estudio para conocer la resistencia al desgaste de una mezcla

Transcription

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
REGIÓN XALAPA
“ESTUDIO PARA CONOCER LA RESISTENCIA AL
DESGASTE DE UNA MEZCLA ASFALTICA TIBIA
EMPLEANDO ADITIVO TB1. “
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
SARAI BETZABE ANDRADE TORRES
DIRECTOR
DR. SAUL CASTILLO AGUILAR
Xalapa Enríquez Veracruz
2015
“ESTUDIO PARA CONOCER LA RESISTENCIA AL DESGASTE DE UNA MEZCLA ASFALTICA TIBIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ANDRADE TORRES SARAI BETZABE
DEDICATORIA
A Dios por haberme permitido disfrutar de esta eta tan fructífera en mi vida por
darme las ganas de seguir esforzándome y alcanzar mis metas y objetivos; por
darme salud, fortaleza y sabiduría para poder concluir mi carrera profesional; por
acompañarme a cada momento y no dejarme vencer ante las situaciones difíciles;
por ser mi guía.
A mis padres por el apoyo incondicional que me han brindado, no sólo durante mis
estudios profesionales, sino durante toda mi vida; por los esfuerzos y sacrificios
que hicieron a lo largo de mi carrera para poderme preparar de la mejor manera,
aprovechando al máximo cada momento y así convertirme en una joven exitosa;
por dedicarme gran parte de su tiempo y por la paciencia que me han tenido a lo
largo de todos estos años, cuidándome y aconsejándome para no darme por
vencida en cualquier momento. Porque gracias a ustedes y al gran amor que me
tienen, hoy he logrado alcanzar una de las metas más grandes de mi vida, fruto de
la confianza que en mí depositaron y con lo cual he logrado terminar con triunfo mi
carrera profesional, el regalo más grande que pudiera recibir de su parte y por lo
cual les estaré eternamente agradecida. Gracias por ser los mejores padres y un
gran ejemplo a seguir.
“Las caídas y los fracasos son parte del camino a la realización de nuestras
metas. No le temas a caerte, témele a no intentar nada nuevo.”
Carlos Cruz
·3·
AGRADECIMIENTOS
A mi novio José Juan por todo su apoyo incondicional, por llenar mi vida de
alegrías y amor cuando más lo he necesitado, por estar conmigo en las buenas y
en las malas, por su paciencia pero sobre todo gracias porque nunca me dejaste
caer ante las adversidades que tuve en todo este camino.
Le agradezco al Dr. Saúl Castillo Aguilar por la confianza y la oportunidad de
desarrollar esta tesis, por su apoyo para aprender de esta gran experiencia.
A la Ingeniera Selene Burgos por ser una excelente maestra y compañera en esta
investigación, por la paciencia pero sobre todo el motivarme a seguir adelante en
los duros momentos vividos.
A mi abuelita Elvira y mi tía Lupita por su apoyo y su ánimo desde que comencé
este arduo camino.
Gracias a mis amigos, compañeros y maestros que me enseñaron todas las cosas
aprendidas en todo este camino, infinitamente gracias por sus consejos, sus
enseñanzas pero sobre todo su ayuda y amistad.
·4·
INDICE
1.1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... 10
CAPÍTULO I ............................................................................................................................................. 11
ANTECEDENTES ................................................................................................................................... 11
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................................. 12
1.3 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................................. 12
1.4 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. ..................................................................................................... 13
1.5 OBJETIVO PARTICULAR ............................................................................................................... 13
1.6 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 14
1.7 HIPÓTESIS:....................................................................................................................................... 14
CAPITULO II ............................................................................................................................................ 15
MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................. 15
2.1. MEZCLAS ASFÁLTICAS ................................................................................................................ 16
2.1.2 ¿QUÉ ES UN ASFALTO MODIFICADO? ............................................................................................... 16
2.1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS .................................................................................. 17
2.2.1
CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS .................................................. 20
2.2.2 PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS ......................................... 20
2.2.2.1 Estabilidad o resistencia a las deformaciones plásticas ........................................ 20
2.2.2.2 Durabilidad .......................................................................................................................... 21
2.2.2.3 Flexibilidad .......................................................................................................................... 21
2.2.2.4Resistencia a la fatiga .............................................................................................................. 21
2.2.2.5 Resistencia al fracturamiento por baja temperatura ................................................ 22
2.2.2.6 Resistencia al daño por humedad o impermeabilidad ............................................ 22
2.2.2.7 Resistencia al deslizamiento .......................................................................................... 22
2.2.2.8 Trabajabilidad ..................................................................................................................... 22
2.3.1. DEFORMACIÓN PERMANENTE ........................................................................................................... 23
2.3.2 AGRIETAMIENTO POR FATIGA ............................................................................................................. 26
2.3.3. AGRIETAMIENTO POR BAJA TEMPERATURA. ..................................................................................... 27
.................................................................................................................................................................. 28
2.4. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES ..................................................... 29
2.4.2MEZCLAS NO CONVENCIONALES........................................................................................................ 30
2.4.3MÉTODOS DE DISEÑO ......................................................................................................................... 30
2.5. PRODUCTOS ASFALTICOS EMPLEADOS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS A BAJAS
TEMPERATURAS ................................................................................................................................... 32
·5·
2.5.1.
FIBRAS ACRÍLICAS Y CELULOSAS ............................................................................................... 32
2.5.2.
FIBRAS DE CELULOSA GRANULADAS: EL MEJOR ADITIVO ESTABILIZANTE.... 33
2.5.2.1 Fibras sintéticas ................................................................................................................ 34
2.5.2.2 Fibras de origen natural (minerales y orgánicas). .................................................... 34
2.5.3
ADITIVOS Y POLIMEROS..................................................................................................... 36
2.5.4 PROPIEDADES DE LOS LIGANTES Y MEZCLAS ASFÁLTICAS ................................................................ 37
2.5.5 MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS .............................................................................. 37
2.6
ADITIVO REDUCTOR DE VISCOSIDADTB1 ......................................................................... 40
2.6.1Características físicas ................................................................................................................. 41
2.6.2
Recomendaciones de uso .................................................................................................. 41
CAPITULO III ........................................................................................................................................... 42
METODOLOGÍA ...................................................................................................................................... 42
METODOLOGÍA DE EXPERIMENTACIÓN ........................................................................................................ 43
ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LABORATORIO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS ....................... 44
GRANULOMETRÍA DE MATERIALES PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS. ..................... 44
(M-MMP-4-04-002-02) .............................................................................................................................. 44
DESGASTE MEDIANTE LA PRUEBA DE LOS ÁNGELES DE MATERIALES PÉTREOS PARA
MEZCLAS ASFÁLTICAS. ........................................................................................................................ 50
(M-MMP-4-04-006-02) .............................................................................................................................. 50
PRUEBA REALIZADA CON MATERIAL DEL BANCO KAISER. .......................................................................... 55
PARTÍCULAS ALARGADAS Y LAJEADAS DE MATERIALES PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS (M-MMP-404-005/08) .................................................................................................................................................. 58
A) FABRICACIÓN DE PROBETAS TIPO MARSHALL .................................................................................... 71
ANÁLISIS Y FACTIBILIDAD DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA........................................................... 75
COMPARATIVA DE RESULTADOS ............................................................................................ 75
A1) Partículas alargadas y lajeadas para el material usado ................................................................. 75
A2) Pruebas a los materiales pétreos ..................................................................................................... 77
A3) Pruebas para los asfaltos ................................................................................................................. 78
A4) Prueba Cántabro............................................................................................................................ 79
A5) Prueba de Densidad de asfalto modificado ............................................................................... 84
Prueba de Densidad de asfalto virgen ............................................................................................... 85
B) ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................................................... 88
A)
B.1 VENTAJAS DE USAR ASFALTOS MODIFICADOS: .................................................................. 88
B.2 DESVENTAJAS DE USAR ASFALTOS MODIFICADOS ............................................................ 89
CAPITULO IV .......................................................................................................................................... 90
RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 90
CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 92
ANEXO FOTOGRAFICO ........................................................................................................................ 94
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................... 103
·6·
INDICE DE TABLAS
Tabla 1Mallas para Grava ............................................................................................................. 45
Tabla 2Mallas para arena ............................................................................................................. 45
Tabla 3Designación de Mallas ..................................................................................................... 53
Tabla 4 COMPOSICION DE LA PRUEBA Y CARGAS ABRASIVAS ......................................................... 53
Tabla 5 Condiciones para gravas ....................................................................................................... 55
Tabla 6 Diferencias permisibles entre los valores de penetración considerados para el cálculo de
resultados. ......................................................................................................................................... 70
Tabla 7 Partículas alargadas y lajeadas para el material mediano................................................... 75
Tabla 8 Tabla 8 Partículas alargadas y lajeadas para el material grueso .......................................... 76
Tabla 9 Pruebas a los materiales pétreos ......................................................................................... 77
Tabla 10 Pruebas para los asfaltos .................................................................................................... 78
Tabla 11 ASFALTO VIRGEN ................................................................................................................ 79
Tabla 12 ASFALTO MODIFICADO CON TB-1 ...................................................................................... 80
Tabla 13 COMPARACION DE ASFALTO VIRGEN Y ASFALTO MODIFICADO........................................ 81
Tabla 14 PRUEBA DE DENSIDAD DE ASFALTO MODIFICADO ............................................................ 84
Tabla 15 PRUEBA DE DENSIDAD DE ASFALTO VIRGEN...................................................................... 85
·7·
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Mecanismo típico de deformación permanente en la trayectoria de la rueda externa ..... 23
Figura 2 Pavimento asfaltico que presenta agrietamiento por fatiga .............................................. 27
Figura 3 Pavimento asfáltico que presenta fracturamiento por baja temperatura ......................... 28
Figura 4 a) Fibra mineral b) Fibra de vidrio c) Fibra de celulosa ...................................................... 35
Figura5 Fibras de celulosa ................................................................................................................. 36
Figura 6 Muestra de mezcla asfáltica convencional.......................................................................... 38
Figura 7 Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros. .................................................... 39
Figura 8 Relación tensión/fatiga entre asfaltos modificados y convencionales ............................... 40
Figura 9 Horno para secado de muestras ......................................................................................... 46
Figura 10Balanza de precisión........................................................................................................... 46
Figura 11Maquina agitadora para mallas (tamizador) ...................................................................... 47
Figura 12 Charolas metálicas............................................................................................................. 48
Figura 13 Maquina de los ángeles para materiales pétreos ............................................................. 50
Figura 14 Esquema descriptivo de la máquina de los ángeles .......................................................... 51
Figura 15 Carga Abrasiva para desgaste de los ángeles .................................................................... 51
Figura 16 Separación de agregados de acuerdo a su granulometría ................................................ 55
Figura 17 Material pétreo y esferas de Carga abrasiva..................................................................... 56
Figura 18 Carga abrasiva dentro de la Maquina de los ángeles........................................................ 56
Figura 19 Material después del proceso con carga abrasiva en máquina de los ángeles................. 57
Figura 20 Calibrador de espesores. Imagen obtenida de la Norma SCT M-MMP-4-04-005/08
Partículas Alargadas y Lajeadas de materiales pétreos para mezclas asfálticas............................... 58
Figura 21 Calibrador de longitudes. Imagen obtenida de la Norma SCT M-MMP-4-04-005/08
Partículas Alargadas y Lajeadas de materiales pétreos para mezclas asfálticas............................... 59
Figura 22 Clasificación de partículas alargadas y lajeadas ................................................................ 62
Figura 23 Agujas para el aparato de penetración o penetrómetro para asfaltos ............................. 64
Figura 24 Cápsula de penetración ..................................................................................................... 64
Figura 25 Baño de agua ..................................................................................................................... 65
Figura 26 Termómetro ...................................................................................................................... 65
Figura 27 Preparación de la muestra ................................................................................................ 66
Figura 28 Procedimiento de la prueba .............................................................................................. 67
Figura 29 Penetración de la muestra ................................................................................................ 68
Figura 30 Penetración de los tres puntos en la mezcla ................................................................... 69
·8·
INDICE DE GRAFICAS
GRAFICA 1 de comportamiento de Asfalto Virgen AC20 sometida a prueba Cantabro ................... 82
GRAFICA 2 comportamiento de Asfalto Modificado con TB-1 sometida a prueba Cantabro.......... 82
GRAFICA 3 comparativa las pastillas sometidas a Cántabro de Asfalto Modificado con TB-1 y
Asfalto Virgen AC20........................................................................................................................... 83
GRAFICA 4 comparativa de Asfalto Virgen AC20 y Asfalto Modificado con tb-1 sometidos a prueba
Cantabro ............................................................................................................................................ 83
GRAFICA 5 pastillas sometidas a la Prueba de Densidad de Asfalto Virgen AC 20 ......................... 86
GRAFICA 6 pastillas sometidas a la Prueba de Densidad de Asfalto Modificado con TB-1 ............. 86
GRAFICA 7 comparativa entre las diferentes Densidades Promedio del Asfalto Virgen AC20 y
Asfalto Modificado con TB-1 ............................................................................................................. 87
·9·
1.1 INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación se realizó con el fin de evaluar las
características físico-mecánicas de los asfaltos modificados con aditivos.
Las mezclas asfálticas se emplean para la construcción de pavimentos en capas
de rodadura, proporcionando una superficie de rodamiento cómoda, segura y
económica a usuarios de las vías de comunicación, transmitiendo las cargas
debidas al tráfico al conjunto de capas subyacentes.
El comportamiento de las mezclas depende de las circunstancias externas, tales
como el tiempo de la aplicación de la carga y la temperatura. Por tal motivo su
caracterización y propiedades deben estar vinculadas a estos factores lo que
implica la necesidad del conocimiento de la geología del material adecuado para
su formación.
La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de
rodadura segura, confortable y estética. Los materiales asfalticos proporcionan
superficies cómodas para la rodadura de los vehículos, se debe establecer un
balance entre la durabilidad, rugosidad, impermeabilidad y otras características
útiles.
Los asfaltos modificados con aditivos
nacen de la intención de disminuir
la energía requerida para la producción, almacenamiento y aplicación de
cementos asfálticos en carreteras.
· 10 ·
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES
· 11 ·
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En la actualidad las mezclas asfálticas modificadas han tenido gran auge para la
modernización de las mezclas convencionales ya conocidas por el ingeniero,
teniendo de igual manera una gran inquietud de poder seguir experimentando con
productos modernos adecuándolos a las mezclas ya existentes para así conseguir
productos de mayor calidad al ser colocados en las carreteras de nuestro país
teniendo como objetivo particular alcanzar los altos estándares de calidad para así
comprobar que este tipo de mezclas con capaces de tener una gran funcionalidad
al ser empleadas.
1.3 JUSTIFICACIÓN
En México se tiene experiencia en la utilización de pavimentos asfálticos
modificados, los cual es de gran consideración tomar en cuenta como una nueva
alternativa el uso de este nuevo modificante para así poder tener nuevas
alternativas en nuestras mezclas asfálticas a usar.
Urge buscar alternativas modernas y eficientes para poder rehabilitar y reparar las
principales arterias viales de la ciudad, buscando con esto tener mejor calidad en
los pavimentos y que tengan una vida útil de servicio más larga que la que nos
proporcionan los pavimentos actuales. Además de que la mezcla asfáltica
convencional de asfalto se daña con relativa facilidad por lo que se pueden
esperar fallas a corto plazo sobre todo cuando se presenta un tráfico moderado a
alto.
Es por eso que se propone utilizar asfaltos modificados con el Aditivo TB1.ya que
en el pavimento se mejora la viscosidad del asfalto, permitiendo el empleo de
menores temperaturas (comúnmente conocidas como mezclas tibias) durante la
producción y en el tendido de la mezcla asfáltica, ayudando así a reducir la
emisión de gases de efecto invernadero en beneficio de la ecología mundial.
· 12 ·
Reduce la viscosidad del asfalto, permitiendo el empleo de menores temperaturas
la producción y en el tendido de la mezcla asfáltica, ayudando así a reducir la
emisión de gases de efecto invernadero en beneficio de la ecología mundial y
reduce la formación de roderas y reduce significativamente los costos de
mantenimiento.
1.4 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
En la realización de este trabajo de investigación principalmente hacemos
referencia a los diseños existentes de mezclas asfálticas modificadas con
polímeros y su utilización en algunas carreteras del país y
las Normas SCT,
además de manuales y especificaciones de la Asociación Mexicana del Asfalto,
manuales de laboratorio de materiales y pavimentos, pruebas de laboratorio y de
campo y libros especializados sobre el diseño de mezclas asfálticas.
1.5 OBJETIVO PARTICULAR

Evaluar las características físico-mecánicas de asfaltos modificados con
aditivos de acuerdo a las especificaciones aplicables.

Presentar información sobre asfaltos modificados con aditivos reductores
de viscosidad

Utilizar las normas correspondientes para la construcción de pavimentos
modificados

Identificar ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con
aditivos reductores de viscosidad respecto al asfalto convencional.
· 13 ·
1.6 OBJETIVO GENERAL
El objetivo que se persigue con la modificación de los asfaltos con aditivos
reductores de viscosidad, es comparar que una mezcla asfáltica tibia tiene mejor
resistencia al desgaste que una mezclas asfáltica convencional.
1.7 HIPÓTESIS:
Obtener un diseño adecuado para mezclas asfálticas con un material sintético y
los beneficios que traería a nuestras estructuras.
· 14 ·
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
· 15 ·
2.1. MEZCLAS ASFÁLTICAS
2.1.1. Definición de mezcla asfáltica
Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están
formadas por una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonato,
de manera que aquellos quedan cubiertos por una película continua éste. Se
fabrican en unas centrales fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí
se extienden y se compactan. (Kraemer et al., 2004).
Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas
de la mezcla y, eventualmente, el comportamiento funcional de la misma como
pavimento.
Las mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90 % de
agregados pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de
ligante asfáltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran
importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en
alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfáltico y el polvo mineral son los
dos elementos que más influyen tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en
su costo total.
2.1.2 ¿Qué es un Asfalto Modificado?
Los materiales asfalticos modificados son el producto de la disolución o
incorporación en el asfalto, de un polímero o de hule molido de neumáticos, que
son sustancias estables en el tiempo y a cambio de temperaturas, que se le
añaden al material asfaltico para modificar sus propiedades físicas y reológicas, y
disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, así como a la
oxidación.
Los modificadores producen una actividad superficial iónica, que incrementa en
adherencia en la interface entre el material pétreo y el material asfaltico,
· 16 ·
conservándola aun en presencia del agua. También aumentan la resistencia a las
mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo
tanto la fatiga y reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas
asfálticas a las variaciones de temperatura. Estos modificadores por lo general se
aplican directamente al material asfáltico, antes de mezclarlo
con el material
pétreo.
2.1.3 Clasificación de las mezclas asfálticas
Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las
distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas:
a) Por Fracciones de agregado pétreo empleado.
-
Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante.
-
Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla.
-
Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero.
-
Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico.
b) Por la Temperatura de puesta en obra.
- Mezclas asfálticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas
temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados,
según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados,
para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La
puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente,
pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y
menos aún compactarse adecuadamente.
- Mezclas asfálticas en Frío: El ligante suele ser una emulsión
asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los
asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura
ambiente.
· 17 ·
c) Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica.
Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones
plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.
-
Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el
6 %.
-
Mezclas Semi–cerradas o Semi–densas: La proporción de vacíos
está entre el 6% y el 10 %.
-
Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %.
-
Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior
al 20 %.
d) Por el Tamaño máximo del agregado pétreo.
-
Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo
excede los 10 mm.
-
Mezclas Finas: También llamadas microaglomerados, pueden
denominarse también morteros asfálticos, pues se trata de mezclas
formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un
ligante asfáltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el
espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser
del doble al triple del tamaño máximo.
e) Por la Estructura del agregado pétreo.
- Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente,
su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados
es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se
· 18 ·
denominan concretos asfálticos, aunque también una parte de la resistencia
de estos últimos, se debe a la masilla.
- Mezclas sin Esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral
resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la
masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfálticas.
f) Por la Granulometría.
- Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes
tamaños de agregado pétreo en el uso granulométrico.
- Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de
agregado pétreo en el uso granulométrico.
2.2. TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Conforme las fracciones de agregado pétreo empleado en la elaboración de la
mezcla, éstas se dividen en
mastico asfáltico; mortero asfáltico; macadam
asfáltico; y concreto asfáltico. Si la temperatura es considerada, se dividen en
mezclas en frío y mezclas en caliente. Si el parámetro considerado es el
porcentaje de vacíos de aire, las mezclas pueden ser densas o cerradas;
semidensas o semicerradas; abiertas y porosas, dependiendo de si tienen menos
del 6%, entre el 6 y el 12% de vacíos de aire, entre el 12 y el 18% o más del 20%,
respectivamente. Otra clasificación se establece de acuerdo con la estructura de
los agregados pétreos; así, se tienen mezclas con o sin esqueleto mineral. Si se
considera la curva granulométrica, se clasifican en mezclas asfálticas continuas o
mezclas discontinuas.
· 19 ·
2.2.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
2.2.2 Propiedades consideradas en el diseño de mezclas asfálticas
El diseño de una mezcla asfáltica consiste básicamente en la selección del tipo y
granulometría del agregado a emplear, y de la selección del tipo y contenido de
asfalto, de tal manera que se obtengan las propiedades deseadas en la mezcla y
se satisfagan los requisitos específicos del proyecto. La selección apropiada de los
materiales (con la calidad suficiente) que constituirán la mezcla y de sus
proporciones correctas, requiere el conocimiento de las propiedades más
significativas de las mezclas, y de su influencia en el comportamiento del
pavimento.
Para
una
aplicación
específica
e
independientemente
del
procedimiento de diseño empleado, las propiedades relevantes en una mezcla
asfáltica en caliente son:
2.2.2.1
Estabilidad o resistencia a las deformaciones plásticas
Esta propiedad se refiere a la capacidad de la mezcla asfáltica para resistir la
deformación y el desplazamiento, debidos a las cargas que resultan del tránsito
vehicular. Un pavimento es estable cuando conserva su forma; y es inestable
cuando desarrolla deformaciones permanentes, corrugaciones y otros signos de
desplazamiento de la mezcla.
La estabilidad depende sobre todo, de la fricción interna y la cohesión. La fricción
interna depende de la textura superficial, forma de la partícula, y granulometría del
agregado; así como de la densidad de la mezcla, y la cantidad y tipo de asfalto;
mientras que la cohesión depende del contenido de asfalto. La cohesión se
incrementa con el incremento del contenido de asfalto, hasta un punto óptimo,
después del cual el aumento en el contenido de asfalto forma una película
demasiado gruesa en las partículas de asfalto, lo que produce una perdida de
fricción entre las partículas de agregado.
· 20 ·
2.2.2.2
Durabilidad
Es la propiedad de la mezcla asfáltica que describe su capacidad para resistir los
efectos perjudiciales del aire, agua, temperatura y tránsito que pueden provocar
envejecimiento del asfalto, desintegración del agregado y desprendimiento de la
película de asfalto del agregado. Una buena mezcla asfáltica no debe sufrir
envejecimiento excesivo durante la vida en servicio. Esta propiedad se relaciona
con el espesor de la película de asfalto, y con los vacíos de aire.
2.2.2.3
Flexibilidad
Es la capacidad de la mezcla asfáltica para amoldarse, sin sufrir agrietamiento o
fisuración, a los asentamientos y movimientos graduales de la base y la
subrasante.
En
ocasiones
esta
propiedad
presenta
conflictos
con
los
requerimientos de estabilidad.
2.2.2.4Resistencia a la fatiga
Es la capacidad de la mezcla asfáltica para resistir cargas repetidas causadas por
el paso de los vehículos. El agrietamiento por fatiga está relacionado con el
contenido y la rigidez del asfalto. Por su parte, los contenidos de asfalto muy altos
harán que la mezcla tienda más a deformarse elásticamente (o a deformarse
menos) que a fracturarse bajo carga repetida. Aunque también debe señalarse
que la resistencia a la fatiga depende en gran medida de la relación entre el
espesor estructural de la capa y la carga.
· 21 ·
2.2.2.5
Resistencia al fracturamiento por baja temperatura
Es la capacidad de la mezcla asfáltica para no agrietarse en condiciones de bajas
temperaturas. Depende principalmente de la rigidez del asfalto a bajas
temperaturas.
2.2.2.6
Resistencia al daño por humedad o impermeabilidad
Es la resistencia al paso de agua y aire hacia el interior, o a través de la mezcla
asfáltica. La resistencia al daño por humedad se relaciona con las propiedades
químicas del agregado mineral y el contenido de vacíos de aire en la mezcla
compactada, y por tanto con los procesos de oxidación del asfalto, su adherencia
y el drenaje del pavimento.
2.2.2.7
Resistencia al deslizamiento
Es la capacidad de la mezcla asfáltica para no perder adherencia entre el
neumático y la superficie de rodamiento, en particular cuando está húmeda. Una
resistencia al deslizamiento baja se relaciona generalmente con las características
del agregado y el contenido de asfalto.
2.2.2.8
Trabajabilidad
Es la propiedad relacionada con la facilidad con que la mezcla asfáltica es
colocada y compactada. Una buena mezcla debe ser capaz de permitir su
colocación y compactación, sin que se requiera un esfuerzo demasiado grande.
Esta propiedad, generalmente depende de uno, o una combinación, de los
siguientes facto res: características del agregado, la granulometría, el contenido, y
la viscosidad del asfalto.
· 22 ·
2.3. Deterioros en mezclas asfálticas
Cuando una mezcla asfáltica se incorpora a un pavimento como carpeta, está
sujeta a múltiples acciones que afecta n su vida útil. Estas acciones se relacionan
principalmente con el paso de los vehículos y el medio ambiente; y contribuyen en
diferente medida al daño de la mezcla. Los principales deterioros en la mezcla
asfáltica son: las deformaciones permanentes, el agrietamiento por fatiga, y el
agrietamiento por baja temperatura.
2.3.1. Deformación permanente
Este tipo de deformación es un canal longitudinal, o depresión, que se forma en
las huellas debido a la compresión, movimiento lateral, o ambos, en una o más de
las capas que forman el pavimento, como resultado de la aplicación de las cargas
del tránsito.
Figura 1 Mecanismo típico de deformación permanente en la trayectoria de la rueda
externa
· 23 ·
La deformación permanente es una manifestación de diferentes mecanismos
como lo son la densificación (cambio de volumen) y el de deformación cortante (se
debe al flujo plástico sin cambio de volumen).
En el proceso de densificación el material es empujado hacia abajo; mientras que
la deformación cortante provoca que el material fluya lateralmente y hacia arriba,
como se muestra en la Figura 1.1. La profundidad total de la rodera es la
diferencia en elevación entre la cresta y la hondonada de la superficie. Como se
muestra en dicha figura, los esfuerzos de tensión sobre la superficie y el lado
exterior del área cargada pueden ocasionar grietas longitudinales en el concreto
asfáltico
Tipos de deformación permanente
a) Deformación plástica
Es una depresión cercana al centro de la carga aplicada, con ligeros montículos o
protuberancias ubicados a los lados de la depresión. Este tipo de deformación
longitudinal, generalmente se debe a un contenido insuficiente de vacíos de aire
(menos del 4%) en la carpeta.
Bajo estas condiciones, una sobrecompactación provoca que el asfalto rellene los
vacíos de aire entre los agregados, lo que impide que estos se enlacen entre sí.
b) Deformación por consolidación
Como la anterior, es una depresión cercana a la aplicación de la carga, pero sin
acompañamiento de protuberancias a los lados de la depresión. Este tipo de
deformación longitudinal se debe al exceso de vacíos de aire (mayores al 8%) en
la carpeta, después de la compactación. Esta condición provoca que la carpeta se
consolide a lo largo de las huellas que dejan las ruedas de los vehículos,
especialmente durante el primer verano.
· 24 ·
c) Deformación mecánica.
Es resultado de un hundimiento en la base, subbase o terracerías, acompañada
por un disturbio en el patrón de agrietamiento. Este tipo de falla puede ocurrir
cuando la estructura de un pavimento no fue diseñada de manera apropiada para
la dimensión de las cargas que soportará (FHWA, 1997).
Causas de la deformación permanente en mezclas asfálticas
Según el manual de pavimentos para mezclas en caliente del Departamento de
Transporte y la Administración de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA,
1997), las causas principales de deformación permanente o longitudinal de los
pavimentos asfálticos, son las siguientes:
a) Baja cantidad de vacíos de aire (menos del 4%)
b) Exceso de vacíos de aire (más del 8%)
c) Cemento asfáltico de baja viscosidad, principalmente por:
 Errores en el diseño de la mezcla, debido a que las propiedades del
asfalto a 25ºC y 60ºC no son iguales a las propiedades del asfalto en
servicio
 El asfalto no es envejecido, como en el proceso de producción, en
planta
 Resistencia insuficiente en la carpeta debido a que se permitieron en
el lugar grandes cargas de tránsito, antes de que el asfalto se
hubiera enfriado lo suficiente para adherirse al agregado de manera
adecuada
d) Mayor consolidación de la base, subbase o terracería.
· 25 ·
e) El tipo y duración de la carga afecta la resistencia a la deformación
longitudinal. Las mezclas bituminosas son más resistentes a las cargas de
corta duración, como sucede en condiciones de tránsito a alta velocidad, y
menos resistentes a cargas de larga duración. Esta es la razón por la que la
deformación longitudinal es más frecuente en intersecciones y tramos
ascendentes, que en los carriles de mayor velocidad.
f) Factores de diseño de la mezcla, como altos contenidos de arena natural,
poca cantidad de polvo mineral y agregados redondeados, los cuales
proporcionan menor resistencia a la deformación.
2.3.2 Agrietamiento por fatiga
El agrietamiento por fatiga es llamado coloquialmente “piel de cocodrilo” debido a
que el patrón de espaciamiento entre las grietas es muy similar a la forma exterior
de la piel del cocodrilo (Figura 1.2). El agrietamiento por fatiga es resultado de la
aplicación de un esfuerzo de tensión mayor a la resistencia a la tensión de la
mezcla. Las fisuras longitudinales intermitentes a lo largo de la huella son un signo
prematuro de agrietamiento por fatiga. Este tipo de falla, generalmente ocurre
cuando el pavimento ha sido esforzado hasta el límite, por la repetición de
aplicaciones de carga. El agrietamiento por fatiga es comúnmente asociado con
las cargas, las cuales son mucho más pesadas para la estructura del pavimento, o
a que el número de repeticiones de carga fue mayor a las consideradas en el
diseño. El problema se hace más grave cuando existe un drenaje inadecuado en
el pavimento, lo cual contribuye a que las capas inferiores lleguen a saturarse y
pierdan resistencia. En estos casos la capa con la mezcla asfáltica experimenta
deformaciones grandes, cuando las capas subyacentes son debilitadas por exceso
de humedad, produciendo la falla prematura por fatiga. El agrietamiento por fatiga
puede ser también causado por el paso repetido de camiones sobrecargados y/o
· 26 ·
espesores de pavimento inadecuados, debido a un control de calidad deficiente
durante la construcción.
El agrietamiento por fatiga puede conducir al desarrollo de baches cuando las
piezas individuales de mezcla asfáltica se separan físicamente del material
adyacente, y se desprenden de la superficie del pavimento por acción del tránsito.
Los baches generalmente ocurren cuando el agrietamiento por fatiga se encuentra
en etapas muy avanzadas, o cuando se han empleado espesores de carpeta
asfáltica, relativamente delgados. En común, se considera que el agrietamiento
por fatiga es más un problema estructural, que uno de materiales. Ya que es
provocado por un número de factores que tienen que ocurrir simultáneamente:
cargas pesadas repetidas, drenaje pobre de la subrasante, un diseño o
construcción deficiente de las capas del pavimento, o que el número de cargas
para el que se diseñó fue excedido (NCAT, 2001).
Figura 2 Pavimento asfaltico que
presenta agrietamiento por fatiga
2.3.3. Agrietamiento por baja temperatura.
El fracturamiento por baja temperatura se atribuye a la deformación por tensión
inducida en la mezcla asfáltica, a medida que la temperatura desciende hasta un
nivel crítico. El agrietamiento por baja temperatura es un deterioro, debido más a
condiciones adversas del medio ambiente que a las aplicaciones de carga. Se
caracteriza por fisuras transversales intermitentes (perpendiculares a la dirección
· 27 ·
del flujo de tránsito) que se producen en un espaciamiento notablemente uniforme
(Figura 1.3).
Las fisuras por baja temperatura se forman por contracciones en la carpeta
asfáltica, lo cual normalmente ocurre en lugares con clima frío. Cuando la carpeta
se contrae, se originan deformaciones de tensión en su interior. En algún lugar, a
lo largo del pavimento, los esfuerzos exceden la resistencia a la tensión, y la
carpeta asfáltica se fisura. De esta manera, las fisuras por baja temperatura
ocurren principalmente por efecto acumulativo de varios ciclos climáticos fríos.
En este tipo de deterioro, el ligante asfáltico juega un rol significativo, por ejemplo,
los duros son más propensos a la fisuración por baja temperatura que los blandos.
También los ligantes asfálticos excesivamente oxidados, ya sea por ser muy
propensos a la oxidación o por encontrarse en una mezcla asfáltica con muy alto
porcentaje de vacíos, o por ambas causas, son más susceptibles al fisuramiento
por baja temperatura (NCAT,2001).
Figura 3 Pavimento
asfáltico que presenta
fracturamiento por baja
temperatura
· 28 ·
2.4. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES
2.4.1. Mezclas Asfálticas Convencionales
Las Mezclas Asfálticas en caliente se componen principalmente de Materiales
Pétreos y Ligante Asfáltico en proporciones tales que permitan configurar una
estructura de pavimento resistente, utilizable en calles y pasajes urbanos,
carreteras y autopistas interurbanas, estacionamientos, aeropuertos, patios de
carga, ciclovías, etc.
Carpeta Asfáltica 3/4"
Mezcla Asfáltica procesada en caliente, de partículas tamaño máximo nominal de
3/4", diseñada para el tránsito pesado, utilizada principalmente en calles y
carreteras.
Carpeta Asfáltica 1/2"
Mezcla Asfáltica procesada en caliente, de partículas tamaño máximo nominal de
1/2", diseñada para el tránsito liviano, utilizada generalmente en pasajes urbanos.
Binder
Mezcla Asfáltica procesada en caliente, diseñada para tránsito pesado, utilizada
como capa complementaria bajo una carpeta de rodado, para mejorar la estructura
de un pavimento.
Base Asfáltica
Mezcla Asfáltica procesada en caliente, diseñada para tránsito pesado, utilizada
como capa complementaria bajo un Binder o una carpeta de rodado, para mejorar
la estructura de un pavimento.
· 29 ·
2.4.2Mezclas No Convencionales
Mezcla Asfáltica Elastomérica: Mezcla Asfáltica procesada en caliente, utilizada
para condiciones especiales establecidas por diseño, tales como climas extremos,
tránsitos pesados y/o lentos, condiciones agresivas de operación, etc.
2.4.3Métodos de diseño
Evolución de los diseños de mezclas asfálticas
A continuación se muestra la evolución de los métodos de diseños de mezclas
asfálticas en caliente.
1. TheHubbard-Field (1920´s). Método de diseño de mezclas asfálticas, fue
uno de los primeros métodos en evaluar contenidos de vacíos en la
mezcla y en el agregado mineral. Usaba una estabilidad como prueba
para medir la deformación. Funcionó adecuadamente para evaluar
mezclas con agregado pequeño o granulometrías finas, pero no también
para mezclas con granulometrías que contenían agregados grandes.
2. Método Marshall (1930´s). Método de diseño de mezclas asfálticas,
desarrollado durante la 2da. Guerra Mundial y después fue adaptado
para su uso en carreteras. Utiliza una estabilidad y porcentaje de vacíos
como
pruebas
fundamentalmente.
Excepto
cambios
en
las
especificaciones, el método no ha sufrido modificación desde los años
40´s.
3. Método Hveem (1930´s). Método de diseño de mezclas asfálticas,
desarrollado casi en el mismo tiempo que el método Marshall. Evalúa
una estabilidad seudotriaxial
4. Método de la Western Association of State Highway on Transportation
Officials. WASHTO (1984). Este método de diseño de mezclas
recomendó
cambios
en
los
· 30 ·
requerimientos
del
material
y
especificaciones de diseño de mezclas para mejorar la resistencia a las
roderas. Con FHWA.
5. Método de Asphalt Aggregate Mixture Analysis System. AAMAS (1987).
La necesidad de cambios en el diseño de mezclas fue reconocida,
tardaron 2 años para desarrollar un nuevo proyecto para el diseño de
mezclas, que incluía un nuevo método de compactación en laboratorio y
la evaluación de las propiedades volumétricas, desarrollo de pruebas
para identificar las deformaciones permanentes, grietas de fatiga y
resistencia a las grietas a baja temperatura. Con NCHRP.
6. Método SUPERPAVE (1993) El método AAMAS, sirvió como punto de
inicio del método SUPERPAVE, que contiene un nuevo diseño
volumétrico completo de mezcla, con funcionamiento basado en
predicción a través de modelos y métodos de ensayo en laboratorio,
grietas por fatiga y grietas por baja temperatura. Los modelos de
predicción de funcionamiento fueron completados satisfactoriamente
hasta el año 2000. El diseño volumétrico de mezclas en el SUPERPAVE
es actualmente implementado en varios estados de los EUA, debido a
que
ha
sido
volumétricas
reconocida
de
la
una
mezcla
conexión
asfáltica
entre
caliente
las
y
propiedades
su
correcto
funcionamiento. Tiene su resultado, ahora la aceptación en el control de
calidad ha sido cambiado a propiedades volumétricas. SUPERPAVE
promete un funcionamiento basado en métodos o ensayos de
laboratorio que pueden ser usados para identificar la resistencia a las
deformaciones plásticas de los pavimentos.
· 31 ·
2.5. PRODUCTOS ASFALTICOS EMPLEADOS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS A
BAJAS TEMPERATURAS
2.5.1. Fibras acrílicas y celulosas
Las fibras de celulosa vienen utilizándose desde hace décadas como estabilizante
para prevenir el escurrimiento del asfalto y su reparto uniforme con el fin de
conseguir la formación de una película gruesa y homogénea alrededor de los
áridos en mezclas con dotaciones de ligante superiores a lo que la superficie
específica de los mismos puede admitir.
Son mezclas con granulometría discontinua, principalmente en los tamaños
menores del árido grueso, y a la vez, contienen dotaciones de ligante muy superiores a las mezclas AC convencionales. Esto deriva en que la superficie
específica del material mineral (áridos y filler) no sea suficiente para adsorber todo
este ligante. Por ello, desde el principio, se integró en sus fórmulas el uso de fibras
que evitasen el escurrimiento.
El primer estabilizante empleado fue la fibra de amianto, pronto desechada por sus
implicaciones en materia de seguridad e higiene. Desde entonces se han probado
muchos otros productos (polímeros varios, materiales pulverulentos, multitud de
fibras de diferentes naturalezas) resultando las fibras de celulosa los más
utilizados por sus propiedades funcionales.
· 32 ·
2.5.2. FIBRAS
DE
CELULOSA
GRANULADAS:
EL
MEJOR
ADITIVO
ESTABILIZANTE
Como se ha mencionado anteriormente permiten evitar la pérdida del ligante en
exceso respecto a la superficie específica de los áridos.
Se pueden establecer tres categorías:
Los polímeros como SBS y NBR en polvo para mejorar asfaltos
Los aditivos pulverulentos
Los aditivos fibrosos
Los polímeros usados comúnmente para la producción de asfaltos modificados
podrían ser una opción viable aunque presentan varios problemas importantes,
entre ellos cabe citar que para evitar el escurrimiento se debe recurrir a
modificadores de la viscosidad por lo que las mezclas resultantes suelen admitir
poca dotación de asfalto, presentan un difícil reparto del mismo y tener peor
trabajabilidad, por lo que precisan de más temperatura y energía de producción y
ello dificulta las operaciones de extendido y compactación de la mezcla, sobre
todo en trazados no rectos.
Los aditivos pulverulentos son de naturaleza muy diversa. Se pueden mencionar el
polvo de sílice, el carbonato cálcico o el polvo mineral. Se trata de productos
formados por partículas muy pequeñas y aunque su precio es muy bajo
comparado con otros productos, tienen el inconveniente de que no propician el
reparto homogéneo del ligante sobre la superficie de los áridos. Estos productos
tienden a acumularse en los huecos que quedan en la estructura del esqueleto
mineral arrastrando consigo al asfalto que los rodea por lo que la mezcla resultante no presenta las ventajas asociadas a una película gruesa y uniforme sobre los
áridos.
· 33 ·
El polvo de caucho procedente de neumáticos fuera de uso es un tipo de aditivo
que está a caballo entre las dos categorías presentadas anteriormente. Por una
parte, el caucho contribuye a mejorar las propiedades del asfalto, entre ellas su
viscosidad. Por otra parte, la carga mineral empleada en la fabricación de los
neumáticos, el negro de carbono, contribuye a aumentar la superficie específica
capaz de retener el ligante.
Este tercer grupo de productos de naturaleza fibrosa se puede subdividir en dos
grandes subgrupos:
2.5.2.1
Fibras sintéticas
Las fibras sintéticas suelen presentarse en forma de hilos largos y diámetros del
orden de cientos de micrómetros. Se han empleado como refuerzo ante esfuerzos
de tracción en las mezclas para mejorar la resistencia a la apertura de fisuras. El
principal problema de estas fibras es que se cargan electroestáticamente lo que
las lleva a pegarse a las palas de las amasadoras de forma que su distribución en
la mezcla no es todo lo regular que se requiere. Asimismo, pueden dar lugar a
bolas apelmazadas de fibra que una vez que son arrastradas por la mezcla, dan
lugar a defectos en las capas por discontinuidad del aglomerado. Todo ello las
hace desaconsejables para este uso.
2.5.2.2
Fibras de origen natural (minerales y orgánicas).
Las fibras de origen natural, las de tipo mineral (por ejemplo, fibras de roca o fibras
de vidrio) no suelen emplearse para la fabricación de mezclas ricas en ligante por
dos razones fundamentales. La primera es que son productos muy susceptibles a
los esfuerzos de cizalla que se generan durante el amasado de la mezcla, lo que
conduce a una rotura elevada de las fibras, acortando sensiblemente su longitud, y
consecuentemente, se requieren dosificaciones más elevadas para alcanzar las
propiedades esperadas. La segunda es que la superficie de cada hebra suele ser
muy lisa, lo que hace que sea más difícil la formación de una malla tridimensional.
· 34 ·
Figura 4 a) Fibra mineral b) Fibra de vidrio c) Fibra de celulosa
Las fibras orgánicas, fundamentalmente las de celulosa. Las propiedades especiales de este producto permiten comprender el motivo por el que son las fibras de
uso común. Las fibras de celulosa son un producto de origen vegetal y renovable.
La principal fuente de celulosa es la madera, aunque también se obtiene de otras
especies vegetales (paja, cereales, restos de podas, plantas herbáceas). Se trata
de una sustancia con una superficie específica elevadísima y una densidad
aparente muy pequeña (entre 30 y 300 gr/l, según su procesamiento). La molécula
de celulosa presenta una inercia química muy alta, o sea, es poco propensa a
reaccionar con otras sustancias, por lo que no altera las propiedades del asfalto.
La compatibilidad con el asfalto es muy buena, por lo que en condiciones adecuadas la envuelta de las fibras por éste es fácil y completa. Por su estructura
filamentosa ofrece una elevada flexibilidad y como tiene cierta elasticidad según el
eje de la fibra, es un producto que resiste bien los enormes esfuerzos que se
producen durante el amasado, lo que contribuye a que no se rompa
excesivamente.
Finalmente, hay que señalar que en el proceso productivo de las fibras de celulosa
puede conseguirse una superficie irregular que aumenta la superficie específica y
facilita el entrelazado de las hebras para la formación de una malla tridimensional.
· 35 ·
Figura5 Fibras de celulosa
2.5.3 ADITIVOS Y POLIMEROS
La modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento
efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la
adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus
características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por
factores climatológicos y del tránsito (peso vehicular).
Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros,
es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las
deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las
capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el
fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando
su elasticidad. Finalmente contar con un ligante de mejores características
adhesivas.
Una crítica generalizada es que se ha enfatizado mostrar las ventajas técnicas
delos asfaltos modificados, pero se han realizado pocos estudios que tengan en
cuenta la relación costo-beneficio.
· 36 ·
2.5.4 Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas
Las propiedades de las mezclas con granulometría continua dependen del
enclavamiento o trabazón de los áridos, mientras que las preparadas con altos
contenidos de mortero asfáltico dependen más de la rigidez de la proporción de
ligante, polvo mineral y arena. En este tipo de mezclas se tomara en cuenta la
importancia de no tener
temperaturas altas
para evitar la deformación de la
mezcla.
En cambio si el ligante está expuesto a bajas temperaturas se vuelve
relativamente rígido y va perdiendo poder de resistencia a las tensiones,
volviéndose frágil y siendo susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad
a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para
absorber las solicitaciones inducidas por el tráfico. Disminuyendo la dureza del
asfalto,
se
minimizará
el
riesgo
de
fallo
por
fragilidad.
2.5.5 MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS
En mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya
sea por el tránsito o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes
atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las
propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio;
los campos de aplicación más frecuentes son:

Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy
elevado de huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido
fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy
buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante
necesita una elevada viscosidad para proporcionar una película de ligante
gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del
· 37 ·
envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es
muy abierta).

Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de
polímeros en este tipo de mezclas es para aumentar la durabilidad de las
mezclas. Estos tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la
rapidez de aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de
tráfico. Estas se utilizan para trabajos de conservación de rutas y vías
urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia y con una buena textura
superficial.
La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad, elevado
porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polímeros.
La buena textura superficial para mejorar la adherencia de los vehículos se
consigue mediante una granulometría discontinua (discontinuidad 2-6mm)
En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa
subyacente (esta también influye en la durabilidad). Estas también deben ser
resistentes, para soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los áridos.
Estas mezclas son denominadas también micro aglomerados y tienen espesores
menores a los 30 mm.
Figura 6 Muestra de mezcla asfáltica convencional.
· 38 ·

Mezclas densas: Para las aplicaciones en las cuales se deban
soportar tráfico intenso la mezcla bituminosa debe ser resistente al
ahuellamiento. Al mismo tiempo, el material debe poder ser mezclado,
extendido y compactado a temperaturas normales y no se debe volver frágil
cuando la temperatura del pavimento descienda.
Figura 7 Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.
Como puede observarse existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos
sobre una muestra de mezcla asfáltica convencional y otra con una mezcla
asfáltica modificada con polímeros, la mezcla modificada puede hacer frente al
ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra muestra.
En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con el fin
de reducir la posibilidad de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán
asfaltos modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza elástica, para
que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.
· 39 ·
Figura 8 Relación tensión/fatiga entre asfaltos modificados y convencionales
Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos
modificados con aditivos son capaces de asimilar mayores tensiones iníciales que
las mezclas realizadas con una mezcla convencional.
2.6
ADITIVO REDUCTOR DE VISCOSIDADTB1
Reduce
la
viscosidad
del
asfalto,
permitiendo
el
empleo
de
menores
temperaturas(comúnmente conocidas como mezclas tibias) durante la producción
y en el tendido de la mezcla asfáltica, ayudando así a reducir la emisión de gases
de efecto invernadero en beneficio de la ecología mundial.
· 40 ·
La Tecnología Mexicana patentada de Súrfax TB-1, desarrollada con el apoyo
financiero de CONACYT, presenta varias ventajas:

Reduce la emisión de gases de efecto invernadero, como el co2.

Disminuye el consumo de combustible en la producción de mezcla
asfáltica.

La mezcla asfáltica ofrece mayor resistencia al ahuellamiento.

Aumenta la adherencia entre el asfalto y el agregado.

Facilita la manejabilidad de la mezcla asfáltica al reducir la viscosidad
del

Asfalto a temperaturas más bajas.

No introduce agua en el proceso de fabricación de la mezcla.

No es necesario cambiar ninguna de las características del diseño,
granulometrías, contenido de asfalto, etc.
Para la fabricación del asfalto con Tb1 sólo se requiere un tanque con buena
agitación y no es necesario equipo especial para la fabricación de la mezcla tibia.
2.6.1Características físicas
Es de aspecto solido estando a unos 25°C, de un color café oscuro con olor
amoniacal. Se presenta en escamas envasado en sacos de 25 kg. Almacenar de
preferencia a la sombra, libre de lluvia y humedad, mantener los sacos cerrados.
No es necesario fundirlo antes de agregarlo al asfalto.
2.6.2 Recomendaciones de uso
Se puede adicionar al asfalto en tanques de mezclado. Gracias a su punto de
fusión se puede agregar al asfalto a partir de 130°c. El asfalto modificado con
Súrfax tb-1 se envía directamente a la producción de mezcla en caliente sin la
necesidad de equipos adicionales o equipos de nuevas tecnologías.
· 41 ·
CAPITULO III
METODOLOGÍA
· 42 ·
Metodología de experimentación
Evaluación del
material pétreo
Evaluación del
asfalto
Experimentación
Análisis de
Resultados
Conclusiones
· 43 ·
ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LABORATORIO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS
GRANULOMETRÍA DE MATERIALES PÉTREOS PARA MEZCLAS
ASFÁLTICAS.
(M-MMP-4-04-002-02)
Esta prueba permite determinar la composición por tamaños (granulometría) de
las partículas del material pétreo empleado en mezclas asfálticas, mediante su
paso por una serie de mallas con aberturas determinadas. el paso del material se
hace primero a través de las mallas con la abertura más grande, hasta llegar a las
más cerradas, de tal forma que los tamaños mayores se van reteniendo, para así
poder obtener la masa que se retiene en cada malla, calculando su porcentaje
respecto al total y definir la masa que pasa.
Juego de mallas
El juego de mallas servirá para determinar el tipo de material que tenemos, consta
de pasar nuestro material por las mallas correspondientes y así recuperar cada
porción que es retenida en cada una de ellas de acuerdo con la abertura.
Las mallas deben ser fabricadas con alambre de bronce o de acero inoxidable de
diversos calibres, tejidos en forma de cuadricula, con abertura determinada
conforme a lo indicado en la tabla 1 y tabla 2.
· 44 ·
Tabla 1Mallas para Grava
Tabla 2Mallas para arena
El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de lámina de
bronce o latón, de 206 2 mm de diámetro interior y 68 2 mm de altura, sujetando la
malla rígida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una
distancia de 50mm del borde superior del bastidor. para cribar las gravas también
se podrán utilizar mallas con marco de 400 mm o más por lado, a fin de facilitar la
operación.
· 45 ·
Equipo y materiales
Horno
Si el material a utilizar se encuentra húmedo se utiliza el horno para sacarlo
completamente y así poder trabajar con una muestra, el horno puede ser, eléctrico
o de gas, con capacidad mínima de 20 dm3, ventilado, con termostato capaz de
mantener una temperatura constante de 110±5°c, como se muestra en la siguiente
figura.
Figura 9 Horno para secado
de muestras
Balanza
Se ocupara la balanza para pesar el material retenido de cada malla así también
como el total de la muestra, debe tener una capacidad de 2 kg o más y
aproximación de 0,1 g.
Figura 10Balanza de
precisión
· 46 ·
Maquina agitadora para las mallas (tamizador).
Con esta máquina agitadora o tamizador nos ayudara a realizar más eficiente el
cribado del material y optimizar el tiempo al realizar la prueba, la maquina es de
acción mecánica, activada por un motor eléctrico o manivela de velocidad
constante, mediante el cual se transmita un movimiento excéntrico controlado a un
plato de soporte, sobre el que se sujeten las mallas en orden descendente.
Figura 11Maquina
agitadora para mallas
(tamizador)
Cucharón
Con el cucharon en la prueba se ocupara para depositar el material en las mallas y
no desperdiciar a la hora de colocarlo, el cucharon será de acero galvanizado de
20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un cajón rectangular
con cuatro caras, cuya cara menor tenga un mango metálico de sección circular
de 13 cm de largo.
· 47 ·
Charolas
con las charolas se ocuparan en esta prueba para colocar la muestra con la cual
se trabajara, colocándola en ella para no perder material a la hora de manejarla,
las charolas deben de ser de lámina galvanizada, con forma rectangular
aproximadamente 40 x 70 x 20 cm.
Figura 12 Charolas metálicas
Brocha, varilla metálica
Se ocuparan para poder desprender el material que se adhiera a las malla y así no
perder material a la hora de desprenderlo.
Con las dimensiones y cerdas adecuadas para desprender el material que se
adhiera al interior de las mallas.
Pala
Con la pala permitirá el acomodo del material al colectar la muestra que
ocuparemos para nuestra prueba debe ser de acero, de forma cuadrada.
· 48 ·
Análisis granulométrico por mallas para mezcla asfáltica
A continuación se presenta el análisis granulométrico por mallas realizado de
acuerdo al procedimiento M.MMP4-04-002-02 Granulometría de materiales
pétreos para Mezclas Asfálticas.
Procedimiento:
La muestra se obtuvo del banco “Kaiser” ubicado en Santos Pérez Abascal No.
1211-4 Fracc. Pascual Ortiz Rubio Veracruz Ver., donde se tiene material
conglomerado, realizando su trituración para clasificarlo por tamaños.
Se llevó a cabo la obtención de la muestra con material de tamaño máximo de ¾ a
finos. Posteriormente identificarlo con los datos de su localización, fecha,
descripción etc.
Se realizó la preparación de la muestra en el laboratorio, por medio del cuarteo de
la muestra obteniendo una fracción reducida hasta la porción requerida para la
granulometría.
Una vez que se tiene la porción del material por medio del cuarteo, se hizo pasar
el material por el conjunto de mallas en el orden siguiente: , ¾ “, ½ “, 3/8 “, ¼ “, no
4, No 10, No 20, No 40, No 60, No 100, No 200 y Filler.
Para determinar la cantidad de finos, se utilizó el procedimiento de lavado por la
malla no 200, obteniendo una porción de 200 gr. a la hora de cuartear y lavarla en
dicha malla, introduciéndola en el horno para determinar la cantidad de finos en la
muestra e incluirla en la granulometría.
El material que se secó al horno después del lavado se introduce en las mallas no
10, no 20, no 40, no 60, no 100, no 200 y el fondo, para determinar la distribución
granulométrica de los agregados que pasan la malla no 4.
· 49 ·
DESGASTE MEDIANTE LA PRUEBA DE LOS ÁNGELES DE MATERIALES
PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS.
(M-MMP-4-04-006-02)
El objetivo de la prueba es determinar la resistencia a la trituración de los
materiales pétreos empleados en mezclas asfálticas. La prueba consiste en
colocar una muestra del material con características granulométricas especificas
dentro de un cilindro giratorio, en donde es sometida al impacto de esferas
metálicas durante un tiempo determinado, midiendo la variación granulométrica de
la muestra como la diferencia entre la masa que pasa la malla N°12 (1,7 mm de
abertura), antes y después de haber sido sometida a este tratamiento.
Equipo y materiales
Máquina de los Ángeles.
Debe estar en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus
partes. Está constituida por un cilindro de acero, hueco y cerrado en ambos
extremos, con diámetro interior de 710 ± 5mm, montado sobre 2 soportes
ubicados al centro de sus caras paralelas para que pueda girar a una velocidad
angular de 30 a 33 rpm.
Figura 13 Maquina de los ángeles para
materiales pétreos
· 50 ·
Figura 14 Esquema descriptivo de la máquina de los ángeles
Cargar abrasiva
Esferas de hierro o acero, con un diámetro promedio de 47mm y una masa entre
390 y 445grs. cada una.
Figura 15 Carga Abrasiva para
desgaste de los ángeles
· 51 ·
Preparación de la muestra.
La preparación de la muestra se realiza según el manual, M-MMP-4-04-001 y se
realiza de la siguiente manera:

Se cuartea el material hasta obtener una muestra de
aproximadamente 40 kg, como se describe:

Una vez que el material esta disgregado, se apila hasta formar un
cono.

Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material
hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura.

Se divide al cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se
toman 2 cuartos opuestos para formar una muestra de aproximadamente
40 kg.

La muestra resultante se lava mediante un chorro de agua para
eliminar el polvo adherido y posteriormente se seca en el horno a una
temperatura de 110°C.

Considerando el siguiente arreglo de mallas se realiza el análisis
granulométrico.
· 52 ·
Tabla 3Designación de Mallas
Procedimiento de la prueba.

Una vez separado y clasificado el material de la muestra, de la
siguiente tabla se elige el tipo de composición que se utilizará para integrar
la muestra de prueba.
Tabla 4 COMPOSICION DE LA PRUEBA Y CARGAS ABRASIVAS
· 53 ·
Se integra la muestra de prueba con las proporciones correspondientes a cada
rango de tamaños, de acuerdo con las cantidades indicadas en la tabla anterior,
para nuestro materia entra en la clasificación tipo B.

Se obtiene la masa de la muestra de prueba integrada, registrándola
como Pi, y se introduce a la máquina de los Ángeles.

Se define la cantidad de esferas dependiendo del tipo de
composición, y se introducen a la máquina y se hace girar a una velocidad
de 30 a 33 rpm. Durante 500 revoluciones.

Se retira el material del interior de la maquina depositándola en una
charola. Se desecha la fracción de la muestra de la prueba que pase la
malla No. 12, después se lava la muestra de prueba que se retiene con un
chorro de agua y se seca en el horno.

Finalmente se deja enfriar la muestra a temperatura ambiente, para
determinar su masa (Pf).
Cálculos y resultados.
El desgaste por trituración se calcula y se reporta con la siguiente expresión:
Dónde:
Pa= Desgaste por trituración los Ángeles.
Pi= masa inicial de la muestra de prueba.
Pf= masa final de la muestra de prueba.
· 54 ·
Prueba realizada con material del banco Kaiser.
1.
PREPARACION DE LA MUESTRA.
Después de haber visitado el banco de material del palmar, ya en el laboratorio se
procedió a preparar nuestro tamaño de muestra por medio del cuarteo.
2. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA.
Después de haber separado el material con las mallas especificadas en la tabla 1.
se procede a elegir el tipo de composición para la muestra.
Figura 16 Separación de agregados de acuerdo a su granulometría
El cual, al resultar tamaños máximos de agregados de ¾ in, es de tipo “B”, según
la Tabla no. 5 siguiente. Con las siguientes condiciones.
Tabla 5 Condiciones para gravas
· 55 ·
Por tanto, el tamaño total de la muestra usada para la prueba de desgaste fue de
5 kg (2.5 kg retenido en la malla 1/2” y 2.4 kg retenido en la malla 3/8”). Con un
total de esferas de 11 con un peso aprox. De 4.584 kg.
Figura 17 Material pétreo y esferas de Carga abrasiva
Después se colocó el material de muestra dentro de las máquina de los Ángeles,
al igual que se hizo con las 11 esferas.
Figura 18 Carga abrasiva dentro de la Maquina de los ángeles
· 56 ·
Se hizo giras la máquina de los Ángeles durante 16 min. (31 rpm aprox.) Para
alcanzar las 500 rpm que se marca en la norma. Una vez pasado dicho tiempo se
detuvo la máquina y se dejó reposar el material para evitar perdida de finos.
Figura 19 Material después del proceso con carga abrasiva en máquina de los ángeles
Acto seguido se depositó el material en una charola, para después cribarlo y
separarlo de lo que pasó la malla #12 con lo que retuvo.
La parte retenida en la malla #12 fue sometido a un lavado para después de estar
seco totalmente
Algunas recomendaciones para evitar errores en los resultados.

Realizar la prueba en un lugar cerrado, ventilación indirecta y limpia
para evitar la contaminación de la muestra.

Verificar que el secado de la muestra sea el adecuado antes del
cribado.

Que todo el equipo este limpio y sea funcional.

Verificar que las esferas cumplan con las dimensiones y pesos
indicados anteriormente.

Verificar que la balanza este limpia y bien calibrada.
· 57 ·

Cuidar que la muestra de prueba este integrada con forme a alguna
de las composiciones indicadas.
Partículas alargadas y lajeadas de materiales pétreos para mezclas asfálticas
(M-MMP-4-04-005/08)
La prueba consiste en determinar la cantidad de partículas alargadas y lajeadas
presentes en los materiales pétreos que se utilizarán en una mezcla asfáltica. La
prueba consiste en separar en retenido en la malla No.4 de una muestra de
materiales pétreos para poder determinar la forma de cada partícula, empleando
calibradores de espesor y de longitud (Referencia SCT, 2008)
Figura 20 Calibrador de espesores. Imagen obtenida de la Norma SCT M-MMP-4-04005/08 Partículas Alargadas y Lajeadas de materiales pétreos para mezclas asfálticas.
· 58 ·
Calibrador de longitudes
Con la forma y dimensiones que se muestran en la siguiente figura.
Figura 21 Calibrador de longitudes. Imagen obtenida de la Norma SCT M-MMP-4-04005/08 Partículas Alargadas y Lajeadas de materiales pétreos para mezclas asfálticas.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA:
Selección del material para la prueba
1. Tener material que se encuentre en condiciones de contenido de agua
constante o en condición de saturado y superficialmente seco, para
posteriormente disgregar de forma manual aquel material que presente
grumos, procurando no fragmentarlo por la presión que se le aplica.
Posteriormente,
se
cuartea
hasta
obtener
una
muestra
de
25
kg
aproximadamente.
2. Una vez que el material está disgregado, saturado y superficialmente seco,
se aplica hasta que se forme un cono.
3. Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta que
se forme un cono truncado de 15 a 20 cm de altura.
· 59 ·
4. Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman
dos partes opuestas para formar una muestra de aproximadamente 25 kg. En
caso de exceder esta masa, se procede a reducir la cantidad de material
mediante cuarteos sucesivos.
5. Una vez separados los 25 kg se criba la muestra a través de la malla No. 4
(4.75 mm) ya sea con equipo mecánico o en forma manual.
OBTENCION DE LAS MUESTRAS DE PRUEBA
Esta prueba se realiza por duplicado, por lo cual es necesario contar con dos
muestras. Para la obtención de cada una de las muestras se aplicarán cuartos
sucesivos se mencionó anteriormente. No se admite el ajuste de la masa
requerida mediante la inclusión o exclusión de tamaños para obtener la masa
determinada. Se considera lo siguiente para la obtención de la muestra:
Se selecciona una porción del material retenido en la Malla No.4 que :
1.
Contenga más de 200 piezas, la cual se somete a un proceso de
cribado considerando el arreglo de mallas mencionado en la Tabla 1 de
esta prueba. El cribado se realizará de acuerdo a los métodos descritos en
el Manual M-MMP-4-04-002, Granulometría de Materiales Pétreos para
Mezclas Asfálticas de la normativa SCT.
1.
Se registra el número de partículas retenido en cada malla
verificando que al final, el total de partículas retenidas por todas las mallas
sea de 200 piezas como mínimo. En caso que la suma total sea menor a
200 partículas, se repetirá el procedimiento indicado aumentando el tamaño
de la muestra hasta obtener el número de piezas mencionado.
2.
La masa total de cada una de las dos muestras obtenidas será
designado como M1 y M2, respectivamente, en g.
· 60 ·
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
1.
a.
PARA LAS PARTICULAS DE FORMA ALARGADA
Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de
prueba, es decir, del número de partículas retenido en cada malla, se
verifica que cada una de las piezas pase por la ranura correspondiente del
calibrador de espesores, buscando la posición más adecuada.
b. Se reúnen todas las partículas que no hayan pasado por las ranuras del
calibrador de longitudes y se determina su masa, designándola como ma en g.
2.
PARA LAS PARTICULAS CON FORMA DE LAJA
(APLANADA)
a.
Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras, es
decir, del número de partículas retenido en cada malla, se verifica que cada
pieza pase por la ranura correspondiente del calibrador de espesores,
buscando la posición más adecuada.
b.
Se reúnen todas las partículas que hayan pasado por las ranuras del
calibrador de espesores y se determina su masa, designándola como me
en g.
Cálculos y resultados
a.
Se calcula el porcentaje de las partículas con forma alargada y
lajeadas, con relación a la masa de la muestra de prueba utilizada,
utilizando las siguientes expresiones:
· 61 ·
Figura 22 Clasificación de partículas alargadas y lajeadas
b.
En caso de presentarse una variación entre los cálculos del
contenido de partículas con forma alargada (Ca) igual al 20% o mayor entre
una muestra y otra, se considerará para el cálculo del resultado de la
prueba el promedio de ambas, en caso contrario, se considerará el valor
que resulte mayor, lo mismo se hará para el contenido de partículas en
forma de laja (Cp).
c.
Se reportan los contenidos de las partículas alargadas (Ca) y
lajeadas (Cp), considerando lo indicado anteriormente. Asimismo, se
reporta como resultado de la prueba, el por ciento en masa de partículas
alargadas y lajeadas, como la suma de Ca más Cp.
· 62 ·
MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES
MATERIALES PARA PAVIMENTOS
MATERIALES ASFALTICOS, ADITIVOS Y MEZCLAS
Penetración en cementos y residuos asfálticos (m-mmp-4-05-006-00)
Esta prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfalticos, así
como de los residuos por destilación de las emulsiones y asfaltos rebajados,
mediante la penetración vertical de una aguja en una muestra de prueba de dichos
materiales bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura.
El equipo para la ejecución de la prueba debe estar en condiciones óptimas para
su uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste .

Aparato de penetración o penetrómetro para asfaltos
Este aparato será capaz de sujetar una aguja como las referidas en el siguiente
inciso, y provisto de un dispositivo para medir la profundidad de penetración de la
aguja, en décimos de milímetro. También contará con un mecanismo que permita
aproximar la aguja a la muestra de prueba y con pesas o lastres de 50 y 100
gramos.
Agujas
De acero inoxidable, totalmente endurecidas y perfectamente pulidas, con la forma
y dimensiones correspondientes, que se acoplen al penetrómetro mediante un
casquillo de bronce o de acero inoxidable, sobresaliendo de este último entre 40 y
45 mm.
· 63 ·
Figura 23 Agujas para el aparato de
penetración o penetrómetro para
asfaltos
Cápsula de penetración
De metal o de vidrio refractario, de forma cilíndrica y con el fondo plano; con
diámetro interior de 55mm y altura inferior de 35mm, para penetraciones menores
de 200 x 10-1 mm; o diámetro interior de 70mm y altura interior de 45mm para
penetraciones entre 200 y 350 x 10-1 mm.
Figura 24 Cápsula de penetración
Con temperatura controlable hasta 50°C y aproximación de 0.1°C, con
dimensiones y características tales que le permitan una capacidad mínima de 10
litros. Estará provisto de un entrepaño con perforaciones, colocado a no menos de
5 cm del fondo del baño y a no menos de 10 cm de la superficie libre del líquido.
· 64 ·
Figura 25 Baño de agua
Termómetro
Con rango de 0 a 50°C y aproximación de 1°C.
Figura 26 Termómetro
Cronómetro
Con el cronómetro se medirá el tiempo de ejecución de cada penetración que se
realice. El cronómetro debe ser con aproximación de 0.2 segundos.
Recipiente de manejo
De metal, plástico o vidrio, de forma cilíndrica adecuada para manejar y mantener
sumergida la cápsula de penetración que contenga la muestra de prueba; de
350cm3 de capacidad y con relieves en el fondo para evitar que la muestra que
contiene se mueva durante el proceso de ensaye.
· 65 ·
Preparación de la muestra
La muestra de prueba se prepara como se indica a continuación:
Muestra de cemento asfáltico
De la muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual MMMP-4-05-001, Muestreo de Materiales Asfálticos, se toma una porción de
volumen ligeramente mayor al de la cápsula de penetración y se calienta en un
recipiente apropiado, agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la
temperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez suficiente para facilitar
su vaciado en dicha cápsula, cuidando que durante su calentamiento no se formen
burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda de 130°C y que esta
operación se realice en un lapso menor de 30 min. Hecho esto, inmediatamente se
llena la cápsula con la muestra de prueba, se cubre adecuadamente para
protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
Figura 27 Preparación de la
muestra
· 66 ·
Figura 28 Procedimiento de la prueba
La prueba se realiza en la forma siguiente:
1.- Se coloca la cápsula de penetración que contiene la muestra de prueba
dentro del recipiente de manejo, para introducirlos posteriormente en el
baño de agua, cuando éste mantenga una temperatura de 25°C o la que se
especifique para la prueba. Se sumerge dicho recipiente completamente y
se mantiene así por espacio de 2 hrs., con objeto de que el producto
asfáltico adquiera esa temperatura.
2.- Se coloca el penetrómetro sobre una superficie plana, firme y
sensiblemente horizontal, se le acopla la aguja y se lastra para que el
elemento que se desplaza tenga una masa de 100 ±0.1gr o la masa que se
especifique para la prueba y finalmente se nivela perfectamente el
penetrómetro.
3.- Se saca del baño de agua el recipiente de manejo, el cual contiene la
muestra de prueba en su cápsula de penetración, cuidando que tenga agua
suficiente para cubrir completamente la cápsula. Se colocan el recipiente y
· 67 ·
la cápsula sobre la base del penetrómetro, de tal manera que la muestra
quede bajo la aguja. Se ajusta la altura de la aguja hasta que haga contacto
con la superficie de la muestra, lo que se logra haciendo coincidir la punta
de la aguja con la de su imagen reflejada en la superficie de la muestra.
Figura 29 Penetración de la muestra
4.- Se hace coincidir la manecilla del penetrómetro con el cero de su
carátula, hecho esto se oprime el sujetador para liberar la aguja únicamente
durante 5s ó durante el tiempo que se especifique para la prueba, después
de lo cual se toma la lectura registrándola en décimos de milímetro.
5.- Se deben hacer por lo menos tres penetraciones sobre puntos diferentes
de la superficie de la muestra de prueba, separados entre sí y de la pared
de la cápsula de penetración 10mm como mínimo. se limpiará
cuidadosamente la aguja después de cada penetración sin desmontarla y,
de ser necesario, para ajustar la temperatura a 25°c o a la especificada
para la prueba, se regresará el recipiente de manejo con la muestra al baño
de agua. para la limpieza de la aguja se utilizará un paño humedecido con
tricloroetileno o (glicerina), y después un paño seco y limpio.
· 68 ·
Figura 30 Penetración de los tres puntos en la mezcla
6.- Para materiales asfálticos suaves, con penetraciones mayores de 225 x
10-1 mm, se tienen que emplear por lo menos tres agujas, las que se deben
ir dejando introducidas en la muestra de prueba al hacer las penetraciones.
Cálculos y resultados
Se reporta como resultado de la prueba, el promedio de las profundidades a las
que haya entrado la aguja en por lo menos tres penetraciones, expresadas en
décimos de milímetro y con aproximación a la unidad, valor conocido también
como grado de penetración. Las penetraciones utilizadas para el cálculo del
promedio, deben estar dentro de las diferencias permisibles mostradas en la Tabla
6, de lo contrario la prueba se repetirá. En el reporte quedarán asentados la
temperatura, la masa y el tiempo de penetración con los que se realice la prueba.
· 69 ·
Tabla 6 Diferencias permisibles entre los valores de penetración considerados para el
cálculo de resultados.
Método Marshall
Uno de los métodos de diseño de mezclas más usados en la actualidad es el
Método Marshall. Esta técnica de diseño fue desarrollada por Bruce Marshall
siendo US Army Corp of Engeineers quien depuró y adicionó ciertos aspectos a
las propuestas de Marshall al punto que el ensayo fue normalizado como ASTMD
1559.
El método Marshall es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una
adecuada mezcla asfáltica por medio del análisis de su estabilidad, fluencia,
densidad y vacíos. Una de sus virtudes es la importancia que se asigna a las
propiedades densidad/vacíos del material asfáltico. Este análisis garantiza que las
proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de
rangos adecuados para asegurar una mezcla durable.
Desafortunadamente una de sus grandes desventajas es el método de
compactación de laboratorio por impacto el cual no simula la densificación de la
mezcla que ocurre bajo tránsito en un pavimento real.
El Propósito del método Marshall es determinar el contenido óptimo de Asfalto
para una combinación específica de agregado. El método también provee
· 70 ·
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 que usan
cemento asfáltico clasificado con viscosidad o penetración y que contienen
agregados con tamaños máximos de 25.0 mm o menos.
A) Fabricación de probetas tipo Marshall
Elaboración de pastillas Marshall en materiales asfálticos NLT-159/00
Procedimiento
Preparación de las probetas.
En general, el número mínimo de probetas para fabricar es de tres por cada
mezcla.
Preparación de los agregados
Las distintas fracciones de agregados de que se disponga para la composición de
la mezcla se secan en estufa a 105-110°C hasta masa constante y se separan a
continuación por tamizado en seco en el número de fracciones necesarias.
Temperaturas de mezcla y compactación
En el caso de que el ligante sea un cemento asfáltico, las temperaturas de mezcla
y compactación serán las necesarias para que su viscosidad sea de (170 ± 20)
mm2/s en el proceso de mezcla y de (280 ± 30) mm2/s en el de compactación.
· 71 ·
Preparación de las mezclas
Las probetas se fabrican individualmente, pesando sucesivamente en un
recipiente de tara conocida las cantidades necesarias de cada fracción, salvo el
polvo mineral (filler), para obtener una probeta compactada de (63.5 ± 2) mm de
altura. Puesto que ha caído en desuso la realización de la probeta de prueba para
las correcciones de altura, se recomiendan para cada probeta las siguientes
cantidades, en función del tipo de mezcla. Se coloca a continuación el recipiente
en una estufa o placa de calefacción y se calienta la mezcla de agregados a una
temperatura que sea, como máximo, unos 30°C superior a la especificada para el
mezclado.
La cantidad de ligante necesaria para la fabricación de las probetas se calienta en
un cazo pequeño tapado, en una estufa y a la temperatura de mezcla prescrita,
evitando un calentamiento inicial fuerte. El ligante no debe estar más de una hora
a esta temperatura. El material sobrante se desecha.
A continuación se transfieren los agregados al recipiente para el mezclado, se
efectúa con ellos una mezcla ligera en seco, se forma un cráter en su centro y se
añade por pesada la cantidad exacta de ligante calculada para la mezcla.
Es conveniente “manchar” previamente la mezcladora con un amasado inicial,
que se desecha.
En este momento la temperatura de ambos materiales debe estar dentro de los
límites especificados para el proceso de mezcla. Se hace un primer mezclado y,
después que los agregados gruesos y finos estén totalmente envueltos por el
ligante, se añade el polvo mineral si lo hubiera, y se continúa el proceso de
mezclado hasta que la mezcla quede homogéneamente cubierta, teniendo
cuidado de evitar pérdidas de material, principalmente finos, durante todo el
proceso. Es preferible realizar la operación de mezclado en una mezcladora
mecánica, a efectos de homogeneidad y uniformidad de las mezclas, aunque
· 72 ·
también puede realizarse manualmente. En cualquier caso, el tiempo de mezclado
debe ser lo más breve posible para conseguir un completo y homogéneo
cubrimiento de todas las partículas minerales.
No existe una normativa clara acerca del tiempo de mezclado, ya que éstos
dependen en gran parte de las características tanto de la propia mezcla como de
la amasadora, y también es probable que los tiempos de mezcla tengan que ser
mayores con contenidos más bajos de ligante. De todas formas, se puede
recomendar un tiempo de mezclado de dos a tres minutos, con mezcladoras
mecánicas.
Compactación de las probetas
Previamente a la preparación de las mezclas, el conjunto del collar, molde y placa
de base, así como la base de la maza de compactación, se limpian bien y
calientan a una temperatura entre 95 y 150°C.
Se monta el conjunto de compactación en la base de compactación y se sujeta
firmemente mediante el soporte de fijación. Se coloca un papel de filtro circular,
del diámetro del molde en su fondo y se vierte sobre él el total de la mezcla recién
fabricada, evitando las segregaciones de material; se distribuye bien la mezcla con
una espátula apropiada y caliente, por medio de 15 golpes efectuados es su
periferia y 10 en su interior; finalmente se alisa la superficie de la mezcla dándole
una forma ligeramente convexa.
La temperatura de la mezcla inmediatamente antes de la compactación deberá
estar comprendida dentro de los límites establecidos para este proceso. A
continuación se le aplican con la maza el número de golpes que se especifique,
sobre una cara de la probeta, e inmediatamente se desmonta el collar, se invierte
el molde y, fijado de nuevo el conjunto de compactación, se aplica igual número de
golpes sobre la cara de la probeta.
· 73 ·
Aunque actualmente está muy extendido el empleo de la compactación mecánica,
la compactación manual es igualmente adecuada siempre que la maza se
mantenga en posición vertical, se controle cuidadosamente su altura de caída y se
evita su rebote sobre la probeta.
Una vez compactada la probeta, se debe esperar un tiempo mínimo de 4 horas
antes de desmoldarla. Para esta operación, se sustituye la placa de base por el
disco extractor y se fuerza suavemente la probeta para que pase desde el molde
al collar, con ayuda del mecanismo de extracción. Una vez extraída, se quitan los
papeles de filtro y se coloca la probeta cuidadosamente sobre una superficie
plana, limpia y en un lugar fresco, hasta el momento del ensayo; en obra, se
esperará un tiempo mínimo de 6 horas y en el laboratorio uno máximo de 24 horas
desde su fabricación.
Como mecanismo de extracción se puede utilizar un bastidor al que se le acopla
convenientemente, un gato hidráulico. En obra, se puede emplear la propia
prensa.
Las mezclas que necesiten de un periodo de curado adicional se mantendrán
dentro del molde hasta que adquieran la cohesión suficiente para poderlas
desmoldar.
Cuando las probetas se fabriquen en obra con mezcla procedente de una planta
asfáltica, la temperatura de compactación debe ser la misma que se especifica
para el tipo de ligante empleado. Si se va a realizar el ensayo con mezclas ya
fabricadas y frías, se comenzará calentando en estufa, a una temperatura unos
30°C inferior a la especificada para el tipo de ligante, la cantidad necesaria para
obtener por cuarteo las porciones precisas, de unos 1,200 g, para fabricar cada
probeta. Estas porciones se calientan entonces a la temperatura de compactación
durante una hora, realizándose seguidamente esta operación en la forma referida.
No se debe emplear una mezcla que haya sido ya calentada.
· 74 ·
ANÁLISIS Y FACTIBILIDAD DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA
A)
COMPARATIVA DE RESULTADOS
A1) Partículas alargadas y lajeadas para el material usado
Tabla 7 Partículas alargadas y lajeadas para el material mediano
Material Mediano
Partículas ajeadas
muestra no. 1
No. De malla
3/8´´
3/4´´
Total
Si pasa
35
19
54.00
15.11%
No pasa
63.3
240
303.3
84.87%
Partículas alargadas
muestra no. 1
No. De malla
3/8´´
3/4´´
Total
Porcentaje de partículas :
Si pasa
91.8
223.4
315.20
87.43%
27.67%
· 75 ·
muestra no.
2
No pasa
63.3
240
45.3
12.56%
muestra no.
2
Tabla 8 Tabla 8 Partículas alargadas y lajeadas para el material grueso
Material Grueso
Partículas lajeadas
muestra no. 1
No. De malla
Si pasa
3/4´´
1/2´´
3/8´´
1/4´´
Total
105.5
69.2
32.3
206.9
19.26%
muestra no.
2
No
pasa
25.5
494.5
189.9
157.7
867.7
Partículas alargadas
muestra no. 1
No. De malla
3/4´´
1/2´´
3/8´´
1/4´´
Total
Porcentaje de partículas :
Si pasa
25.5
551.2
224.8
171.7
973.2
28.70%
· 76 ·
muestra no.
2
No pasa
48.8
34.2
18.4
101.4
9.44%
A2) Pruebas a los materiales pétreos
Agregado Grueso
Tabla 9 Pruebas a los materiales pétreos
TIPO DE PRUEBA
Densidad relativa
Absorción, %
Partículas alargadas y lajeadas,
%
Desgaste mediante la prueba
de los Ángeles, %
NORMA
RESULTADO
ESPECIFICACIÓN
M-MMP-4-04003/02
ASTM C128-04
2.566
2.4 mínimo
1.9
-
M-MMP-4-04005/08
M-MMP-4-04006/02
28.7
35 máximo
11
30 máximo
AGREGADO FINO
TIPO DE PRUEBA
NORMA
RESULTADO
ESPECIFICACIÓN
Densidad relativa
M-MMP-4-04-003/02
2.516
2.4 mínimo
Absorción, %
ASTM C128-04
2.9
-
Equivalente de arena, %
M-MMP-4-04-004/02
73.68
50 mínimo
· 77 ·
A3) Pruebas para los asfaltos
Asfalto virgen
Tabla 10 Pruebas para los asfaltos
TIPO DE PRUEBA
NORMA
RESULTADOS
ESPECIFICACIÓN
4-05-001/06
Penetración a 25 °C 100gr 5 seg
(1/10 mm)
M-MMP-4-05006/00 SCT
66
60 mínimo
Punto de Inflamación Cleveland
M-MMP-4-05007/00 SCT
324
232 mínimo
Viscosidad Brookfield a 135°C SC4-27
12 rpm (cP)
M-MMP-4-05005/02 SCT
413
N.A.
Ductilidad a 25°C 5 cm/min
M-MMP-4-05011/00 SCT
56
50 mínimo
N-CMT-
ASFALTO MODIFICADO CON TB-1
TIPO DE PRUEBA
NORMA
RESULTADOS
ESPECIFICACIÓN NCMT-4-05-001/06
Penetración a 25 °C 100gr 5 seg (1/10
mm)
M-MMP-4-05006/00 SCT
69
60 mínimo
Punto de Inflamación Cleveland
M-MMP-4-05007/00 SCT
>300
232 mínimo
Viscosidad Brookfield a 135°C SC4-27
12 rpm (cP)
M-MMP-4-05005/02 SCT
301
N.A.
Ductilidad a 25°C 5 cm/min
M-MMP-4-05011/00 SCT
>80
50 mínimo
· 78 ·
A4) Prueba Cántabro
Tabla 11 ASFALTO VIRGEN
TARA
NOMENCLATURA
Masa de la
probeta
antes de
ensaye M1
1
ASVCA140-01
1146.5
Masa de la
probeta
después
de ensaye
M2
1099.5
2
ASVCA140-02
1142.5
1091.5
3
ASVCA140-03
1167.5
1125.5
4
ASVCA130-01
1166
1110.5
5
ASVCA130-02
1143
1089.5
6
ASVCA130-03
1144.5
1096.5
7
ASVCA120-01
1161.5
1107.5
8
ASVCA120-02
1161.5
1132
9
ASVCA120-03
1131.5
1075
10
ASVCA110-01
1152.5
1117.5
11
ASVCA110-02
1160.5
1127.5
12
ASVCA110-03
1142.6
1095.4
13
ASVCA100-01
1162.6
1118.4
14
ASVCA100-02
1152.5
1116.2
15
ASVCA100-03
1131
1091.4
· 79 ·
Desgaste
(%)
Promedio
4.10
4.46
4.054
3.60
4.76
4.68
4.545
4.19
4.65
3.54
4.306
4.73
3.25
3.10
3.494
4.13
3.80
3.15
3.50
3.484
Tabla 12 ASFALTO MODIFICADO CON TB-1
TARA
NOMENCLATURA
Masa de la probeta
antes de ensaye M1
Masa de la probeta
después de ensaye
M2
1
AMCA140-01
1161.5
1119
2
AMCA140-02
1166.5
1133.5
3
AMCA140-03
1148
1093
4
AMCA130-01
1186.5
1139.5
5
AMCA130-02
1194.5
1141
6
AMCA130-03
1139.5
1092.5
7
AMCA120-01
1150.5
1115.5
8
AMCA120-02
1160
1117
9
AMCA120-03
1171
1124.5
10
AMCA110-01
1155
1126
11
AMCA110-02
1159
1106.5
12
AMCA110-03
1162
1119.5
13
AMCA100-01
1172.5
1117.5
14
AMCA100-02
1163
1111
15
AMCA100-03
1160.5
1125.6
· 80 ·
Desgaste
(%)
Promedio
3.66
2.83
3.713
4.65
3.96
4.48
4.188
4.12
3.04
3.71
3.573
3.97
2.84
4.53
3.676
3.66
4.69
4.47
3.01
4.056
Tabla 13 COMPARACION DE ASFALTO VIRGEN Y ASFALTO MODIFICADO
ASFALTO
VIRGEN
Promedio de
Asfalto
Virgen
4.10
4.46
4.054
3.60
4.76
4.68
4.545
4.19
4.65
3.54
4.306
4.73
3.25
3.10
3.494
4.13
3.80
3.15
3.50
3.484
TARA
NOMENCLATURA
1
AMCA140-01
2
AMCA140-02
3
AMCA140-03
4
AMCA130-01
5
AMCA130-02
6
AMCA130-03
7
AMCA120-01
8
AMCA120-02
9
AMCA120-03
10
AMCA110-01
11
AMCA110-02
12
AMCA110-03
13
AMCA100-01
14
AMCA100-02
15
AMCA100-03
· 81 ·
ASFALTO
MODIFICADO
Promedio de
Asfalto
Modificado
3.66
2.83
3.713
4.65
3.96
4.48
4.188
4.12
3.04
3.71
3.573
3.97
2.84
4.53
3.676
3.66
4.69
4.47
3.01
4.056
GRAFICA 1 de comportamiento de Asfalto Virgen AC20 sometida a prueba
cántabro
ASFALTO VIRGEN
ASFALTO VIRGEN
4.10
4.76 4.68
4.46
4.73
4.65
4.19
4.13
3.60
3.54
3.25 3.10
3.80
3.50
3.15
GRAFICA 2 comportamiento de Asfalto Modificado con TB-1 sometida a
prueba Cántabro
ASFALTO MODIFICADO
ASFALTO MODIFICADO
4.65
3.96
3.66
2.83
4.48
4.69 4.47
4.53
4.12
3.71 3.97
3.04
· 82 ·
3.66
2.84
3.01
GRAFICA 3 comparativa las pastillas sometidas a Cántabro de Asfalto
Modificado con TB-1 y Asfalto Virgen AC20
CANTABRO
% DE DESGASTE
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
ESPECIMENES REALIZADOS
ASFALTO VIRGEN
ASFALTO MODIFICADO
GRAFICA 4 comparativa de Asfalto Virgen AC20 y Asfalto Modificado con tb-1
sometidos a prueba cántabro
5.000
4.500
% PROMEDIO DE DESGASTE
4.000
3.500
3.000
2.500
Promedio de Asfalto Virgen
2.000
Promedio de Asfalto
Mdodificado
1.500
1.000
0.500
0.000
1
140
2
130
3
120
4
110
5
100
TEMPERATURAS °C
· 83 ·
A5) Prueba de Densidad de asfalto modificado
Tabla 14 PRUEBA DE DENSIDAD DE ASFALTO MODIFICADO
ASFALTO MODIFICADO
TARA
NOMENCLATURA
PESO SECO
ASFALTO
MODIFICADO
PESO
SUPERFICIALMENTE
SECO-HUMEDO
Densidad de
Asfalto
Modificado
1
AMCA140-01
1160.7
650.10
1163
2.263
2
AMCA140-02
1163.6
653.70
1168.3
2.261
3
AMCA140-03
1143.8
644.50
1149.4
2.265
4
AMCA130-01
1185.2
665.80
1187.6
2.271
5
AMCA130-02
1193.4
673.30
1196.3
2.282
6
AMCA130-03
1136.7
634.00
1140.8
2.243
7
AMCA120-01
1152.3
644.70
1153.2
2.266
8
AMCA120-02
1158.6
650.70
1164.3
2.256
9
AMCA120-03
1164.6
656.40
1167.8
2.277
10
AMCA110-01
1176.4
659.80
1178.7
2.267
11
AMCA110-02
1166.5
655.40
1169.8
2.268
12
AMCA110-03
1167.4
654.60
1170.6
2.262
13
AMCA100-01
1171
655.50
1174.4
2.257
14
AMCA100-02
1156.4
658.50
1162.4
2.295
15
AMCA100-03
1148.5
653.30
1164.3
2.248
· 84 ·
Promedio de
Densidades
Asfalto
Modificado
2.263
2.265
2.266
2.266
2.266
Prueba de Densidad de asfalto virgen
Tabla 15 PRUEBA DE DENSIDAD DE ASFALTO VIRGEN
ASFALTO VIRGEN
TARA
NOMENCLATURA
PESO
SECO
ASFALTO
VIGEN
PESO
SUPERFICIALMENTE
SECO-HUMEDO
Densidad de
Asfalto
Virgen
1
ASVCA140-01
1142.8
643.9
1148.1
2.267
2
ASVCA140-02
1138.8
636.9
1144.4
2.244
3
ASVCA140-03
1166
658.2
1169.2
2.282
4
ASVCA130-01
1163.7
656.2
1167.3
2.277
5
ASVCA130-02
1138.9
636.6
1142.7
2.250
6
ASVCA130-03
1142.5
640.4
1145
2.264
7
ASVCA120-01
1159.4
654
1162.9
2.278
8
ASVCA120-02
1160.4
652.8
1163.1
2.274
9
ASVCA120-03
1127.1
632.3
1133.7
2.248
10
ASVCA110-01
1142.5
653.9
1155.2
2.279
11
ASVCA110-02
1157.4
654.4
1162
2.280
12
ASVCA110-03
1141.3
636.4
1146.4
2.238
13
ASVCA100-01
1157.4
652.5
1150.7
2.323
14
ASVCA100-02
1146.2
636.1
1145.2
2.251
15
ASVCA100-03
1121.3
634.8
1139.4
2.222
· 85 ·
Promedio
de
Densidades
Asfalto
Virgen
2.264
2.264
2.267
2.266
2.266
GRAFICA 5 pastillas sometidas a la Prueba de Densidad de Asfalto Virgen
AC 20
2.300
2.290
2.280
2.270
2.260
2.250
2.240
2.230
2.220
2.210
2.200
2.190
Densidad de Asfalto
Virgen
ASVCA140-01
ASVCA140-02
ASVCA140-03
ASVCA130-01
ASVCA130-02
ASVCA130-03
ASVCA120-01
ASVCA120-02
ASVCA120-03
ASVCA110-01
ASVCA110-02
ASVCA110-03
ASVCA100-01
ASVCA100-02
ASVCA100-03
% DENSIDAD (Gmm)
Densidad de Asfalto Virgen
GRAFICA 6 pastillas sometidas a la Prueba de Densidad de Asfalto
Modificado con TB-1
2.272
2.270
2.268
2.266
2.264
2.262
2.260
2.258
2.256
2.254
2.252
Densidad de Asfalto
Modificado
AMCA140-01
AMCA140-02
AMCA140-03
AMCA130-01
AMCA130-02
AMCA130-03
AMCA120-01
AMCA120-02
AMCA120-03
AMCA110-01
AMCA110-02
AMCA110-03
AMCA100-01
AMCA100-02
AMCA100-03
% DENSIDAD (Gmm)
Densidad de Asfalto Modificado
· 86 ·
GRAFICA 7 comparativa entre las diferentes Densidades Promedio del
Asfalto Virgen AC20 y Asfalto Modificado con TB-1
DENSIDADES PROMEDIO
% DE DENSIDADES PROMEDIO
2.267
2.266
2.265
2.264
Promedio de Densidades
Asfalto Virgen
2.263
Promedio de Densidades
Asfalto Modificado
2.262
2.261
1
140
1302
1203
4
110
TEMPERATURAS °C
· 87 ·
5
100
B) ANÁLISIS DE RESULTADOS
Partículas alargadas y lajeadas; Según la norma M-MMP-4-04-005/08 se tiene
como aceptación hasta un 35% por lo cual es aceptable el material del banco
seleccionado.
Al observar la Graficas de Densidad y Prueba de Resistencia al Desgaste se
tienen en cuenta que el asfalto modificado con TB-1 tiene un mejor
comportamiento en cuanto a la resistencia al que es sometido, teniendo en cuenta
que estas pruebas se realizan por su temperatura de fabricación se consideran
temperaturas tibias de 100°-140° C.
Se sabe que los asfaltos convencionales en comparación con los asfaltos
modificados convenciones son más propensos tener una falla por fatiga y esto nos
lleva a que en un futuro por las diversas condiciones climatológicas y al paso de
los usuarios se tenga que tener reparación a corto plazo significando esto una
mayor inversión y mas emisiones de contaminantes al medio ambiente.
B.1 Ventajas de usar asfaltos modificados:
 Reducción de emisiones: al reducir la temperatura se reduce de manera
exponencial las emisiones de gases contaminantes.

Reducción de combustible: La reducción de la temperatura reduce también
en gran medida el consumo energético de las plantas

Beneficios prestacionales: este tipo de tecnología permite trabajar a
temperaturas ambientes más bajas, mayores distancias planta-extendido, y
con energías de compactación menores.

Reducción de la exposición de los trabajadores: se reduce
significativamente las emisiones de humos e hidrocarburos aromáticos al
que los trabajadores están expuestos

Disminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicación de carga.

Aumentan la resistencia a la deformación permanente y a la rotura en un
rango más amplio de temperaturas, tensiones y tiempo de carga. Tienen
· 88 ·
una elevada resistencia mecánica, gran resistencia a la tracción, buen
poder humectante y adhesión los agregados.

Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio
reduciendo el fisuramiento.

Disminuyen la susceptibilidad térmica.

Disminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesión en tiempos de
calor.

Varía su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que se
encuentren.

Mayor intervalo de plasticidad.

Mayor cohesión
 Mayor resistencia a la acción del agua.
 Mejorar la adherencia a los agregados.
B.2 Desventajas de usar asfaltos modificados
 Alto costo del aditivo
 Dificultades del mezclado
 Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la
mezcla.
 Los agregados no deben estar húmedos ni sucios.
· 89 ·
CAPITULO IV
RECOMENDACIONES
· 90 ·
Son productos que requieren un proceso diferente y más complicado esto requiere
más cuidado en el manejo de los materiales pero también se debe considerar los
riesgos a la salud y a la seguridad del personal.
Riesgos físicos:
Se almacenan y manejan normalmente por encima de los 100ºC por lo que el
contacto con agua puede producir una expansión violenta, peligro de salpicaduras
y desbordamiento por ebullición. Aunque no están clasificados como inflamables,
los asfaltos son materiales hidrocarbonados y pueden arder.
TOXICOLÓGICOS
Inhalación:
Cuando son calentados, los asfaltos producen humos. Aunque no se piensa que
éstos produzcan daño significativo para la salud, la prudencia aconseja que se
debe minimizar la exposición, observando buenas prácticas de trabajo y
asegurando buena ventilación en las áreas de trabajo. El sulfuro de hidrógeno
puede acumularse en el espacio de cabeza de los tanques de almacenamiento y
potencialmente puede alcanzar concentraciones peligrosas.
Ingestión:
No es probable.
Contacto piel/ojos:
Los asfaltos se manejan normalmente a alta temperatura lo que puede causar
quemaduras térmicas.
Efectos tóxicos generales:
El problema principal puede provenir por quemaduras de piel y por exposiciones
prolongadas a vapores.
· 91 ·
Precauciones general:
Cuando se manipula asfalto en lugares cerrados, debe existir una buena
ventilación local.
Conclusiones
Los principales problemas encontrados en este tipo de modificaciones
corresponden
a
la
dificultad
para
obtener soluciones
coloidales estables
de asfáltenos, máltenos y el aditivo. Puesto que entre sí existen fuerzas que
tienden a separar estos compuestos formando superficies incompatibles que
resultan en una falla del material.
Sin
embargo,
la
modificación
con
aditivos
es ecológicamente favorable,
principalmente al disminuir el uso de energía requerida para el proceso de
asfaltos.
Los asfaltos modificados se deben aplicar en aquellos casos específicos en los
que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir
con éxito la función para la cual fueron diseñados, es decir, en mezclas para
pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito
o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología
del firme, etc.
Los campos de aplicación más frecuentes de los pavimentos asfálticos
modificados con polímeros son:
Mezclas drenantes, mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas, mezclas
densas, tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla, membrana
absorbente de tensiones, etc.
Los asfaltos modificados con aditivos se utilizan en: autopistas, carreteras,
caminos y calles, estacionamientos, pisos industriales, andadores, terraplenes,
bordes de caminos, mezclas con agregados y reciclados en frío.
· 92 ·
El asfalto fabricado con TB-1 en las pruebas que se le realizaron se observó que
al adicionar este modificante no se modifican significativamente las propiedades
geológicas del asfalto convencional a las temperaturas que establece la norma y
se tiene en cuenta que se usaron temperaturas de mezclas asfálticas tibias que
son muy favorables al constructor por las distancias de la obra o algunos factores
externos a esta, las cuales en la vida real se ha observado son factores que
influyen en su realización.
En las pruebas de adherencia en cuanto al asfalto- agregado se observa una
mejor adición con el polímero que con el asfalto convencional.
Se puede comprobar claramente que en la compactación no influye solamente la
viscosidad, sino también la lubricidad el asfalto que se mejora con TB-1.
El comportamiento de las pastillas fabricadas a diferentes temperaturas con TB-1
son más favorables al desgaste que se tiene en comparación con que las fueron
fabricadas con asfalto convencional a AC-20 teniendo el riesgo que a menores
temperaturas la adherencia a los agregados era menor y esto lleva que tenga una
mayor fatiga haciendo que se tenga menor durabilidad.
· 93 ·
ANEXO
FOTOGRAFICO
· 94 ·
Clasificación del material en
banco de agregados
· 95 ·
Clasificación del material en el
laboratorio
· 96 ·
Pruebas a los agregados
· 97 ·
Asfalto usado para la
fabricación de
probetas
Fabricación y
ensayo de probetas
· 98 ·
Simulación de envejecimiento del asfalto
al trasladarlo de la palta al medio usado
· 99 ·
Verificación y control de
temperatura de
compactación
· 100 ·
Pastillas Marshall
fabricadas a diferentes
temperaturas con
TB-1 y AC20
· 101 ·
Ensayo de pastillas
Marshall
· 102 ·
BIBLIOGRAFÍA

Reunión Nacional de Vías Terrestres.
Situación actual y futura de la infraestructura del transporte en México.
Proyección al siglo XXI. Memoria, Tomo I.

Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A. C.
(AMIVT).

Manual de diseño de mezclas asfálticas. Asociación Mexicana del
Asfalto (AMAC).
NORMATIVA SCT:

M-MMP-4-04-002-02 Granulometría de Materiales Pétreos para
Mezclas Asfálticas

M-MMP-4-04-005/02 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales
Pétreos para Mezclas Asfálticas

M-MMP-4-04-006/02 Desgaste Mediante la Prueba de Los Ángeles
de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas

M-MMP-4-05-006/00 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos

Normas mexicanas para el mantenimiento de pavimentos asfálticos
para carreteras
· 103 ·
NORMAS DEL LABORATORIO DEL TRANSPORTE (NLT) ESPAÑA:

NLT-346/90 Resistencia a Compresión Diametral (ensayo brasileño)
de Mezclas Bituminosas

NLT-352/00 Caracterización de las Mezclas Bituminosas Abiertas por
Medio del Ensayo Cántabro de Pérdida por Desgaste.

NLT-159/00 Resistencia a la deformación plástica de mezclas
bituminosas empleando el aparato Marshall.

Normas mexicanas para el mantenimiento de pavimentos asfálticos para
carreteras
· 104 ·

estudio para conocer la resistencia al desgaste de una mezcla

Transcription

Similar documents

PRÁCTICA 3. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Y OBSERVACIÓN DE PROPIEDADES

E 100P - COWDIN SA

Simulador de Estudio de Grabación de Audio - IEEE-RITA

técnica en PDF

ecos de la serpiente