08/06/2015

1

Rosa Zúñiga C.Jefa SubDepartamento Tecnológico y Materiales

Curso Laboratorista Vial C Junio 2015

LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD

Mezcla Asfáltica en caliente.

1.1. Pavimento y Calzada

Calzada: Camino o parte de una calle o carretera reservada a los vehículos.

Pavimento: Sistema de capas superpuestas, dediferentes materiales, y compactadas en formaadecuada.

08/06/2015

2

1.2 Rasante: Línea que marca la cota del camino terminado.

1.3 Subrasante: Línea que marca la cota del movimiento detierra terminado sobre el cual se construye el pavimento.

2.1. Pavimentos Rígidos (Concreto u Hormigón)

2.2. Pavimentos Flexibles (Mezcla Asfáltica)

2.3. Pavimentos Semiflexibles

Característica de un Pavimento Flexible

08/06/2015

3

2.1. Pavimentos Rígidos

Constituido por una losa de hormigón con o sin armadura apoyada sobre una capa de Subbase granular, colocada directamente sobre la subrasante.

Está constituido por una serie de capas que permiten transmitirlas cargas de tránsito hasta el terreno natural sin que este sedeforme.No siempre es necesario colocar todas las capas señaladas(depende del tránsito, tipo de suelo, etc.)

Capa Asfáltica

08/06/2015

4

La calidad estructural de estas capas varia con la profundidad. En unpavimento flexible, las diferentes capas pueden ser granulares yasfálticasEl pavimento flexible no sólo está formado por la capa de rodado sinopor todas las que conforman la estructura.

Se caracterizan por usar una carpeta de rodado asfálticay como base una grava cemento (estabilizada concemento).

El siguiente esquema muestra un diseño típico de pavimento semiflexible:

08/06/2015

5

Corresponde a todas aquellas capas que no aportan estructura alpavimento y en general a aplicaciones cuyo espesor final nosobrepasan los 3 cm.

Dentro de esta clasificación tenemos:a)Riegos asfálticosb)Riegos asfalto – agregadoc)Sellos de mezclac)Sellos de fricciónd)Lechadas

Consiste en la aplicación de un asfalto líquido, ya sea sobreuna capa granular o sobre una capa asfáltica, el cual cumpleun objetivo específico.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

08/06/2015

6

Estos corresponden a riegos asfálticos cubiertos por unao más capas de agregado ya sea arena fina (parapreservar por corto tiempo bases estabilizadas) o grava(para tratamiento superficial simple o doble).El espesor del tratamiento lo da el tamaño del agregadopétreo de la primera capa, por cuanto las capassucesivas de agregados pétreos, sólo llenan huecos dela capa anterior.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

Corresponde a una mezcla de ligante asfáltico cubierto concapa(s) de agregado colocado sobre un pavimento existente.Dependiendo del tamaño del agregado será la función u objetivode cada sello.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

Es cualquier tipo de mezcla colocada en espesores delgados para corregir fallas funcionales.

08/06/2015

7

Agregado fino más filler, más agua y más emulsión.

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el drenaje superficial.

• Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el drenaje superficial.

08/06/2015

8

Las capas asfálticas estructurales son aquellas que, por condiciones de mezcla y espesor, forman una estructura resistente en el diseño de un pavimento flexible.

Las capas asfálticas estructurales se pueden clasificar de acuerdo a los siguientes parámetros:

- Posición relativa dentro de la estructura

- Por su Granulometría,

- Huecos en la mezcla,

- Según el proceso constructivo (esto último se verá en el capítulo de mezclas en caliente).

3.-Pavimentos y Revestimientos Asfálticos

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Se define como mezcla asfáltica (o bituminosa) en caliente ala combinación de áridos (incluido el polvo mineral) con unligante.

Las cantidades relativas de ligante y áridos determinan laspropiedades físicas de la mezcla.

El proceso de fabricación implica calentar el agregado pétreo y el ligante a alta temperatura, muy superior a la ambiental. Enseguida esta mezcla es colocada en la obra.

08/06/2015

9

Existen diferentes métodos de diseño. En Chile oficialmente se usa el Método Marshall.

Método Marshall: Basado en estabilidad y contenido de vacíos.

Método Superpave: Basado en el contenido de vacíos.

Carpeta de Rodadura

Capa Intermedia

Base Asfáltica

08/06/2015

10

Carpeta de Rodadura: Es una capa aglomerada de agregados

pétreos y asfalto, generalmente semi cerrada o cerrada diseñada para

resistir la abrasión y desintegración por efectos ambientales.

Capa Intermedia: Mezcla generalmente abierta y graduada

densa o gruesa, colocada sobre la base.

Base Asfáltica: Mezcla generalmente abierta colocada sobre la

base granular o subrasante, a la cual se le superpone la capa

intermedia o rodadura.

Se definen de acuerdo a la cantidad de material que pasa el tamiz Nº 8

08/06/2015

11

Mezcla abierta Huecos > 6%Mezcla semi densa o densa Huecos 6%

En caliente

En frío

En caliente

Especificaciones Manual de Carreteras:

Volumen Nº 55.408.201: Agregados Pétreos

5.408.203: Mezcla asfáltica

Volumen Nº 88.302.40: Método para determinar la resistencia a

la deformación plástica de mezclas bituminosas utilizando el Equipo Marshall.

8.302.47: Método de diseño Marshall

08/06/2015

12

Es importante que la mezcla sea diseñada de tal forma quepueda ser colocada con facilidad, evitando segregaciones.

Previo al diseño de la mezcla se deben analizar tanto elagregados como el asfalto para decidir si son aptos para laconstrucción del pavimento.

Los agregados deben ser limpios, tenaces y durables y lomás importante deben tener una granulometría de acuerdoa especificación.

Las especificaciones generales que deben cumplir son:

Granulometría

Resistencia al Desgaste

Solidez

Limpieza y pureza

Rozamiento Interno

Propiedades superficiales

08/06/2015

13

GranulometríaIndica la distribución de los diferentes tamaños de laspartículas.

De la granulometría se desprenden los diferentes tipos degraduaciones:

SemiDensas o Densas (carpetas de rodado / ciclovías)

Semiabiertas (binder y bases) y

Abiertas (bases).

Resistencia al DesgasteLos agregados deben ser resistentes para poder soportar elrodillado durante el proceso constructivo y enseguida laacción del tráfico.Para ello se debe realizar el método de ensaye “Desgastede los Ángeles”.

08/06/2015

14

Ensaye de los sulfatos (Solidez)Los agregados usados en los pavimentos asfálticosno se deben disgregar bajo la acción de los agentesatmosféricos.

Limpieza y purezaSe determina en forma visual, pero en el caso dedudas se recomienda efectuar un tamizado por víahúmeda.

Rozamiento InternoEs una propiedad muy importante de los áridos, ya que losáridos chancados tienden a impedir el desplazamiento de laspartículas bajo la acción de una carga; debido al roce ytrabazón entre partículas de agregado.Su influencia se refleja en los valores obtenidos en el Ensayede Estabilidad Marshall

GRAVA GRAVILLA

08/06/2015

15

Propiedades superficialesPara que un pavimento asfáltico resulte resistente y durable esnecesario que los asfaltos adhieran bien a los agregadospétreos.

Para ello, se realizan diferentes Ensayes de Adherenciaagregado - bitumen. Éstos sirven para evaluar la capacidad deadherencia y despegue entre áridos y ligante empleados en lamezcla.

El agregado pétreo debe encontrarse recubierto con unapelícula de asfalto lo suficientemente conveniente para sersometida al proceso de compactación sin ser alterada.

El espesor de película de asfalto que recubre el agregadopétreo es un factor importante que regula el comportamientode las mezclas a través de los parámetros de estabilidad ydurabilidad.

08/06/2015

16

Es importante considerar en el diseño de una mezcla la trabajabilidad eimpermeabilidad.Una mezcla deberá ser totalmente impermeable para no permitir el pasodel agua hacia las capas inferiores y de esta forma evitar la perdida decapacidad de soporte…. Sin embargo …

= =

No se puede tener una mezcla 100% impermeable.La falta de huecos al interior de ésta, no permite absorber la consolidaciónde la mezcla por amasado del tránsito; desplazando el asfalto hacia lasuperficie, tornándolo resbaladizo.

min max min max1 1/2´´

1´´ 100 1003/4´´ 100 100 80 1001/2´´ 80 1003/8´´ 70 90 60 80N°4 50 70 48 65N° 8 35 50 35 50N° 30 18 29 19 30N° 50 13 23 13 23

N° 100 8 16 7 15N° 200 4 10 0 8

Banda IV-12Tamiz Banda IV-20

Referido a porcentaje pasante en cada tamiz

min max min max

100 100100 100 80 9580 95 65 8070 85 57 7343 58 40 5528 42 28 4213 24 13 248 17 8 176 12 6 124 8 4 8

Banda IV-A-20Banda IV-A-12

08/06/2015

17

min max min max1 1/2´´

1´´3/4´´ 100 100 100 1001/2´´ 80 100 80 953/8´´ 70 90 70 85N°4 50 70 43 58N° 8 35 50 28 42

N° 30 18 29 13 24N° 50 13 23 8 17N° 100 8 16 6 12N° 200 4 10 4 8

Banda IV-12Tamiz Banda IV-A-12 min max min max1 1/2´́

1´´ 100 100 100 1003/4´´ 80 100 80 951/2´´ - - 65 803/8´´ 60 80 57 73N°4 48 65 40 55N° 8 35 50 28 42

N° 30 19 30 13 24N° 50 13 23 8 17N° 100 7 15 6 12N° 200 0 8 4 8

Banda IV-A-20Tamiz Banda IV-20

EnsayeEnsaye CarpetaCarpeta BinderBinderBase Base

Gruesa Gruesa AbiertaAbierta

Desgaste de Los Ángeles, Máx. Desgaste de Los Ángeles, Máx. (%)(%)

25 25 3535 3535 3030

Desintegración por Sulfato, Desintegración por Sulfato, Máx. (%)Máx. (%)

1212 1212 1212 1212

Partículas Lajeadas Máx. (%)Partículas Lajeadas Máx. (%) 1010 1515 1515 1010

Partículas Chancadas min. (%)Partículas Chancadas min. (%) 9090 7070 6060 9090

Adherencia Método Estático Adherencia Método Estático min.(%)min.(%)

9595 9595 9595 9595

Adherencia Método Dinámico Adherencia Método Dinámico min.(%)min.(%)

9595 9595 9595 9595

08/06/2015

18

EnsayeEnsaye CarpetaCarpeta BinderBinderBase Base

Gruesa Gruesa AbiertaAbierta

Índice de plasticidadÍndice de plasticidad NP NP NPNP NPNP NPNP

Adherencia RiedelAdherencia Riedel--Weber, min. (1)Weber, min. (1) 00--55 00--55 00--55 00--55

Desintegración por Sulfato, Máx. (%) (2)Desintegración por Sulfato, Máx. (%) (2) 1515 1515 1515 1515

(1) Si no cumplen con esta exigencia, se podrán utilizar previa incorporación de un aditivo mejorador de adherencia.

(2) Sólo se exigirá en Regiones XI y XII y en la alta cordillera o cuando lo indique el proyecto.

Tamices Tamices % Pasa% Pasaen Pesoen Peso(mm)(mm) (ASTM)(ASTM)

0.6300.630 Nº 30Nº 30 100100

0.3150.315 Nº 50Nº 50 9595--100100

0.080.08 Nº 200Nº 200 7070--100100

4. objetivo del Diseño de Mezcla

El objetivo principal es encontrar la combinación más económicaagregado-asfalto, que dé a la mezcla las siguientes propiedades:

Estabilidad Propiedad Estructural

Durabilidad Propiedad de Construcción y Servicio

Impermeabilidad Propiedad de Construcción y Servicio

Trabajabilidad Propiedad de Construcción y Servicio

Flexibilidad Propiedad Estructural

Resistencia a la Fatiga Propiedad Estructural

Resistencia al Deslizamiento

Propiedad Funcional

08/06/2015

19

EstabilidadEs la capacidad de un pavimento asfáltico para resistir lascargas de tránsito sin que se produzcan deformaciones.Depende de la “fricción interna*” y trabazón entre agregados.

*Fricción Interna ()Depende de la “Textura Superficial”, “Forma de losAgregados”, “Densidad de la Mezcla”, “Granulometría” y“Cantidad de Asfalto”.

El conjunto de agregados pétreos se debe comportar como una masa elástica uniforme

en vez de un conjunto de partículas individuales.

DurabilidadEs la capacidad de un pavimento de resistir la desintegracióndebido al tránsito, al clima y pérdida de cohesión* al paso deltiempo.

*CohesiónEs la fuerza aglomerante del ligante con el agregado; ayudaa aumentar la resistencia al corte de la mezcla; varia con latemperatura; y aumenta con la cantidad de asfalto hasta unmáximo, para luego decrecer.

ImpermeabilidadEs la resistencia del pavimento a ser penetrado por el agua yel aire.

08/06/2015

20

Trabajabilidad

Es la facilidad que tiene una mezcla para ser colocada y compactada.Esta relacionado con el tipo y porcentaje de agregado, además de latemperatura de mezclado y compactación.

FlexibilidadEs la capacidad de un pavimento asfáltico para adaptarse a losmovimientos y asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse.

Resistencia a la FatigaEs la capacidad de un pavimento para resistir los esfuerzosprovocados por el tránsito en repetidas pasadas (Vida Útil).

Resistencia al DeslizamientoEs una cualidad que debe presentar un pavimento especialmentemojado para ofrecer resistencia al patinaje o a la posibilidad dehidroplaneo.

(8.302.40 y 8.302.47 V.8 M.C.)

Este método es aplicable sólo a mezclas en caliente con

cementos asfálticos que contengan agregados con tamaño

máximo igual o inferior a 25 mm.

Este método puede usarse tanto para el diseño en Laboratorio

como en el control de terreno.

08/06/2015

21

Se confecciona una serie de probetas de 1100 gr de

agregado con distintos contenidos de asfalto con

incrementos de 0,5 %, las dimensiones de la probeta

son 102 mm de diámetro y 63 mm de altura,

Antes de ensayar se determinan las densidades de

los agregados, asfalto y mezcla compactada.

Se somete al ensayo de estabilidad y fluidez a unatemperatura de 60º C.

Después de determinar la densidad, estabilidad y fluencia, seprocede al análisis de huecos para cada serie de probetas.

08/06/2015

22

a. TendenciasSe deben confeccionar los siguientes 5 gráficos de tendencias:

7

8

9

10

11

12

13

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Est

abil

idad

(K

N)

% Asfalto (%Pb)

2285

2290

2295

2300

2305

2310

2315

2320

2325

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Den

sid

ad (

Kg

/m3 *

1000

)

% Asfalto (%Pb)

ESTABILIDAD DENSIDAD HUECOS DE AIRE

10

11

12

13

14

15

16

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0

FL

UID

EZ

% Asfalto (%Pb)

FLUIDEZ VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL

08/06/2015

23

De las curvas anteriores se determinan los porcentajes deasfalto que entreguen:Máxima estabilidad de la curva (A)Máxima densidad de la curva (B) y% de asfalto para 5% de huecos en la mezcla (C).

(Los huecos se obtienen por cálculo de Va)

El % optimo de asfalto de diseño será:

Fórmula de trabajo Comprende:a) Banda de trabajo, según las siguientes tolerancias:

Usando la dosificación de áridos del Diseño, se calcula la mezcla de áridos y se compara con la banda de trabajo presentada por el contratista.

Si la mezcla no está íntegramente dentro de la banda de trabajo, ésta se debe rechazar.

08/06/2015

24

b) Contenido de asfalto óptimo

Al porcentaje determinado se aplican las siguientes tolerancias:

Para carpeta de rodado: 0,3puntos porcentuales.

Para carpeta intermedia y/o base: 0,5 puntos porcentuales.

c) Densidad de diseño (Densidad Marshall)Se determina del gráfico de densidad, con el porcentaje deasfalto óptimo obtenido.

d) Temperatura de mezclado y Temperatura de compactación(a través del Nomograma de Heukelom)

Estabilidad MarshallEs la carga máxima que se requiere para producir la rotura de laprobeta; esta se mide en Newton (N).

FluidezEs la deformación que se produce en la carga máxima, se mide0,25 mm.

08/06/2015

25

Densidad Efectiva (pE)Es el cuociente entre la masa del árido y su volumen a unatemperatura especificada. El volumen excluye los porospermeables al asfalto.

Donde:Dmm = Densidad máxima de la mezcladb = Densidad del asfaltoPb = Serie de probeta a distinto porcentaje

dbPb

DmmPb

E100

100

Huecos en la Mezcla ó Vacíos de aire (Va)

Es el volumen total de pequeñas bolsas de aire entre partículas deagregado cubiertos con asfalto, expresado como porcentaje devolumen total de mezcla compactada.

Donde:Dmm = densidad máxima de la mezclaG = densidad de la mezcla compactadai = Serie de probeta a distinto porcentaje

08/06/2015

26

Densidad (G)La densidad de la mezcla compactada se define como la masade un volumen especifico de mezcla.

Nota: La densidad que se obtiene de las probetas deLaboratorio se considera de referencia, y es usada paradeterminar el porcentaje de compactación en terreno conrespecto a la obtenida en éste.

% de compactación = Densidad de terreno x 100Densidad de Laboratorio

Vacíos en el Agregado Mineral (VAM)

Es el volumen de vacíos entre las partículas de agregado de unamezcla compactada; incluye los huecos de aire y el contenido deasfalto efectivo, expresado como porcentaje del volumen.

Donde:drs = Densidad real seca del agregado, Kg/m3

Pb = Porcentaje de asfalto referido al agregado secoi = Serie de probeta de distinto porcentaje