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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