para la caracterización fisico–química del fíller y su influencia en el
comportamiento y durabilidad de las mezclas asfálticas, el factor más significativo
es la intensidad de adsorción. En los sistemas fíller asfalto , existe adsorción entre
un sólido y una fase viscosa, los factores que influyen más en el mecanismo de
adsorción son la composición del asfalto y las propiedades del fíller, es decir, su
composición mineralógica, sus características estructurales, la textura superficial y
la superficie específica, el tipo de adsorción depende del tipo de fíller principalmente,
todos los procesos de adsorción son exotérmicos y la cantidad de calor liberado
depende del carácter de la interacción entre los átomos y moléculas adsorbidos y
de la superficie del sólido.
El efecto que se logra en un pavimento a partir de la utilización de un fíller
activo en la dosificación de la mezcla asfáltica, es que aumenta considerablemente
su durabilidad. Existen fílleres activos como cal hidratada y dolomíticos que suelen
mantener su resistencia en periodos de tiempo largos de tiempo en condiciones de
contenido óptimo de asfalto, mientras que los fílleres no activos como basaltos y
areniscas suelen deteriorarse rápidamente, también bajo condiciones de contenido
óptimo de asfalto.
El contenido de asfalto tiene sus repercusiones en la durabilidad de una
mezcla, se sabe que un incremento en el contenido de asfalto tiene un efecto
favorable significativo en la durabilidad de los pavimentos, este efecto se debe
principalmente, a que las capas de asfalto que recubren los agregados son más
gruesas y a la reducción en el volumen de huecos, que hace disminuir la penetración
del agua a las capas. La mejora en la durabilidad con el incremento de contenido
16
de asfalto no es uniforme debido a que depende del tipo de fíller involucrado en la
mezcla.
Las propiedades de los fílleres tienen un efecto muy importante en la
durabilidad potencial de las mezclas asfálticas, el efecto del fíller suele manifestarse,
si es activo suele mantener resistencia por más tiempo que si no es activo.
La durabilidad potencial de la mezcla asfáltica suele mejorar con un
incremento en el contenido de asfalto por encima del óptimo básico, es decir las
condiciones óptimas de durabilidad se obtienen para contenidos de asfalto
superiores al óptimo convencional, en este caso las muestras con fílleres no activos
resultan ser más sensibles al contenido de asfalto que en aquellas que contienen
filleres activos (Rodríguez, 2004).
1.7.4 Influencia del filler en las propiedades de las mezclas asfálticas
La calidad de las mezclas asfálticas para pavimentación se puede resumir en
tres propiedades principales que son: Resistencia ante la deformación, flexibilidad
y durabilidad, en las cuales el filler tiene una influencia importante, ya que su
inclusión permite:
Mejorar el cerrado de la mezcla sin el empleo exagerado de asfalto. Esto
debido a que el filler actúa como rellenador de vacíos, lo cual permite disminuir
espacios libres existentes entre agregados mayores. Esta actividad además
depende de los vacíos de la mezcla, ya que cuando el agregado está bien graduado
y la forma de sus partículas, permiten una ajustada distribución, entonces la
necesidad de agregar filler es menor, incluso puede llegar a ser inconveniente por
disminuir exageradamente espacios libres que deben ser ocupados parcialmente
por asfalto y en consecuencia se obtendrían mezclas pobres en ligante de menor
durabilidad.
Incrementar la resistencia a la deformación de la mezcla asfáltica*. Esto
debido a que el filler aumenta de manera importante la viscosidad del asfalto, mejor
dicho la combinación filler asfalto o “mástico” es un sistema de alta viscosidad el
cual participa de manera importante en la resistencia ante la deformación.
17
Incrementar la durabilidad de la mezcla. Esto debido a que el filler actúa como
rellenador de vacíos, lo cual permite disminuir la porosidad dificultando la entrada
de agentes agresivos como agua y aire; Además de que es el principal aglomerante
dentro de la mezcla asfáltica y mantiene unidos a los agregados gruesos (Ferreira).
1.8 Caracterización del material asfáltico
1.8.1 Cemento asfáltico convencional
Definición
El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido
principalmente por asfaltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan
características de consistencia, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y
tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Al calentarse
se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida.
Los materiales asfálticos se emplean en la elaboración de carpetas,
morteros, riegos y estabilizaciones, ya sea para aglutinar los materiales pétreos
utilizados, para ligar o unir diferentes capas del pavimento; o bien para estabilizar
bases o subbases. También se pueden usar para construir, fabricar o
impermeabilizar otras estructuras, tales como algunas obras complementarias de
drenaje, entre otras (N-CMT-4-05-001, 2005).
Características del cemento asfáltico
La necesidad de aprovechar las ventajas del cemento asfáltico como
aglomerante ha provocado que ingenieros e investigadores estudien su peculiar
comportamiento ante la susceptibilidad térmica y al tiempo de aplicación de la carga.
El asfalto es un material que puede ser considerado elástico lineal a bajas
temperaturas y altas frecuencias de carga, pero presenta propiedades plásticas y
viscosas a temperaturas más altas y velocidades bajas, de ahí que comúnmente se
considere como un material visco-elástico.
Otra característica importante del asfalto es la oxidación o envejecimiento
provocada por la reacción de sus moléculas orgánicas con el oxígeno del medio
18
ambiente. La oxidación del asfalto debilita su estructura, resultando un asfalto más
duro y frágil.
Clasificación
La Secretaria de Comunicaciones y Transportes distingue al material
asfáltico en función del vehículo que se emplee para su incorporación o aplicación,
clasificándolo en emulsiones asfálticas, asfaltos rebajados y cementos asfálticos,
como se indica en la Tabla 1.1.
Las emulsiones asfálticas son los materiales asfálticos líquidos estables,
constituidos por dos fases no miscibles, en los que la fase continua de la emulsión
está formada por agua y la fase discontinua por pequeños glóbulos de cemento
asfáltico.
El empleo de emulsiones asfálticas se debe a la necesidad de trabajar en
tiempo lluvioso y frío sin los inconvenientes de los asfaltos rebajados, además de
evitar su calentamiento. Las emulsiones son la base actualmente de la denominada
tecnología en frío.
Dependiendo de la polaridad positiva o negativa transferida a los glóbulos se
les denomina emulsiones catiónicas (C) y aniónicas (A) respectivamente. En
términos generales, las emulsiones aniónicas tienen buena adhesividad con los
áridos calizos y las catiónicas con los silíceos.
A su vez la velocidad de rotura de una emulsión asfáltica es un factor
decisivo para su aplicación en obra. De tal manera, existen emulsiones de rotura
rápida (R), media (M), y lenta (L).
El contenido de cemento asfáltico en las emulsiones asfálticas varía desde
50 hasta 70 % en masa.
Con estas tres variantes las emulsiones asfálticas son clasificadas por la
S.C.T. De tal manera que la designación EAM-65 se refiere a una emulsión asfáltica
aniónica (A), de rompimiento medio (M) y con 65% de cemento asfáltico con
respecto a su masa.
19
Las características y proporción del fluidificante sirven para llegar a obtener
un cemento asfáltico con las propiedades de aplicación deseadas. Las
especificaciones mexicanas establecen dos tipos de emulsiones fluidificadas:
FR-3 (fraguado rápido), emplean solventes muy volátiles para su
fluidificación, como la nafta y la gasolina.
FM-1 (fraguado medio), son fluidificados con queroseno.
Los diferentes tipos de cementos asfálticos son clasificados dependiendo de
la viscosidad dinámica a 60 °C que estos presenten. Por ejemplo, la clasificación
AC-20 se refiere a un cemento asfáltico con una viscosidad a los 60°C de 20 Pa-s
(Valencia, 2004).
Tabla 1.1 - Clasificación de los materiales asfálticos (N-CMT-4-05-001,
2005).
Cementos asfálticos
Los cementos asfálticos son asfaltos obtenidos del proceso de destilación del
petróleo para eliminar solventes volátiles y parte de sus aceites. Su viscosidad varía
con la temperatura y entre sus componentes, las resinas le producen adherencia
con los materiales pétreos, siendo excelentes ligantes, pues al ser calentados se
licúan, lo que les permite cubrir totalmente las partículas del material pétreo.
Material
asfáltico
Vehículo para
su operación Usos mas comunes
Cemento
asfáltico Calor
Se utiliza en la elaboración en caliente de
carpetas, morteros y estabilizaciones, así como
elemento base para la fabricación de emulsiones
asfálticas y asfaltos rebajados
Emulsión
asfálticaAgua
Se utiliza en la elaboración en frío de carpetas,
morteros, riegos y estabilizaciones.
Asfalto
rebajado Solventes
Se utiliza en la elaboración en frío de carpetas y
para la impregnación de subbases y bases
hidraúlicas.
20
Según su viscosidad dinámica a sesenta (60) grados Celsius, los cementos
asfálticos se clasifican como se indica en la Tabla 1.2, donde se señalan los usos
más comunes de cada uno.
Tabla 1.2 - Clasificación de los cementos asfálticos según su viscosidad dinámica a 60⁰C (N-CMT-4-05-001, 2005).
Viscosidad a
60 ⁰
Pa-s [P ⁽¹⁾]
AC-550 ± 10
(500 ± 100)
En la elaboración de carpetas de mezcla en caliente dentro
de las regiones indicadas como Zona 1 en la Figura 1.1
En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen
para riegos de impregnación, de liga y poreo con arena, así
como en estabilizaciones
AC-10
100 ± 20
(1000 ±
2000)
En la elaboración de carpetas de mezcla en caliente dentro
de las regiones indicadas como Zona 2 en la figura 1.1
En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen
en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en
carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones
indicadas como Zona 1 en la Figura 1.1
AC-20200 ± 40
(2000 ± 400)
En la elaboración de carpetas de mezcla en caliente dentro
de las regiones indicadas como Zona 3 en la figura 1.1
En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen
en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en
carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones
indicadas como Zona 2 en la Figura 1.1
AC-30300 ± 60
(3000 ± 600)
En la elaboración de carpetas de mezcla en caliente dentro
de las regiones indicadas como Zona 4 en la Figura 1.1
En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen
en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en
carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones
indicadas como Zona 3 y 4 en la Figura 1.1
En la elaboración de asfaltos rebajados en general, para
utilizarse en carpetas de mezcla en frío, así como en
riegos de impregnación.
Clasifi
cación Usos mas comunes
21
Emulsiones asfálticas
Las emulsiones asfálticas son los materiales asfálticos líquidos estables,
constituidos por dos fases no miscibles, en los que la fase continua de la emulsión
está formada por agua y la fase discontinua por pequeños glóbulos de cemento
asfáltico. Se denominan emulsiones asfálticas aniónicas cuando el agente
emulsificante confiere polaridad electronegativa a los glóbulos y emulsiones
asfálticas catiónicas cuando les confiere polaridad electropositiva, la Tabla 1.3
muestra la clasificación de las mismas.
Las emulsiones asfálticas pueden ser de los siguientes tipos:
De rompimiento rápido, que generalmente se utilizan para riegos de liga y
carpetas por el sistema de riegos, a excepción de la emulsión ECR-60, que
no se debe utilizar en la elaboración de éstas últimas.
De rompimiento medio, que normalmente se emplean para carpetas de
mezcla en frío elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de
finos en la mezcla es igual que dos (2) por ciento o menor, así como en
trabajos de conservación tales como bacheos, renivelaciones y
sobrecarpetas.
De rompimiento lento, que comúnmente se utilizan para carpetas de mezcla
en frío elaboradas en planta y para estabilizaciones asfálticas.
Para impregnación, que particularmente se utilizan para impregnaciones de
subbases y/o bases hidráulicas.
Superestables, que principalmente se emplean en estabilizaciones de
materiales y en trabajos de recuperación de pavimentos.
22
Tabla 1.3 - Clasificación de las emulsiones asfálticas (N-CMT-4-05-001, 2005).
Figura 1.1 - Regiones geográficas para la utilización de asfaltos clasificados según su viscosidad dinámica a 60°C (N-CMT-4-05-001, 2005).
Clasificación Contenido de cemento
asfáltico en masa %Tipo Polaridad
EAR-55 55
EAR-60 60
EAM-60 60
EAM-65 65
EAL-60 55
EAL-60 60
EAI-60 60 Para impregnación
ECR-65 60
ECR-63 65
ECR-70 70
ECM-65 65 Rompimiento medio
ECL-65 65 Rompimiento lento
ECI-60 60 Para impregnación
ECS-60 60 Sobrestabilizada
Rompimiento rápido
Rompimiento medio
Rompimiento lento
Rompimiento rápido
Aniónica
Catiónica
23
Asfaltos rebajados Los asfaltos rebajados, que regularmente se utilizan para la elaboración de
carpetas de mezcla en frío, así como en impregnaciones de bases y subbases
hidráulicas, son los materiales asfálticos líquidos compuestos por cemento asfáltico
y un solvente, clasificados según su velocidad de fraguado como se indica en la
Tabla 1.4 de esta Norma.
Tabla 1.4 - Clasificación de los asfaltos rebajados (N-CMT-4-05-001, 2005).
1.8.2 Cemento asfáltico por grado PG
Cementos asfálticos Grado PG Son aquellos cuyo comportamiento en los pavimentos está definido por las
temperaturas máxima y mínima que se esperan en el lugar de su aplicación, dentro
de las cuales se asegura un desempeño (performance) adecuado para resistir
deformaciones o agrietamientos por temperaturas bajas o por fatiga, en condiciones
de trabajo que se han correlacionado con ensayes especiales y simulaciones de
envejecimiento a corto y a largo plazo. Estos ensayes miden propiedades físicas
que pueden ser directamente relacionadas, mediante principios de ingeniería, con
el comportamiento en obra, y forman parte de los productos del Programa de
Investigación de Carreteras desarrollado por la Unión Americana, conocida como la
Tecnología SHRP.
Grado de desempeño (PG)
El grado de desempeño o Grado PG es el rango de temperaturas, máxima a mínima,
entre las que un cemento asfáltico se desempeña satisfactoriamente. El Grado PG
permite seleccionar el cemento asfáltico más adecuado para una determinada obra,
Clasificación Velocidad de
fraguado Tipo de solvente
FR-3 Rápida Nafta, gasolina
FM-1 Media Queroseno
24
en función del clima dominante y de la magnitud del tránsito a que estará sujeta
durante su vida útil.
Un cemento asfáltico clasificado como PG 64-22 tendrá un desempeño
satisfactorio cuando trabaje a temperaturas tan altas como sesenta y cuatro (64)
grados Celsius y tan bajas como menos veintidós (-22) grados Celsius. Las
temperaturas máximas y mínimas se extienden tanto como sea necesario con
incrementos estandarizados de seis (6) grados. Sin embargo, generalmente las
temperaturas máximas se consideran de sesenta y cuatro (64) a ochenta y ocho
(88) grados Celsius y las mínimas, de menos cuarenta (-40) a menos veintidós (-22)
grados Celsius.
Los grados PG pueden ser tantos y tan amplios como la gama de
temperaturas que se registran en el país, sin embargo, para fines prácticos, es
recomendable seleccionar un cemento asfáltico que corresponda a uno de los tres
(3) grados PG que se indican en la Figura 1.2, de acuerdo con el clima de la zona
geográfica donde se le pretenda utilizar, de entre las zonas en que se ha dividido la
República Mexicana que se muestran en la misma Figura, pero considerando que
dentro de una misma zona, las condiciones del clima en un área determinada
pueden variar, lo que se debe tomar en cuenta para elegir el Grado PG adecuado.
La temperatura máxima del Grado PG seleccionado según el clima, se ajusta
de acuerdo con la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes
equivalentes de ocho coma dos (8,2) toneladas, acumulados durante un periodo de
servicio del pavimento de diez (10) años (ΣL10) y de acuerdo con la velocidad de
operación, como se indica en la Tabla 1.5.
La Tabla 1.6, muestra los requisitos de calidad que se deben de satisfacer
en la utilización de los distintos cementos asfálticos por Grado PG (N-CMT-4-05-
004, 2005).
25
Figura 1.2 - Regiones geográficas para la utilización recomendable de cementos asfálticos Grado
PG (N-CMT-4-05-004, 2005).
26
Tabla 1.5 - Ajustes del Grado PG seleccionado por clima de acuerdo con la intensidad del tránsito esperada y con la velocidad de operación (N-CMT-4-05-
004, 2005).
Ajuste por velocidad
lenta
Ajuste por
tránsito detenido
(Entre 10 y 30 km/h) (cruceros)
PG 64 PG 64 PG 70 PG 76
PG 70 PG 70 PG 76 PG 82
PG 76 PG 76 PG 82 PG 88
PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
PG 70 PG 76 PG 82 PG 88
PG 76 PG 82 PG 88 PG 88
PG 64 PG 76 PG 82 PG 88
PG 70 PG 82 PG 88 PG 88
PG 76 PG 88 PG 88 PG 88⁽¹⁾∑L₁₀ = Número de ejes equivalentes de 8.2 t 8 (ESAL), esperado durante un periodo de servicio del pavimento
de 10 años
∑L₁₀>10⁷
Intensidad del
tránsito (∑L₁₀)⁽¹⁾
Grado PG
seleccionado
por clima
Ajuste por
intensidad
del tránsito
∑L₁₀<10⁶
10⁶≤∑L₁₀≤10⁷
27
Tabla 1.6 - Requisitos de calidad para cementos asfálticos Grado PG (N-CMT-4-05-004, 2005).
-22 -28 -34 -40 -22 -28 -34 -40 -22 -28 -34 -22 -28 -34 -22 -28 -34
Temperatura máxima de
diseño del pavimento
(promedio de 7 días), °C
Temperatura mínima de
diseño del pavimento, ⁰C>-22 >-28 >-34 >-40 >-22 >-28 >-34 >-40 >-22 >-28 >-34 >-22 >-28 >-34 >-22 >-28 >-34
Punto de inflación
Cleveland (¹), °C, mín.
Viscosidad dinámica a
135°C[¹]; Pa-s (P[²],
máximo.
Pérdida por
calentamiento; %, máximo
Temperatura de
envejecimiento PAV; °C
· En climas
normales
· En climas
desérticos
Índice de endurecimiento
físico (⁴), máximo
25 22 19 16 28 25 22 19 31 28 25 34 31 28 34 31 28
-12 -18 -24 -30 -12 -18 -24 -30 -12 -18 -24 -12 -18 -24 -12 -18 -24
⁽¹⁾ Determinado mediante el procedimiento de prueba que corrresponda.
⁽²⁾ Poises.
⁽⁴⁾El endurecimiento fisico del asfalto es desarrollado de acuerdo con el número de muestras de viga, conforme a la determinación a la rigidéz de flexión, mediante el Reómetro
de f lexión de viga BBR, excepto que las condiciones de tiempo se extiendan a 24 h y el valor sea reportado únicamente para propositos de información.
Rigidez de Fléxion s(1)
[¹][⁵];MPa, máximo (m=0,3
min)
· Temperatura de
prueba @60 s,°C
300
100
100
100
110
100
110
100
110
64 70 76
88
⁽³⁾ Para control de calidad de producción de asfaltos normales sin modif icar, cuando sean liquido new toniano, la viscocidad dinámica del cemento asfáltico original puede
sustituir al módulo de cortte dinámico G°/sen δ, a las temperaturas de pueba.
88
Después de envejecimiento en vasija de presión temperatura y aire
1
Reportar
Módulo reológico de corte
dinámico (G*/senδ)[¹], kPa
máximo
· Temperatura de
prueba @10 rad/s,°C
5 000
100
110
82
2.2
Módulo reológico de corte
dinámico (G*/senδ) [¹];
kPa, mínimo
· Temperatura de
prueba @ 10 rad/s;°C
70 76
PG 64Grado de comportamiento
64
1
PG 70 PG 76 PG 82
82
Después de prueba de película delgda y aire de horno ⁽¹⁾
76 82
PG 88
Asfalto Original
230
3
Módulo reológico de corte
dinámico (G°/sen δ)(¹’) (³);
kPa, minimo
· Temperatura de
prueba @10 rad/s; °C 64 70 88
28
Dentro de las especificaciones relacionadas al ligante asfáltico se realizan
innovadores ensayos para la caracterización de su desempeño.
La evaluación de las propiedades físicas en el cemento asfáltico envejecido
es una de las grandes diferencias con respecto a otros métodos anteriormente
practicados. Además, el grado de envejecimiento es reproducido en función de la
etapa del cemento asfáltico que se desee evaluar.
De tal manera, que durante la caracterización se reproduce el envejecimiento
del cemento asfáltico durante el mezclado en caliente y la colocación (etapa de
construcción) mediante el Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFO) y un
envejecimiento más severo para simular la oxidación producida por el paso de los
años durante su vida de servicio con el Equipo de Envejecimiento a Presión (PAV).
Para la determinación de los grados de alta y baja temperatura son utilizados
innovadores dispositivos que permiten conocer su comportamiento a distintas
temperaturas.
El Reómetro de Corte Dinámico (DSR) permite conocer el módulo complejo
de corte (G*) y el ángulo de fase (σ) con los que se puede controlar la rigidez
(stíffness) del cemento asfáltico. Los ensayos efectuados con este dispositivo se
emplean para determinar el grado de alta temperatura.
El Viscosímetro Rotacional (RTV) tiene como función caracterizar la rigidez
del asfalto cuando su comportamiento es prácticamente idéntico al de un fluido. La
temperatura a la que se realiza normalmente el ensayo es a 135 °C. Sin embargo,
se llegan a hacer otras mediciones variando la temperatura para determinar las
temperaturas de mezclado y compactado del cemento asfáltico.
El Reómetro de Flexión (BBR) se emplea para conocer también la rigidez del
asfalto pero a bajas temperaturas contribuyendo a la determinación del grado de
baja temperatura del cemento asfáltico.
El Ensayo de Tensión Directa (DTT) complementa la identificación del grado
de baja temperatura al identificar la deformación específica de falla en tensión en el
cemento asfáltico (Valencia, 2004).
29
1.9 Metodologías de Diseño de mezclas asfálticas
1.9.1 Método Marshall
Desarrollado por Bruce Marshall quien colaboraba para el "Mississippi State
Highway Department". Posteriormente, en 1943 fue mejorado por el Cuerpo de
Ingenieros de Estados Unidos de Norteamérica e incluido en la norma ASTM D 1559
y AASHTO T 245.
Dicho cuerpo de ingenieros decidió adoptar el método Marshall, desarrollarlo
y adaptarlo para diseño y control de mezclas asfálticas de pavimento bituminoso en
el campo, debido en parte a que el método utilizaba equipo portátil. A través de una
investigación de pruebas de tránsito, y estudios de correlación, en el laboratorio, el
Cuerpo de Ingenieros mejoro y agrego ciertos detalles al procedimiento de Ensayo
Marshall, y posteriormente desarrollo criterios de diseño de mezclas.
El propósito del método Marshall es determinar el contenido óptimo de asfalto
para una combinación específica de agregados. El método también provee
información sobre propiedades de la mezcla asfáltica en caliente, y establece
densidades y contenidos óptimos de vacío que deben ser cumplidos durante la
construcción del pavimento.
El método Marshall, solo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) de
pavimentación que usan cemento asfaltico clasificado con viscosidad o penetración
y que contienen agregados con tamaños máximos de 25.0 mm o menos. El método
puede ser usado para el diseño en laboratorio, como para el control de campo de
mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación.
El Método consiste en la rotura de probetas cilíndricas de 101.6 mm de
diámetro y 63.5 mm de altura a 60°C mediante la aplicación de una mordaza
perimetral que ejerce una velocidad de deformación constante de 50.8 mm/min. Su
objetivo es determinar el Contenido Óptimo de Asfalto que una mezcla densa
requiere estableciendo un punto de equilibrio entre la durabilidad de la mezcla, que
30
aumenta con el contenido de asfalto, y su estabilidad, que tras alcanzar un máximo
desciende con rapidez al aumentar dicho contenido de betún.
Se define como estabilidad Marshall a la carga de rotura de la probeta y como
deformación o flujo Marshall al acortamiento diametral hasta el momento de rotura,
(Figura 1.3). Ambos valores son obtenidos de la curva que resulta al graficar la
secuencia del ensayo.
Figura 1.3 - Representación gráfica de la relación de estabilidad y flujo Marshall (Valencia, 2004).
Con los datos obtenidos se dibujan las gráficas en las que se coloca, en las
abscisas el porcentaje de asfalto y en las ordenadas la densidad aparente, la
relación de vacíos, la estabilidad Marshall, el flujo y los vacíos del agregado mineral.
Se reporta como el contenido óptimo de asfalto al promedio del contenido de asfalto
que le corresponden las mejores propiedades de densidad aparente, estabilidad
Marshall y relación de vacíos en la mezcla. Simultáneamente se revisa que el flujo
Marshall, la relación de vacíos en los agregados y los vacíos ocupados por asfalto
se encuentren dentro de las especificaciones de la Secretaría de Comunicaciones
y Transportes.
Una ventaja del método Marshall es la peculiar atención que le da a la
densidad y a los vacíos en la mezcla asfáltica. Este análisis asegura la apropiada
proporción volumétrica de los componentes de la mezcla asfáltica lo que logra
diseños durables. Otra ventaja es que requiere de equipos relativamente
económicos y portables con lo que se logra un adecuado control de la calidad en
campo. Sin embargo, el método para la compactación de las probetas es criticado
31
pues afirman no reproduce los procedimientos seguidos en la etapa de construcción
del pavimento. Adicionalmente, la estimación de la resistencia al corte mediante la
estabilidad Marshall tampoco refleja lo que ocurre en un pavimento real bajo
tránsito. Las anteriores deficiencias del método pueden resultar en mezclas
asfálticas propensas al ahuellamiento.
En México, desde 1960 el Método Marshall ha sido empleado para el diseño
de mezclas asfálticas. Actualmente, los criterios de calidad son publicados por las
normas de la S.C.T. en función de la intensidad de tráfico de diseño (Valencia,
2004).
1.9.1.1 Granulometría
La metodología Marshall utiliza una gráfica semilogarítmica para definir la
granulometría permitida, en la cual en la ordenada se encuentran el porcentaje de
material que pasa cierta malla, y en la abscisa las aberturas de las mallas en mm,
graficadas en forma logarítmica.
La selección de una curva granulométrica para el diseño de una mezcla
asfáltica cerrada o densa, está en función de dos parámetros: el tamaño máximo
nominal del agregado y el de las líneas de control (superior e inferior). Las líneas de
control son puntos de paso obligado para la curva granulométrica (IMT, 2004).
La Tabla 1.7, presenta los tamaños máximos nominales más utilizados, así
como sus líneas de control de acuerdo a la normativa SCT.
32
Tabla 1.7 - Requisitos de granulometría del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa, únicamente para ∑L≤10⁶ (N-CMT-4-04, 2008).
1.9.1.2 Especificaciones de la metodología
La selección del contenido óptimo de asfalto depende de muchos criterios.
Un punto inicial para el diseño es escoger el porcentaje de asfalto para el promedio
de los límites de vacíos de aire, el cual es 4%. Todas las propiedades medidas y
calculadas bajo este contenido de asfalto deberán ser evaluadas comparándolas
con los criterios para el diseño de mezclas (Tablas 1.8, 1.9 1.10 y 1.11). Si todos los
criterios se cumplen, entonces se tendrá el diseño preliminar de la mezcla asfáltica,
en caso de que un criterio no se cumpla, se necesitará hacer ajustes, o rediseñar la
mezcla.
9.5
(⅜)
12.5
(½)
19
(¾)
25
(1)
37.5
(1 ½)
50 2” --- --- --- --- 100
37.5 1¹/₂” --- --- --- 100 90-100
25 1” --- --- 100 90-100 76-90
19 ¾” --- 100 90-100 79-92 66-83
12.5 ½” 100 90-100 76-89 64-81 53-74
9.5 ⅜” 90-100 79-92 67-82 56-75 47-68
6.3 ¼” 76-89 66-81 56-71 47-65 39-59
4.75 N°4 68-82 59-74 50-64 42-58 35-53
2 N°10 48-64 41-55 36-46 30-42 26-38
0.85 N°20 33-49 28-42 25-35 21-31 19-28
0.425 N°40 23-37 20-32 18-27 15-24 13-21
0.25 N°60 17-29 15-25 13-21 11-19 9-16
0.15 N°100 12-21 11-18 9-16 8-14 6-12
0.075 N°200 6-9 5-8 4-7 3-6
MallaTamaño nominal del material pétreo
mm(in)
Designación
Porcentaje que pasa
Abertura
mm
7-10
33
Tabla 1.8 - Requisitos de calidad para mezclas de granulometria densa, diseñadas mediante el metodo Marshall (N-CMT-4-05-003, 2008).
Tabla 1.9 - Vacíos en el agregado mineral (VAM) para mezclas de granulometría densa, diseñadas mediante el método Marshall (N-CMT-4-05-003,
2008).
Tabla 1.10 - Requisitos de calidad del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa, únicamente para ∑l≤10⁶ (N-CMT-4-04, 2008).
∑L ≤ 10⁶ 10⁶ < ∑10⁷⁽²⁾
Compactación; número de golpes en
cada cara de la probeta50 75
Estabilidad; N (Ib), minimo 5 340 (1 200) 8 000 (1 800)
Flujo; mm (10⁻² in) 2 – 4 (8 -16) 2 - 3.5 (8-14)
Vacíos en la mezcla asfáltica (VMC); % 3-5 3-5
Vacíos ocupados por el asfalto (VFA);% 65 - 78 65 - 75
⁽¹⁾∑L = Número de ejes equivalentes de 8.2 t (ESAL), esperado durante la vida útil del pavimento.
Numero de ejes equivalentes de
diseño ∑L⁽¹⁾Características
⁽²⁾ Para transitos mayores de 10⁷ ejes equivalentes de 8.2 t, se requiere un diseño especial de la
mezcla.
Característica Valor
Densidad relativa mínima 2.4
Desgaste de los Ángeles; %, máximo 35
Partículas alargadas y lajeadas; %, máximo 40
Equivalente de arena; %, mínimo 50
Pérdida de estabilidad por inmersión en agua; %, máximo 25
3 4 5
mm Designación
9.5 ⅜” 14 15 16
12.5 ½” 13 14 15
19 ¾” 12 13 14
25 1” 11 12 13
37.5 1 ½” 10 11 12
Tamaño nominal del
material pétreo
utilizado en la mezcla⁽¹⁾
Vacíos en la mezcla asfáltica (VMC) de diseño
%
Vacíos en el agregado mineral (VAM) %, mínimo
⁽¹⁾ El tamaño nominal corresponde al indicado en la clausula D. de la Norma N-CMT-4-04, Materiales
Pétreos para Mezclas Asfálticas, para el tipo y granulometria del material pétreo utilizado en la mezcla.
34
Tabla 1.11 - Requisitos de calidad para cemento asfáltico clasificado por viscosidad dinámica a 60⁰C (N-CMT-4-05-001, 2005).
1.9.2 Metodología Superpave
1.9.2.1 Análisis de la granulometría Superpave
La aparición de nuevos criterios para la evaluación de la graduación de
agregados es debido al surgimiento de la metodología de diseño Superpave, la cual
forma parte del programa estratégico de investigación en carreteras (Strategic
Highway Research Program, SRHP), el cual está dirigido a mejorar el desempeño
y vida útil de las carreteras.
AC-5 AC-10 AC-20 AC-30
Del cemento asfáltico original:
50 ± 10 100 ± 20 200 ± 40 300 ± 60
(500 ± 100) (1000 ± 200) (2000 ± 400 (3000 ± 600)
Viscosidad cinemática a 135°C; mm²/s
mínimo (1 mm²/s= 1 centistoke)175 250 300 350
Viscosidad Saybolt-Furol a 135°C; s,
mínimo 80 110 120 150
Penetración a 25°C, 100 g, 5s; 10ˉ¹ mm,
mínimo140 80 60 50
Punto de inflamación Cleveland; °C,
mínimo 177 219 232 232
Solubilidad; %, mínimo 99 99 99 99
Punto de restablecimiento; °C 37 - 43 45 - 52 48 - 56 50 - 58
Pérdida por calentamiento; %, máximo 1 0.5 0.5 0.5
200 400 800 1 200
2000 4000 8000 12000
Ductilidad a 25⁰C y 5 cm/min; cm,
mínimo 100 75 50 40
Penetración retenida a 25⁰C; %,
mínimo 46 50 54 58
⁽¹⁾ Poises
Viscosidad dinámica a 60°C; Pa-s
(P⁽¹⁾), máximo
CaracterísticasClasificación
Viscosidad dinámica a 60°C; Pa.s
(P⁽¹⁾)
Del residuo de la prueba de la película
delgada:
( ) ( ) ( ) ( )
35
Los puntos a discutir en la metodología Superpave son:
Tamaño de mallas
Gráfica elevada al exponente 0.45
Línea de máxima densidad
Tamaño máximo nominal y tamaño máximo
Mecanismos de control de la granulometría
La zona restringida
1.9.2.2 Tamaño de mallas
Actualmente en México no existe un juego universal de mallas, la mayoría de
los estados utilizan lo descrito en las normas SCT y NMX, sin embargo en algunas
empresas privadas se utilizan los descritos en las normas americanas AASTHO y
ASTM. En la Tabla 1.12 se presentan las mallas utilizadas comúnmente en México,
mediante la combinación de normas mexicanas y americanas.
La diferencia principal se encuentra en las mallas utilizadas para los
agregados finos, en especial para el rango de las arenas, utilizándose en las normas
mexicanas las mallas 10, 20, 40 y 60 y siendo las mallas 8, 16, 30 y 50 sus
equivalentes en las normas americanas.
Tabla 1.12 - Mallas utilizadas para el diseño de mezclas asfálticas (IMT, 2006).
MallaAbertura
(mm)Abertura ⁰ˑ⁴⁵ Malla
Abertura
(mm)Abertura ⁰ˑ⁴⁵
2" 50 5.81 No 10 2 1.37
1 ½" 37.5 5.11 No 16 1.18 1.08
1" 25 4.26 No 20 0.85 0.93
¾" 19 3.76 No 30 0.6 0.79
½" 12.5 3.12 No 40 0.425 0.68
⅜" 9.5 2.75 No 50 0.3 0.58
¼" 6.3 2.29 No 60 0.25 0.54
No 4 4.75 2.02 No 100 0.15 0.43
No 8 2.36 1.47 No 200 0.075 0.31
36
1.9.2.3 Gráfica elevada al exponente 0.45
Para especificar la granulometría, Superpave ha modificado el enfoque de la
granulometría Marshall, tomando en consideración recomendaciones de la FHWA.
Emplea el exponente 0.45 en la carta de granulometría para definir la granulometría
permitida (gráfica de Fuller), mediante una técnica gráfica única para juzgar la
distribución de tamaños acumulados de partículas de una mezcla de agregados.
Las ordenadas de la carta son los porcentajes que pasan, en escala aritmética, las
abscisas representan las aberturas de los tamices en mm, elevadas a la potencia
0.45.
1.9.2.4 Gráfica de Fuller
La curva de distribución granulométrica de un material grueso, no uniforme,
o gráfica de Fuller tiene su origen en la ecuación de Fuller, la cual representa
condiciones de máxima densidad y mínimo de vacíos en el agregado mineral (VAM).
La ecuación se describe a continuación:
Donde:
Pi = acumulado que pasa, en decimal, para el diámetro de la partícula Di
Di = diámetro de la partícula
Dmáx = tamaño máximo del material
N= valor asociado a la forma de la curva
Con la expresión de Fuller, la graduación de agregados para una mezcla
asfáltica se puede expresar por un par de números, esto es, un coeficiente de forma
(n) y el tamaño máximo (Dmáx). La literatura sugiere que cuando el factor de forma
tiene un valor de 0.45 la mezcla es capaz de alcanzar las máximas densidades
cuando se compacta. Lo que hay que resaltar aquí es que sólo las curvas con n
Pi = Dmax
Di
n
Ecuación 1.1
37
igual o cercana a 0.45 producen la máxima densificación; aunque esto se ha
desvirtuado en la actualidad.
La Figura 1.4 muestra la representación con el diámetro elevado a la potencia
de 0.45 que fue introducida en los años 60′s por la FHWA (Federal Highway
Association) de Estados Unidos. Esta representación permite visualizar la línea de
máxima densificación y evitar que la curva de graduación de diseño caiga encima
de ella. En general, la curva de máxima densificación es temida porque produciría
inaceptablemente bajos valores de vacíos en el agregado mineral VAM.
Figura 1.4 - Representación de granulometrías según FHWA (IMT, 2006).
Un rango importante de esta carta es la granulometría de máxima densidad;
corresponde a una línea recta extendida desde la abscisa de tamaño máximo de
agregado y ordenada 100%, hasta el origen (0%, 0 mm).
1.9.2.5 Importancia de la gráfica de Fuller
La importancia de usar la gráfica de Fuller, es que permite expresar la
graduación de agregados en una mezcla asfáltica con dos números (ni/Di). El
primero está referido a la forma de la curva y a la estructura y arreglo geométrico de
la potencial masa compactada, y el otro al tamaño máximo del agregado. Esto
facilita la expresión y manejo de la graduación, de las especificaciones
granulométricas y hasta la definición de la buena graduación y el potencial de
densificación de la mezcla.
El ajuste de Fuller también puede servir para controlar la variabilidad de la
producción diaria de la mezcla en planta. Este método para evaluar la variabilidad
de una granulometría aventaja al método tradicional de tolerancias de mallas
38
individuales pues aquel considera a la graduación de manera integral; las
tolerancias individuales introducen de por sí un sesgo muy significativo que afecta
principalmente al contratista. Una combinación de agregados es un todo, de esto
pueden dar fe los manejadores de plantas trituradoras y cribadoras que cuando
intentan modificar el porcentaje que pasa de un tamaño los otros se alteran
irremediablemente.
Se observa que hay una influencia igualitaria de Dmáx y n en la
trabajabilidad. En el ámbito de las graduaciones de Superpave, la facilidad de
manejo y colocación aumenta a medida que las mezclas tienen a la vez tamaño
máximos más pequeños y estructuras más densas. Una mezcla densa y otra abierta
tienen significativamente diferentes trabajabilidades para un mismo tamaño
máximo.
Regresando a la técnica gráfica única para juzgar la distribución de tamaños
acumulados de partículas de una mezcla de agregados, en la Figura 1.5 se ilustra
cómo se calcula el valor de la abscisa. En el ejemplo la malla 4.75 mm se grafica
como 2.02.
Figura 1.5 - Ilustración de cómo se grafican las abcisas (IMT, 2006).
Los valores de las aberturas en mm elevadas a la potencia 0.45 para cada
una de las mallas se presentan en la Tabla 1.12
0.075Abertura (mm) 0.06 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19.0
No.200No. de malla No. 30 No. 16 No. 8 No. 4 3/8 1/2 3/4
0.31Abertura⁰∙⁴⁵ 0.79 1.08 1.47 2.02 2.75 3.12 3.76
Tamaño de malla 4.75 mm, graficando como (4.75) ⁰∙⁴⁵ = 2.02
Ejemplo:
0.45
0.45
0
20
40
60
80
100
39
Normalmente este tipo de gráficas no se presentan en una escala de
aritmética común, en vez de ello la escala está en función de tamaño de la malla
como se puede observaren la fila de las abcisas de la Figura 1.
1.9.2.6 Línea de máxima densidad
Actualmente en la industria del asfalto la práctica de la selección de la línea
de máxima densidad es confusa. Se han utilizado diferentes métodos con un variado
grado de éxito. El SHRP investigo las diferentes definiciones de línea de máxima
densidad y las evaluó con el estado actual en la industria.
De acuerdo con el SHRP, la FHWA formo un grupo de trabajo con expertos
en propiedades volumétricas de mezclas asfálticas. El grupo investigó dos métodos
para la determinación de la línea de máxima densidad. Un método dibuja una línea
del porcentaje que pasa la malla No. 200 hasta la primera malla que pasa el 100%
del material. El otro método (de publicaciones del Instituto del asfalto) requiere que
se dibuje una línea del origen de la gráfica hasta el tamaño máximo del agregado.
Mediante el uso del método Delphi modificado, el grupo determinó utilizar el
método empleado por el Instituto del Asfalto.
La Figura 1.6 representa la Línea de máxima densidad que corresponde a
una línea recta extendida desde la abscisa de tamaño máximo de agregado y
ordenada 100%, hasta el origen (0 %, 0 mm).
Figura 1.6 - Graduación de máxima densidad para tamaño máximo de 19 mm (IMT, 2006).
La granulometría de máxima densidad representa la graduación para la cual
las partículas de agregado se acomodan entre sí, conformando el arreglo
volumétrico más compacto posible. Evidentemente, esta granulometría debe
40
evitarse porque habría muy poco espacio entre los agregados como para permitir el
desarrollo de una película de asfalto lo suficientemente gruesa, como para obtener
una mezcla durable.
1.9.2.7 Tamaño máximo nominal y tamaño máximo
Adicional a la definición de línea de máxima densidad, surgen las definiciones
de tamaño máximo nominal y tamaño máximo, las cuales se especifican de la
siguiente manera:
Tamaño máximo nominal: un tamaño de malla mayor a la primera malla
que retiene el 10% del material
Tamaño máximo: un tamaño de malla mayor al tamaño máximo nominal.
Estas definiciones son consistentes con las definiciones de las Normas
ASTM.
Es elemental tener en cuenta la importancia de la correcta definición del
tamaño máximo para asegurar la validación de la línea de máxima densidad.
1.9.2.8 Mecanismos de control de la granulometría.
Históricamente las especificaciones de las granulometrías han consistido en
bandas maestras (límite superior e inferior) en los cuales se especifica el máximo y
mínimo porcentaje que pasa para cada malla. Tales especificaciones tienen una
característica indeseable inherente. Las mezclas pueden estar diseñadas dentro de
las especificaciones y sin embargo tener un desempeño pobre en servicio.
Específicamente, estas mezclas tienen una estructura de agregado pobre y
son susceptibles a la deformación permanente. De igual forma las mezclas pueden
ser diseñadas demasiado densas, lo que reduce el contenido de asfalto y conduce
a problemas de durabilidad.
Para especificar la granulometría del agregado, se emplearon dos conceptos:
los puntos de control y la zona restringida. Los puntos de control son puntos de paso
obligado para la curva granulométrica y corresponden al tamaño máximo nominal,
un tamaño intermedio (2.36 mm) y un tamaño de finos (0.075 mm).
41
Los puntos de control fueron seleccionados para cumplir objetivos
específicos, los cuatro puntos de control superiores, mínimo 100% que pasa la malla
de tamaño máximo, 90 a 100% pasando la malla del tamaño máximo nominal y 90%
máximo que pasa la malla menor inmediata que la del tamaño máximo nominal, se
utilizan para verificar que se cumpla con la definición de tamaño máximo nominal y
tamaño máximo.
Los cuatro puntos de control inferiores sirven para propósitos diferentes. Los
requerimiento máximos y mínimos para la malla No. 200 (75 μm), son típicamente
para mezclas asfálticas de granulometría cerrada. Otras mezclas como las SMA,
las cuales tienen porcentajes que pasan la malla No. 200 de 10 a 14% no cumplen
con esta especificación.
Los puntos de control para la malla No 8 (2.36 mm), son utilizados para
controlar partículas con tamaño de arena en la mezcla. El punto superior limita la
cantidad de arena en la mezcla con el fin de evitar mezclas asfálticas arenosas las
cuales generalmente no cumplen con las especificaciones. El punto inferior asegura
una cantidad de arena adecuada en la mezcla para cumplir con los requerimientos
de una granulometría densa. Una granulometría con granulometría abierta (open
graded) o mezcla porosa no cumplirá con estos puntos de control.
La zona restringida ha sido especificada para asegurarse que se desarrolla
una adecuada estructura en la mezcla. La zona restringida se ubica entre los
tamaños intermedios (4.75 o 2.36 mm) y 0.3 mm. Forma una banda por la cual la
curva granulométrica no deberá pasar. Se especifica que las granulometrías deben
pasar ya sea abajo o arriba de la zona. Mezclas que pasan por arriba tenderán a
ser arenosas y a tener estructuras de agregado débiles en comparación con las que
pasan debajo de la zona restringida.
Granulometrías que pasan a través de la zona de restricción (desde abajo),
se llaman "humped graduations" (graduaciones con joroba) por la forma
característica de joroba que se forma en la curva al pasar por aquella zona. En la
mayoría de los casos, estas curvas indican una mezcla con mucha arena fina en
relación con el total de la arena. Las granulometrías que violan la zona restringida
42
poseen un esqueleto granular débil que depende demasiado de la rigidez del
cemento asfáltico para alcanzar una mezcla con resistencia al corte.
La Figura 1.7 muestra un esquema para un tamaño máximo de agregado
de19 mm.
Figura 1.7 - Línea de máxima densidad para un tamaño máximo de 19 mm (IMT, 2006).
Un diseño de la estructura del agregado que pase entre los puntos de control
y evite la zona de restricción, satisface los requerimientos granulométricos de
Superpave.
Los valores de los parámetros: puntos de control, están referenciados a cinco
designaciones que la metodología Superpave establece (Tabla 1.13), en las cuales
proponen los tamaños máximos nominales más utilizados y los criterios
correspondientes a los parámetros mencionados. La Tabla 1.14 representa los
tamaños máximos que corresponden a sus distintas designaciones, y la Tabla 1.15
caracteriza los puntos de control y la zona restringida de un tamaño nominal de 19
mm.
Abertura de malla, mm (elevada a la 0.45)
0.075 0.3 0.6 2.36 4.75 9.5 12.5 19.01.18
43
Tabla 1.13 - Requisitos de granulometría del material pétreo para carpetas asfálticas de granulometría densa usados en la metodología Superpave, puntos de
control (PA-MA, 02/2016).
Tabla 1.14 - Designaciones propuestas en la metodología Superpave (IMT, 2006).
37.5 25 19 12.5 9.5
(1 ½") (1") (¾") (½") (⅜")
2" 50.0 100-100 - - - -
1 ½" 37.5 90-100 100-100 - - -
1" 25.0 -90 90-100 100-100 - -
¾" 19.0 - -90 90-100 100-100 -
½" 12.5 - - -90 90-100 100-100
⅜" 9.5 - - - -90 90-100
Núm. 4 4.8 - - - - -90
Núm. 8 2.36 15-41 19-45 23-49 28-58 32-67
Núm. 16 1.18 - - - - -
Núm. 30 0.6 - - - - -
Núm. 50 0.3 - - - - -
Núm. 100 0.15 - - - - -
Núm. 200 0.075 0-6 1-7 2-8 2
Porcentaje que pasa (%)
Tamaño nominal de material pétreo mm (pulgadas)
Designación
de la malla
Abertura
mm
1002-10
Designación
Superpave
Tamaño máximo
nominal
Tamaño
máximo
37.5 mm 37.5 50.0
25.0 mm 25.0 37.5
19.0 mm 19.0 25.00
12.5 mm 12.5 19.00
9.5 mm 9.5 12.5
44
Tabla 1.15 - Especificaciones de puntos de control y zona restringida para un tamaño máximo nominal de 19 mm (IMT, 2006).
Malla (mm) Mínimo Máximo Mínimo Máximo
25.0 100.0
19.0 90.0 100.0
12.5 90.0
2.36 23.0 49.0 34.6 34.6
1.18 22.3 28.3
0.600 16.7 20.7
0.300 13.7 13.7
0.075 2.0 8.0
Puntos de control Zona restringida
45
Capítulo 2 Caracterización del agregado grueso, agregado fino y mezcla asfáltica
SHRP (IMT, 2006) establece que el agregado mineral juega un rol clave en
el desempeño de la HMA. Si bien no desarrollo ningún nuevo procedimiento para
ensayar agregados, mejoro los procedimientos existentes para adaptarlos al
sistema Superpave. Dos tipos de propiedades de los agregados se especifican en
el sistema Superpave: propiedades de consenso y propiedades de origen del
agregado.
Las propiedades de consenso son aquellas consideradas por los
investigadores de SHRP críticas para alcanzar un elevado desempeño de la HMA.
Estas propiedades deben satisfacerse en varias escalas, dependiendo del nivel de
tránsito y la estructura del pavimento. Altos niveles de tránsito y mezclas para la
carpeta de rodamiento requieren valores más estrictos para las propiedades de
consenso. Estas propiedades son:
Angularidad del agregado grueso, Caras fracturadas (ASTM D5821)
Angularidad del fino, Vacíos sin compactar (ASTM C1252)
Partículas alargadas y planas (ASTM D4791)
Equivalente de arena, Contenido de arcilla (ASTM D2419)
Especificando la angularidad de los agregados gruesos y finos, buscaban
lograr una HMA con un alto ángulo de fricción interna y así, una alta resistencia al
corte y por ende una alta resistencia al ahuellamiento o roderas. Limitando las
partículas alargadas y planas se asegura que los agregados de la HMA serán
menos susceptibles a fractura durante el manipuleo, construcción y bajo tránsito.
Limitando la cantidad de arcilla en el agregado, la unión entre el ligante y el
agregado es fortalecida y mejorada.
Las propiedades de origen del agregado son aquellas frecuentemente
utilizadas para calificar las fuentes de agregados. El cumplimiento de estas
propiedades es importante y son específicas de la fuente de origen. Las
propiedades de origen del agregado son:
46
Tenacidad, Mediante la prueba de Desgaste de los Ángeles (ASTM C131)
Durabilidad, Intemperismo Acelerado (ASTM C88)
Materiales Deletéreos (AASHTO T11) (IMT, 2006)
2.1 Ensayes preliminares
2.1.1 Práctica estándar para la reducción de muestras de agregado.
EL método de prueba de reducción de muestras de agregado (ASTM, C 702,
2011), permite obtener una muestra representativa de agregado del tamaño
adecuado para ser ensayada.
Todos los ensayos para agregados necesitan porciones de material para el
ensayo. De esta manera las muestras grandes tienden a ser más representativas
de una muestra total. Este método de ensayo prevé procedimientos para reducir las
muestras de campo y obtener en laboratorio un tamaño conveniente de muestra
para realizar el número de ensayos para caracterizar el material y determinar su
calidad, de tal manera, que la muestra pequeña para el ensayo sea representativa
de una muestra más grande y esta a su vez sea representativa de la muestra total.
El procedimiento descrito en este método de ensayo debe ejecutarse con sumo
cuidado, ya que si el método no es realizado tal como se indica se corre el riesgo
de obtener muestras no representativas que después serán usadas en la ejecución
de los ensayos. Cada uno de los métodos descritos, describe como obtener la
cantidad mínima de material para ser ensayado.
Bajo ciertas circunstancias, la reducción previa de la muestra total no es
recomendable. Muchas veces es inevitable tener diferencias importantes en las
muestras elegidas, como por ejemplo, en el caso de muestras que tienen pocos
agregados de tamaño grande. Las leyes de probabilidad dictan que estas partículas
pueden distribuirse desigualmente entre las muestras reducidas. Similarmente, si el
espécimen de ensayo se examina la existencia de ciertos contaminantes como
fragmentos, debe tenerse cuidado al interpretar los resultados de la muestra
reducida. La inclusión o exclusión de una o dos partículas en el espécimen elegido
47
puede influir de forma importante en la interpretación de las características de la
muestra original. En estos casos debe ensayarse toda la muestra original.
Muestreo
En campo, obtener el tamaño de muestra de agregados tal como se describe
en el método de ensayo ASTM D 75.
Procedimiento
Colocar la muestra original en una superficie firme, limpia y nivelada para que
no haya pérdida de material ni adición a la muestra de material extraño. Mezclar
cuidadosamente toda la muestra tres veces. En la última vuelta colocar toda la
muestra en una pila cónica, depositar cada fracción de material en la parte superior
de la pila y sobre el material que se depositó anteriormente. Aplanar
cuidadosamente la pila cónica hasta uniformizar el espesor y el diámetro; para
lograrlo, presionar la cima de la pila cónica con la pala de tal forma que cada fracción
contenga el material original. El diámetro debe ser aproximadamente 4 u 8 veces el
espesor. Dividir la masa en 4 cuarteos iguales con una pala o llana, incluya el
material fino a cada uno de los cuarteos y limpie los espacios con una brocha; recoja
dos cuarteos opuestos. Mezclar sucesivamente y cuartear el material de dos
cuarteos opuestos hasta que la muestra sea reducida al tamaño deseado, como se
muestra en la Figura 2.1.
Figura 2.1 – Proceso de reducción de muestras de agregados pétreos.
a) Agregado grueso. b).- Agregado fino.
48
2.1.2 Método de prueba estándar para análisis granulométrico de agregados finos y gruesos.
EL método de ensayo, que determina la distribución de tamaños de
agregados finos y gruesos por medio de mallas, se llevó a cabo mediante el Método
de prueba para la realización de análisis granulométrico de agregados finos y
gruesos (ASTM, C 136, 2014). La cantidad de la muestra fue de acuerdo al tamaño
máximo nominal como lo descrito en la Tabla 2.1.
Tabla 2.1 - Masa requerida para determinación del análisis granulométrico (ASTM, C 136, 2014).
2.2 Pruebas de consenso
2.2.1 Método de prueba estándar para determinar el porcentaje de partículas fracturadas en agregado grueso
El método de prueba estándar para determinar el porcentaje de partículas
fracturadas en agregado grueso (ASTM, D 5821, 2013), cubre la determinación del
porcentaje, en peso o en número, de una muestra de agregado grueso que consiste
en partículas fracturadas que satisfacen los requisitos especificados.
Una cara fracturada es una superficie angular, áspera o quebrada de una
partícula de agregado creado por aplastamiento, por medios artificiales o por
naturaleza, como la representación de la Figura 2.2
El objetivo de este método de prueba, es aumentar al máximo la resistencia
al corte por aumentar la fricción entre las partículas, ya sea unido o no unido de las
Tamaño nominal
máximo
Tamaño mínimo del
especimen de ensayo
(mm) (kg)
9.5 1
12.5 2
19 5
25 10
37.5 15
50 20
49
mezclas de agregado. Otro propósito es proporcionar estabilidad para la superficie
de agregados de tratamiento y para proporcionar un aumento de la fricción y la
textura de los agregados utilizados en los cursos superficiales del pavimento.
Requisición de la muestra de ensayo:
Secar la muestra suficiente como para obtener una separación limpia del
material fino y grueso en la operación de tamizado. Tamizar la muestra por el tamiz
No 4 (4.75 mm), del cual el retenido en esta será la muestra por analizar.
La muestra de ensayo deberá ser al menos tan grande como se indica en la
Tabla 2.2.
Tabla 2.2 - Masa requerida para realización de ensaye de acuerdo al tamaño máximo nominal (ASTM, D 5821, 2013).
Cálculos:
Donde:
P = % de partículas con el número especificado de caras fracturadas
Mf = masa o cantidad de partículas fracturadas con el menor número de caras
fracturadas especificadas
Mt = masa o cantidad total de partículas
P = Mf
Mt
x 100
Pulgadas mm lb g
⅜ 9.5 0.5 200
½ 12.5 1 500
¾ 19.0 3 1500
1 25.0 6.5 3000
1 ½ 37.5 16.5 7500
2 50.0 33 15000
2 ½ 63.0 66 30000
3 75.0 132 60000
3 ½ 90.0 198 90000
Aberturas Masa mínima
Ecuación 2.1
50
Figura 2.2 – Forma de partículas de agregado grueso.
2.2.2 Método de prueba estándar para determinar la angularidad del agregado fino
EL método de prueba estándar para el contenido de vacíos de agregado fino sin
compactar (ASTM, C 1252, 2006), cubren la determinación del contenido de vacíos
sueltos sin compactar de una muestra de agregado fino. Cuando se mide en
cualquier agregado de una clasificación conocida, el contenido de vacío proporciona
una indicación de angularidad, esfericidad y textura de la superficie de ese agregado
en comparación con otros agregados finos examinados en la misma calificación.
Cuando el contenido de vacíos se mide en una nivelación de agregado fino tal como
se recibe, puede ser un indicador del efecto del agregado fino sobre la trabajabilidad
de una mezcla en la que se puede utilizar.
Resumen del método
La medida de un cilindro calibrado nominal de 100 ml está lleno de agregado
fino de la clasificación prescrita al permitir que la muestra fluya a través de un
embudo de una altura fija de la medida (Figura 2.3). El contenido de vacíos sin
compactar se calcula como la diferencia entre el volumen de la medida cilíndrica y
el volumen absoluto del agregado fino recopilado en él. El contenido de vacíos se
calcula utilizando la densidad relativa seca (gravedad específica) de agregado fino.
Se hacen dos pruebas en cada muestra y los resultados se promedian.
a).-Partículas no fracturadas. b).- Partículas fracturadas.
51
Métodos de ensayos A y B proporcionan el % de contenido de vacío
determinado en condiciones estandarizadas el cual depende de la forma de la
partícula y la textura de un agregado fino. Un aumento en el contenido de vacíos
por estos procedimientos indica una mayor angularidad, menos esfericidad, textura
más áspera de la superficie, o combinación de los mismos. Una disminución en los
resultados del contenido de vacíos se asocia con más redondez, con lo esférico, o
con una superficie lisa del agregado fino u otra combinación de los mismos.
La densidad relativa seca (gravedad específica) del agregado fino se utiliza
en el cálculo del contenido de vacíos. La eficacia de estos métodos de ensayo para
determinar el contenido de vacíos y su relación con la forma de las partículas y la
textura depende de la densidad relativa de las distintas fracciones de tamaño siendo
igual, o casi. El contenido de vacíos es en realidad una función del volumen de cada
fracción de tamaño. Si el tipo de roca o minerales o su porosidad, en algunas
fracciones de tamaño varia notablemente puede ser necesario para determinar la
gravedad especifica de las fracciones de tamaño utilizadas en la prueba.
Requisición de la muestra de ensaye
Preparación de muestras de ensayo.- Para el método de prueba A se debe
pesar y combinar las siguientes cantidades de agregado fino que ha sido lavada y
secada de acuerdo a la Tabla 2.3. La tolerancia de la masa final debe ser ± 0.2 g.
Tabla 2.3 - Masa requerida para la realización del ensaye de angularidad del agregado fino (ASTM, C 1252, 2006).
Tamaño de la fracción
individualMalla Masa (g)
2.36 mm a 1.18 mm No 8 a No 16 44
1.18 mm a 600 µm No 16 a No 30 57
600 µm a 300 µm No 30 a No 50 72
300 µm a 150 µm No 50 a No 100 17
∑ 190
52
Cálculos
Donde:
U = Vacíos sin compactar (%)
V = Volumen de la masa cilíndrica (ml)
F = Masa neta del agregado fino en medida (g)
G = Densidad relativa, gravedad específica de agregado fino
Figura 2.3 - Equipo y proceso de ejecución de ensayo para determinar la angularidad del agregado
fino.
U = V -
V
x 100F/G
a).- Muestra y equipo de prueba. b).- Prueba en proceso.
c).- Fase final del ensayo.
Ecuación 2.2
53
2.2.3 Método de prueba para determinar la forma de la partícula en agregado grueso
El método de ensaye para determinar la forma de la partícula (ASTM, D 4791,
2010), cubre la determinación de los porcentajes de partículas planas, partículas
alargadas o planas y alargadas en agregados gruesos.
La forma de las partículas, de agregado grueso influencia las propiedades de
algunos materiales de construcción y pueden afectar su colocación y su
consolidación.
Resumen del método
Las partículas individuales de agregado de tamaños de los tamices
específicos se miden para determinar las proporciones de anchura a espesor,
longitud y anchura o longitud a espesor.
Requisición de la muestra de ensayo
La muestra de prueba deberá ser aproximada a la masa deseada cuando
esta seca y deberá ser el resultado final de la reducción. La masa de ensayo se
ajustara a la siguiente a la Tabla 2.4.
Tabla 2.4 - Masa requerida para realización de ensaye de acuerdo al tamaño máximo nominal (ASTM, D 4791, 2010).
Pulgadas mm lb kg
⅜ 9.5 2 1
½ 12.5 4 2
¾ 19 11 5
1 25 22 10
1 37.5 33 15
2 50 44 20
2 63 77 35
3 75 130 60
3 90 220 100
4 100 330 150
4 112 440 200
5 125 660 300
6 150 1100 500
Aberturas Masa mínima
1/2
1/2
1/2
1/2
54
Una vez obtenido la masa deseada a ensayar, lavar la muestra y secarla al
horno hasta obtener una masa constante de la misma. Tamizar la muestra usando
el material retenido en la malla No. 4 (4.75 mm), establecer la relación deseada para
determinar la forma del agregado y utilizar el dispositivo calibrador como el mostrado
en la figura 2.4 para llevar a cabo el ensaye.
Cálculos
Por masa:
% Partículas planas y alargadas =
Donde:
Mayp = masa de partículas planas y alargadas
Mt = masa total
Por conteo:
% Partículas planas y alargadas =
Donde:
Nayp = número de partículas planas y alargadas
Nt = número total de partículas
Figura 2.4 - Dispositivo calibrador para determinar las partículas planas y alargadas.
Por masa:
Donde:
Mayp = Masa de partículas planas y alargadas
Mt = Masa total
Por conteo:
Donde:
Nayp = Número de partículas planas y alargadas
Nt = Número total de partículas
% Partículas planas y alargadas =
Mayp
Mt
x 100
% Partículas planas y alargadas =
Nayp
Nt
x 100
Por masa:
Donde:
Mayp = Masa de partículas planas y alargadas
Mt = Masa total
Por conteo:
Donde:
Nayp = Número de partículas planas y alargadas
Nt = Número total de partículas
% Partículas planas y alargadas =
Mayp
Mt
x 100
% Partículas planas y alargadas =
Nayp
Nt
x 100
Ecuación 2.3
Ecuación 2.4
55
2.2.4 Método de prueba estándar para valores de equivalente de arena de suelos en agregado fino
Este método de ensayo para determinar valores de equivalente de arena de
suelos en agregado fino (ASTM, D 2419, 2014), está destinado a servir como una
prueba rápida de correlación de campo. El propósito de este método de ensayo es
indicar, en condiciones normales, las proporciones relativas de arcilla o finos
plásticos y polvo en suelos granulares y agregados finos que pasan por el tamiz No
4 (4.75 mm). El término “equivalente de arena” expresa el concepto de que la
mayoría de los suelos granulares y algunos agregados finos son mezclas de
partículas gruesas deseables, tamaño-partículas de arena y generalmente finos de
arcilla y polvo.
Equivalente de arena es una medida de la cantidad de sedimentos,
contaminación de arcilla o partículas de agregado de tamaño de arcilla en el
agregado fino.
Resumen del método
Un volumen medido de suelo o agregado fino y una pequeña cantidad de
solución floculante se vierte en un cilindro de plástico graduado y se agitan para
aflojar los recubrimientos arcillosos o partículas de tamaño de arcilla de las
partículas de arena en la muestra de ensayo. La muestra es entonces irrigada
usando solución floculante adicional forzando el material arcilloso o tamaño de la
arcilla en suspensión por encima de la arena. Después de un periodo de
sedimentación prescrito, la altura del material floculado se lee y se determina la
altura de la arena en el cilindro. El equivalente es la relación de la altura de arena a
la altura del material floculado por 100 (Figura 2.5).
Este método de ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura,
y el carácter de material arcilloso presente en la muestra de ensayo.
Un valor mínimo de equivalente de arena se puede especificar para limitar la
cantidad permisible de arcilla o finos de tamaño de arcilla en un agregado.
Requisición de la muestra de ensayo.
56
Obtener al menos 1500 g del material que pasa el tamiz No 4 (4.75 mm).
Cálculos
Donde:
SE = Equivalente de arena
Figura 2.5 - Equipo y proceso de ensayo para determinar el equivalente de arena.
2.3 Pruebas de origen
2.3.1 Método de prueba estándar para la resistencia a la degradación de agregado grueso en la máquina de Los Ángeles
Este método de prueba que determina la resistencia a la degradación de
agregado grueso de tamaño pequeño por abrasión e impacto en la máquina de los
Ángeles (ASTM, C 131), cubre un procedimiento para ensayar partículas de
agregado grueso menor de 1 ½” (37,5 mm) para resistencia a la degradación
usando la máquina de prueba de los Ángeles.
Resumen del método
Esta prueba es una medida de la degradación de mineral agregado de
gradaciones estándar, que resultan de una combinación de acciones que incluyen
SE = Lectura de arena
Lectura de arcilla
x 100
a).- Equipo de prueba. b).- Fase final del ensayo.
Ecuación 2.5
57
la abrasión o desgaste e impacto en un tambor de acero giratorio que contiene un
numero especificado de esferas de acero, el numero depende de la clasificación de
la muestra de ensayo. A medida que el tambor gira, una placa de estante recoge la
muestra y las esferas de acero, llevarlas alrededor hasta que se dejan caer en el
lado opuesto del tambor, creando un efecto de trituración a impactos. Los
contenidos entonces ruedan dentro del tambor con una acción de abrasión y
molienda hasta que la placa estante recoge la muestra y las esferas de acero, y el
ciclo se repite. Después de que el número prescrito de revoluciones finaliza, los
contenidos se retiran del tambor y la parte agregada se tamiza para medir la
degradación como el porcentaje perdido (Figura 2.6).
Esta prueba ha sido ampliamente usada para indicar de la calidad relativa o
competencia de varios tipos de agregado que tienen composición mineral similar.
Los resultados no permiten validar automáticamente la comparación para ser
usadas indistintamente entre agregados de diferente origen, composición o
estructura. Asignar límites de especificación con extremo cuidado tomando en
consideración el tipo de agregado disponible y su historial de comportamiento en
sus específicos.
Requisición de la muestra de ensayo
La muestra por ensayar de material pétreo, será de acuerdo la clasificación
de la Tabla 2.5, donde se establece el número de esferas y su carga abrasiva.
Tabla 2.5 - Masa requerida de carga abrasiva para la realización del ensaye de desgaste Los Ángeles (ASTM, C 131).
Clasificación Numero de
esferas
Carga de la
masa (g)
A 12 5000 ± 25
B 11 4580 ± 25
C 8 3330 ± 20
D 6 2500 ± 15
58
La Tabla 2.6 indica la masa del agregado pétreo requerido que se debe emplear de acuerdo a su clasificación.
Tabla 2.6 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de desgaste Los Ángeles (ASTM, C 131).
Cálculos
Donde:
Wi = Masa inicial Wf = Masa final
Figura 2.6 - Máquina de Los Ángeles para determinar el desgaste por abrasión.
A B C D
37.5 mm (1½") 25 mm (1") 1250 ± 25
25 mm (1") 19 mm (¾") 1250 ± 25
19 mm (¾") 12.5 mm (½") 1250 ± 10 2500 ± 10
12.5 mm (½") 9.5 mm (⅜") 1250 ± 10 2500 ± 10
9.5 mm (⅜") 6.3 mm (¼") 2500 ± 10
6.3 mm (¼") 4.75 mm (No 4) 2500 ± 10
4.75 mm (No 4) 2.36 mm (No 8) 5000 ± 10
∑ 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10
Clasificación de muestra de ensayo
Pasa Retenido Clasificación
a).- Muestra y equipo de prueba. b).- Fase final del ensayo.
Ecuación 2.6 D = x 100Wi - Wf
Wi
59
2.3.2 Método de prueba estándar para la solvencia de los agregados por uso de sulfato de sodio o sulfato de magnesio
El método de prueba estándar para la solvencia de los agregados por uso de
sulfato de sodio o sulfato de magnesio (ASTM, C 88, 2013), cubre la prueba de los
agregados para estimar su solidez cuando se somete a la intemperie. Esto se logra
en inmersión repetida en soluciones saturadas de sodio (Figura 2.7) o de sulfato de
magnesio, seguido por un secado en horno parcialmente o completamente, para
deshidratar la sal precipitada en los espacios permeables de los poros. La fuerza
expansiva interna, derivada de la rehidratación de la sal en la re inmersión, simula
la expansión de agua al congelarse.
Este método de ensayo proporciona información útil para juzgar la solidez de
los agregados cuando no hay información adecuada y no está disponible en los
registros de servicio del material expuesto a las condiciones reales de
meteorización.
Este método de ensayo proporciona un procedimiento para la fabricación de
una estimación preliminar de la solidez de los agregados para su uso.
Requisición de la muestra de ensayo
El agregado grueso para el ensayo consistirá en que sea eliminado el
material de tamaños más fino que el tamiz No. 4. La muestra deberá ser de un
material tal que producirá las siguientes cantidades de los tamaños indicados en la
Tabla 2.7.
Tabla 2.7 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de intemperismo acelerado (ASTM, C 88, 2013).
Finalizado el ensaye, la pérdida de la muestra de ensaye será tamizada por
la malla que le corresponde de acuerdo a laTabla 2.8.
Paso Retenido Masa (g)
19.0 mm 9.5 mm 1000 ± 10
9.5 mm 4.75 mm 300 ± 5
60
Tabla 2.8 - Tamiz requerido para la determinación de perdida de material durante el ensaye de intemperismo acelerado (ASTM, C 88, 2013).
Cálculos
Donde:
B = Masa antes del ensayo
D = Masa después del ensayo
Figura 2.7 - Proceso de ensayo de intemperismo acelerado del material pétreo.
2.4 Ensayes complementarios
2.4.1 Método de prueba estándar para resistencia de agregado grueso a la degradación por abrasión en el aparato Micro Deval
El método de prueba estándar para resistencia de agregado grueso a la
degradación por abrasión en el aparato Micro Deval (ASTM, D 6928, 2010), es una
medida de la resistencia a la abrasión del agregado mineral resultante de una
D = B - C
Bx 100
Paso Retenido Tamiz usado para
determinar la perdida
63.0 mm 37.5 mm 31.5 mm
37.5 mm 19.0 mm 16.0 mm
19.0 mm 9.5 mm 8.0 mm
9.5 mm 4.75 mm 4.0 mm
Ecuación 2.7
61
combinación de factores incluyendo abrasión y triturado con bolas de acero en
presencia de agua.
Resumen del método.
La prueba de Micro Deval es una medida de la resistencia a la abrasión y
durabilidad de los agregados minerales resultante de una combinación de acciones
que incluyen la abrasión y molienda con bolas de acero en presencia de agua. Una
muestra con la clasificación normal se satura inicialmente en agua durante no
menos de una hora. La muestra se coloca a continuación en un molino de frasco
con 2 litros de agua, la carga abrasiva consiste en 5000 gramos de 9.5 mm de
diámetro de bolas de acero. El frasco, agregado y agua y la carga se gira a 100 rpm
durante un periodo de hasta 2 horas, dependiendo del tamaño de la partícula. La
muestra se lava y se seca en horno (Figura 2.8). La pérdida es la cantidad de
material que pasa el tamiz de 1.18 mm (No 16) y se expresa como un porcentaje en
masa de la muestra original.
La prueba de abrasión de Micro-Deval es un ensaye de agregados pétreos
para determinar la perdida de abrasión en presencia de humedad que en estado
seco, y el uso de agua e esta prueba incorpora esta reducción de resistencia a la
degradación, en contraste con algunas otras pruebas que se efectúan con agregado
seco. Los resultados del ensaye son útiles en la evaluación de la dureza/resistencia
a la abrasión del agregado pétreo sujeto a la abrasión cuando no se dispone de
información adecuada en registro.
Requisición de la muestra de ensayo
La muestra de prueba debe ser lavada y secada al horno a 110±5°C a masa
constante, separada en fracciones de tamaño individual en conformidad a la Tabla
2.9.
62
Tabla 2.9 - Masa requerida de material para la realización del ensaye Micro Deval (ASTM, D 6928, 2010).
Cálculos
Donde:
Wi = Masa inicial
Wf = Masa final
Figura 2.8 – Prueba de resistencia a la abrasión en el aparato Micro Deval.
2.4.2 Desprendimiento por fricción en la fracción gruesa de materiales pétreos para mezclas asfálticas
El método de ensayo de desprendimiento por fricción en la fracción gruesa
de materiales pétreos para mezclas asfálticas (AMAAC, RA 08, 2010), determina la
perdida de la película asfáltica en los materiales pétreos. La prueba consiste en
someter a la acción del agua y a varios ciclos de agitado dentro de un frasco de
Paso Retenido Masa (g)
19.0 mm 16.0 mm 375
16.0 mm 12.5 mm 375
12.5 mm 9.5 mm 750
∑ 1500 ± 5 g
a).- Carga abrasiva. b).- Equipo Micro Deval.
Ecuación 2.8 D = x 100Wi - Wf
Wi
63
vidrio, una muestra de mezcla asfáltica, elaborada con agregado grueso para
evaluar visualmente su estado físico una vez concluido este tratamiento. Por medio
de este ensayo se puede determinar la conveniencia de la utilización de aditivos
promotores de adherencia y la dosificación de los mismos con base en pruebas
comparativas.
Requisición de la muestra de ensayo
De la muestra de material obtenida, se separa el material que pasa la malla
3/8” y retiene ¼”, se lava para quitar el polvo de la superficie del agregado, se seca
al horno hasta peso constante y se separan dos porciones de 50 g cada una; ya
que, el ensayo se debe ejecutar por duplicado, Figura 2.9.
Cálculos
Donde:
P = es la perdida por fricción promedio redondeado al número entero superior,
expresado en porcentaje (%)
n₀, ₁₀, ₂₀, … , ₁₀₀ = es el número de partículas con 0, 10, 20,…, 100 % de
desprendimiento por fricción.
N = número de partículas en la porción considerada
P =
0 X n₀
NFR
10 X n₁₀ 20 X n₂₀+ + + ... + 100 X n₁₀₀
Ecuación 2.9
64
Figura 2.9 - Equipo y dispositivo para la realización de ensayo de desprendimiento por fricción en
la fracción gruesa de materiales pétreos.
2.4.3 Método de prueba estándar para gravedad específica y absorción del agregado grueso
El método de prueba estándar para densidad relativa, gravedad específica y
absorción del agregado grueso (ASTM, C 127, 2015), cubre la determinación de la
densidad promedio de una cantidad de partículas de agregado grueso (no incluye
volumen de vacíos en las partículas), la densidad relativa (gravedad especifica), y
la absorción del agregado grueso. Dependiendo del procedimiento usado, la
densidad kg/m3 (lb/ft3) es expresada como seca al horno (SH), saturada y
superficialmente seca (SSS), o como densidad relativa aparente (gravedad
a).- Agregado pétreo cubierto con
material asfáltico. b).- Saturación del agregado pétreo
cubierto del material asfaltico.
c).- Proceso de agitación posterior al
tiempo de saturación.
65
especifica aparente). La densidad SH y la densidad relativa SH son determinadas
después de secar el agregado. La densidad SSS, la densidad relativa SSS y la
absorción son determinadas después de sumergir el agregado en agua por una
duración preestablecida.
Resumen del método de prueba
Una muestra de agregado se sumergió en agua durante 24 horas ± 4 para
llenar esencialmente los poros (Figura 2.10). Después se retira del agua, el agua es
secada de la superficie de las partículas, y la masa determinada. Posteriormente, el
volumen de la muestra se determina por el método de desplazamiento de agua.
Finalmente, la muestra se seca en horno y su masa es determinada. Usando los
valores de la masa obtenidos y formulas en este método de ensayo, es posible
calcular la densidad relativa (gravedad específica) y absorción.
La densidad relativa (gravedad especifica) es la característica generalmente
usada para el cálculo del volumen ocupado por el agregado en varias mezclas que
contienen agregados incluyendo concreto asfaltico, concreto hidráulico, y otras
mezclas que son proporcionadas o analizadas con base en el volumen absoluto. La
densidad relativa (gravedad específica) (SSS) es usada si el (secado al horno) es
usado para cálculos cuando el agregado está seco o se asume seco.
Requisición de la muestra de ensayo
Rechazar todo el material que pasa la malla de 4,75mm (N°.4) por cribado,
lavar completamente el material retenido para remover el polvo de la superficie y
finalmente secar la muestra.
Cálculos
Gravedad específica neta del agregado Gsb
G = A
B - Csb
Ecuación 2.10
66
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g)
B = masa de la muestra saturada superficialmente seca (g)
C = masa aparente en agua de la muestra saturada (g)
Gravedad específica en condición saturada y superficialmente seca Gs, sss
Donde:
B = masa de la muestra saturada superficialmente seca (g)
C = masa aparente en agua de la muestra saturada (g)
Gravedad específica aparente Gsa
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g) C = masa aparente en agua de la muestra saturada (g)
Absorción
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g)
B = masa de la muestra saturada superficialmente seca (g)
G = B
B - Csss
G = A
A - Csa
Absorción = A
B - Ax 100
Ecuación 2.11
Ecuación 2.12
Ecuación 2.13
67
Figura 2.10 - Material y equipo para determinación de gravedad especifica del agregado grueso.
2.4.4 Método de prueba estándar para gravedad específica y absorción del agregado fino
Este método de prueba estándar para densidad relativa, gravedad específica
y absorción del agregado fino (ASTM, C 128, 2015), cubre la determinación de la
densidad promedio de una cantidad de partículas de agregado fino (no incluye el
volumen de vacíos ente las partículas), la densidad relativa (gravedad especifica),
y la absorción del agregado grueso. Dependiendo del procedimiento usado, la
densidad kg/m3 (lb/ft3) es expresada como seca al horno (SH), saturada y
superficialmente seca (SSS), o como densidad aparente (gravedad especifica
a).- Saturación de la muestra de
ensayo. b).- Lectura de temperatura para que
esta sea la indicada de acuerdo a la
especificación.
c).- Inmersión del agregado pétreo en agua a 23 ⁰C ± 2 para determinar su
masa.
68
aparente). De cualquier manera, la densidad relativa (gravedad específica) es una
cantidad adimensional. Es expresada como SH, SSS o como densidad relativa
aparente (gravedad especifica aparente). La densidad SH y la densidad relativa SH
son determinadas después de secar el agregado. La densidad SSS, la densidad
relativa SSS y la absorción son determinadas después de sumergir el agregado en
agua durante un periodo de tiempo establecido.
Resumen del método de prueba
A una muestra de agregado se incorpora una cantidad establecida de agua
durante 24 horas ± 4. La humedad contenida en la muestra se seca parcialmente
de la superficie de las partículas, y se determinada su masa. Posteriormente, la
muestra (o una parte de ella) se coloca en un recipiente graduado y el volumen de
la muestra se determina por el método gravimétrico o volumétrico (Figura 2.11).
Finalmente, la muestra se seca en horno y se determina la masa de nuevo.
Utilizando los valores de masa obtenidos y las formulas en este método de ensayo,
es posible calcular la densidad relativa (gravedad específica) y absorción.
La densidad relativa (gravedad especifica) es la característica generalmente
usada para el cálculo del volumen ocupado por el agregado en varias mezclas
contienen agregados incluyendo concreto asfaltico, concreto hidráulico, y otras
mezclas que son proporcionadas o analizadas con base en el volumen absoluto. La
densidad relativa (gravedad especifica) es también usada en el cálculo de vacíos
en agregados en el método de prueba C29/ C 29 M.
La densidad aparente y la densidad relativa aparente (gravedad especifica
aparente) pertenece al material solido el cual constituye partículas, no incluye los
espacios internos de los poros de las partículas los cuales son accesibles al agua.
Los valores de absorción son usados para calcular el cambio en la masa de
un agregado debido al agua absorbida en los espacios internos de los poros de las
partículas, comparados con la condición seca, cuando es considerado que el
agregado ha estado en contacto con el agua lo suficiente para aprovechar al
máximo el potencial de absorción. El estándar de laboratorio para la absorción es
69
aquel obtenido después de introducir al agregado seco una determinada cantidad
de agua durante un periodo de tiempo prescrito. Los agregados extraídos debajo
del nivel freático comúnmente tienen una absorción alta, cuando se usan, si no es
permitido el secado. Inversamente, algunos agregados de los cuales no han sido
mantenidos en una condición de humedad hasta ser utilizados pueden contener una
cantidad menor de humedad absorbida que en la condición sumergida durante 24
horas. Para un agregado que ha estado en contacto con agua y que tienen humedad
libre en la superficie de la partícula, el porcentaje de humedad libre puede ser
determinado por reducción de la absorción del contenido de humedad total
determinado por el Método de prueba C566.
Los poros en agregados ligeros no necesariamente llegan a ser
esencialmente llenados con agua después de la incorporación durante 24 horas. De
hecho, muchos agregados pueden permanecer inmersos en agua por varios días
sin aprovechar al máximo el potencial de absorción. Por lo tanto, este método de
prueba no es apropiado para usarse en agregados ligeros.
Requisición de la muestra de ensayo
Pasar la muestra de ensayo por el tamiz de 4,75mm (N°.4) por cribado seco
en una proporción de 1000 g.
Cálculos
Gravedad específica neta del agregado Gsb
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g)
B = masa del picnómetro lleno con agua (g)
C = masa del picnómetro, agregado saturado y superficialmente seco y agua (g)
S = masa del agregado saturado y superficialmente seco
G = A
B + S - Csb
Ecuación 2.14
70
Gravedad específica en condición saturada y superficialmente seca Gs,sss
Donde:
B = masa del picnómetro lleno con agua (g)
C = masa del picnómetro, agregado saturado y superficialmente seco y agua (g)
S = masa del agregado saturado y superficialmente seco
Gravedad específica aparente Gsa
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g)
B = masa del picnómetro lleno con agua (g)
C = masa del picnómetro, agregado saturado y superficialmente seco y agua (g)
Absorción
Donde:
A = masa de la muestra ensayada secada al horno (g)
S = masa del agregado saturado y superficialmente seco
G = S
B + S - Csss
G = A
B + A - Csb
Absorción = A
S - Ax 100
Ecuación 2.15
Ecuación 2.16
Ecuación 2.17
71
Figura 2.11 – Método gravimétrico para determinar la densidad del agregado fino.
2.5 Ensaye complementario para material fino (material que pasa la malla No. 200)
2.5.1 Determinación del valor de azul de metileno de material que pasa la malla No 200
Este método de prueba que realiza la determinación del valor de azul de
metileno de material que pasa la malla No 200 (AMAAC, RA 05, 2010), que son
utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas, el cual puede tener una
influencia nociva en su desempeño, usando como material de medición el azul de
metileno (Figura 2.12).
a).- Determinación del estado saturado
superficialmente seco de la muestra de
ensayo.
b).- Procedimiento gravimétrico para
obtener la densidad del fino.
c).- Regulación de temperatura de agua
para muestra de ensayo.
72
Requisición de la muestra de ensayo
La masa mínima secada deberá ser al menos 30 g para asegurar suficiente
material para una posible repetición de ensaye. Del material por ensayar, se separa
mediante cribado al menos cinco (5.0) gramos del material que pasa la malla No
200 (75 µm). El material cribado se seca en horno a 110 ± 5 ⁰C hasta masa
constante.
Cálculos
Donde:
AM = es el valor de azul de metileno (ml/g)
C = es la cantidad en mililitros de solución necesaria para alcanzar el punto final
del ensayo
P = es la cantidad de material contenido en la suspensión igual a 1 g
Figura 2.12 - Equipo y resultado de ensayo para determinar el grado de reactividad del material
fino que pasa la malla No. 200.
AM = C
P
sol
filler
a).- Muestra y equipo de prueba. b).- Fase final del ensayo.
Ecuación 2.18
73
2.6 Parámetros volumétricos
Un factor que debe ser tomado en cuenta al considerar el comportamiento
de la mezcla asfáltica, es el de las proporciones volumétricas del asfalto y de los
componentes del agregado; o más simplemente, parámetros volumétricos de la
mezcla asfáltica.
Las propiedades volumétricas de una mezcla de pavimento compactado
vacíos de aire (Va); vacíos en el agregado mineral (VAM); vacíos llenados con
asfalto (VFA); y contenido de asfalto efectivo (Pbe) proporcionan una indicación del
probable funcionamiento de la mezcla asfáltica. Es necesario entender las
definiciones y los procedimientos analíticos descritos en este capítulo, para tomar
decisiones concernientes a la selección del diseño de mezclas asfálticas. La
información aplica tanto a mezclas elaboradas en laboratorio, como a probetas
asfálticas extraídas en el campo.
2.6.1 Terminología
El agregado mineral es poroso, y puede absorber agua y asfalto a un grado
variable. Además, el cociente de absorción entre el agua y el asfalto varía con cada
agregado. Los tres métodos para medir la gravedad específica del agregado toman
estas variaciones en consideración. Estos métodos son, la gravedad específica
neta, la aparente, y la efectiva.
Gravedad específica neta, Gsb.– Proporción de la masa al aire de una unidad
de volumen de un material permeable (incluyendo vacíos permeables e
impermeables del material) a una temperatura indicada, con respecto a una masa
al aire de igual densidad de volumen igual al de agua destilada a una temperatura
indicada (Figura 2.13).
Gravedad específica aparente, Gsa.– Proporción de la masa en aire de una
unidad de volumen de un material impermeable a una temperatura indicada, con
respecto a una masa al aire de igual densidad de volumen igual al de agua destilada
a una temperatura indicada (Figura 2.13).
74
Gravedad específica efectiva, Gse.– Proporción de la masa en aire de una
unidad de volumen de un material permeable (excluyendo vacíos permeables de
asfalto) a una temperatura indicada, con respecto a una masa al aire de igual
densidad de volumen igual al de agua destilada a una temperatura indicada (Figura
2.13).
Figura 2.13 - Ilustración de los parámetros de diseño volumétrico (IMT, 2004).
Vacíos en el agregado mineral, VAM.– Volumen de espacio vacío
intergranular entre las partículas del agregado de una mezcla asfáltica compactada,
que incluye los vacíos de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado como un
porcentaje del total de la muestra (Figura 2.14).
Contenido de asfalto efectivo, Pbe. – Contenido de asfalto total de una
mezcla asfáltica, menos la proporción de asfalto absorbido en las partículas del
agregado.
Vacíos de aire, Va. – Volumen total de una pequeña bolsa de aire entre las
partículas cubiertas del agregado en una mezcla de pavimento compactado,
expresado como el porcentaje del volumen neto de la mezcla del pavimento
compactado (Figura 2.14).
Vacíos llenados con asfalto, VFA.-– Porción del porcentaje del volumen de
espacio vacío intergranular entre las partículas del agregado, que es ocupado por
el asfalto efectivo. Se expresa como la porción de (VAM – Va) entre VAM. (Figura
2.14).
Agregado
Vacíos permeables al agua nollenados con asfalto (parte del
volumen del agregado paragravedad específica efectiva Gse)
Vacíos permeables al agua (partedel volumen del agregado para
gravedad específica neta Gsb)
Vacíos permeables de asfalto(asfalto absorbido)Capa efectiva
de asfalto
75
El procedimiento de diseño de mezcla, calcula los valores de VAM para las
mezclas de pavimento en términos de la gravedad específica neta de los agregados,
Gsb.
Vma = volumen de vacíos en agregado mineral
Vmb = volumen total de la mezcla asfáltica
Vmm = volumen de la mezcla asfáltica sin vacíos
Vfa = volumen de vacíos llenados con asfalto
Va = volumen de vacíos de aire
Vb = volumen de asfalto
Vba = volumen de asfalto absorbido
Vsb = volumen de agregado mineral (gravedad especifica de la masa)
Vse = volumen de agregado mineral (gravedad efectiva especifica)
Figura 2.14 - Componente del diagrama de compactación de una HMA (IMT, 2004).
Los vacíos en el agregado mineral (VAM) y vacíos de aire (Va), se expresan
como un porcentaje del volumen de la mezcla asfáltica. Los vacíos llenos de asfalto
(VFA) son el porcentaje del VAM llenado con el asfalto efectivo.
Vfa
Vma
Vba
Vsb
Vb
Vse
Vmb
Vmm
Aire Va
Agregado
Asfalto absorbido
Asfalto
76
Dependiendo de cómo se específica el contenido de asfalto, el contenido de
asfalto efectivo puede expresarse como un porcentaje de la masa total de la mezcla
asfáltica, o como porcentaje de la masa del agregado de la mezcla asfáltica.
Debido a que el vacío de aire, VAM y VFA son cantidades de volumen; una
mezcla asfáltica, primero debe ser diseñada o analizada sobre la base del volumen.
Para propósitos de diseño, este acercamiento volumétrico puede ser fácilmente
cambiado a valores de masas, para proveer una mezcla de diseño.
2.6.1.1 Gravedad específica neta del agregado Cuando el agregado total consiste en fracciones separadas de agregado
grueso; agregado fino; y filler, todos tienen diferentes gravedades específicas; la
gravedad específica neta para el agregado total se calcula usando:
Donde:
Gsb = gravedad especifica neta para el agregado total.
P1, P2, Pn = porcentajes individuales por masa de agregado
G1, G2, Gn = gravedad especifica neta individual del agregado
La gravedad específica neta del filler es difícil de determinar correctamente.
De cualquier modo, si la gravedad específica aparente del filler es estimada, el error
es usualmente insignificante.
2.6.1.2 Gravedad específica efectiva del agregado Cuando se basa en la gravedad específica máxima de una mezcla de
pavimento, Gmm, la gravedad específica efectiva del agregado, Gse, incluye todos
los espacios de vacíos en las partículas del agregado, excepto aquellos que
absorben el asfalto; Gse se determina usando:
Gsb =
Gi
P1 + P2 + ..... + PN
P1 + P2 + + PN.....
G2 GN
Ecuación 2.19
77
Donde:
Gse = gravedad especifica efectiva del agregado
Gmm = gravedad especifica teórica máxima (ASTM D 2041/AASHTO T 209) de
mezcla de pavimento (sin vacíos de aire)
Pmm = porcentaje de masa del total de la mezcla suelta = 100
Pb = contenido de asfalto
Gb = gravedad especifica del asfalto
El volumen de asfalto absorbido por los agregados es casi invariablemente
menor al volumen de agua absorbida. Por tanto, el valor para la gravedad específica
efectiva de un agregado debe estar entre su gravedad específica neta y su gravedad
específica aparente. Cuando la gravedad específica efectiva sale de estos límites,
su valor se debe asumir como incorrecto. El cálculo de la gravedad específica
máxima de la mezcla mediante la ASTM D 2041/ASSHTO T 209; la composición de
la mezcla en términos del contenido de agregado; y el total de asfalto se deben
entonces, volver a inspeccionar para encontrar la causa del error.
2.6.1.3 Porcentaje de vacíos en el agregado mineral
Los vacíos en el agregado mineral, VAM, se definen como el vacío
intergranular entre las partículas del agregado en una mezcla asfáltica compactada,
que incluye los vacíos de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado como un
porcentaje del volumen total. El VAM puede calcularse sobre la base de la gravedad
específica neta del agregado, y expresarse como un porcentaje del volumen mezcla
asfáltica compactada. Por tanto, el VAM puede estimarse restando el volumen del
agregado determinado por su gravedad específica neta, del volumen neto de la
mezcla asfáltica compactada.
Si la composición de la mezcla se determina como el porcentaje del total de
la masa de la mezcla asfáltica:
Gse =
Gmm
Pmm - Pb
Pmm - Pb
Gb
Ecuación 2.20
78
Donde:
VAM = vacíos en el agregado mineral (porcentaje del volumen neto)
Gsb = gravedad especifica neta del total de agregado
Gmb = gravedad especifica neta de la mezcla asfáltica compactada
Ps =contenido de agregado, porcentaje del total de la masa de la mezcla asfáltica.
2.6.1.4 Porcentaje de vacíos de aire
Los vacíos de aire (Va), en la mezcla asfáltica compactada consiste en los
pequeños espacios de aire entre las partículas de agregado. El porcentaje del
volumen de vacíos de aire en una mezcla compactada, puede determinarse usando:
Donde: Va = vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total
Gmm = gravedad especifica teórica máxima
Gmb = gravedad especifica neta de la mezcla asfáltica compactada
2.6.1.5 Porcentaje de vacíos llenos con asfalto
El porcentaje de los vacíos en el agregado mineral que son llenados por el
asfalto (VFA), no incluyendo el asfalto absorbido, se determina usando:
Donde: VFA = vacíos llenados con asfalto, porcentaje de VAM
VAM = vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen total
Ecuación 2.21
Ecuación 2.22
Ecuación 2.23 VFA =
VAM
VAM - Va100
Va =
Gmm
Gmm - Gmb100Va =
VAM =
Gsb
Gmb X Ps
100 -
79
Va = vacíos de aire en mezclas compactadas, porcentaje del volumen total (IMT,
2004).
2.6.1.6 Contenido de asfalto
La proporción de asfalto en la mezcla es importante y debe ser determinada
exactamente en el laboratorio, y luego controlada con precisión en la obra.
El contenido óptimo de asfalto de una mezcla depende, en gran parte, de las
características del agregado tales como la granulometría y la capacidad de
absorción. La granulometría del agregado está directamente relacionada con el
contenido óptimo del asfalto. Entre más finos contenga la graduación de la mezcla,
mayor será el área superficial total, y, mayor será la cantidad de asfalto requerida
para cubrir, uniformemente, todas las partículas. Por otro lado las mezclas más
gruesas (agregados más grandes) exigen menos asfalto debido a que poseen
menos área superficial total.
La relación entre el área superficial del agregado y el contenido óptimo de
asfalto es más pronunciada cuando hay relleno mineral (fracciones muy finas de
agregado que pasan a través del tamiz de 0.075 mm (Nº 200). Los pequeños
incrementos en la cantidad de relleno mineral, pueden absorber, literalmente, gran
parte el contenido de asfalto, resultando en una mezcla inestable y seca. Las
pequeñas disminuciones tienen el efecto contrario: poco relleno mineral resulta en
una mezcla muy rica (húmeda). Cualquier variación en el contenido o relleno mineral
causa cambios en las propiedades de la mezcla, haciéndola variar de seca a
húmeda. Si una mezcla contiene poco o demasiado, relleno mineral, cualquier
ajuste arbitrario, para corregir la situación, probablemente la empeorará. En vez de
hacer ajustes arbitrarios, se deberá efectuar un muestreo y unas pruebas
apropiadas para determinar las causas de las variaciones y, si es necesario,
establecer otro diseño de mezcla.
La capacidad de absorción (habilidad para absorber asfalto) del agregado
usado en la mezcla es importante para determinar el contenido óptimo de asfalto.
Esto se debe a que se tiene que agregar suficiente asfalto la mezcla para permitir
80
absorción, y para que además se puedan cubrir las partículas con una película
adecuada de asfalto. Los técnicos hablan de dos tipos de asfalto cuando se refieren
al asfalto absorbido y al no absorbido: contenido total de asfalto y contenido efectivo
de asfalto. El contenido total de asfalto es la cantidad de asfalto que debe ser
adicionada a la mezcla para producir las cualidades deseadas en la mezcla. El
contenido efectivo de asfalto es el volumen de asfalto no absorbido por el agregado;
es la cantidad de asfalto que forma una película ligante efectiva sobre la superficie
de los agregados. El contenido efectivo de asfalto se obtiene al restar la cantidad
absorbida de asfalto del contenido total de asfalto.
La capacidad de absorción de un agregado es, obviamente, una
característica importante en la definición del contenido de asfalto de una mezcla.
Generalmente se conoce la capacidad de absorción de las fuentes comunes de
agregados, pero es necesario efectuar ensayos cuidadosos cuando son usadas
fuentes nuevas.
2.6.2 Compactación de mezclas asfálticas
El diseño de mezclas asfálticas ha tenido a través del tiempo diversos
métodos; siendo la gran diferencia entre ellos los equipos de compactación. El
propósito de dichos equipos en laboratorio es simular lo mejor posible la
densificación que sufre la mezcla asfáltica en campo, siendo los dos parámetros
principales en la densificación el porcentaje de vacíos de aire (Va) y el acomodo de
las partículas. Existen diferentes tipos de compactaciones de laboratorio, entre los
cuales se encuentran la compactación a base de impactos, compactación por
amasado y la compactación giratoria. Al igual que los compactadores, los
especímenes tienen una gran variedad de formas y tamaños, desde las probetas
cilíndricas con diferentes diámetros y alturas, hasta probetas prismáticas. Las
dimensiones y tipos de probetas están en función de la propiedad que se necesite
determinar, por ejemplo, las cilíndricas de 4 y 6 pulgadas con relación altura-
diámetro de 0,6 a 0,7 se utilizan para conocer las propiedades volumétricas y de
cohesión; probetas cilíndricas con relación altura diámetro de 1:1 y 2:1, se emplean
en pruebas de susceptibilidad a la humedad y de compresión axial; las probetas
81
prismáticas se utilizan generalmente en pruebas de fatiga. Esta será analizada por
medio de los parámetros volumétricos derivados de los análisis de la gravedad
específica neta (Gmb) y gravedad especifica teórica máxima (Gmm) con un
contenido de asfalto óptimo dado para todos los casos.
2.6.2.1 Martillo Marshall
Para compactar las probetas se emplea un dispositivo de acero formado por
una base plana y circular de 98.4 mm (3 7/8”) de diámetro y un pistón de 4.536 g
(10 lb), montado de forma que se pueda conseguir una caída libre del mismo sobre
la base desde una altura de 457.2 mm (18”). Consta de un pedestal de
compactación; consiste en una pieza prismática de madera de 200 x 200 x 460 mm
(8 x 8 x 18 “) con un plato de acero de 305 x 305 x 25 mm (12 x 12 x 1 “). La base
de madera deberá ser de roble o pino y tener un peso seco de 670 a 770 kg/m3.. El
martillo Marshall forma parte de la metodología Marshall. El concepto del método
Marshall para diseño de mezclas para pavimentación fue formulado por Bruce
Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de
Mississippi. Dicho método utiliza especímenes de prueba estándar, de una altura
de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro.
2.6.2.2 Compactador giratorio
Es el equipo más nuevo para evaluar las características de compactación de
las mezclas asfálticas, bajo el concepto de que el compactador giratorio simula
mejor la compactación en campo. Es importante notar que las características de
compactación están disponibles para predecir las que correspondan al pavimento
no sólo en el momento de la construcción, sino también a través de la vida del
asfalto. Los compactadores giratorios aplican un esfuerzo de amasado para fabricar
especímenes cilíndricos. Dichos equipos han experimentado una evolución,
resultado de varios dispositivos únicos y una variedad de métodos.
Existen tres valores que se consideran en la compactación giratoria:
82
Nini.- Número de giros mínimo para que se empiece a compactar la mezcla
asfáltica
Ndes.- Número de giros con que se diseña la mezcla asfáltica
Nmáx.-Número de giros para predecir la densificación de la mezcla asfáltica
después de ser colocada
El compactador giratorio se diseñó para compensar automáticamente el
ángulo de giro (bajo servo-control de realimentación) y así mantener el ángulo de
giro constante durante la compactación; además, provee un recurso para un ajuste
simple y rápido de los parámetros críticos. El servo control de realimentación está
habilitado para brindar más precisión y resultados consistentes; es una herramienta
potente para evaluar los parámetros fijados y permite un ajuste para siguientes
trabajos, indicando los parámetros que serán cambiados. Un aditamento más
reciente es la medición de la resistencia al corte. Esto se logra con la instalación de
un transductor de presión en las líneas de presión de los tres puntos giratorios
actuantes. A través de un algoritmo similar usado con la máquina GTM, el promedio
de la presión medida por ciclos es trasladada en resistencia al corte (IMT, 2004).
2.6.3 Caracterización de la mezcla asfáltica
2.6.3.1 Método de prueba estándar para densidad aparente y densidad de mezclas asfálticas compactadas no absorbentes
El modelo está compuesto de distintos materiales, la gravedad específica de
la muestra compactada se llama gravedad específica neta y corresponde a la
densidad de la mezcla asfáltica compactada, misma que corresponde al ensaye
Método de prueba estándar para densidad aparente y densidad de mezclas
asfálticas compactadas no absorbentes (ASTM, D 2726, 2014).
Los especímenes utilizados en este ensayo pueden ser mezclas asfálticas
compactadas en laboratorio o en campo.
El método deberá emplearse únicamente con mezclas asfálticas
compactadas de granulometría densa o que prácticamente no sean absorbentes.
83
El método de ensaye cubre la determinación de la densidad aparente y la
densidad de las muestras de mezclas asfálticas compactadas.
Los resultados obtenidos de este método de ensayo se pueden utilizar para
determinar el peso de la unidad de mezclas densas asfálticas compactadas y en
conjunción con el método de prueba ASTM D 2041 (gravedad específica teórica
máxima de mezclas asfálticas), para obtener el porciento de vacíos de aire. Estos
valores a su vez se pueden utilizar para determinar el grado relativo de
compactación.
2.6.3.2 Método de prueba estándar para la gravedad especifica máxima teórica y la densidad de pavimentación de mezclas asfálticas
El método de prueba estándar para la gravedad especifica máxima teórica y
la densidad de pavimentación de mezclas asfálticas (ASTM, D 2041, 2011), cubre
la determinación de la gravedad especifica teórica máxima y la densidad de las
mezclas asfálticas no compactadas a 25⁰C.
Terminología
Gravedad especifica.- la relación de una masa dada de material a 25⁰C a la
masa de un volumen igual de agua a la misma temperatura.
Las gravedades específicas teóricas máximas y las densidades de mezclas
de pavimento, son propiedades fundamentales cuyos valores están influidos por la
composición de la mezcla en función de los tipos y cantidades de agregados y
materiales asfálticos.
La gravedad específica máxima teórica se utiliza
En el cálculo de los vacíos de aire en la mezcla de pavimentación bituminosa
compactada.
En el cálculo de la cantidad de asfalto absorbido por el agregado y
Para proporcionar valores objetivos para la compactación de la mezcla de
pavimentación
El tamaño de la muestra será de acuerdo a la Tabla 2.10.
84
Tabla 2.10 - Masa requerida de material para la realización del ensaye de Gravedad especifica teórica máxima (ASTM, D 2041, 2011).
2.7 Deformación permanente
Es el deterioro caracterizado por la existencia de una sección transversal de
la superficie que ya no ocupa su posición original. Se llama deformación
“permanente”, pues representa la acumulación de pequeñas deformaciones
generadas con cada aplicación de carga. Esta deformación es irrecuperable. Si bien
las roderas pueden tener varias causas (debilidad de la HMA por cambios de
humedad, abrasión, densificación del tránsito), existen dos causas principales.
Primero, las roderas resultan de por muchas aplicaciones repetidas de carga
al suelo natural (subrasante), la sub base, o la base por debajo de la capa asfáltica.
Aunque la utilización de materiales viales más rígidos reduce parcialmente este tipo
de roderas, el fenómeno es normalmente considerado más un problema estructural
que un problema de los materiales. Frecuentemente, es producto de una sección
de pavimento demasiado delgada, sin la suficiente profundidad para reducir a
niveles tolerables, las tensiones sobre la subrasante cuando las cargas son
aplicadas. Podría ser también resultado de una subrasante debilitada por el ingreso
inesperado de humedad. La acumulación de la deformación permanente ocurre más
en la subrasante que en las capas asfálticas.
Las roderas pueden ser causadas por la acumulación de deformaciones en
las capas asfálticas. Este tipo de roderas es por una mezcla asfáltica cuya
resistencia al corte es demasiado baja para soportar las cargas pesadas repetidas
a las cuales está sometida (Figura 2.15). A veces ocurren en una capa superficial
Tamaño nominal de
agregado máximo
Tamaño mínimo de
muestra
37.5 o mas grande
19 a 25
12.5 o maspequeño
5000
2500
1500
(mm) (g)
85
débil. En otros casos, la capa superficial no es en sí misma propensa a las roderas,
pero acompaña la deformación de una inferior más débil.
Figura 2.15 - Roderas de una mezcla débil (IMT, 2003).
Cuando en una mezcla asfáltica se presenta una rodera, es evidente que
tiene una baja resistencia al corte. Cada vez que un camión aplica una carga se
ocasiona una deformación pequeña, pero permanente. La deformación por corte se
caracteriza por un movimiento de la mezcla hacia abajo y lateralmente. Con un
número dado de repeticiones de carga, aparecerán las roderas. Los pavimentos
asfálticos con roderas tienen una seguridad deficiente, porque los surcos que se
forman retienen suficiente agua para provocar hidroplaneo, o acumulación de hielo.
Debido a que las roderas son una acumulación de muy pequeñas
deformaciones permanentes, una forma de asegurar el buen desempeño del
cemento asfáltico es manteniéndolo lo más próximo posible en un comportamiento
de sólido elástico.
Así, cuando una carga es aplicada al cemento asfáltico en la mezcla, aquél
tiende a actuar como una banda de goma y a recuperar su posición original en lugar
de permanecer deformado.
Otra forma de incrementar la resistencia al corte de las mezclas asfálticas es
eligiendo un agregado con un ángulo de fricción interno alto (f). Esto se logra con la
selección de un agregado con buena rugosidad y con una granulometría tal que
desarrolle un buen contacto entre partículas.
En la Figura 2.16 se compara la contribución de dos agregados a la
resistencia al corte de la mezcla. Cuando una carga es aplicada al agregado en la
86
mezcla, las partículas del agregado se juntan y funcionan no sólo como una masa
de partículas individuales, sino como una enorme, única, roca elástica.
Al igual que con el cemento asfáltico, el agregado actuará como una banda
de goma que recuperará su forma original, cuando se descarga. De esta forma, no
se acumularán deformaciones permanentes (Figura 2.17).
Si bien el mayor aporte a la resistencia a la deformación permanente de la
mezcla proviene del agregado, también es importante la colaboración del cemento
asfáltico.
Figura 2.16 - Contribución del cemento asfaltico a la resistencia por corte de la mezcla (IMT, 2003).
Figura 2.17 - Contribución del agregado a la resistencia por corte de la mezcla (IMT, 2003).
Ensayos para caracterizar el comportamiento de la mezcla asfáltica
Los ensayos para caracterizar la mezcla asfáltica permiten conocer su
comportamiento, y cómo cambia a lo largo de la vida del pavimento. Dichos
parámetros son:
Resistencia a la deformación permanente (roderas). Es un parámetro que
depende principalmente del diseño de la mezcla asfáltica. Por esta razón, la mayoría
87
de los ensayos de comportamiento se concentran en la predicción de la resistencia
a la deformación permanente.
Susceptibilidad a la humedad. La evaluación de la susceptibilidad a la
humedad sirve para identificar si una combinación de ligante asfáltico y agregado,
es susceptible a la acción del agua
Ensayo para caracterizar la susceptibilidad a la humedad A la fecha no hay un ensayo que haya logrado una amplia aceptación para
evaluar el efecto de la humedad en una mezcla, comparando los resultados de los
ensayos húmedo y seco. El SUPERPAVE recomienda el ensayo de Lottman
modificado como el ensayo más apropiado.
El ensayo de Lottman modificado (Figura 2.18), básicamente compara los
resultados del ensayo de resistencia a la tensión indirecta de una muestra seca y
de una muestra expuesta al agua/congelamiento/deshielo. La muestra en agua se
somete a saturación por vacío, un ciclo de congelamiento opcional, seguido por un
ciclo de congelamiento y humedecimiento en agua, antes de ser ensayado en
resistencia a tensión indirecta.
Los resultados del ensayo se reportan como la relación de resistencia a la
tensión:
Donde:
TSR = relación de resistencia a la tensión
S1 = resistencia a la tensión promedio de la muestra seca
S2 = resistencia a la tensión promedio de la muestra acondicionada
Además del ensayo de Lottman modificado, se usan los aparatos de la rueda
de Hamburgo (HWTD), o el Analizador de Pavimentos Asfálticos (APA) para
ensayos de susceptibilidad a la humedad, pues estos pueden llevarse a cabo dentro
y fuera de un baño de agua templada. De todos los ensayos mencionados, los de
simulación (rueda cargada) son los más utilizados actualmente para caracterizar la
profundidad de la rodera, ya que son fáciles de realizar, se correlacionan bien con
TSR = S1
S2
Ecuación 2.24
88
los datos de campo, la carga y la temperatura de ensayo son representativos de las
condiciones de campo actuales (IMT, 2005).
Figura 2.18 - Equipo para determinación de resistencia a la tensión indirecta.
89
Capítulo 3 Metodología de experimentación
3.1 Programa de experimentación
EL programa de experimentación de este trabajo, se basó en el análisis de
dos mezclas asfálticas diseñadas con la metodología Superpave, para cada diseño
se utilizó un banco de material distinto, estos bancos tienen por denominación Rio
San Lorenzo y Dimas. EL objetivo de este estudio fue determinar la influencia en el
diseño de las mezclas asfálticas de la variación de los agregados de diferentes
bancos de materiales. Se optó por la metodología Superpave, debido a que en ella
se establecen pruebas de desempeño de las mezclas asfálticas, de tal manera que
estas simulan el comportamiento que tendrá la mezcla asfáltica durante su vida útil.
Los diseños fueron aplicados en la carretera de cuota Mazatlán-Culiacán, en
puntos aislados en ambos cuerpos del tramo carretero, la Figura 3.1 muestra el
tramo en cuestión así como la localización de los bancos de materiales.
90
Figura 3.1 – Ubicación de los bancos de materiales en estudio.
El planteamiento para llevar a cabo el programa de experimentación se
realizó mediante el siguiente programa de actividades que a continuación se
menciona:
Parámetros de diseño
Caracterización del agregado mineral empleado en la producción de la
mezcla asfáltica
b).- Banco de materiales Rio San
Lorenzo c).- Banco de materiales Dimas
a).- Representación de zona de estudio y bancos de materiales
91
Propiedades físicas de la mezcla de materiales resultante durante el
proceso de producción de la mezcla asfáltica
Estructura granulométrica y contenido de asfalto obtenido en la producción
de la mezcla asfáltica
Caracterización de la mezcla asfáltica de campo
Ensayos de comportamiento de la mezcla asfáltica
3.2 Parámetros de diseño
3.2.1 Selección y caracterización del agregado mineral
EL agregado mineral utilizado durante este estudio, fue de material pétreo
proveniente de rio, por cada banco de materiales. Las Tablas 3.1, 3.2 y 3.3 muestran
los resultados que respecta a la caracterización del agregado mineral del banco Rio
San Lorenzo, las Tablas 3.4, 3.5 y 3.6 presentan los resultados obtenidos de la
caracterización del agregado pétreo del banco Dimas, las graduaciones que
intervinieron en ambos bancos de materiales es material de grava de ¾ de pulgada,
sello de ⅜ de pulgada y arena triturada.
Tabla 3.1 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada, Banco Rio San Lorenzo.
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Desgaste de Los Ángeles, (%) 11 25% máx. ASTM C131
Desgaste microdeval (%) 5 15% máx. ASTM D 6928
Partículas trituradas (%) 95 90% mín. ASTM D 5821
Partículas alargadas y
lajeadas”B” 1:3 (%)9 15% máx. ASTM D 4791
Densidad (T/mᶟ) 2.546 N.A ASTM C127
Absorción (%) 1.850 N.A ASTM C127
Banco: Rio San Lorenzo
92
Tabla 3.2 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada, Banco Rio San Lorenzo.
Tabla 3.3 - Caracterización de arena triturada, Banco Rio San Lorenzo.
Tabla 3.4 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada, Banco Dimas.
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Desgaste de Los Ángeles, (%) 10 25% máx. ASTM C131
Partículas trituradas (%) 96 90% mín. ASTM D 5821
Partículas alargadas y
lajeadas “B” 1:3 (%)2 15% máx. ASTM D 4791
Adherencia (%) 93 90% mín. RA-08/2010
Densidad (T/mᶟ) 2.557 N.A ASTM C127
Absorción (%) 1.920 N.A ASTM C127
Banco: Rio San Lorenzo
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Equivalente de arena (%) 64 55% mín. ASTM D2419
Azul de metileno (mg/g) 7 12% máx. AMAAC RA 05
Angularidad del fino (%) 46 40% mín.AASHTO
T 304
Densidad (T/mᶟ) 2.508 N.A ASTM C128
Absorción (%) 2.201 N.A STM C128
Banco: Rio San Lorenzo
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Desgaste de Los Ángeles, (%) 16 25% máx. ASTM C131
Desgaste microdeval (%) 6 15% máx. ASTM D 6928
Partículas trituradas (%) 96 90% mín. ASTM D 5821
Partículas alargadas ”A” 1:3
(%)1 15% máx. ASTM D 4791
Partículas lajeadas ”A” 1:3
(%)7 15% máx. ASTM D 4791
Densidad (T/mᶟ) 2.529 N.A ASTM C127
Absorción (%) 1.836 N.A ASTM C127
Banco: Dimas
93
Tabla 3.5 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada, Banco Dimas.
Tabla 3.6 - Caracterización de arena triturada, Banco Dimas.
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Desgaste de Los Ángeles, (%) 14 25% máx. ASTM C131
Partículas trituradas (%) 97 90% mín. ASTM D 5821
Partículas alargadas ”A” 1:3
(%)1 15% máx. ASTM D 4791
Partículas lajeadas ”A” 1:3
(%)8 15% máx. ASTM D 4791
Adherencia (%) 90% mín. RA-08/2010
Densidad (T/mᶟ) 2.515 N.A ASTM C127
Absorción (%) 1.945 N.A ASTM C127
Banco: Dimas
Ensayo Resultado EspecificaciónMétodos de
prueba
Equivalente de arena (%) 55 55% mín. ASTM D2419
Azul de metileno (mg/g) 8 12% máx. AMAAC RA 05
Angularidad del fino (%) 44 40% mín.AASHTO
T 304
Densidad (T/mᶟ) 2,460 N.A ASTM C128
Absorción (%) 2,971 N.A STM C128
Banco: Dimas
94
3.2.2 Granulometría de diseño
De cada uno de las distintas graduaciones de cada banco de materiales, se
realizó un análisis granulométrico, que se llevó a cabo para cada graduación de
material pétreo, es decir, para el agregado de grava de ¾ de pulgada, sello de ⅜ de
pulgada y arena triturada, por cada banco de materiales. El resultado del análisis
granulométrico se da a continuación en la Tabla 3.7 para el banco de materiales Rio
San Lorenzo y la Tabla 3.8 para el banco de materiales Dimas.
Tabla 3.7 - Resultado de análisis granulométrico en sus distintas graduaciones para el banco de materiales Rio San Lorenzo.
Grava 3/4" Sello 3/8" Arena triturada
Pulgadas mm
1” 25.4 100 100 100
¾” 19 100 100 100
½” 12.5 55.9 100 100
⅜” 9.5 10.2 73.3 100
N° 4 4.75 0.01 0 99.6
N° 8 2.36 0 0 77.8
N°16 0.85 0 0 47.0
N°30 0.425 0 0 31.1
N° 50 0.225 0 0 22.3
N° 100 0.150 0 0 16.1
N°200 0.075 0 0 11.2
Malla
Porcentaje que pasa
95
Tabla 3.8 - Resultado de análisis granulométrico en sus distintas graduaciones para el banco de materiales Dimas.
Derivado del análisis granulométrico realizado por cada graduación de
material pétreo en cada banco de materiales, se determinó la proporción de material
por cada una de las distintas graduaciones, dando como resultado la curva
granulométrica. Se determinó que esta cumpliera de acuerdo a los requisitos
establecidos por Superpave, es decir, que los porcentajes estuvieran dentro de los
limites granulométricos (puntos de control establecidos en la Tabla 1.15), el tamaño
máximo nominal se estableció de 19.0 mm para cada banco de materiales. El
resultado de la combinación de material pétreo consistió en un 40 % de material de
grava de ¾ de pulgada, 20 % de material de sello de ⅜ de pulgada y 40% de material
de arena triturada, para cada banco de materiales.
Las Tablas 3.9 y 3.10 muestran el resultado de la granulometría resultante
para cada uno de los distintos bancos de materiales.
Grava 3/4" Sello 3/8" Arena triturada
Pulgadas mm
1” 25.4 100 100 100
¾” 19 98.7 100 100
½” 12.5 57.6 100 100
⅜” 9.5 5.1 76.5 100
N° 4 4.75 0.1 3.7 99.8
N° 8 2.36 0 0.1 78.8
N°16 0.85 0 0 50.6
N°30 0.425 0 0 34.3
N° 50 0.225 0 0 23.7
N° 100 0.150 0 0 16.4
N°200 0.075 0 0 10.7
Malla
Porcentaje que pasa
96
Tabla 3.9 – Granulometría resultante de la combinación de las distintas graduaciones para el banco de materiales Rio San Lorenzo.
Tabla 3.10 – Granulometría resultante de la combinación de las distintas graduaciones para el banco de materiales Dimas.
Granulometría
40-20-40 (%)
Limites
granulométricos
Pulgadas mm
1” 25.4 100 100
¾” 19.0 100 90-100
½” 12.5 82.3 -90
⅜” 9.50 58.7
N°4 4.75 39.9
N°8 2.36 31.1 23-49
N°16 0.85 18.8
N°30 0.425 12.4
N°50 0.225 8.9
N° 100 0.150 6.4
N°200 0.075 4.5 2--8
Malla
Porcentaje que pasa
Granulometría
40-20-40 (%)
Limites
granulométricos
Pulgadas mm
1” 25.4 100 100
¾” 19 99.5 90-100
½” 12.5 83 -90
⅜” 9.5 57.3
N°4 4.75 40.7
N°8 2.36 31.5 23-49
N°16 0.85 20.2
N°30 0.425 13.7
N°50 0.225 9.5
N° 100 0.150 6.5
N°200 0.075 4.3 2--8
Malla
Porcentaje que pasa
97
Las Figuras 3.2 y 3.3 representan la curva granulométrica con la línea de
máxima densidad en la gráfica de fuller, evitando la zona restringida de acuerdo a
Superpave, estas figuras son una representación de la composición granulométrica
que se estableció en las Tablas 3.9 y 3.10.
Figura 3.2 - Presentación de la curva granulométrica en la gráfica de fuller del banco de materiales
Rio San Lorenzo.
Figura 3.3 - Presentación de la curva granulométrica en la gráfica de fuller del banco de materiales
Dimas.
0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40
0.075 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19 25 37.5 60
Porc
ent passin
g
Sleve size (mm)
0.45th POWER GRADATION CHART
0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40
0.075 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19 25 37.5 60
Porc
ent passin
g
Sleve size (mm)
0.45th POWER GRADATION CHART
98
3.2.3 Selección del cemento asfáltico
El material asfaltico que se utilizó en esta investigación, fue identificado como
un PG 76-22, el cual fue utilizado en la elaboración de las mezclas asfálticas
analizadas, mismo que fue utilizado en la producción de la mezcla asfáltica en
campo, el cual mostró las características que se indican en la Tabla 3.11. Este
material asfáltico está caracterizado de acuerdo a la Tabla 1.6.
Tabla 3.11 - Características del material asfáltico empleado en el diseño.
Asfalto
PG 76-22Método de análisis
Pa.s 2.1* 3 Máx. --
10-1 mm 59.0 40 Mín. M-MMP-4-05-006/00
10-1 mm 33.0 25 Mín. M-MMP-4-05-006/00oC 271 230 Mín. M-MMP-4-05-007/00oC 60.5 55 Mín. M-MMP-4-05-009/00
% -- 20 Mín. M-MMP-4-05-023/02
% 15.0 35 Mín. M-MMP-4-05-024/02
kPa 1.61* 1 Mín. --
% 1.20 1 Máx. M-MMP-4-05-010/02
% 64.0 65 Mín. M-MMP-4-05-010/02
% -- 60 Mín. M-MMP-4-05-026/02
kPa 4.06* 2.2 Mín. --
-- -- 0.30 Mín. --
-- 256* 300 Máx. --
Pruebas al asfalto envejecido después de RTFO y PAV
Pendiente de deformación (m), A - 12 °C
Rigidez de flexión S(t) A - 12 °C. MPa
Módulo de corte reológico a 76 °C
Al producto después de RTFO
Pérdida por calentamiento
Penetración retenida a 4 °C
Recuperación elástica en ductilómetro 25 °C
Módulo de corte dinamico a 76 °C
Recuperación elástica por torsión a 25 °C
Pruebas UnidadResultados
obtenidos
Especificaciones
Al producto original
Viscosidad dinámica a 135°C
Penetración a 25 °C, 100 g, 5 s
Penetración a 4 °C, 200 g, 60 s
Punto de Inflamación Cleveland
Punto de reblandecimiento
Resiliencia a 25 °C
99
3.2.4 Propiedades volumétricas
Seleccionado el material asfáltico utilizado en la elaboración de la mezcla
asfáltica, se determinaron los parámetros volumétricos correspondientes. Las
Tablas 3.12 y 3.13 muestran los resultados obtenidos. Estos resultados se muestran
por cada porcentaje establecido de contenido de asfalto respecto a la mezcla y del
agregado.
Tabla 3.12 - Propiedades volumétricas de la combinación de materiales, agregado mineral y material asfáltico para el banco de materiales Rio San
Lorenzo.
Tabla 3.13 - Propiedades volumétricas de la combinación de materiales, agregado mineral y material asfáltico para el banco de materiales Dimas.
Contenido de asfalto de diseño
De acuerdo a los resultados de las Tablas 3.12, y 3.13, para distintos
contenidos de asfalto y para cada banco de materiales, se concluyó que el contenido
de asfalto que mejor cumple con los requisitos establecidos, de acuerdo a los
Contenido de
asfalto R/
agregado %
Contenido
de asfalto
R/ Mezcla
(%)
Densidad
máxima
teórica
(gr/cmᶟ)
Densidad
mezcla
compactada
(gr/cmᶟ)
Vacíos
(%)VAM (%)
VFA
(%)
Proporción
de polvo (%)
%Gmm a
nini (%)
% Gmm a
Nfin(%)
6.0 5.6 2373 2223 6.3 17.18 63.5 0.89 84.6 94.8
6.5 6.1 2359 2240 5.0 16.97 70.2 0.82 85.2 95.4
7.0 6.5 2344 2250 4.0 16.99 76.4 0.76 85.8 96.1
7.5 6.9 2330 2254 3.3 17.23 81.0 0.71 86.2 96.9
N/A N/ACercano
a 4.013 min. 65-78 0.6-1.2
90.5%
máx.98% máx.Especificación habitual
Contenido de
asfalto R/
agregado %
Contenido
de asfalto
R/ Mezcla
(%)
Densidad
máxima
teórica
(gr/cmᶟ)
Densidad
mezcla
compactada
(gr/cmᶟ)
Vacíos
(%)VAM (%)
VFA
(%)
Proporción
de polvo (%)
%Gmm a
nini (%)
% Gmm a
Nfin(%)
6.0 5.6 2370 2230 5.8 15.79 62.8 0.99 84.2 94.5
6.5 6.1 2368 2237 5.5 15.9 65.3 0.90 85.1 95.2
7.0 6.6 2349 2247 4.2 16.02 73.2 0.80 85.5 96.0
7.5 6.9 2335 2251 3.6 16.21 77.8 0.76 86.1 96.5
N/A N/ACercano
a 4.013 min. 65-78 0.6 - 1.2
90.5%
máx.98% máx.Especificación habitual
100
parámetros volumétricos es el de 6.5% respecto a la mezcla para el banco de
materiales Rio San Lorenzo, y 6.6% respecto a la mezcla para el banco Dimas.
3.2.5 Pruebas de desempeño de las mezclas asfálticas
3.2.5.1 Resistencia de las mezclas asfálticas compactadas al daño inducido por humedad
Se realizaron pruebas de desempeño a los especímenes de cada diseño de
mezcla asfáltica. Los ensayos fueron de Resistencia de las mezclas asfálticas
compactadas al daño inducido por humedad, los resultados obtenidos de las
mezclas asfálticas elaboradas con agregado pétreo procedente del banco de
materiales Rio San Lorenzo se indican en la Tabla 3.14. Las mezclas asfálticas
elaboradas con agregado pétreo procedente del banco de materiales Dimas se
indican en la Tabla 3.15.
Tabla 3.14 - Resultados de ensayo de Resistencia retenida aplicado al diseño del banco Rio San Lorenzo.
Procedencia : Especímenes elaborados en laboratorio
AASHTO T-283
Identifiacion del especimen No 1 2 3 4 5 6
Diametro, cm D cm 10 10 10 10 10 10
Espesor, cm. t cm 6.44 6.51 6.54 6.52 6.46 6.48
Peso en aire, grs. A grs 1061.5 1059 1066.5 1057.5 1061.5 1058
Peso Sat. Superficialmente seco, (g) B grs 1074 1070.5 1078.5 1072.5 1072 1068.5
Peso Sumergido, grs C grs 590 588 591 584 591 591
Volumen (B-C), cc E cc 484 482.5 487.5 486 485 481
Gravedad especifica bruta(a/e) Gmb gr/cc 2.193 2.195 2.188 2.176 2.189 2.2
Gravedad especifica teórica máxima Gmm gr/cc 2.347 2.347 2.347 2.347 2.347 2.347
Vacios(100(Gmm-Gmb)/Gmm) Pa % 6.6 6.5 6.8 7.3 6.7 6.3
Volumen de vacios(PaE/100),cc. Va cc 31.7 31.3 33.1 35.4 32.7 30.2
Carga, kg P kg 899 889 950
Espesor, cm. t” cm 6.44 6.51 6.56
Peso Sat. Sup. Seco, grs. B” gr 1084 1081.5 1090
Volumen de agua absorbida (B”-A), c J” gr 22.5 22.5 23.5
%Saturacion (100J”/Va) S” % 70.9 71.9 71
Carga, Kg P” kg 866 834 779 PROM
Esfuerzo en seco (2P/ ᶧDπп) S₁ Kg/cm2 8.78 8.76 9.33 8.96
Esfuerzo en húmedo(2P”/ ᶧ”Dπп ( S₂ Kg/cm2 8.56 8.16 7.56 8.09
TSR (S₂/ S₁) TSR % 90.30%
DAÑOS EN LA MEZCLA NINGUNO 90.30%
ROTURA DE AGREGADOS 0 0 0 80%
Contenido de asfalto 6.5 %
TSR Promedio =
Min Especificado =
Acondicionados No acondicionados Método de compactación C Giratorio
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
101
De acuerdo a los resultados del ensaye de TSR, mostrado en la Tabla 3.14,
los porcentajes de vacíos se obtuvieron del orden de 6.7%.
Tabla 3.15 - Resultados de ensayo de Resistencia retenida aplicado al diseño del banco Dimas.
Respecto a los resultados de la Tabla 3.15, el resultado de porcentaje de
vacíos fue del orden de 6.6%.
3.2.5.2 Susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente
Se realizó el ensayo para determinar la Susceptibilidad a la humedad y a la
deformación permanente de la mezcla asfáltica compactada en laboratorio, los
resultados obtenidos se muestran en las Tablas 3.16 y 3.17.
Procedencia : Especímenes elaborados en laboratorio
AASHTO T-283
Identifiacion del especimen No 1 2 3 4 5 6
Diametro, cm D cm 10 10 10 10 10 10
Espesor, cm. t cm 6.47 6.5 6.49 6.29 6.49 6.52
Peso en aire, grs. A grs 1058 1060 1059 1058 1057 1059.5
Peso Sat. Superficialmente seco, (g) B grs 1070.5 1070 1068 1067.5 1068.5 1072
Peso Sumergido, grs C grs 587.5 589.5 587 588 583 587.5
Volumen (B-C), cc E cc 483 480.5 481 479.5 485.5 484.5
Gravedad especifica bruta(a/e) Gmb gr/cc 2.19 2.206 2.202 2.206 2.177 2.187
Gravedad especifica teórica máxima Gmm gr/cc 2.349 2.349 2.349 2.349 2.349 2.349
Vacios(100(Gmm-Gmb)/Gmm) Pa % 6.7 6.1 6.3 6.1 7.3 6.9
Volumen de vacios(PaE/100),cc. Va cc 32.6 29.2 30.2 29.1 35.5 33.5
Carga, kg P kg 712 580 697
Espesor, cm. t” cm 6.47 6.5 6.49
Peso Sat. Sup. Seco, grs. B” gr 1081 1081.5 1080.5
Volumen de agua absorbida (B”-A), c J” gr 23 21.5 21.5
%Saturacion (100J”/Va) S” % 70.6 73.5 71.3
Carga, Kg P” kg 720 607 583 PROM
Esfuerzo en seco (2P/ ᶧDπп) S₁ Kg/cm2 7.21 5.69 6.81 6.57
Esfuerzo en húmedo(2P”/ ᶧ”Dπп ( S₂ Kg/cm2 7.08 5.95 5.72 6.25
TSR (S₂/ S₁) TSR % 95.20%
DAÑOS EN LA MEZCLA NINGUNO 95.20%
ROTURA DE AGREGADOS 0 0 0 80%
TSR Promedio =
Min Especificado =
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Contenido de asfalto 6.6 %
Método de compactación C Giratorio Acondicionados No acondicionados
102
Tabla 3.16 - Resultado de prueba de resistencia a la deformación permanente realizado para el diseño del banco Rio San Lorenzo.
Tabla 3.17 - Resultado de prueba de resistencia a la deformación permanente realizado para el diseño del banco Dimas.
3.3 Caracterización del agregado mineral empleado en la producción de la mezcla asfáltica de campo
Por cada banco de materiales se tomaron muestras de agregado pétreo de
cada una de las distintas graduaciones que forman el diseño de la mezcla asfáltica,
con la finalidad de realizar los ensayos correspondientes a la metodología
Superpave (pruebas de consenso y de origen), para la caracterización del agregado
mineral.
La recepción de las muestras del agregado mineral se realizó por separado,
en sus distintas graduaciones, esto fue mediante la recepción de una muestra
representativa de aproximadamente 50 kilos para el material de grava (¾ de
pulgada) y sello (⅜ de pulgada) y alrededor de 40 kilos para el material de arena
triturada, estas muestras fueron obtenidas en un solo evento por cada banco de
materiales.
Mézcla
evaluadaNo ciclos
Deformación
(mm)
Aspro_1 20 000 2.89
Aspro_2 20 000 3.32
Promedio 20 000 3.10
Especificación 20 000 10.0 máx.
Mézcla
evaluadaNo ciclos
Deformación
(mm)
Aspro_1 20 000 6.99
Aspro_2 20 000 5.17
Promedio 20 000 6.08
Especificación 20 000 10.0 máx.
103
Los resultados obtenidos que caracterizan el material pétreo, son los que se
muestran en la Tabla 3.18 para el material de grava de ¾ de pulgada, la Tabla 3.19
para grava de ⅜ de pulgada y la Tabla 3.20 del material de arena triturada del banco
de materiales Rio San Lorenzo, las Tablas 3.21, 3.22 y 3.23 corresponden a los
resultados del banco Dimas.
Tabla 3.18 – Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada del banco Río San Lorenzo.
Tabla 3.19 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada del banco Río San Lorenzo.
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Desgasté de Los Ángeles, (%) 11 15 25% máx.
Desgaste microdeval (%) 5 4 15% máx.
Partículas trituradas (%) 95 92 90% mín.
Partículas alargadas y
lajeadas”B” 1:3 (%)9 11 15% máx.
Densidad (T/mᶟ) 2.546 2.553 N.A
Absorción (%) 1.850 1.748 N.A
Resultado
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Desgaste de Los Ángeles, (%) 10 16 25% máx.
Partículas trituradas (%) 96 97 90% mín.
Partículas alargadas y lajeadas
“B” 1:3 (%)2 11 15% máx.
Adherencia (%) 93 94 90% mín.
Densidad (T/mᶟ) 2.557 2.562 N.A
Absorción (%) 1.920 1.736 N.A
Resultado
104
Tabla 3.20 - Caracterización de arena triturada del banco Rio San Lorenzo.
Tabla 3.21 - Caracterización de agregado grueso de ¾ de pulgada del banco Dimas.
Tabla 3.22 - Caracterización de agregado grueso de ⅜ de pulgada del banco Dimas.
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Equivalente de arena (%) 64 64 55% mín.
Azul de metileno (mg/g) 7 10 12% máx.
Angularidad del fino (%) 46 48.22 40% min.
Densidad (T/mᶟ) 2.508 2.474 N.A
Absorción (%) 2.201 3.076 N.A
Resultado
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Desgasté de Los Ángeles, (%) 16 16 25% máx.
Desgaste microdeval (%) 6 4 15% máx.
Partículas trituradas (%) 96 84 90% mín.
Partículas alargadas ”A” 1:3 (%) 1 1.00 15% máx.
Partículas lajeadas”A” 1:3 (%) 7 3 15% máx.
Densidad (T/mᶟ) 2.529 2.544 N.A
Absorción (%) 1.836 1.904 N.A
Resultado
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Desgaste de Los Ángeles, (%) 14 15 25% máx.
Partículas trituradas (%) 97 94 90% mín.
Partículas alargadas”A” 1:3 (%) 1 1.00 15% máx.
Partículas lajeadas”A” 1:3 (%) 8 2 15% máx.
Adherencia (%) 95 90% mín.
Densidad (T/mᶟ) 2.515 2.534 N.A
Absorción (%) 1.945 2.189 N.A
Resultado
105
Tabla 3.23 - Caracterización de arena triturada del banco Dimas.
Calibración de la planta para producción de la mezcla asfáltica
Los diseños elaborados en laboratorio están determinados bajo la utilización
de ciertos porcentajes de agregado mineral, que componen el diseño de la mezcla
asfáltica en sus distintas graduaciones, los porcentajes utilizados en los dos diseños
son los mismos, tanto para el banco de materiales Rio San Lorenzo y para el banco
Dimas. Se utilizó un 40% de grava (material pétreo de ¾ de pulgada), un 20% de
sello (material de pétreo de ⅜ de pulgada) y un 40% de arena triturada.
Se realizó el proceso de calibración de la planta, para verificar las
dosificaciones de los porcentajes para cada uno de las distintas graduaciones, con
la finalidad de producir la mezcla asfáltica con lo establecido en el diseño, es decir,
se cumpliera con la curva granulométrica de diseño que se elaboró en planta.
La calibración de la planta consistió en simular la producción de la mezcla
asfáltica, sin la utilización del material asfáltico, mediante la recepción de una
muestra de material pétreo mezclado de la banda transportadora recolectora de
materiales (Figura 3.4) con la finalidad de verificar los porcentajes resultantes del
agregado pétreo en sus distintas graduaciones, mediante el método de prueba de
análisis granulométrico (ASTM, C 136, 2014). Los datos obtenidos son comparados
con los indicados en diseño para establecer los ajustes pertinentes en las
dosificaciones de cada fracción del material pétreo para reproducir la curva
granulométrica de diseño, dentro de las tolerancias especificadas para
granulometría como lo indicado en la Tabla 3.24.
Diseño Evaluación
Ensayo Especificación
Equivalente de arena (%) 55 64 55% mín.
Azul de metileno (mg/g) 8 10 12% máx.
Angularidad del fino (%) 44 47.00 40% min.
Densidad (T/mᶟ) 2.460 2.421 N.A
Absorción (%) 2.971 4.178 N.A
Resultado
106
Figura 3.4 – Recepción de muestra de agregado mineral mezclado para calibración de planta.
Tabla 3.24 – Tolerancias en los requisitos de la mezcla asfáltica (PA-MA, 02/2016).
Durante el proceso de calibración de la planta, la metodología consistió en
establecer los porcentajes obtenidos resultantes de la mezcla de materiales en la
producción de la mezcla asfáltica, que fueron utilizados posteriormente para el
cálculo de gravedades específicas del agregado. Los resultados de los porcentajes
resultantes para cada graduación de agregado, son los que se establecen en las
Tablas 3.25 y 3.26, a su vez se indica la ubicación donde se desarrolló la
experimentación de esta investigación, para el banco Rio San Lorenzo.
Propiedad de composición de la
mezcla
Método de
extracción
(rotarex)
Método de
ignición
Contenido de asfalto, en % ± 0.3 ± 0.18Material que pasa por las mallas
superiores a la No 4 (4.75 mm)
Material que pasa por las mallas
comprendidas entre la malla No 8 (2.36
mm) y la malla No 100 (0.15 mm)
Material que pasa la malla No 200
(0.075 mm)
± 3
± 0.2
± 0.7
107
Tabla 3.25 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 154+584 del cuerpo B, carril de baja velocidad.
Tabla 3.26 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 147+985 del cuerpo B, carril de baja velocidad.
Las Tablas 3.27 y 3.28 indican los porcentajes obtenidos de la mezcla de
materiales para cada graduación de agregado pétreo del banco Dimas.
Tabla 3.27 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 58+300 del cuerpo A, carril de baja velocidad.
Tabla 3.28 - Porcentajes obtenidos en la mezcla de materiales utilizados en el kilometraje 67+970 del cuerpo A, carril de baja velocidad.
% de material
40
20
40
∑ 100
Banco Rio San Lorenzo
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
Grava 3/8"
Arena triturada
% de material
40
19
41
∑ 100
Banco Rio San Lorenzo
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
Grava 3/8"
Arena triturada
% de material
45.5
8.5
46
∑ 100
Banco Dimas
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
Grava 3/8"
Arena triturada
% de material
46
16
38
∑ 100
Grava 3/8"
Arena triturada
Banco Dimas
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
108
Gravedades específicas del agregado
La determinación de las densidades relativas para el agregado grueso y fino
mediante los ensayos ASTM C 127-15 y ASTM C 128-15, dichos resultados se
utilizaron en el cálculo de los parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica, como
vacíos del agregado mineral (VAM) y los vacíos llenos con asfalto (VFA).
Las Tablas 3.29 y 3.30 indican las gravedades específicas de los materiales
que se obtuvieron para el agregado grueso y el agregado fino, para cada banco de
materiales.
Tabla 3.29 - Gravedades específicas del agregado grueso y fino para el banco de materiales Rio San Lorenzo.
Tabla 3.30 - Gravedades específicas del agregado grueso y fino para el banco de materiales Dimas.
Las gravedades específicas netas totales del agregado, una vez combinadas
las distintas graduaciones, fueron calculados de acuerdo a la Ecuación 2.19.
A continuación se muestran los resultados obtenidos de las gravedades
específicas totales para el banco de materiales Rio San Lorenzo:
1. Resultados de gravedades especificas totales, de la combinación de
agregados que se emplearon en el kilometraje 154+584 del cuerpo B, carril
de baja velocidad.
Gsb
2.553
2.562
2.474
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
Grava 3/8"
Arena triturada
Gsb
2.544
2.534
2.421
Tamaño de agregado
Grava 3/4"
Grava 3/8"
Arena triturada
109
2. Resultados de gravedades especificas totales, de la combinación de
agregados que se emplearon en el kilometraje 147+985 del cuerpo B, carril
de baja velocidad.
Para el banco de materiales Dimas, se obtuvieron de igual forma las
gravedades específicas totales de la combinación de agregados, los resultados
obtenidos se muestran en los puntos siguientes:
1. Resultados de gravedades especificas totales, de la combinación de
agregados que se emplearon en el kilometraje 58+300 del cuerpo A, carril de
baja velocidad.
2. Resultados de gravedades especificas totales, de la combinación de
agregados que se emplearon en el kilometraje 67+970 del cuerpo A, carril de
baja velocidad.
3.4 Propiedades físicas de la mezcla de materiales resultante durante el proceso de producción de la mezcla asfáltica
El material pétreo se caracterizó de igual forma una vez mezclado, es decir,
una vez combinadas las tres distintas graduaciones del agregado mineral que
2523Gsb =
2553
40 + 20 +
40 + 20 +
2562
40
40
2474
=
2522
2553 2562 2474
Gsb =
2553
40 + 19 +
40 + 19 +
2562
41
41
2474
=
2485Gsb =
2544
45.5 + 8.5 +
45.5 + 8.5 +
2534
46
46
2421
=
2494
2544 2534 2421
Gsb =
2544
46 + 16 +
46 + 16 +
2534
38
38
2421
=
110
componen el diseño de la mezcla asfáltica. Para esto fue necesario tomar una
muestra representativa de la banda transportadora recolectora de materiales
suministrado por las tolvas (Figura 3.5), antes de que el material fuera colocado en
el tambor mezclador, donde, en este último se mezcló el material con el asfalto por
un tiempo suficiente para lograr una mezcla homogénea. Esta recepción de muestra
fue realizada en un solo evento por cada banco de materiales.
Figura 3.5 - Recepción de la muestra para caracterización del agregado mineral mezclado del banco de materiales Rio San Lorenzo.
La metodología empleada respecto a tomar la muestra del material mezclado
de la banda transportadora, fue con el objeto de determinar las condiciones físicas
“reales” del agregado mineral empleado en la producción de la mezcla asfáltica
colocada en campo.
3.5 Estructura granulométrica y contenido de asfalto obtenido en la producción de la mezcla asfáltica
Durante el proceso de la producción de la mezcla asfáltica, se hizo la
recepción de una muestra de aproximadamente 8 kg de mezcla asfáltica,
suficientemente homogeneizada y haciendo de acuerdo al método de prueba
ASTM C 702-11, para reducir la misma a un tamaño de prueba de alrededor de 800
g, para poder determinar el contenido de asfalto, mediante el ensaye de “Lavado”
(M-MMP-4-05-049, 2015) y a su vez realizar un análisis granulométrico de acuerdo
al método de prueba ASTM C 136-14, para determinar la estructura granulométrica
resultante de la producción.
111
La obtención de las muestras, para determinar el contenido de asfalto y la
estructura granulométrica resultante, se obtuvieron en dos ocasiones por cada
banco de materiales, esto con la finalidad de evaluar los resultados respecto al
diseño en distintos puntos donde fue colocada la mezcla asfáltica. Estos puntos
quedaron establecidos en los kilometrajes 147+985 del cuerpo B, carril de baja
velocidad y 154+584 del cuerpo B, carril de baja velocidad, para el banco de
materiales Rio San Lorenzo y los kilometrajes 58+300 cuerpo A, carril de baja
velocidad y 67+970 cuerpo A, carril de baja velocidad, para el banco de materiales
Dimas.
3.5.1 Método del rotarex o de extracción centrifuga para determinación de contenido de asfalto
El empleo del aparato denominado rotarex o extractor centrifugo (Figura 3.6),
proporciona un medio útil para comprobar el porcentaje de cemento asfaltico
presente en una mezcla asfáltica ya elaborada. Además permite el efectuar un
análisis granulométrico del agregado al finalizar la prueba de extracción del cemento
asfaltico.
Método de prueba
Una muestra de alrededor de 500 gramos, calentada, se pesa y se coloca en
la tasa del extractor. Se le vierte un disolvente adecuado como el tetracloruro de
carbono, sulfuro de carbono, benzol o cloroformo, en la taza mediante un embudo,
se cubre la tasa con un papel filtro, se tapa en forma segura y se le hace girar hasta
que el disolvente haya salido por el orificio de descarga. Esta operación de lavado
se repite hasta que se hayan desaparecido todos los restos de cemento asfaltico, lo
cual se nota cuando el disolvente salga de color claro, limpio. Entonces, se quita la
tapadera y se pone a secar la muestra. Cuando la muestra se haya secado, se pesa
junto con el material fino que se haya quedado adherido en el papel filtro. En el caso
de que el papel filtro siga teniendo aumento de peso sobre el peso original, este
aumento se debe a la impregnación del polvo y por lo tanto debe sumársele al peso
de la muestra seca y la cantidad total se resta del peso original de la muestra,
obteniendo de esta manera el peso del cemento asfaltico extraído. Dividiendo el
112
peso del cemento asfaltico entre el peso del agregado pétreo y multiplicando por
cien, da el porcentaje de cemento asfaltico presente en la mezcla ensayada.
Para el cálculo del contenido de asfalto, como se mencionó en el texto
anterior, el peso del cemento asfaltico se divide entre el peso de la mezcla y no del
agregado, ya que el diseño y para efectos de la metodología, es respecto al peso
de la mezcla.
El contenido de asfalto puede calcular mediante la siguiente expresión:
Donde:
C A = Contenido de asfalto
Pi = peso inicial
Pf = peso final
C A = Pi
Pi - Pf100
a).- Reducción de la muestra de ensaye
a un tamaño de prueba.
b).- Manipulación del equipo rotarex.
Ecuación 3.1
113
Figura 3.6 - Equipo y proceso de ensaye para determinar el contenido de asfalto.
3.6 Caracterización de la mezcla asfáltica obtenida en campo
3.6.1 Gravedad específica de la mezcla asfáltica compactada
Esta prueba se realiza para estimar el grado de densificación que tendrá la
mezcla asfáltica colocada en la estructura del pavimento. Debe tenerse en cuenta
que esta densificación es el valor estimado que tendrá la mezcla asfáltica después
de un tiempo de haberse colocado en el pavimento. Esto debido a que el pavimento
después de ser colocado, sigue sufriendo densificación debido al paso de los
vehículos.
Esta densidad es la relación entre su peso en el aire y su volumen, incluyendo
los vacíos permeables.
Para caracterizar la mezcla asfáltica, primeramente se hizo la recepción de
testigos de obra de acuerdo a la Norma ASTM D 979, una vez obtenidos, se
procedió a seguir la determinación de gravedad específica neta de acuerdo a la
norma ASTM D 2726, y se realizó como sigue:
Se registró el peso seco del espécimen de prueba (testigos de obra) y
posteriormente se sumergió en un baño de agua a 25 ± 1 ⁰C durante 3 a 5 minutos
y se registró la masa sumergida, se sacó del agua y rápidamente se secó con una
toalla quitando la película de agua e inmediatamente se pesó en el aire.
c).- Secado de la muestra de ensaye.
114
La diferencia entre las dos masas se utilizó para un volumen igual de agua a
25 ⁰C.
Para determinar la gravedad específica neta se puede calcular mediante la
siguiente expresión:
Donde:
A = masa del espécimen en aire
B = masa del espécimen saturado y superficialmente seco
C = masa del espécimen sumergido en agua
3.6.2 Gravedad especifica teórica máxima
La gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica fue
determinada mediante el método de prueba ASTM D 2041.
Se definió la gravedad especifica máxima teórica de la mezcla asfáltica,
preparando una cantidad aproximada de 2500 g de mezcla asfáltica en condición
suelta, debido a que se obtuvo mediante la producción en planta, fue necesario
introducirla en un baño, es decir, en un horno a temperatura adecuada y tiempo
necesario de tal forma que permitió la separación de los agregados, que
posteriormente fue colocada en un tazón tarado donde se añadió agua suficiente a
una temperatura de 25 ⁰C para cubrir completamente la muestra. Se aplicó vacío
para reducir gradualmente la presión residual en el tazón a 4 kpa o menos y después
se mantuvo durante 15 ± 2 minutos (Figura 3.7). Al final del periodo de vacío, el
vacío se liberó gradualmente. Al finalizar el periodo de vacío se introdujo agua hasta
llenar totalmente el tazón con la muestra y se verificó la temperatura especificada,
cuando esta quedó establecida se procedió a determinar el peso de la muestra más
agua y el tazón.
Gmb = B - C
AEcuación 3.2
115
La gravedad específica teórica máxima de la mezcla puede determinarse
mediante la siguiente expresión:
Donde:
Gmm = Gravedad especifica máxima de la mezcla
A = Masa de la muestra seca en aire
D = Masa de la cubierta y matraz lleno de agua a 25⁰C
E = Masa de matraz, cubierta, muestra y agua a 25⁰C
Figura 3.7 - Equipo y proceso de ensaye para determinación de gravedad especifica teórica máxima de la mezcla asfáltica.
G = A
A +mm
D - E
a).- Mezcla asfáltica en condición
suelta.
b).- Muestra colocada en el picnómetro
para aplicación de vacío.
c).- Regulación de temperatura de agua a 25⁰C.
Ecuación 3.3
116
3.7 Ensayos de comportamiento de la mezcla asfáltica
Para caracterizar el comportamiento de la mezcla asfáltica de campo, se
realizaron pruebas de desempeño como Resistencia de las mezclas asfálticas al
daño inducido por humedad y Susceptibilidad a la humedad y a la deformación
permanente por medio de Rueda Cargada de Hamburgo. Los resultados deben
estar dentro de los lineamientos de la metodología los cuales se indican en las
Tablas 3.31 y 3.32 respectivamente.
Tabla 3.31 – Requisitos en pruebas de desempeño de la mezcla asfáltica (PA-MA, 02/2016).
Tabla 3.32 – Especificación de pasadas para Rueda de Hamburgo (PA-MA, 02/2016).
3.7.1 Ensayo para caracterizar la resistencia de las mezclas asfálticas al daño inducido por humedad
El método de prueba de Resistencia de las mezclas asfálticas al daño
inducido por humedad (AMAAC, RA 04, 2010), determina la resistencia al daño
inducido por humedad, también conocida como resistencia retenida, de una mezcla
asfáltica compactada. La resistencia retenida es importante para establecer si una
Ensayo Recomendación Especificación
Susceptibilidad de la mezcla
asfáltica al daño inducido por
humedad (TSR)
AMAAC RA-04 80 % mínimo
Susceptibilidad a la humedad y a
la deformación permanente por
rodera de una mezcla asfáltica
tendida y compactada. Por
medio de la rueda de Hamburgo
AMAAC RA-01
Ver Tabla 3.31 para saber el
número mínimo de pasadas para
alcanzar la deformación máxima
de 10 mm conforme a nivel de
transito
Nivel de transito Número de ejes
equivalentes (millones)
Pasadas mínimas para la
deformación máxima de 10 mm
Medio 1-3 15000
Alto -30 20000
Muy alto > 30 20000
1
117
mezcla asfáltica es susceptible a la acción de la humedad. Esta se realizó como se
describe a continuación.
Preparación de muestras
Los especímenes extraídos de campo se tomaron de acuerdo a la norma
ASTM D 979, testigos de obra, muestra mezclada en planta y compactada en
campo.
Se seleccionaron los sitios más representativos del estado general del
pavimento y fueron extraídos los testigos (Figura 3.8). Cuando se evalúan
pavimentos con un espesor menor o igual a 63.5 mm, se deben extraer testigos con
un diámetro de 100 mm, caso contrario los testigos se obtendrán con un diámetro
de 150 mm. El número de testigos extraídos fue de seis.
Se separó la capa de interés del resto. El acondicionamiento de los testigos
de obra no considera como requisito el contenido de vacíos establecido para los
especímenes preparados en laboratorio.
Figura 3.8 - Obtención de especímenes extraídos en campo para ensayo de resistencia de las mezclas asfálticas al daño inducido por humedad.
El procedimiento de prueba para determinar la resistencia de las mezclas
asfálticas compactadas al daño inducido por humedad consistió en lo siguiente:
Se determinó y se registró el diámetro y la altura de cada uno de los
especímenes.
118
Se determinó y se registró la gravedad específica neta de cada espécimen
(Gmb), siguiendo el procedimiento descrito en la norma ASTM D 2726.
Se registró la gravedad específica teórica máxima mediante el método de
prueba ASTM D 2041
Se calculó el porcentaje de vacíos de aire
Se separaron los especímenes en dos grupos, con al menos tres
especímenes por grupo. Se procuró que los vacíos de aire promedio de
ambos grupos hayan sido aproximadamente iguales.
Uno de los grupos se acondicionó como se menciona más adelante
Acondicionamiento de especímenes
Se colocó cada espécimen en el recipiente de vacío. Se vertió agua hasta
que el nivel estuvo por lo menos 25 mm por encima de la parte alta del espécimen.
Se tapó el recipiente y se aplicó un vacío de 13-67 KPa de presión absoluta por un
tiempo corto de 5 a 10 minutos. Se retiró la presión de vacío y se dejó el espécimen
sumergido por otros 5 a 10 minutos.
Se determinó el peso saturado y superficialmente seco del espécimen y se
registró como B´. El volumen de agua absorbida (J´) en centímetros cúbicos se
obtuvo mediante la siguiente ecuación:
Donde
J´ = es el volumen de agua absorbida, cmᶟ
B´ = es el peso saturado y superficialmente seco después de la saturación
parcial, g.
A = es el peso del espécimen seco en aire, g.
Se determinó el grado de saturación (S´) comparando el volumen de agua
absorbida (J´) con el volumen de vacíos (Va), con base en la siguiente ecuación:
J' = B' - A Ecuación 3.4
119
Donde
S´= es el volumen de agua absorbida, cmᶟ
Se cubrió ajustadamente cada espécimen parcialmente saturado con la
película de plástico. Posteriormente se colocó cada espécimen cubierto en una
bolsa de plástico que contenía 10 ± 0.5 ml de agua y se selló la bolsa. Se colocaron
las bolsas herméticas que contenían los especímenes en el refrigerador a una
temperatura de -18 ± 3 ⁰C por un periodo mínimo de 16 horas.
Después del periodo dentro del refrigerador, fueron retirados los
especímenes y se colocaron en un baño de agua potable a 60 ± 1 ⁰C por un periodo
de 24 ± 1 hora. El nivel superior del agua estuvo por lo menos 25 mm por encima
del espécimen. Tan pronto como fue posible, después de colocar los especímenes
en el baño, se retiró la bolsa y la película de cada espécimen.
Después de la inmersión de 24 horas, se retiraron los especímenes y se
colocaron en otro baño a 25 ± 0.5 ⁰C por un periodo de 120 ± 10 minutos. Después
de este periodo se retiraron los especímenes y se ensayaron como se describe a
continuación:
Ensayo de especímenes:
El ensayo de especímenes consistió en la determinación del esfuerzo
máximo que fue capaz de soportar la mezcla compactada, bajo el ensaye de tensión
indirecta a una temperatura de 25 ⁰C, para los especímenes acondicionados y no
acondicionados.
Los especímenes después de haber concluido la inmersión durante 120 ± 10
minutos, se colocaron rápidamente cada uno de ellos en la mordaza Lottman y se
ensayaron a tensión indirecta.
Se registró la carga máxima aplicada (o tensión indirecta). El ensaye continuó
hasta que se observó una grieta vertical (Figura 3.9). Se retiró el espécimen de la
S' = Va
100 J'Ecuación 3.5
120
prensa y se jalaron las dos mitades para provocar su separación. Visualmente se
determinó si el agregado grueso se rompió o solo se separó del asfalto.
Figura 3.9 - Equipo y resultado de ensaye de resistencia retenida.
3.7.2 Ensaye de susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente por rodera con el analizador de rueda cargada de Hamburgo (HWT)
El método de prueba de Susceptibilidad a la humedad y a la deformación
permanente por rodera con el analizador de rueda cargada de Hamburgo (HWT),
en una mezcla asfáltica compactada (AMAAC, RA 01, 2011), tiene por objetivo
determinar la susceptibilidad a la falla prematura de la mezcla asfáltica debido a la
debilidad en la estructura del agregado pétreo, inadecuada rigidez del asfalto o daño
a).- Representación de equipo de
tensión indirecta y testigo de obra.
b).- Resultado de espécimen de prueba
posterior al ensaye de tensión
indirecta.
c).- Inspección visual del agregado al
término de ensaye de tensión indirecta.
121
por humedad. Este método de ensayo mide la profundidad de la deformación y el
número de repeticiones de carga para alcanzar la falla del espécimen analizado.
Con esto, simula el paso repetido de los vehículos cargados para predecir la
deformación permanente esperada. Los efectos del potencial del daño por humedad
(susceptibilidad a la humedad) son evaluados desde que los especímenes son
sumergidos en el agua con temperatura controlada durante la aplicación de la carga;
con esto podemos identificar las mezclas asfálticas susceptibles al desgranamiento
causado por falta de adherencia.
Rueda cargada de Hamburgo
El equipo consiste en ruedas de acero de 47 mm de ancho y 203.2 mm de
diámetro cada una, sobre el espécimen de prueba. La carga de cada rueda es de
705 ± 4.5 N. La rueda deberá hacer 50 ± 5 pasadas por minuto y la velocidad
máxima será de 30.5 cm por segundo aproximadamente, medido en el punto
central. Capaz de controlar la temperatura con una variación de ± 1⁰C. El baño debe
contar con un sistema de recirculación mecánico para estabilizar la temperatura del
tanque.
Capaz de medir la profundidad de la rodera con una aproximación de 0.01
mm, dentro de un rango mínimo entre 0 y 20 mm. La toma de datos debe ser medida
al menos cada 400 ciclos, sin detener la rueda y relacionando la deformación contra
el numero de pasadas correspondiente.
El sistema de montaje del espécimen será de acero inoxidable que pueda ser
montada con firmeza a la máquina de prueba. Este montaje debe restringir el
desplazamiento del espécimen con una aproximación de 0.05 mm durante la
prueba. El sistema de prueba debe estar diseñado para brindar un espacio mínimo
de 20 mm para la libre circulación del agua en todas las caras del espécimen.
Consta de moldes de polipropileno para recibir especímenes de 152.4 mm o
254 mm de diámetro, y puede recibir espesores entre 38 y 100 mm.
Los especímenes extraídos en campo se tomaron de acuerdo a la norma
ASTM D 979, testigos de obra (Figura 3.10). Deberán extraerse testigos de obra
122
que tengan un diámetro de 254 ± 2 mm. Los especímenes se ensayaran con la
relación de vacíos que tengan de campo. La densidad de los especímenes de
campo es la gravedad especifica neta (Gmb) de la mezcla compactada en el lugar,
la cual debe ser determinada de los núcleos extraídos con el procedimiento ASTM
D 2726.
Figura 3.10 - Proceso de recepción de especímenes extraídos de campo para ensayo de
susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente.
El procedimiento de prueba para determinar la deformación permanente por
rodera con el analizador de Rueda Cargada de Hamburgo, consistió en lo siguiente:
La prueba se corrió por duplicado
La prueba se programó con 20000 ciclos de la rueda cargada o hasta llegar
a una deformación máxima de 10 mm
Se calculó el porcentaje de vacíos de la mezcla compactada de cada
espécimen
Para la colocación de los especímenes en los moldes, se utilizó un mortero
combinado con yeso y cemento portland, el mortero se dejó endurecer por
un periodo de 24 horas previo a la prueba. Para limpiar con facilidad los
moldes después de la prueba se utilizó un aceite lubricante en la superficie
metálica del molde previo a la colocación del mortero que sujeto a los
especímenes y posteriormente se colocó y ajusto en la máquina de
123
Hamburgo. No hubo desnivel mayor de 2 mm entre el espécimen y dicho
plastificante (Figura 3.11)
Se colocaron las ruedas metálicas sobre los especímenes
Se programó la máquina para que iniciara el llenado con agua de la tina de
ensaye, utilizando una temperatura de prueba de 50 ± 1 ⁰C y 20000 ciclos.
La prueba inició cuando la tina logró cubrir al menos 20 mm de agua sobre
los especímenes y dicha agua tenía una temperatura de 50 ± 1 ⁰C,
permitiendo 30 minutos de acondicionamiento antes de iniciar el ensayo
El ensayo finalizó a los 20000 ciclos
Figura 3.11 - Preparación de espécimen y equipo para realización de ensayo de susceptibilidad a
la humedad y a la deformación permanente.
124
Capítulo 4 Resultados
4.1 Granulometría
En el presente capítulo, se exponen los resultados que se obtuvieron en la
metodología aplicada en la investigación, así como su comparación con los
resultados de diseño.
Las Tablas 4.1 y 4.2, en su columna denominada porcentaje que pasa en
producción, muestran el resultado obtenido de la granulometría resultante de la
producción de las mezclas asfálticas, que fueron realizadas con materiales pétreos
procedentes del banco de materiales Rio San Lorenzo. Los resultados
corresponden al kilometraje 147+985 y al kilometraje 154+583.
La columna denominada porcentaje que pasa-referencias, son las
tolerancias establecidas para cada designación de malla (Tabla 3.24), el porcentaje
obtenido debió resultar dentro de un parámetro que tiene como base el porcentaje
que pasa en el diseño.
La columna denominada porcentaje que pasa por norma, son los puntos de
control establecidos de acuerdo a las especificación de Superpave, tal como se
indica en la Tabla 1.15.
Tabla 4.1 – Composición granulométrica obtenida en campo en el primer muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo.
% Que pasa % Que pasa % Que pasa
mm Producción Diseño Norma
No. 25.0 100 100.0 100 100 100
No. 19.0 100 100.0 97 100 90 - 100
No. 12.5 82.3 82.3 79.3 85.3 -90
No. 9.5 61.2 58.7 55.7 61.7
No. 4.75 42.5 39.9 36.9 42.9
No. 2.36 32.5 31.1 29.1 33.1 23 A 49
No. 1.18 18.2 18.8 16.8 20.8
No. 0.60 12.5 12.4 10.4 14.4
No. 0.30 8.8 8.9 6.9 10.9
No.0.150 6.5 6.4 4.4 8.4
No. 0.075 3.9 4.5 3.8 5.2 2 A 8
Núm. 50
Núm. 100
Núm. 200
Núm. 4
Núm. 8
Núm. 16
Núm. 30
3/4"
1/2"
3/8"
Designación Referencias
1"
Composición granulométrica
Mallas % Que pasa
125
Tabla 4.2 – Composición granulométrica obtenida en campo en el segundo muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo.
Las Figuras 4.1 y 4.2 reflejan la curva granulométrica que resultó del análisis
que corresponden a las Tablas 4.1 y 4.2, representadas en la gráfica de Fuller, para
las mezclas asfálticas elaboradas con agregados pétreos del banco de materiales
Rio San Lorenzo.
Figura 4.1 – Estructura granulométrica del primer muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo.
0.08 0.31172926 2 8 4 4.5 3.8 5.2
0.15 0.42583472 7 6.4 4.4 8.4
0.30 0.58170737 9 8.9 6.9 10.9
0.60 0.79463568 12.5 12.4 10.4 14.4
1.18 1.07732541 18.2 18.8 16.8 20.8
2.36 1.47166988 23 49 32.5 31.1 29.1 33.1
4.75 2.01610025 42.5 39.9 36.9 42.9
9.50 2.75407411 61.2 58.7 55.7 61.7
12.50 3.11608651 90 90 82.3 82.3 79.3 85.3
19.00 3.7621761 90 100 100 100.0 97 100
25 4.25669961 100 100 100 100.0 100 100
Producción DISEÑO INF SUP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Q
ue p
asa
Producción
Diseño
Límite superior e inferior
200
1"
1/2
"
3/8
"
416
50
100
Mallas30
8
3/4
"0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40
% Que pasa % Que pasa % Que pasa
mm Producción Diseño Norma
No. 25.0 100 100.0 100 100 100
No. 19.0 100 100.0 97 100 90 - 100
No. 12.5 80.3 82.3 79.3 85.3 -90
No. 9.5 59 58.7 55.7 61.7
No. 4.75 42.9 39.9 36.9 42.9
No. 2.36 31 31.1 29.1 33.1 23 A 49
No. 1.18 18.8 18.8 16.8 20.8
No. 0.60 13 12.4 10.4 14.4
No. 0.30 8 8.9 6.9 10.9
No.0.150 5 6.4 4.4 8.4
No. 0.075 4 4.5 3.8 5.2 2 A 8
Composición granulométrica
3/4"
1/2"
3/8"
Núm. 4
Mallas % Que pasa
Designación Referencias
1"
Núm. 50
Núm. 100
Núm. 200
Núm. 8
Núm. 16
Núm. 30
126
Figura 4.2 – Estructura granulométrica del segundo muestreo realizado, banco Rio San Lorenzo.
En las Figuras 4.1 y 4.2, se puede observar que las curvas granulométricas
resultantes de campo, están más cercanas a la línea de máxima densidad respecto
a las de diseño.
El resultado de la estructura granulométrica, que fue determinada en campo
para las mezclas asfálticas elaboradas con materiales pétreos procedentes del
banco Dimas, de las muestras obtenidas en los kilometrajes 58+300 y 67+970, son
los que se muestran en las Tablas 4.3 y 4.4.
Tabla 4.3 – Composición granulométrica obtenida en campo en el primer muestreo realizado, banco Dimas.
% Que pasa % Que pasa % Que pasa
mm Producción Diseño Norma
No. 25.0 100 100.0 100 100 100
No. 19.0 100 99.5 96.5 100 90 - 100
No. 12.5 81.7 83.0 80.0 86.0 -90
No. 9.5 60.4 57.3 54.3 60.3
No. 4.75 43.4 40.7 37.7 43.7
No. 2.36 29.9 31.5 29.5 33.5 23 A 49
No. 1.18 18.9 20.2 18.2 22.2
No. 0.60 11.2 13.7 11.7 15.7
No. 0.30 6.7 9.5 7.5 11.5
No.0.150 5.4 6.5 4.5 8.5
No. 0.075 2.1 4.3 3.6 5.0 2 A 8Núm. 200
Núm. 8
Núm. 16
Núm. 30
Núm. 50
Núm. 100
1"
3/4"
1/2"
3/8"
Núm. 4
Composición granulométrica
Mallas % Que pasa
Designación Referencias
0.08 0.31172926 2 8 4 4.5 3.8 5.2
0.15 0.42583472 5 6.4 4.4 8.4
0.30 0.58170737 8 8.9 6.9 10.9
0.60 0.79463568 13 12.4 10.4 14.4
1.18 1.07732541 18.8 18.8 16.8 20.8
2.36 1.47166988 23 49 31 31.1 29.1 33.1
4.75 2.01610025 42.9 39.9 36.9 42.9
9.50 2.75407411 59 58.7 55.7 61.7
12.50 3.11608651 90 90 80 82.3 79.3 85.3
19.00 3.7621761 90 100 100 100.0 97 100
25 4.25669961 100 100 100 100.0 100 100
Evaluación DISEÑO INF SUP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Q
ue p
asa
200
1"
1/2
"
3/8
"
416
50
100
Mallas30
8
Producción
Diseño
Límite superior e inferior
0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40
3/4
"
127
Tabla 4.4 – Composición granulométrica obtenida en campo en el segundo muestreo realizado, banco Dimas.
Los resultados indicados en la Tabla 4.3, correspondiente a la primera
muestra tomada para determinar la granulometría resultante en la producción, se
puede observar que el porcentaje que pasa en la producción en la malla de ⅜ de
pulgada, queda fuera del rango establecido, del porcentaje que pasa en referencias
(límite superior e inferior).
Caso similar en el porcentaje que pasa la malla número 200, el porcentaje
obtenido queda fuera de las tolerancias. Las designaciones restantes obtuvieron un
análisis granulométrico dentro de lo establecido en porcentaje que pasa en
referencias (límite superior e inferior).
Respecto a los resultados de la Tabla 4.4, del análisis granulométrico
obtenido en el segundo muestreo, se observó que el porcentaje que pasa la malla
de ⅜ queda fuera de la tolerancia de acuerdo al porcentaje que pasa en referencias,
se puede visualizar que el porcentaje que pasa en la malla número 200, de igual
forma no cumple con la tolerancia establecida.
Se muestran las curvas granulométricas en las Figuras 4.3 y 4.4, estas son
una representación del análisis granulométrico indicado en las Tablas 4.3 y 4.4,
estas están simbolizadas en la gráfica de fuller, para las mezclas asfálticas
elaboradas con agregado pétreo procedente del banco de materiales Dimas.
% Que pasa % Que pasa % Que pasa
mm Producción Diseño Norma
No. 25.0 100 100.0 100 100 100
No. 19.0 100 99.5 96.5 100 90 - 100
No. 12.5 85.1 83.0 80.0 86.0 -90
No. 9.5 60.4 57.3 54.3 60.3
No. 4.75 43.7 40.7 37.7 43.7
No. 2.36 30.3 31.5 29.5 33.5 23 A 49
No. 1.18 18.6 20.2 18.2 22.2
No. 0.60 12.1 13.7 11.7 15.7
No. 0.30 8.3 9.5 7.5 11.5
No.0.150 4.5 6.5 4.5 8.5
No. 0.075 2.2 4.3 3.6 5.0 2 A 8Núm. 200
Núm. 8
Núm. 16
Núm. 30
Núm. 50
Núm. 100
1"
3/4"
1/2"
3/8"
Núm. 4
Composición granulométrica
Mallas % Que pasa
Designación Referencias
128
Figura 4.3 – Estructura granulométrica del primer muestreo realizado, banco Dimas.
De acuerdo a la Figura 4.3, la curva granulométrica de producción quedó
fuera de la zona restringida, y permaneció cercana a la curva granulométrica de
diseño, esto se menciona debido a los detalles que se observaron respecto a los
porcentajes que quedaron fuera de las tolerancias, como fue el caso de la malla de
⅜ de pulgada y la malla número 200 mostrados en la Tabla 4.3.
La Figura 4.4 muestra la curva granulométrica del análisis granulométrico
establecido en la Tabla 4.4, derivado de las observaciones mencionadas respecto
a los porcentajes que no quedan dentro de las tolerancias como es el caso de la
malla de ⅜ de pulgada y la malla número 200, se visualiza que la curva
granulométrica resultante quedó separada de la curva granulométrica de diseño,
está en ningún momento quedó fuera de los puntos de control además de que evita
la zona restringida.
0.08 0.31172926 2 8 2 4.3 3.6 5
0.15 0.42583472 5 6.5 4.5 8.5
0.30 0.58170737 7 9.5 7.5 11.5 13.7 13.7
0.60 0.79463568 11.16 13.7 11.7 15.7 16.7 20.7
1.18 1.07732541 18.86 20.2 18.2 22.2 22.3 28.3
2.36 1.47166988 23 49 29.91 31.5 29.5 33.5 34.6 34.6
4.75 2.01610025 43.4 40.7 37.7 43.7
9.50 2.75407411 60.44 57.3 54.3 60.3
12.50 3.11608651 90 90 81.67 83.0 80.0 86.0
19.00 3.7621761 90 100 100 99.5 96.5 100
25 4.25669961 100 100 100 100.0 100 100
Producción DISEÑO INF SUP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Q
ue p
asa
0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40Producción
Diseño
Límite superior e inferior
200
1"
1/2
"
3/8
"
416
50
100
Mallas30
8 3/4
"
129
Figura 4.4 – Estructura granulométrica del segundo muestreo realizado, banco Dimas.
Las Figuras 4.3 y 4.4 que corresponden a las Tablas 4.3 y 4.4, presentan las
curvas granulométricas obtenidas en campo, se puede observar que en ambos
casos estas se establecieron más cercanas a la línea de máxima densidad que la
obtenida en diseño.
4.2 Propiedades del agregado mineral mezclado
Las Tablas 4.5 y 4.6, indican el resultado que caracteriza el agregado pétreo
mezclado que fue empleado durante la producción de la mezcla asfáltica. La Tabla
4.5 corresponde a los materiales pétreos del banco de materiales Rio San Lorenzo
y la Tabla 4.6 a los materiales pétreos del banco de materiales Dimas.
Estos datos no fueron comparados con la caracterización del agregado
mineral inicial, debido a que los materiales no fueron analizados mezclados, ya que
solo fueron caracterizados por separado como se mostró en el Capítulo 3, sin
embargo, se analizaron los resultados con los obtenidos por separado y a su vez
que estuviesen dentro de los lineamientos que marca la metodología Superpave, es
decir, que las características del material cumplieran con los lineamientos
establecidos.
Esta caracterización del agregado mineral mezclado se realizó en un solo
evento por cada banco de materiales.
0.08 0.31172926 2 8 2 4.3 3.6 5
0.15 0.42583472 5 6.5 4.5 8.5
0.30 0.58170737 8 9.5 7.5 11.5 13.7 13.7
0.60 0.79463568 12.1 13.7 11.7 15.7 16.7 20.7
1.18 1.07732541 18.6 20.2 18.2 22.2 22.3 28.3
2.36 1.47166988 23 49 30.3 31.5 29.5 33.5 34.6 34.6
4.75 2.01610025 43.7 40.7 37.7 43.7
9.50 2.75407411 60.4 57.3 54.3 60.3
12.50 3.11608651 90 90 85.1 83.0 80.0 86.0
19.00 3.7621761 90 100 100 99.5 96.5 100
25 4.25669961 100 100 100 100.0 100 100
Producción DISEÑO INF SUP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Q
ue p
asa
0
10
20
30
50
60
70
80
90
100
40
200
1"
1/2
"
3/8
"
416
50
100
Mallas30
8 3/4
"
Producción
Diseño
Límite superior e inferior
130
Tabla 4.5 – Caracterización del material pétreo mezclado del banco Rio San Lorenzo.
Tabla 4.6 – Caracterización del material pétreo mezclado del banco Dimas.
Para el agregado grueso de ⅜ de pulgada del banco de materiales Rio San
Lorenzo, de acuerdo a los resultados de la Tabla 3.19, el resultado del método de
prueba para determinar las partículas alargadas y lajeadas, el dato obtenido durante
el diseño, tuvo un valor del 2% y el resultado arrojado durante la experimentación
fue de un 11 %, mencionado los dos valores alojados, se deduce que en este ensaye
existe una gran variación representativa en los porcentajes resultantes. El resultado
del material mezclado, como se muestra en la Tabla 4.5, indica un valor significativo
en el porcentaje partículas alargadas y lajeadas con respecto a valor obtenido
durante el diseño.
2.417 Reportar
3.643 Reportar
16 25 Máximo
3 15 Máximo
89 90 Mínimo
64 55 Mínimo
2 12 Máximo
47 40 Mínimo
10 12 Máximo
Intemperismo acelerado (%)
Angularidad (%)
Azul de metileno ml/g
Partículas alargadas ”A” 1:3 (%)
Partículas lajeadas”A” 1:3 (%)
Trituración, 2 cara (%)
3 15 Máximo
Equivalente de arena (%)
Características del material pétreo mezclado
Densidad
Absorción (%)
Desgaste Los Ángeles (%)
Desgaste Microdeval (%)
2.554 Reportar
1.737 Reportar
15 25 Máximo
5 15 Máximo
90 90 Mínimo
68 55 Mínimo
3 12 Máximo
47 40 Mínimo
11 12 Máximo
Características del material pétreo mezclado
15 Máximo
Densidad
Absorción (%)
Desgaste Los Ángeles (%)
Desgaste Microdeval (%)
Trituración, 2 cara (%)
9
Azul de metileno ml/g
Partículas alargadas y
lajeadas”B” 1:3 (%)
Equivalente de arena (%)
Intemperismo acelerado (%)
Angularidad (%)
131
El material de ¾ de pulgada del banco de materiales Dimas, en cuanto a las
partículas trituradas (angularidad del agregado grueso), como se muestra en la
Tabla 3.21, se observa que el valor obtenido no cumple con la especificación de
Superpave, ya que tiene un valor del 84% cuando el valor especificado como
mínimo es del 90%, sin embargo el valor arrojado en diseño es del 96%.
Respecto a la mezcla de materiales de agregados, de acuerdo a la Tabla 4.6,
se puede observar que el resultado correspondiente al porcentaje de trituración de
las partículas, no cumple con la especificación, este resultado es notorio debido a
que en la caracterización del agregado de ¾ de pulgada (material sin mezclar), el
porcentaje obtenido no cumplió con la especificación.
4.3 Contenido de asfalto
Fueron tomadas 4 muestras de mezcla asfáltica para definir el contenido de
asfalto, 2 por cada banco de materiales. Los resultados que arrojó el método de
prueba son los indicados en la Tabla 4.7. La ubicación donde se realizó la
colocación de la mezcla asfáltica de los ensayes para la determinación del contenido
de asfalto fueron el 147+985 del cuerpo B, carril de baja velocidad y 154+584 del
cuerpo B, carril de baja velocidad, para el banco de materiales Rio San Lorenzo,
58+300 cuerpo A, carril de baja velocidad y 67+970 cuerpo A, carril de baja
velocidad, para el banco de materiales Dimas.
Tabla 4.7 – Resultados de contenido de asfalto obtenidos en campo.
6.50 Muestreo No
6.66 1
6.50 2
6.60 Muestreo No
6.56 1
6.76 2
Contenido de asfalto obtenido en campo respecto a la
mezcla (%):
Contenido de asfalto obtenido en campo respecto a la
mezcla (%):
Contenido de asfalto de diseño respecto a la mezcla (%):
Banco de materiales Rio San Lorenzo
Banco de materiales Dimas
Contenido de asfalto de diseño respecto a la mezcla (%):
Contenido de asfalto obtenido en campo respecto a la
mezcla (%):
Contenido de asfalto obtenido en campo respecto a la
mezcla (%):
132
Los resultados de la Tabla 4.7, respecto a los contenidos de asfalto
resultantes en la producción de la mezcla asfáltica, de acuerdo a la Tabla 3.24, se
establece que el contenido de asfalto respecto a diseño estará en una tolerancia de
± 0.3 (debido al método de extracción con equipo rotarex). Las mezclas asfálticas
que fueron elaboradas con materiales pétreos del banco Rio San Lorenzo, los
resultados de los ensayes fueron 6.66 y 6.50, las mezclas asfálticas elaboradas con
materiales pétreos procedentes del banco de materiales Dimas, los resultados que
se arrojaron en las muestras ensayadas fueron de 6.56 y 6.76. Mencionado estos
resultados, se resume que en todas las muestras seleccionadas, que corresponden
dos por cada banco de materiales, estas resultaron en un rango dentro de las
tolerancias de acuerdo a diseño.
4.4 Relación filler asfalto
Con los datos obtenidos derivado del análisis granulométrico, realizado a la
muestra de mezcla asfáltica en la producción, el porcentaje que pasa la malla No
200 es utilizado para poder calcular la relación filler asfalto, se obtiene dividiendo el
porcentaje que pasa la malla No 200 entre el contenido de asfalto. La Tabla 4.8
indican los resultados que arrojan dichos cálculos en cada uno de los muestreos
realizados en sus distintas ubicaciones.
Relación filler asfálto:
Donde:
Dp = relación filler asfalto
P0.075 = porcentaje de material que pasa la malla No 200
Pbe = contenido de asfalto efectivo, porcentaje del total de la mezcla
Dp =
Pbe
P0.075
Ecuación 4.1
133
Tabla 4.8 – Resultados de la relación filler asfalto.
De acuerdo a la especificación que marca la metodología respecto a la
relación filler asfalto, Tablas 3.12 y 3.13, se establece que el valor que debe resultar
de dicho cálculo de dividir el porcentaje que pasa la malla número 200 entre el
contenido de asfalto debe resultar entre 0.6 y 1.2. Respecto a los datos obtenidos
en campo (Tabla 4.8), se puede observar que el cálculo número 1, de la mezcla
asfáltica elaborada con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, quedó fuera de
la tolerancia establecida. Los resultados de las mezclas elaboradas con material
pétreo procedente del banco de materiales Dimas, se observa que los resultados
respecto a la relación filler asfalto, quedaron fuera de los límites establecidos en la
especificación.
4.5 Caracterización de la mezcla asfáltica
4.5.2 Gravedad especifica teórica máxima
La gravedad específica teórica máxima y la densidad de mezclas asfálticas
para pavimentos son propiedades fundamentales, cuyos valores están afectados
por la composición de la mezcla en términos del tipo y cantidad de agregados y de
los materiales asfálticos.
Estos valores son usados principalmente para calcular el porcentaje de
vacíos de aire en una mezcla de pavimento asfáltico en caliente compactada.
Ellos dan valores importantes para el proceso de compactación de mezclas
asfálticas para pavimentos.
Cálculo No Banco Ubicación P0.075 Pbe Dp
1 km 147+985 3.9 6.66 0.59
2 km154+584 4.0 6.50 0.62
1 km 58+300 2.1 6.56 0.32
2 km 67+970 2.2 6.76 0.33
Rio San
Lorenzo
Dimas
Relación filler asfalto
134
La Tabla 4.9 muestra los resultados obtenidos de la caracterización de la
mezcla asfáltica (Gravedad específica teórica máxima).
Tabla 4.9 – Resultados de ensayes de gravedad especifica teórica máxima.
Para el caso de las muestras obtenidas de las mezcla asfáltica elaborada con
material pétreo del banco Rio San Lorenzo, la muestra número 1, de acuerdo a la
Tabla 4.7, presentó un contenido de asfalto mayor en cantidad de 0.16 con respecto
a la segunda muestra ensayada, por consiguiente el resultado de la gravedad
especifica teórica máxima arrojado de la primer muestra ensayada, de igual manera
fue mayor con respecto a la segunda muestra (Tabla 4.9).
La mezcla asfáltica elaborada con material pétreo del banco de materiales
Dimas, respecto a los contenidos de asfalto de la Tabla 4.7, el resultado de la
segunda muestra ensayada es mayor por 0.2 con respecto a la primera, de acuerdo
a los resultados de la Tabla 4.9, el resultado de la gravedad especifica teórica
máxima de la segunda muestra ensayada es mayor que el resultado arrojado por la
primera.
Analizando los resultados de la Tabla 4.9 y la Tabla 4.7, la gravedad
específica teórica máxima está directamente influenciada por el contenido de asfalto
debido a que cuando este último es mayor, la gravedad específica teórica máxima
es mayor y viceversa.
4.5.3 Gravedad específica neta
Los resultados que respectan a la gravedad especifica neta (Gmb) serán
establecidos en los resultados del ensayo de comportamiento de la mezcla asfáltica,
Banco Muestra Gmm
1 2.355
2 2.337
1 2.343
2 2.354Dimas
Rio San Lorenzo
Determinación de gravedad
específica teórica máxima (Gmm)
135
previo al acondicionamiento de los testigos de obra, del método de prueba
Resistencia de las mezclas asfálticas compactadas al daño inducido por humedad
y el método de prueba de Susceptibilidad a la humedad y a la deformación
permanente.
4.6 Ensayos de comportamiento de la mezcla asfáltica
4.6.1 Resistencia de mezclas asfálticas compactadas al daño inducido por humedad
Se realizaron ensayos de Resistencia de mezclas asfálticas compactadas al
daño inducido por humedad, la finalidad de este ensayo es mostrar el desempeño
que se obtendrá de la mezcla asfáltica colocada en campo con el objetivo de
establecer si la mezcla asfáltica es susceptible al daño inducido por humedad y al
termino del ensayo determinar mediante una inspección visual si el agregado se
fracturo o solo se separó del asfalto.
Para obtener los resultados de este método de prueba se hace necesario la
implementación de algunos otros ensayos previos, como son la determinación de la
gravedad especifica teórica máxima (Gmm) y la gravedad especifica neta (Gmb),
para establecer el contenido de vacíos de aire.
Los resultados que se obtuvieron durante el proceso de la determinación del
TSR se muestran en las Tablas 4.10 y 4.11, corresponden a los kilometrajes
147+985 del cuerpo B, carril de baja velocidad y 154+584 del cuerpo B, carril de
baja velocidad, estos kilometrajes se establecieron para las mezclas asfálticas
elaboradas con agregado pétreo procedente del banco Rio San Lorenzo. Las Tablas
4.12 y 4.13 pertenecen a los kilometrajes 58+300 cuerpo A, carril de baja velocidad
y 67+970 cuerpo A, carril de baja velocidad, que corresponden a las mezclas
asfálticas elaboradas con agregado pétreo procedente del banco de materiales
Dimas.
136
Tabla 4.10 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 147+985.
Los resultados que se obtuvieron de los especímenes ensayados de la Tabla
4.10, respecto a los vacíos de aire, estos se indican del orden de 4.7%, comparando
estos con los resultados que se obtuvieron en diseño se puede indicar que estos
resultaron menor, los vacíos de aire resultantes en el diseño fueron del orden de
6.7% (Tabla 3.14). Respecto a la granulometría se menciona que en diseño, la
misma permanece alejada de la línea de máxima densidad, que la obtenida en
campo (Figura 4.1).
Ubicación: km 147+985 cuerpo B, carril de baja velocidad
Identificación del especimen No 2 3 5 1 4 6
Diametro D mm 100 100 100 100 100 100
Espesor t mm 51.6 52.2 51.3 50.4 50.9 51.6
Peso en aire A g 777.1 797.7 772.8 752.7 731.9 799.2
Peso Sat. Sup. Sec. B g 779.3 799.3 778.4 757.1 736.0 800.4
Peso sumergido C g 432.0 444.5 432.0 418.3 412.3 447.7
Volumen E cmᶟ 347.3 354.8 346.4 338.8 323.7 352.7
Gravedad específica bruta Gmb 2.238 2.248 2.231 2.222 2.261 2.266
Gravedad específica teórica máxima Gmm 2.355 2.355 2.355 2.355 2.355 2.355
Vacios Va % 5.0 4.5 5.3 5.7 4.0 3.8
Volumen de vacíos Va cmᶟ 17.32 16.07 18.25 19.18 12.91 13.34
Carga P N 5331 4224 5626 4836 6138 6495
Espesor t´ mm 51.6 52.2 51.3
Peso Sat. Sup. Sec. B´ g 789.8 809 786
Volumen de agua absorbida J´ cmᶟ 12.7 11.3 13.2
Grado de saturación S´ % 73.32 70.30 72.34
Esfuerzo en seco S₁ kpa 610.85 767.69 801.32
Promedio (esfuerzo en seco)
Esfuerzo en húmedo S₂ kpa 657.72 515.15 698.17
Promedio (esfuerzo en húmedo)
TSR TSR % 85.83 80%
726.62
623.68
Min Especificado =
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Contenido de asfalto 6.66 %
Método de compactación Plancha y Equipo Neumático Acondicionados No acondicionados
137
Tabla 4.11 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 154+583.
Los resultados de la Tabla 4.11, exhiben vacíos del orden de 4.4%, estos son
menores que los vacíos de aire que se obtuvieron en diseño (Tabla 3.14), de
acuerdo a la curva granulométrica obtenida en campo, esta permanece más
cercana a la línea de máxima densidad que la obtenida en diseño (Figura 4.2).
Los resultados especificados respecto al TSR obtenido en ambos ensayos
(Tablas 4.10 y 4.11), se indica que el TSR obtenido fue satisfactorio, ya que estos
presentan resultados dentro de lo establecido 85.83% y 95.46%, siendo el mínimo
especificado el 80%.
Ubicación: km 154+583 cuerpo B, carril de baja velocidad
Identificación del especimen No 1 2 3 4 7 6
Diametro D mm 100 100 100 100 100 100
Espesor t mm 56.6 62.7 60.4 64.4 55.1 53.7
Peso en aire A g 979.1 1118.7 1065.6 1057.6 964.4 925.0
Peso Sat. Sup. Sec. B g 983.8 1120.9 1068.1 1059.8 967.9 927.9
Peso sumergido C g 539.4 626.5 593.8 589.9 532.8 511.4
Volumen E cmᶟ 444.4 494.4 474.3 469.9 435.1 416.5
Gravedad específica bruta Gmb 2.203 2.263 2.247 2.251 2.217 2.221
Gravedad específica teórica máxima Gmm 2.337 2.337 2.337 2.337 2.337 2.337
Vacios Va % 5.7 3.2 3.9 3.7 5.2 5.0
Volumen de vacíos Va cmᶟ 25.44 15.71 18.33 17.35 22.43 20.69
Carga P N 4459 6240 5665 6225 4343 5883
Espesor t´ mm 56.6 62.7 60.4
Peso Sat. Sup. Sec. B´ g 997.3 1130 1079.9
Volumen de agua absorbida J´ cmᶟ 18.2 11.3 14.3
Grado de saturación S´ % 71.53 71.93 78.01
Esfuerzo en seco S₁ kpa 615.36 501.78 697.43
Promedio (esfuerzo en seco)
Esfuerzo en húmedo S₂ kpa 501.53 633.57 597.09
Promedio (esfuerzo en húmedo)
TSR TSR % 95.46 80%
604.86
577.40
Min Especificado
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Contenido de asfalto 6.5 %
Método de compactación Plancha y Equipo Neumático Acondicionados No acondicionados
138
Tabla 4.12 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 58+300.
Los resultados de la Tabla 4.12 manifiestan resultados de vacíos de aire del
orden de un valor de 4.7%, comparados estos con los obtenidos en diseño del banco
Dimas (Tabla 3.15) indican que los vacíos de aire fueron menores, ya que en diseño
se tienen vacíos de aire del orden de 6.6%. La curva granulométrica obtenida en
campo permanece más cercana a la línea de máxima densidad que la obtenida en
diseño (Figura 4.3).
Ubicación: km 58+300 cuerpo A, carril de baja velocidad
Identificación del especimen No 1 4 5 3 6 7
Diametro D mm 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Espesor t mm 53.3 55.2 51.1 59.2 64.1 51.0
Peso en aire A g 786.9 783.2 752.6 858.2 908.3 696.9
Peso Sat. Sup. Sec. B g 789.9 785.2 754.0 860.7 911.8 700.7
Peso sumergido C g 438.6 432.5 420.9 478.7 499.7 388.5
Volumen E cmᶟ 351.3 352.7 333.1 382.0 412.1 312.2
Gravedad específica bruta Gmb 2.240 2.221 2.259 2.247 2.204 2.232
Gravedad específica teórica máxima Gmm 2.343 2.343 2.343 2.343 2.343 2.343
Vacios Va % 4.4 5.2 3.6 4.1 5.9 4.7
Volumen de vacíos Va cmᶟ 15.4 18.4 11.9 15.7 24.4 14.8
Carga P N 5012.0 5120.0 5301.0 5561.0 5649.0 6372.0
Espesor t´ mm 53.3 55.2 51.1
Peso Sat. Sup. Sec. B´ g 798.0 797.2 761.3 - - -
Volumen de agua absorbida J´ cmᶟ 11.1 14.0 8.7 - - -
Grado de saturación S´ % 71.85 75.97 73.18 - - -
Esfuerzo en seco S₁ kpa 598.01 561.04 795.40
Promedio (esfuerzo en seco) 0.0 0.0 0.0
Esfuerzo en húmedo S₂ kpa 598.64 590.49 660.41
Promedio (esfuerzo en húmedo)
TSR TSR % 94.63 80%
Acondicionados No acondicionados
Contenido de asfalto 6.56 %
Método de compactación Plancha y Equipo Neumático
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
651.48
616.51
Min Especificado
139
Tabla 4.13 – Resultados de ensayo de TSR de los testigos extraídos en campo del kilometraje 67+970.
La Tabla 4.13 expone resultados de obtenidos del ensayo de TSR, respecto
a los vacíos de aire, estos resultaron del orden de 4.5%, lo que indican que fueron
menores a los obtenidos en diseño. La curva granulométrica obtenida en campo
para estos especímenes, permanece con más cercanía a la línea de máxima
densidad que la obtenida en diseño (Figura 4.4).
Los resultados presentados del ensayo de TSR, realizados a las mezclas
asfálticas elaboradas con agregado pétreo del banco de materiales Dimas, Tablas
4.12 y 4.13, se indica que el TSR resultante fue de 94.63% y 92.97%, respecto al
mínimo especificado (80%), estos permanecieron dentro de lo establecido.
Ubicación: km 67+970 cuerpo A, carril de baja velocidad
Identificación del especimen No 8 10 11 9 12 13
Diametro D mm 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Espesor t mm 54.9 50.0 50.1 55.3 54.0 51.0
Peso en aire A g 753.7 701.3 717.6 803.6 756.9 738.1
Peso Sat. Sup. Sec. B g 755.8 702.0 718.2 804.8 758.1 739.0
Peso sumergido C g 420.1 389.9 400.6 446.1 420.8 410.6
Volumen E cmᶟ 335.7 312.1 317.6 358.7 337.3 328.4
Gravedad específica bruta Gmb 2.245 2.247 2.259 2.240 2.244 2.248
Gravedad específica teórica máxima Gmm 2.354 2.354 2.354 2.354 2.354 2.354
Vacios Va % 4.6 4.5 4.0 4.8 4.7 4.5
Volumen de vacíos Va cmᶟ 15.5 14.2 12.8 17.3 15.8 14.8
Carga P N 5140.0 5240.0 5246.0 5562.0 5741.6 6077.0
Espesor t´ mm 54.9 50.0 50.1
Peso Sat. Sup. Sec. B´ g 764.0 711.0 726.0 - - -
Volumen de agua absorbida J´ cmᶟ 10.3 9.7 8.4 - - -
Grado de saturación S´ % 66.36 68.40 65.85 - - -
Esfuerzo en seco S₁ kpa 640.30 676.89 758.57
Promedio (esfuerzo en seco) 0.0 0.0 0.0
Esfuerzo en húmedo S₂ kpa 596.03 667.18 666.61
Promedio (esfuerzo en húmedo)
TSR TSR % 92.97 80%
691.92
643.27
Min Especificado
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
EFECTO DE HUMEDAD SOBRE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Contenido de asfalto 6.76 %
Método de compactación Plancha y Equipo Neumático Acondicionados No acondicionados
140
4.6.2 Susceptibilidad a la deformación permanente
Se realizó a la mezcla asfáltica de campo, el ensayo de Susceptibilidad a la
deformación permanente, la profundidad de la rodera fue determinada con la Rueda
Cargada de Hamburgo.
Las Tablas 4.14 y 4.15 son los resultados obtenidos de la deformación, que
resultó de los especímenes extraídos de la producción de la mezcla asfáltica
realizada con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, las ubicaciones de dichos
especímenes fueron extraídos de los kilometrajes 147+985 del cuerpo B, carril de
baja velocidad y 154+584 del cuerpo B, carril de baja velocidad.
Las Figuras 4.5 y 4.6 muestran el desarrollo del efecto de la deformación que
presentaron los especímenes de prueba de las Tablas 4.14 y 4.15.
Tabla 4.14 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 147+985.
Ubicación: km 147+985 cuerpo B, carril de baja velocidad
Espécimen Gmb Va % Deformación(mm)
1 2.282 2.89 2.18
2 2.223 5.40 8.94
Promedio 2.253 4.15 5.56
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
Gravedad máxima de la mezcla (Gmm): 2.355
Contenido de asfalto obtenido en campo
respecto a la mezcla (%):6.66
Contenido de asfalto de diseño respecto a la
mezcla (%):6.50
141
Figura 4.5 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 147+985.
Tabla 4.15 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 154+583.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0 5000 10000 15000 20000
Def
orm
aci
ón
(mm
)
No. de pasadas
Ubicación: km 154+583 cuerpo B, carril de baja velocidad
Espécimen Gmb Va % Deformación(mm)
1 2.229 4.62 4.27
2 2.241 4.11 3.49
Promedio 2.235 4.36 3.88
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
6.50
Contenido de asfalto de diseño respecto a la
mezcla (%):6.50
Gravedad máxima de la mezcla (Gmm): 2.337
Contenido de asfalto obtenido en campo
respecto a la mezcla (%):
Espécimen 1Especímen 1 Especímen 2Espécimen 2
142
Figura 4.6 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 154+583.
Respecto a los resultados de los especímenes ensayados para determinar la
deformación permanente, de las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo
del banco Rio San Lorenzo, se puede observar en la Tabla 4.14, que el espécimen
2 obtuvo una mayor deformación respecto al espécimen 1, mismo que, de acuerdo
a los resultados presenta mayor contenido de vacíos de aire.
La Tabla 4.15 indica que el espécimen 1 tiene mayor deformación que el
espécimen 2, el espécimen 1 presenta mayor contenido de vacíos de aire.
De acuerdo a los resultados de Tablas 4.14 y 4.15, obtenidos de los ensayos
de deformación permanente, de los especímenes extraídos de las mezclas
asfálticas elaboradas con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, los
especímenes que presentan mayores vacíos de aire tienen una mayor deformación.
Las Tablas 4.16 y 4.17 muestran los resultados de la deformación de los
especímenes de prueba que fueron extraídos de la producción de la mezcla asfáltica
realizada con material pétreo del banco Dimas, las ubicaciones de los especímenes
de prueba corresponden a los kilometrajes 58+300 cuerpo A, carril de baja velocidad
y 67+970 cuerpo A, carril de baja velocidad.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0 5000 10000 15000 20000
Def
orm
aci
ón
(mm
)
No. de pasadas
Espécimen 1Especímen 1 Especímen 2Espécimen 2
143
Las Figuras 4.7 y 4.8 presentan el desarrollo de la deformación que se
presentó en los especímenes de prueba de las Tablas 4.16 y 4.17.
Tabla 4.16 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 58+300.
Figura 4.7 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 58+300.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0 5000 10000 15000 20000
Def
orm
aci
ón
(mm
)
No. de pasadas
Ubicación: km 58+300 cuerpo A, carril de baja velocidad
Espécimen Gmb Va % Deformación(mm)
1 2.231 4.78 3.75
2 2.240 4.40 3.15
Promedio 2.236 4.59 3.45
Gravedad máxima de la mezcla (Gmm): 2.343
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
Contenido de asfalto obtenido en campo
respecto a la mezcla (%):6.56
Contenido de asfalto de diseño respecto a
la mezcla (%):6.60
Espécimen 1Especímen 1 Especímen 2Espécimen 2
144
Tabla 4.17 – Resultado de ensaye de Deformación Permanente mediante el equipo de Rueda Cargada de Hamburgo, en el kilometraje 67+970.
Figura 4.8 – Representación del desarrollo de la deformación en los especímenes ensayados con el equipo de Rueda cargada de Hamburgo, en el kilometraje 67+970.
La Tabla 4.16 indica que el espécimen 1 tiene mayor cantidad de vacíos por
lo que la deformación es mayor que la del espécimen 2, el espécimen 2 tiene menor
cantidad de vacíos por lo que su deformación es menor que la del espécimen 1.
Respecto a la Tabla 4.17, el espécimen que presenta mayores vacíos de aire
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0 5000 10000 15000 20000
Def
orm
aci
ón
(mm
)
No. de pasadas
Ubicación: km 67+970 cuerpo A, carril de baja velocidad
Espécimen Gmb Va % Deformación(mm)
1 2.241 4.80 3.20
2 2.235 5.06 3.60
Promedio 2.238 4.93 3.40
Contenido de asfalto obtenido en campo
respecto a la mezcla (%):6.76
Contenido de asfalto de diseño respecto a
la mezcla (%):6.60
Gravedad máxima de la mezcla (Gmm): 2.354
Procedencia : Especímenes elaborados en campo
Espécimen 1Especímen 1 Especímen 2Espécimen 2
145
(espécimen 2), tiene por resultado una mayor deformación, y por ende el que tiene
menor cantidad de vacíos de aire (espécimen 1), presenta una menor deformación.
Los ensayes de la deformación permanente de los resultados obtenidos de
las Tablas 4.14 - 4.17, la profundidad de la deformación estuvo principalmente
influenciada con respecto al contenido de vacíos de aire, es decir, a mayor
contenido de vacíos la deformación fue mayor por lo que a menor cantidad de vacíos
de aire la profundidad de la deformación resulto menor.
4.7 Grado de compactación
Respecto al método de compactación de los especímenes ensayados en
laboratorio de acuerdo a Superpave, se realiza con el compactador giratorio con la
finalidad de simular la compactación en campo.
La compactación obtenida en campo fue determinada mediante la relación
del ensaye de prueba para obtener la gravedad especifica neta (ASTM D 2726),
entre la gravedad especifica teórica máxima (ASTM D 2041) multiplicado por 100.
Las Tablas 4.18 y 4.19 muestran la compactación obtenida en campo, los
testigos de obra que fueron ensayados para determinar el daño inducido por
humedad, son los especímenes a los cuales se determinó el grado de
compactación.
Tabla 4.18 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 147+985, banco Rio San Lorenzo.
Tabla 4.19 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 154+583, banco Rio San Lorenzo.
No 2 3 5 1 4 6
95.01 95.47 94.73 94.34 96.01 96.22Compactacion de campo (%)
Identificación del especimen
No 1 2 3 4 7 6
94.27 96.82 96.14 96.31 94.84 95.03
Identificación del especimen
Compactacion de campo (%)
146
Las Tablas 4.20 y 4.21 muestran los resultados de compactación de los
especímenes extraídos de las mezclas asfálticas que fueron elaboradas con
material pétreo del banco Dimas, la identificación del espécimen está ligado con las
Tablas 4.12 y 4.13 que respecta al kilometraje 58+300 y al kilometraje 67+970.
Tabla 4.20 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 58+300, banco Dimas.
Tabla 4.21 – Compactación obtenida en campo en el kilometraje 67+970, banco Dimas.
Los resultados obtenidos en las Tablas 4.18-4.21, respecto a los grados de
compactación, estos se obtuvieron de acuerdo a lo establecido en norma, es decir,
la compactación está dentro del parámetro establecido, estos resultaron entre 94%
y 98%, tanto los especímenes del banco Rio San Lorenzo como el banco Dimas.
4.8 Parámetros volumétricos
Los parámetros volumétricos que principalmente influyen en las mezclas
asfálticas son los vacíos de aire (Va), vacíos del agregado mineral (VMA) y vacíos
llenos de asfalto (VFA), estos fueron calculados como sigue:
Los vacíos en el agregado mineral serán calculados como se indica en la
Ecuación 2.21
Los vacíos de aire serán calculados de acuerdo a la Ecuación 2.22
Los vacíos llenos de asfalto se calculan con la Ecuación 2.23
Para el cálculo de los parámetros volumétricos antes mencionados, se
utilizaran los contenidos de asfalto resultantes de los ensayes mostrados en la Tabla
No 1 4 5 3 6 7
95.60 94.78 96.43 95.89 94.07 95.27
Identificación del especimen
Compactacion de campo (%)
No 8 10 11 9 12 13
95.38 95.46 95.98 95.17 95.33 95.48
Identificación del especimen
Compactacion de campo (%)
147
4.7 con la finalidad de obtener el contenido de agregado (Ps) que resulta del total
de la masa de la mezcla asfáltica, que corresponden a los dos bancos de materiales,
de igual forma se utilizara la gravedad especifica total del agregado una vez
combinados los materiales.
Las Tablas 4.22 y 4.23 muestran los parámetros volumétricos que fueron
obtenidos en las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo del banco de
materiales Rio San Lorenzo.
Tabla 4.22 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 147+985, banco Rio San Lorenzo.
Tabla 4.23 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 154+583, banco Rio San Lorenzo.
Las Tablas 4.24 y 4.25 muestran los resultados de los parámetros
volumétricos obtenidos en las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo del
banco de materiales Dimas.
Ps 93.34
Gsb 2523
No 2 3 5 1 4 6
17.22 16.82 17.46 17.81 16.35 16.17
5.0 4.5 5.3 5.7 4.0 3.8
71.04 73.07 69.84 68.21 75.60 76.61
Identificación del especímen
Contenido de asfalto = 6.66
Va
VAM
VFA
Ps 93.50
Gsb 2522
No 1 2 3 4 7 6
18.32 16.11 16.71 16.56 17.83 17.66
5.7 3.2 3.9 3.7 5.2 5.0
68.75 80.28 76.87 77.70 71.08 71.87
Identificación del especímen
Contenido de asfalto = 6.5
VAM
VFA
Va
148
Tabla 4.24 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 58+300, banco Dimas.
Tabla 4.25 – Resultados de parámetros volumétricos, kilometraje 67+970, banco Dimas.
La estimación para seleccionar el contenido de asfalto, durante el diseño, se
establecieron varios porcentajes de tal manera que se buscó el contenido óptimo de
asfalto con la finalidad de que se cumpliera con los parámetros volumétricos
establecidos en la normativa (vacíos en el agregado mineral y vacíos llenos de
asfalto) y que los vacíos de aire estén más cercanos a 4%.
De acuerdo a los resultados obtenidos de las Tablas 4.22 y 4.23, los datos
de las gravedades especificas fueron similares, el contenido de asfalto que resultó
de la producción de la mezcla asfáltica, en el primer muestreo con respecto al
segundo, no tuvo variación representativa, ambos resultados estuvieron cercanos
al contenido de asfalto de diseño, los vacíos en el agregado mineral y los vacíos
llenos de asfalto fueron similares para ambos resultados de cada tabla, los vacíos
de aire fueron cercanos al 4.0 %.
Los resultados de las Tablas 4.24 y 4.25, las gravedades especificas fueron
similares, al igual que los contenidos de asfalto que resultaron en la producción de
la mezcla asfáltica, los vacíos en el agregado mineral y los vacíos llenos de asfalto
Ps 93.44
Gsb 2485
No 1 4 5 3 6 7
15.77 16.50 15.04 15.52 17.12 16.06
4.4 5.2 3.6 4.1 5.9 4.7
72.12 68.34 76.28 73.50 65.37 70.57
Identificación del especímen
Contenido de asfalto = 6.56
Va
VAM
VFA
Ps 93.24
Gsb 2494
No 8 10 11 9 12 13
16.06 15.99 15.53 16.24 16.11 15.97
4.5 4.0 4.8 4.7 4.5 4.5
71.22 71.59 74.13 70.27 70.99 71.69
Identificación del especímen
Contenido de asfalto = 6.76
VAM
VFA
Va
149
fueron similares en ambos casos y los vacíos de aire fueron cercanos a 4.0 %, los
datos obtenidos fueron similares a los resultados que se obtuvieron durante la
elaboración de los diseños.
150
Capítulo 5 Conclusiones y Recomendaciones
El contenido de asfalto influyó en la caracterización de la gravedad específica
teórica máxima, a mayor contenido de asfalto mayor fue esta.
Los vacíos de aire repercutieron directamente en la deformación de la mezcla
asfáltica, mayores vacíos de aire indicaron una profundidad de rodera mayor, los
porcentajes de vacíos menores, establecieron deformaciones menores.
Respecto a los resultados de los ensayos obtenidos en la etapa inicial
(parámetros de diseño), correspondiente a la Resistencia de las mezclas asfálticas
compactadas al daño inducido por humedad, en el caso de la mezcla asfáltica
analizada, que fue elaborada con material pétreo proveniente del banco Rio San
Lorenzo, los vacíos de aire obtenidos en dichos ensayos, resultaron del orden de
6.7% (Tabla 3.14) y para el caso de la mezcla asfáltica elaborada con material
pétreo del banco Dimas, resultaron del orden de 6.6% (Tabla 3.15). Los resultados
obtenidos de las muestras asfálticas obtenidas en campo, las mezclas asfálticas
elaboradas con agregado pétreo del banco Rio San Lorenzo, presentaron vacíos de
aire del orden de 4.7% y 4.4%. Para las mezclas asfálticas elaboradas con material
pétreo proveniente del banco Dimas obtuvieron vacíos del orden de 4.7% y 4.5%.
Los ensayos de TSR indicaron que los vacíos de aire, obtenidos en las mezclas
asfálticas elaboradas en campo, fueron menores a los obtenidos en diseño, esto es
de esperarse debido a la estructura granular. En el caso de las mezclas asfálticas
elaboradas con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, las curvas
granulométricas, permanecieron más cercanas a la línea de máxima densidad que
a la obtenida en diseño, por lo que granulométricamente se refleja en los vacíos de
aire en los ensayos de TSR, ya que estos son menores en ambos casos. Las
mezclas asfálticas elaboradas con agregado pétreo procedente del banco Dimas,
presentan curvas granulométricas que se muestran más cercanas a la línea de
máxima densidad y por consiguiente arrojo menores vacíos de aire en los resultados
obtenidos de TSR. Finalmente, se puede mencionar, tal como se esperaba, los
vacíos de aire estuvieron influenciados por la granulometría, es decir, dependiendo
de la proximidad de la curva granulométrica a la línea de máxima densidad,
151
representada en la gráfica de Fuller, mientras más cercana permaneció, presentó
menores vacíos de aire.
La relación filler asfalto que se determinó en campo, esto es la relación de
contenido de asfalto entre el porcentaje que pasa la malla número 200, en el primer
cálculo realizado, a los materiales utilizados del banco Rio San Lorenzo, el resultado
obtenido fue de 0.59, el cual no cumplió con el parámetro establecido en los
lineamientos de la metodología. El parámetro establecido debió ser un valor
resultante entre 0.6 y 1.2 por norma. La relación filler asfalto que se determinó en la
mezcla asfáltica elaborada con material pétreo del banco Dimas, los dos cálculos
que se realizaron para determinar la relación filler asfalto, en ambos casos se
obtuvieron resultados fuera de los establecido en norma, 0.32 y 0.33
respectivamente. Esto se debió a que durante el proceso de la producción de la
mezcla asfáltica, la cantidad de filler que se introdujo al tambor mezclador, previo a
la fabricación de la mezcla asfáltica, resultó menor, debido al proceso mecánico que
realizó el extractor de polvos, acción que se realizó cuando se mezcló el agregado
mineral y el cemento asfáltico durante la producción de la mezcla asfáltica. La
relación filler asfalto indicados en los resultados de diseño fueron satisfactorios, 0.76
del banco Rio San Lorenzo y 0.80 del banco Dimas. Los resultados en los diseños
se establecen adecuados, debido a que las condiciones donde se hizo la
dosificación de los materiales, se realizó bajo condiciones apropiadas, es decir, no
se altera la cantidad de los materiales.
El hecho de que la relación filler asfalto no haya cumplido de acuerdo a lo
establecido en norma, respecto a los resultados obtenidos en los ensayes de
desempeño (Susceptibilidad a la deformación permanente y TSR), se observó que
estos no presentaron algún efecto adverso, ya que los datos que arrojaron dichas
pruebas fueron satisfactorias. Para TSR se obtuvieron resultados de 85.83% y
95.46%, para las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo del banco Rio
San Lorenzo. Las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo del banco
Dimas, se obtuvieron resultados de TSR de 94.63% y 92.97%, respectivamente.
Siendo el mínimo especificado en norma un valor de TSR del 80%. Los resultados
152
de las deformaciones permanentes que se obtuvieron para las mezclas asfálticas
elaboradas con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, fueron de 5.56 mm en
promedio para el primer par de muestras, y de 3.83 mm en promedio para el
segundo par de muestras. Las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo
procedente del banco Dimas, obtuvieron deformaciones de 3.45 mm en promedio
para el primer par de muestras, y de 3.40 mm en promedio para el segundo par de
muestras. EL mínimo especificado en norma para la deformación permanente es de
10 mm.
Concerniente a la caracterización de le mezcla asfáltica, los resultados que
corresponden a la Gravedad especifica teórica máxima y la Gravedad especifica
neta, el valor de esta última nunca es mayor a la primera, tal como se esperó, debido
a que la gravedad específica neta contiene la densidad de los materiales, agregado
fino, agregado grueso y cemento asfaltico, incluyendo los vacíos de aire. La
gravedad específica teórica máxima es determinada sin vacíos de aire, solo se
contempla el agregado mineral y el cemento asfáltico, por lo que la diferencia de
estas gravedades, radica en los vacíos de aire.
El desempeño de la mezcla asfáltica, estuvo directamente influenciado por
las condiciones físicas (forma de la partícula y angularidad) del agregado mineral,
con que fue elaborada la mezcla asfáltica de campo. Al concluir la determinación de
los esfuerzos máximos que fueron capaces de soportar las mezclas asfálticas
compactadas elaboradas en campo, mediante el ensayo de TSR, posteriormente,
las inspecciones realizadas a los especímenes de prueba, de las mezclas asfálticas
elaboradas con agregado pétreo del banco de materiales Rio San Lorenzo, donde
se estableció si el agregado pétreo se fracturó o solo se separó del asfalto. Esta
determinación estuvo influenciada por las propiedades físicas (forma de la partícula)
con que el agregado mineral fue empleado en el momento de la producción de la
mezcla asfáltica, ya que el agregado pétreo se fracturó debido a que la forma de la
partícula del agregado pétreo, estaba lajeada. Debido a que las características del
agregado mineral mezclado, fue empleado con un porcentaje representativo de
partículas alargadas y lajeadas con respecto al porcentaje empleado en el diseño.
153
En la caracterización del agregado pétreo del banco de materiales Dimas, se
estableció que, la angularidad (partículas trituradas) del agregado grueso de ¾ de
pulgada, resulto de un 84%, por lo que indicó que estuvo fuera de lo establecido por
norma, que es el 90% el mínimo especificado. En la mezcla del agregado mineral,
el resultado de la prueba de ensayo indico un resultado de 89%, fuera de lo
establecido, cercano al límite. El uso del agregado mineral con falta de trituración,
durante la elaboración de la mezcla asfáltica con material procedente del banco de
materiales Dimas, realizada en campo, fue visible en la inspección de los
especímenes de prueba, para establecer si el agregado se fracturó o se separó del
asfalto, posterior a la determinación del esfuerzo en el ensayo de TSR, ya que el
material pétreo se desprendió del material asfáltico.
Para la compactación de los especímenes de laboratorio se usó el
compactador giratorio, lo que teóricamente simuló la compactación de campo. De
acuerdo a la especificación de Superpave, debe establecerse en un rango de 94 a
98% de compactación. En las Tablas 4.18 – 4.21 se muestran los resultados de la
compactación de los especímenes, que fueron extraídos de campo, los cuales
indican el grado de compactación dentro del rango establecido.
154
Recomendaciones
Respecto a la relación filler asfalto, que fue determinada en las mezclas
asfálticas elaboradas con material pétreo del banco Rio San Lorenzo, un cálculo
quedó fuera de lo establecido en norma, que fue de 0.59, siendo el mínimo 0.6. Para
las mezclas asfálticas elaboradas con material pétreo procedente del banco Dimas,
los cálculos de la relación filler asfalto, establecieron valores fuera de lo establecido.
La relevancia de esta relación, es aumentar la resistencia a las deformaciones e
incrementar la durabilidad de la mezcla asfáltica. Respecto a las pruebas de
desempeño estas resultaron satisfactorias, sin embargo, estos ensayes se
obtuvieron a corto plazo, mas no se sabe que desempeño tendrá la mezcla asfáltica
a largo plazo. Por lo que se recomienda una investigación futura respecto a las
condiciones que pudiera tener la mezcla asfáltica a largo plazo.
Respecto a la caracterización del material asfáltico utilizado durante esta
investigación, algunos ensayos no cumplieron con lo establecido en norma, como
fue el caso de recuperación elástica por torsión a 25°C, este valor resulto de 15%
cuando lo especificado en norma debió ser 35%. El ensayo de perdida por
calentamiento el dato obtenido fue de 1.20% el máximo aceptado es 1%. El ensayo
de penetración retenida a 4°C, el valor resultante en la caracterización fue de 64%,
lo establecido en norma es del 65%. Finalmente los ensayos de recuperación
elástica en ductilómetro, resiliencia a 25°C y pendiente de deformación a -12°C, ya
que no se obtuvo un resultado de estos métodos de prueba debido a que no se
realizaron dichos ensayos. Se recomienda realizar las pruebas antes mencionadas
para determinar una mejor caracterización del material asfáltico, para poder
establecer cuál será el comportamiento que tendrán las mezclas asfálticas durante
su vida útil.
155
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