Calidad Mezclas Asfalticas Ensayo Traccion

TBiblioteca Rector Gabriel FerrateUNIVERSITAT POLITCNICA DE CATALUNYA

999999

UNIVERSITAT POLITCNICA DE CATALUNYAESCOLA TCNICA SUPERIOR D'ENGINYERS DE CAMINS. CANALS Y PORTS DE BARCELONA

UPC

TESISDOCTORAL

Aseguramiento de la calidad de mezclas bituminosas mediante la aplicacin del ensayo de traccin indirecta en el control de su ejecucin

Autor: ADRIANA HAYDEE MARTNEZ Director: FLIX EDMUNDO PREZ JIMNEZ

Barcelona, febrero de 2000.

RESUMEN

Las mezclas bituminosas utilizadas en la ejecucin de un firme deben conseguir determinadas diseo. El control de calidad sobre el producto fabricado suele realizarse mediante el ensayo marshall, extrayendo una muestra de !a planta asfltica y determinando su resistencia a las deformaciones plsticas. Sin embargo, la calidad final del producto, es decir, de la mezcla extendida y compactada slo se controla mediante la extraccin de testigos para la determinacin de su densidad y su comparacin con la densidad Marshall patrn. Durante el proceso de transporte, extendido y ejecucin pueden producirse fallos y deterioros, como escurrimiento del ligante, segregacin del rido grueso o trituracin del material, que pueden influir en la calidad final y que de este modo no se consideran ni se detectan. Es por ello que se ha llevado a cabo un estudio sobre la aplicacin del ensayo de traccin indirecta orientado a la bsqueda de una metodologa de control de calidad de mezclas bituminosas que evale las caractersticas mecnicas de la mezcla y no slo su compacidad. Este procedimiento tiene la ventaja de poder realizarse directamente sobre los testigos extrados del firme para el control de densidades y por tanto no implica ninguna actuacin adicional sobre el mismo. Se ha aplicado este ensayo sobre testigos extrados durante el control de ejecucin de diferentes obras y tambin sobre probetas elaboradas en laboratorio, comparando los resultados y comprobando que el parmetro determinado, la resistencia a traccin indirecta, est correlacionado con la densidad y es capaz de evaluar a la mezcla con mayor sensibilidad que la acusada por la compacidad. A travs del anlisis de toda esta informacin se ha establecido un criterio de aceptacin de la mezcla bituminosa puesta en obra, basado en la recomendacin de unos valores mnimos a conseguir en cada una de las mezclas estudiadas y en un factor de calidad en funcin de la diferencia entre la resistencia de la mezcla caractersticas estructurales y funcionales requeridas en un pavimento flexible para garantizar su resistencia y durabilidad durante el perodo de

fabricada y la conseguida tras su extensin y compactacin en obra. Este criterio asegura el nivel de calidad para el que la mezcla ha sido diseada y resuelve los conflictos que suelen presentarse durante su control con las tcnicas actuales.

AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer a mi director de tesis, D. Flix Edmundo Prez Jimnez, por haberme brindado !a idea y la posibilidad de desarrollar este tema, por e! tiempo que ha dedicado a transmitirme sus conocimientos y por su constante inters y preocupacin por el avance de esta investigacin. A D. Rodrigo Mir Recasens por la valiosa colaboracin que recib de su parte durante la elaboracin de este trabajo y por sus oportunos consejos. A la empresa Gesti d'infraestructures S.A. (GISA), por la cooperacin proporcionada para el desarrollo de esta tesis, enmarcada en el proyecto de investigacin "Valoracin y unificacin de los procedimientos y criterios seguidos en la ejecucin y control de las mezclas bituminosas" realizado por el Laboratorio de Caminos de la UPC. A D. Jos Amors Parras y D. Joan Pons Vila, personal del Laboratorio de Caminos de la E.T.S.E.C.C.P. de Barcelona, sin cuya ayuda no hubiese podido desarrollar la etapa experimental de la tesis. Al personal de la E.T.S.E.C.C.P. de Barcelona, en particular a Da. Elisenda Poch Iborra del Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio, al personal del Centro de Clculo y al del Servicio de Biblioteca por el marco acadmico y el apoyo logstico facilitados. A la Universidad Nacional del Comahue (Argentina) por el financiamiento econmico necesario para realizar este trabajo. A todos mis compaeros de doctorado y especialmente a D. Sal Castillo Aguilar y D, Jorge Cepeda Aldape, por brindarme su amistad y por las muchas horas compartidas en la UPC. A mis familiares y amigos, por las palabras de nimo y por sus demostraciones de afecto.

INDICE

Captulo 1 : INTRODUCCIN1.1. Planteamiento general del problema 1.2. Objetivos de la tesis

Pgina1 6

Captulo 2: CARACTERIZACIN DE LA MEZCLA BITUMINOSA2.1. Mezclas bituminosas 2.2. Propiedades consideradas en el diseo de mezclas 2.2.1. Estabilidad 2.2.2. Durabilidad 2.2.3. Impermeabilidad 2.2.4. Trabajabilidad 2.2.5. Flexibilidad 2.2.6. Resistencia a la fatiga 2.2.7. Resistencia al deslizamiento 2.3. Ensayos sobre mezclas 2.4. Ensayos para determinar la resistencia a las deformaciones plsticas 2.4.1. Ensayo Hubbard-Field 2.4.2. Ensayo Marshall 2.4.3. Ensayo Hveem 2.4.4. Ensayos de dentacin 2.4.5. Ensayo de mquina de pista 2.4.6. Ensayo de mquina giratoria 2.4.7. Compactador Giratorio Superpave 2.4.8. Ensayo triaxial dinmico 2.4.9. Ensayo de Corte Superpave 2.4.10. Ensayo de compresin simple del LP.C.P 2.5. Ensayos para evaluar la resistencia a la fisuracin 8 10 12 13 15 15 16 16 17 19 20 21 22 24 26 26 28 30 31 32 33 34

Indice

2.5.1. Cohesimetro Hveem 2.5.2. Ensayo de traccin indirecta 2.6. Ensayos para la evaluacin de la resistencia a la abrasin 2.6.1. Ensayo Cntabro de prdida por desgaste 2.7. Ensayos para evaluar el comportamiento reolgico de las mezclas 2.7.1. Ensayos desarrollados para determinar el mdulo de una mezcla bituminosa 2.7.2. Nomograma Shell 2.8. Ensayos para la determinacin de la resistencia al envejecimiento y a la desenvuelta 2.8.1. Ensayos del tipo "seco-hmedo" 2.8.2. Estudio del efecto del envejecimiento y la sensibilidad al agua del programa SHRP 2.9. Ensayos para evaluar la resistencia a la fisuracin por fatiga 2.9.1. Ensayo de Traccin Indirecta

34 35 35 36 38 40 41 44 45 45 47 49

Captulo 3: LA CALIDAD EN LA CONSTRUCCIN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS3.1. Concepto de Calidad 3.2. La calidad en la construccin 3.3. El nuevo enfoque y las directivas de Unin Europea 3.3.1. Productos de la construccin 3.3.2. Construccin d_e carreteras. Mezclas bituminosas 3.4. Ejecucin de las mezclas bituminosas. Controles de diseo, sobre el proceso y sobre el producto 3.4.1. La calidad en el diseo 3.4.1.1. Especificaciones sobre el producto 3.4.1.2. Especificaciones sobre los materiales 3.4.1.3. Dosificacin 3.4.2. La calidad en la fabricacin 3.4.3. La calidad en la puesta en obra 3.4.3.I.Transporte 3.4.3.2. Extensin 63 64 64 74 82 84 91 91 91 51 53 56 57 59

Indice

3.4.3.3. Compactacin 3.5. Consideraciones finales

92 93

Captulo 4: PROPUESTA DE APLICACIN DEL ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA4.1. Propuesta de evaluacin de las propiedades mecnicas 4.2. Descripcin del ensayo de traccin indirecta 4.2.1. Distribucin terica de tensiones 4.2.2. Ecuaciones y observaciones 4.2.3. Normas de ensayo utilizadas 4.3. Estado del arte 4.3.1. Temperatura de ensayo 4.3.2. Correlacin con el ensayo de compresin. Temperatura de ensayo y velocidad de carga 4.3.3. Temperatura de ensayo y contenido de betn 4.3.4. Temperatura de ensayo y tipo de ligante 4.3.5. Temperatura y energa de compactacin 4.3.6. Sensibilidad a la accin del agua. Mtodo de Lottman 4.3.7. Otros ensayos para evaluar el efecto del agua 4.3.8. Nuevos sistemas de medicin 4.3.9. Proyecto BITUTEST 4.4. Consideraciones finales 106 108 109 110 111 113 114 116 117 95 97 99 100 105 105 105

Captulo

5:

APLICACIN

DEL

ENSAYO

DE

TRACCIN

INDIRECTA5.1. Metodologa de trabajo 5.2. Sensibilidad del ensayo 5.2.1. Variables de composicin de la mezcla 5.2.1.1. Contenido de ligante 5.2.1.2. Tipo de betn 119 120 122 122 125

Indice

5.2.1.3. Naturaleza del rido 5.2.1.4. Granulometra del rido 5.2.1.5. Tamao mximo del rido 5.2.2. Variables de elaboracin de la probeta 5.2.2.1. Temperatura y energa de compactacin 5.2.2.2. Altura de la probeta. 5.2.2.3. Temperatura del molde 5.2.3. Variables de ejecucin del ensayo 5.2.3.1. Temperatura de ensayo 5.2.3.2. Velocidad de carga 5.2.3.3. Inmersin de probetas en agua 5.3. Aplicacin del ensayo sobre testigos 5.3.1. Relacin entre la resistencia a traccin indirecta y la compacidad 5.3.2. Comparacin entre las resistencias obtenidas con probetas elaboradas en laboratorio y testigos extrados de obra 5.3.3. Anlisis de los resultados de obra 5.4. Consideraciones finales

126 127 128 131 131 134 136 137 137 138 140 142

142

147 149 154

Captulo 6: EVALUACIN DEL EFECTO PRODUCIDO POR LA FALTA DE CALIDAD EN LA EJECUCIN DE LAS CAPAS ASFLTICAS6.1. Planteamiento del anlisis 6.2. Hiptesis de clculo 6.3. Valores medios de mdulo resiliente 6.4. Correlacin entre mdulo resiliente y resistencia a traccin indirecta 6.5. Estudio de un caso general 6.5.1. Seccin estudiada 6.5.2. Hiptesis 1 6.5.3. Hiptesis 2 6.6. Clculo de refuerzos 6.7. Estudio de un caso discriminado en capas : 155 156 157 159 159 160 161 163 165 166

IV

Indice

Captulo

7:

DETERMINACIN

DE

CRITERIOS

PARA

EL

CONTROL DE CALIDAD7.1. Limitaciones del control actual 7.2. Control adicional propuesto 7.2.1. Determinacin de valores medios 7.2.2. Determinacin de un factor de calidad... 169 170 172 173

Captulo 8: CONCLUSIONES

175

BIBLIOGRAFA

178

ANEXOA1. Caractersticas de los materiales y las mezclas estudiadas A2. Resultados del ensayo de traccin indirecta en probetas A3. Resultados del ensayo de traccin indirecta en testigos A4. Resultados del ensayo de mdulo resiliente en testigos A5. Resultados del anlisis de fatiga

CAPTULO 1 INTRODUCCIN

1.1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL PROBLEMA

La industria de la construccin ha sido e! sector que ms ha demorado en asimilar el nuevo concepto de la calidad y en aceptar su protagonismo en la competencia de la empresa mediante la aplicacin de un sistema de aseguramiento de la calidad. Existe cierto convencimiento general al pensar que el control de calidad en la construccin resulta muchas veces insatisfactorio, pero tambin es importante reconocer que la construccin tiene caractersticas propias que dificultan la puesta en prctica de teoras modernas de control de calidad y es por ello que requiere una adaptacin especfica de las mismas. En las obras de infraestructuras de transportes terrestres, estas caractersticas particulares que las diferencian de la produccin en fbrica de un producto son, a grandes rasgos, la dificultad para definir ese producto, el carcter nico de la obra y el estilo descentralizado de su organizacin. Por tanto, la concrecin de sus proyectos demanda un proceso de aseguramiento de la calidad que tenga en cuenta estas diferencias, y para ello hace falta innovar y proponer mtodos aplicables a las obras, a partir de principios brevemente enunciados en el Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales. Claro est que la puesta en marcha de un proceso de aseguramiento de la calidad no

Introduccin

se consigue solamente con la propuesta de nuevos mtodos de trabajo, es necesaria una evolucin en la mentalidad de quienes tienen la funcin de aplicarlos. El empresario debe actuar con mayor responsabilidad, organizndose para prevenir eventuales defectos, mejorando sus mtodos de trabajo y procurando una relacin de total transparencia entre el cliente y la empresa. Desde el inicio de los aos 80, los procesos de aplicacin de estos sistemas sobre la obra, se han apoyado sobre elementos estandarizados de aseguramiento de la calidad descritos en las normas ISO 9000, aunque tambin est asistidos por las especificaciones tcnicas contenidas en los pliegos de condiciones. En la dcada actual son muchas las empresas europeas que elaboran planes de aseguramiento de la calidad tendientes a la obtencin de la certificacin ISO 9000. Tambin se advierte que los profesionales del sector han tomado conscincia sobre la necesidad de implementar estos procesos de modo integral, pues es necesario globalizar el sistema para aplicarlo tanto en las unidades operativas como en las industriales. El aseguramiento de la calidad aplicado a unidades industriales, como plantas de produccin de ligantes y plantas de elaboracin de mezclas asflticas ya es una prctica comn. Una vez comprobadas las mejoras en su funcionamiento y en la relacin cliente-proveedor, se han abandonado ciertos temores que ese enfoque provocaba hace una dcada. Pero an quedan muchas etapas posteriores, sin caractersticas de fabricacin industrial, que tambin deberan someterse a un mtodo de controles que no slo involucre su procedimiento de fabricacin sino tambin su ejecucin, para poder asegurar de esta manera la calidad del producto final. En la construccin de una carretera, las mezclas asflticas en caliente constituyen las capas con mayores exigencias dentro de la estructura del pavimento. Hay muchas fases involucradas y actividades diferentes que entran en el proceso de construccin de un pavimento de mezcla asfltica en caliente. Su elaboracin, colocacin y terminacin son procesos complicados, donde intervienen muchos factores que definirn la calidad final de la capa. Cuando resultado imposible aceptar una capa asfltica porque no cumple con las especificaciones del proyecto, la empresa constructora sufrir penalizaciones o deber rehacer las tareas, aumentando de este modo los costos del producto. Las mezclas bituminosas que forman estas capas se elaboran con ridos y ligante

2

Introduccin

asfltico, que respetan prescripciones y dosificaciones determinadas con objeto de conseguir caractersticas estructurales y funcionales requeridas en un pavimento flexible para garantizar su durabilidad durante el perodo de diseo, y a la vez, ofrecer seguridad y comodidad al usuario del camino. Estas exigencias se consiguen a travs de determinadas propiedades, como estabilidad, resistencia a las deformaciones plsticas, resistencia a la fatiga, impermeabilidad, que dependen de la dosificacin y de las caractersticas de los materiales empleados. El control de calidad del producto suele establecerse sobre la adhesividad y sobre la resistencia a las deformaciones plsticas (estabilidad marshall), ignorando otras propiedades que pueden resultar igualmente significativas en el comportamiento del material: mdulo, abrasin, resistencia a la fatiga, etc. Adems, el control sobre la calidad de la mezcla suele realizarse sobre el material fabricado en planta, no sobre el producto una vez extendido y compactado en el firme. Durante el proceso de transporte, extendido y compactacin pueden producirse fallos y deterioros, como escurrimiento del ligante, segregacin del rido grueso, trituracin del material mineral, etc., que pueden influir en la calidad del producto final y que de este modo no son considerados ni detectados. El control que se realiza sobre el producto final se reduce normalmente al control de su compacidad, exigindose que la mezcla colocada alcance una densidad entre el 98 y el 100% de la de referencia, determinada en probetas fabricadas en la compactadora marshall con la mezcla utilizada. En Espaa y en la mayora de los pases latinoamericanos el control de calidad de las mezclas bituminosas suele aplicarse sobre: La composicin de la mezcla, determinada mediante la realizacin de ensayo de extraccin. La estabilidad y el contenido de huecos de la mezcla, verificado mediante la realizacin del ensayo marshall sobre el producto fabricado en planta. Para conocer la resistencia de la mezcla a la accin del agua, suelen realizarse ensayos de inmersin-compresin. La compacidad conseguida en la ejecucin, mediante la extraccin de testigos y la

Introduccin

comparacin de su densidad con la marshall patrn. Muchas veces se han detectado problemas mecnicos y resistentes en las mezclas colocadas, como baja cohesin, poca flexibilidad o una disminucin del mdulo, que no han sido detectados con los controles habituales. Esto significa que el producto final puede bajar su calidad, debido a variaciones en la mezcla, sin afectar a las caractersticas marshall ni a la densidad final de los testigos, quedando esta prdida momentneamente oculta y sin conocer sus causas. Asimismo, en el momento de tomar la decisin de aceptar o rechazar la capa, empleando nicamente el control de densidades sobre el producto final, se desconoce su calidad mecnica y resistente. La evaluacin de estas dos propiedades mediante algn tipo de ensayo permitira estudiar el comportamiento del firme y de la capa construida, y analizar la posibilidad de su aceptacin, penalizacin o rechazo, de acuerdo a la calidad obtenida. El objetivo de esta tesis ha sido la bsqueda de una metodologa de aseguramiento de la calidad de mezclas bituminosas que cubra ciertos aspectos de la puesta en obra que no son considerados por los procedimientos utilizados actualmente, y que pueden afectar el comportamiento en servicio del firme. Para ello, se ha estudiado un procedimiento de control basado en la determinacin de la resistencia a traccin indirecta de la mezcla colocada, segn la NLT 346/90, a 59C. Puesto que los ensayos pueden realizarse directamente sobre los testigos extrados del firme para el control de densidades, no supone por tanto ninguna actuacin suplementaria. Tambin se ha complementado este anlisis mediante la determinacin del mdulo resiliente, ensayando los testigos extrados de la capa ejecutada a compresin diametral de modo dinmico, por el procedimiento descrito en la NLT 360/91. Las caractersticas de este tipo de ensayo aplicado en el modo esttico, rpido y sencillo, que no necesita equipamientos sofisticados ms que una prensa esttica, lo hacen propicio para utilizar en el control de calidad de las mezclas bituminosas durante la puesta en obra de las mismas. En la rotura de estos testigos se obtiene una curva tensin-deformacin, cuya rea representa la energa de rotura del material, cuyo valor mximo indica su resistencia

Introduccin

mxima de rotura, y que estn relacionadas con el comportamiento de la mezcla a fatiga. Para el control de la mezcla ejecutada, puede ser suficiente controlar la tensin mxima de rotura, indicador de su cohesin. A la temperatura de 59C a que se realiza el ensayo, la mezcla se comporta como un material rgido, y su resistencia mxima de rotura est relacionada con la compacidad de la mezcla, con la dureza de los ridos y con el porcentaje y calidad del mstico empleado, siendo estos factores los que determinan la calidad de la mezcla y la de su ejecucin. En esta tesis se presentan los resultados del estudio llevado a cabo en el Laboratorio de Caminos de la UPC sobre la aplicacin del ensayo de traccin indirecta en el control de ejecucin de las capas asflticas. Se ha analizado en el laboratorio la sensibilidad del ensayo a la variacin de la calidad y la cantidad de los componentes de la mezcla, as como las condiciones de elaboracin. Paralelamente se ha procedido a la rotura de los testigos provenientes de diferentes obras y se ha determinado para cada mezcla la relacin compacidad-resistencia a traccin indirecta. Adems, ha sido posible contrastar los resultados de testigos extrados en obra y de probetas elaboradas en laboratorio. Tambin se han ensayado testigos de modo dinmico, para obtener sus mdulos resilientes y correlacionarlos con su resistencia a rotura, con objeto de estudiar el efecto de la disminucin de la calidad en la vida del firme. Por ltimo, a travs del anlisis de los resultados obtenidos, se han propuesto unos umbrales mnimos para la resistencia a traccin indirecta de las mezclas tipo denso, semidenso y grueso del Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales (PG-3/75) y un criterio comparativo de evaluacin de la calidad de la mezcla extendida y compactada, con respecto a la fabricada en planta.

Introduccin

2.2. OBJETIVOS DE LA TESIS

Las limitaciones que presenta el actual procedimiento de aseguramiento de la calidad de las mezclas bituminosas en caliente, basado fundamentalmente en el control del proceso de elaboracin y carente de una evaluacin de la calidad mecnica y resistente del producto final, han sido los motivos para la investigacin desarrollada en la presente tesis. El objetivo general de la misma ha sido la elaboracin de una propuesta de aseguramiento de la calidad de ejecucin de mezclasbituminosas, complementario con el utilizado habitualmente, mediante la aplicacin del ensayo de traccin indirecta a testigos extrados de la capa terminada. Para alcanzar este propsito, se ha trabajado en etapas diferenciadas por los siguientes objetivos parciales:

1) Anlisis del proceso de medida

Con objeto de evaluar la sensibilidad del ensayo de traccin indirecta, se ha analizado su respuesta al cambiar las variables ms significativas de composicin y elaboracin de la mezcla, y las de ejecucin del ensayo. Para ello, se han ensayado a traccin indirecta, probetas elaboradas con mezclas densas, semidensas y gruesas segn el Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales (PG-3/75), variando las siguientes caractersticas: Composicin de la mezcla: tipo y contenido de ligante, naturaleza de los ridos y del filler, composicin granulomtrica y tamao mximo del rido. Elaboracin de la probeta: temperatura y energa de compactacin, espesor de la capa, temperatura del molde. Ejecucin del ensayo: temperatura y velocidad de aplicacin de carga, inmersin de probetas en agua.

2) Anlisis de su aplicacin en obra

Introduccin

Se han analizado los valores de resistencia a traccin indirecta obtenidos al ensayar testigos extrados de diversas obras, elaborados con mezclas densas, semidensas y gruesas, a fin de estudiar la correlacin entre este parmetro y la compacidad de los testigos. Tambin se han comparado estos resultados con los obtenidos sobre las probetas fabricadas en laboratorio para cada tipo de mezcla.

3) Anlisis del efecto de la disminucin de la resistencia a traccin indirecta

Se han analizado los resultados de mdulo resiliente, obtenidos mediante el mismo ensayo de traccin indirecta pero con carga cclica, sobre los testigos, y se ha correlacionado con los resultados de resistencia a traccin indirecta. A partir de esta relacin se ha calculado y evaluado el efecto de la disminucin de la resistencia a traccin indirecta de la mezcla sobre la vida del firme mediante mtodos analticos.

4) Propuesta de un procedimiento de aseguramiento de la calidad

Con la informacin obtenida, se han establecido unos valores mnimos de resistencia a traccin indirecta que las mezclas debern garantizar una vez compactadas, a la vez que se ha propuesto una expresin de un factor de calidad para evaluar la calidad del producto terminado en funcin de la calidad de la mezcla elaborada.

CAPITULO 2

CARACTERIZACIN DE LA MEZCLA BITUMINOSA

2.1. MEZCLAS BITUMINOSAS

Se entiende por mezcla bituminosa a la mezcla de ridos y un ligante hidrocarbonado, de tal manera que las partculas queden cubiertas por una pelcula continua de este ltimo. La mezcla se fabrica de forma mecnica en centrales fijas o mviles, luego se transporta a obra, donde se extiende y se compacta. Dentro de los diversos tipos de mezclas bituminosas existentes en la actualidad, las fabricadas en caliente sern las estudiadas en esta tesis. Para su elaboracin, es necesario calentar previamente los ridos y el ligante. Las operaciones de manejo, extendido y compactacin tambin se realizan a temperaturas controladas y muy superiores a las del ambiente. Su aplicacin es una de las ms frecuentes en el mbito vial, se utilizan en capas de rodadura, intermedias y de base y se caracterizan por: la calidad de los ridos (limpieza, resistencia mecnica) la viscosidad del ligante, que es betn puro o mejorado una granulometra con tolerancias muy estrictas la alta calidad en la mezcla (compacidad, homogeneidad, calidad de la envuelta) un mayor control durante su fabricacin (separacin de los ridos en varias fracciones, aportacin de filler) su excelente comportamiento (estabilidad, durabilidad, tenacidad)

8

Caracterizacin de la mezcla bituminosa

su calidad como capa de rodadura (regularidad, textura, comodidad)

Segn el porcentaje de huecos luego de la compactacin, las mezclas se clasifican segn la normativa espaola en cerradas, semicerradas, gruesas, abiertas y porosas o drenantes. Mezclas densas y semidensas: de acuerdo a la normalizacin espaola tienen un porcentaje de huecos que vara entre el 3 y el 9%, dependiendo de la categora de trfico pesado que soporte la capa y de la ubicacin de la misma en el firme. Son las ms empleadas en capas de rodadura, puesto que su bajo porcentaje de huecos - de un 3 a un 6% en este caso - las vuelve casi impermeables. Mezclas gruesas: se diferencian de las anteriores en la granulometra un poco ms abierta, en el menor contenido de filler y de ligante. No son tan impermeables como las cerradas y por lo tanto no se aplican en capas de rodadura sino en las intermedias y de base. Mezclas abiertas: su porcentaje de huecos supera el 12%, la estructura formada adquiere resistencia por rozamiento interno. Mezclas porosas o drenantes: su porcentaje de huecos es mayor del 20%, tienen de este modo una gran permeabilidad, permiten evacuar el agua de lluvia rpidamente al utilizarlas como capa de rodadura. Difieren de las mezclas cerradas en que su granulometra est formada por un bajo contenido de rido fino para alcanzar tanta porosidad y suelen utilizarse betunes modificados para proporcionar durabilidad. Tanto las mezclas abiertas como porosas tienen caractersticas y comportamiento muy diferentes a las cerradas y semicerradas, y en consecuencia necesitan otros mtodos de dosificacin y ensayos, por lo que su estudio no se incluye en este trabajo. mayor


2.2. PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEO DE MEZCLAS

El diseo de una mezcla asfltica consiste, de un modo muy general, en seleccionar el tipo y la granulometra de los ridos a utilizar, ms el tipo y el contenido de ligante, de manera tal que se cumplan los requerimientos especficos del proyecto para obtener las propiedades pretendidas en una mezcla. La seleccin apropiada de los componentes de la mezcla y sus proporciones requiere un conocimiento de las propiedades ms significativas y las caractersticas del comportamiento de las mezclas bituminosas, as como el efecto que puedan causarle sus componentes. Por tanto, se entiende por diseo al proceso de seleccin de los componentes que intervienen en una mezcla de tal modo de lograr un balance deseado en estas propiedades. Tambin debe considerarse que esta seleccin estar influenciada por la seccin estructural del firme, es decir que la funcin de la capa bituminosa puede variar, por lo que siempre deber tenerse en cuenta que el diseo de mezcla y el diseo estructural estn relacionados de modo interactivo. En la tabla 2.1 Monismith, Finn y Vallerga [42] han resumido una lista de las propiedades de la mezcla que deben considerarse en el diseo, con los factores que pueden influir en ellas y que se describen a continuacin.

10


PROPIEDAD RIGIDEZ

DEFINICIN

VARIABLES QUE PUEDEN INFLUIR

Relacin entre tensin y Granulometra del rido deformacin a una temperatura y Rigidez del betn tiempo de carga dados Grado de compactacin Sensibilidad al agua Contenido del betn

ESTABILIDAD

Resistencia a la deformacin Textura superficial del rido permanente (generalmente a altas Granulometra del rido temperaturas y largos perodos de aplicacin de carga) Rigidez del betn Contenido de betn Grado de compactacin Sensibilidad al agua

DURABILIDAD

Resistencia a los efectos climticos Contenido de betn (aire y agua) y a la accin abrasiva Naturaleza del betn del trfico Granulometra del rido Grado de compactacin Sensibilidad al agua

RESISTENCIA A LA Habilidad de la mezcla a flexionar Granulometra del rido FATIGA repetidamente sin romperse Contenido de betn Grado de compactacin Rigidez del betn Sensibilidad al agua RESISTENCIA A LA Resistencia de la mezcla a la Granulometra del rido FISURACION fisuracin por tensiones de traccin Tipo de rido Contenido de betn Grado de compactacin Rigidez del betn Sensibilidad al agua RESISTENCIA AL Capacidad de la mezcla para DESLIZAMIENTO proveer un adecuado coeficiente de friccin entre el neumtico y el pavimento bajo condiciones hmedas PERMEABILIDAD Textura y resistencia pulimento del rido Granulometra del rido Contenido de betn

al

Capacidad del aire, agua o vapor de Granulometra del rido agua para moverse dentro y a travs Contenido de betn de la mezcla Grado de compactacin

Tabla 2.1: Propiedades de la mezcla bituminosa

11


2.2.1. Estabilidad:

La estabilidad es la capacidad para resistir las tensiones que provocarn las cargas del trfico sin deformarse. Si un pavimento es estable, quiere decir que es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, si es inestable desarrolla ahuellamientos (roderas), ondulaciones y otros defectos que indican cambios en la mezcla. La resistencia a la deformacin es una propiedad compleja y depende principalmente de la friccin y la cohesin interna de la mezcla. La friccin interna entre partculas de rido se relaciona con caractersticas del rido tales como forma y textura superficial. La cohesin es el resultado de la capacidad aglomerante del betn. Esta combinacin de friccin y cohesin interna evita quejas partculas de rido se desplacen unas respecto a otras debido a las fuerzas ejercidas por el trfico. En consecuencia, cuanto ms angular sea la forma de las partculas y ms spera su textura superficial, ms alta ser la estabilidad de la mezcla. En cuanto a la cohesin, sta aumenta con aumentos de la viscosidad del betn o descenso de la temperatura del pavimento. Con respecto al contenido de betn de la mezcla, existe un nivel hasta el cual la cohesin aumenta y luego la pelcula de betn es demasiado gruesa y provoca prdidas de friccin entre partculas. Las cargas que pasarn sobre el firme, cuando la mezcla no sea suficientemente estable, le causarn deformaciones plsticas notables, que sern incrementadas cuando disminuya la velocidad de aplicacin de aquellas y aumente la temperatura, debido a su comportamiento viscoelastoplstico. Por lo general se producen roderas o deformaciones plsticas longitudinales y resaltos transversales en zonas donde los esfuerzos tangenciales son muy fuertes. Los requisitos de estabilidad slo pueden establecerse despus de un anlisis completo del trfico y de las condiciones climatolgicas a que estar sometida la mezcla, debido a que las especificaciones de estabilidad deben ser lo suficientemente altas para soportar adecuadamente el trfico esperado a la temperatura de servicio. El Instituto del Asfalto de USA plantea las siguientes causas y efectos relacionados con la baja estabilidad [3] en la tabla 2.2:

12


ESTABILIDAD BAJA Causa Exceso de betn en la mezcla Efecto Ondulaciones, ahuellamientos y exudacin

Exceso de arena de tamao medio en la Baja resistencia, arrollamientos y dificultad para la compactacin mezcla rido redondeado con pocas o ninguna cara Ahuellamiento de fractura Tabla 2.2: Causas y efectos relacionados con la baja estabilidad segn Asphalt Institute

2.2.2. Durabilidad:

Es la habilidad del pavimento para resistir deterioros diversos tales como baches, fisuras, peladuras, etc., provocados por la accin del trfico u otras agresiones externas, como la radiacin solar, la oxidacin del ligante producida por el aire y el agua, el efecto de la helada, la utilizacin de sales fundentes, el derrame de aceites y combustibles, etc. El envejecimiento de las mezclas bituminosas se manifiesta por microfisuras, prdidas de mortero, desenvuelta del rido grueso, etc. Es considerado un fenmeno muy complejo, por un lado debido a la variedad de causas que lo provocan y por otro a la dificultad para definir los procesos de tipo fsico-qumico que se producen. Algunos de estos procesos son irreversibles, otros pueden detenerse o minimizarse mediante el empleo de rejuvenecedores que actan sobre el ligante de la mezcla devolvindole sus caractersticas reolgicas iniciales.

Tambin se puede mejorar la durabilidad de una mezcla utilizando la mayor cantidad de betn posible, usando una granulometra densa de rido resistente a la separacin (buena adhesividad rido-ligante) y compactando la mezcla para obtener la mxima impermeabilidad. Al aumentar el espesor de la pelcula de betn se consigue que no envejezca tan rpido, y al disminuir el porcentaje de vacos interconectados disminuye la penetracin del aire y del agua. La granulometra densa tambin aumenta la impermeabilidad de la mezcla y la buena adhesividad rido-ligante permite soportar la accin de las cargas y del agua, que tienden a separar la pelcula de betn de las

13


partculas de rido. Segn el Instituto del Asfalto, algunos motivos de poca durabilidad se pueden resumir como la tabla 2.3:POCA DURABILIDAD Causas Bajo contenido de betn Efectos Endurecimiento rpido del betn desintegracin por prdida del rido y

Alto contenido de vacos debido al diseo o a Endurecimiento temprano del betn seguido la falta de compactacin por agrietamiento o desintegracin ridos susceptibles al agua (hidrfilos) Desprendimiento de la pelcula de betn, dejando un pavimento desgastado o desintegrado

Tabla 2.3: Causas y efectos referidos a poca durabilidad

La opcin de impermeabilizar una mezcla mediante la mayor cantidad de betn posible se opone a la bsqueda de estabilidad, pues un exceso de ligante puede representar una amenaza de ondulaciones y roderas. Monismith, Finn y Vallerga esquematizan el balance entre estabilidad y durabilidad para la seleccin del contenido ptimo de ligante, segn se puede observar en la figura 2.1 [42].

;H ;

Maximum S t a b i l i t y

Mnimum allowable S t a b i l i t y for given traffic loading

LOW

Optimum Asphait Conter r for Highest Sutility

1

1

]

1 j j Optimum Asphalt Contant l i 1 for Highest Durability i I _without Instability

LOW

ASPHALT C O N T E N T . Percent

HIGH

Figura 2.1: Relacin estabilidad-durabilidad de una mezcla bituminosa ilustrando el criterio de seleccin del contenido de ligante

14


2.2.3. Impermeabilidad:

Es la resistencia al paso del aire y agua hacia su interior. Esta propiedad se relaciona con el contenido de huecos de la mezcla compactada, aunque el grado de impermeabilidad est determinado por el tamao de los huecos y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento. De todos modos siempre se acepta que una mezcla tenga un cierto grado de permeabilidad, que est dentro de lmites especificados. Nuevamente el Asphalt Institute presenta la tabla 2.4 de causas y efectos:MEZCLA DEMASIADO PERMEABLE Causa Bajo contenido de betn Efectos Las pelculas delgadas de betn causarn un envejecimiento temprano y una desintegracin de la mezcla El agua y el aire pueden entrar fcilmente en el firme, causando oxidacin y desintegracin de la mezcla El contenido de vacos es alto, y as permite el paso del agua

Alto contenido de vacos

Compactacin inadecuada

Tabla 2.4: Causas y efectos relacionados con la permeabilidad

2.2.4. Trabajabilidad:

Es la facilidad con que una mezcla puede ser extendida y compactada, que puede conseguirse modificando el tipo de rido y su granulometra. La tendencia a segregarse de una mezcla gruesa puede atenuarse mediante el aadido de un rido fino (arena de tamao mediano, rido liso y redondeado) o mayor contenido de betn, cuidando que tambin se verifiquen los criterios de contenido de huecos y estabilidad. El exceso de relleno mineral puede afectar la trabajabilidad de la mezcla, al darle demasiada viscosidad, complicando su compactacin. Por otro lado, una mezcla muy trabajable puede resultar demasiado inestable para ser colocada y compactada correctamente.

15


En menor medida tambin puede afectar el betn, puesto que una temperatura demasiado baja en la mezcla afectar la viscosidad del betn y volver a la mezcla poco trabajable. Tambin el tipo y porcentaje de betn tambin pueden influir en esta propiedad. Segn el Asphalt Institute, tabla 2.5, la mala trabajabilidad puede deberse a:MALA TRABAJABIDAD Causa Tamao mximo de partcula grande Exceso de rido grueso Temperatura muy baja de mezcla Exceso de arena de tamao medio Bajo contenido de relleno mineral Alto contenido de relleno mineral Efectos Dificultad para colocar Dificultad para compactar Dificultad para compactar, rido sin recubrir, mezcla poco durable Mezcla que se desplaza, muy blanda Mezcla blanda, muy permeable Mezcla muy viscosa, difcil de manejar, poco durable

Tabla 2.5: Causas y efectos relacionados con las mala trabajabilidad

2.2.5. Flexibilidad: Es la capacidad de un pavimento para acomodarse a movimientos de la estructura, debido a asentamientos de la explanada por ejemplo, sin romperse. Comnmente, una mezcla de granulometra abierta con alto contenido de ligante es ms flexible que una mezcla densa con bajo contenido de ligante, probablemente se deber equilibrar este requisito con el de estabilidad.

2.2.6. Resistencia a la fatiga:

Es la resistencia a la flexin bajo las cargas repetidas del trfico-, manifestada por una prdida de rigidez y posteriormente por una fisuracin generalizada conocida como piel de cocodrilo. Este deterioro se debe al comportamiento fundamentalmente elstico de las mezclas cuando las cargas pasan a velocidades elevadas y a bajas temperaturas. Estas cargas - normalmente muy inferiores a la de rotura - producen un agotamiento progresivo por fatiga del material.

16


Entre los factores que pueden influir en la resistencia a la fatiga de la mezcla est la porosidad, cuando el porcentaje de huecos de una mezcla aumenta, ya sea por diseo o por falta de compactacin, la resistencia a la fatiga del pavimento disminuye. Tambin bajar esta resistencia si el betn ha envejecido considerablemente. Una capa de gran espesor sobre una explanada resistente ser ms resistente que una capa delgada sobre una explanada mala. Se pueden apreciar algunos motivos de poca resistencia a la fatiga en la tabla 2.6, que ilustra el Asphalt Institute:MALA RESISTENCIA A LA FATIGA Causas Bajo contenido de betn Alto contenido de vacos Falta de compactacin Espesor insuficiente de capas Efectos Agrietamiento por fatiga Envejecimiento temprano del betn, seguido por agrietamiento por fatiga Envejecimiento temprano del betn, seguido por agrietamiento por fatiga Flexin excesiva seguida por agrietamiento por fatiga

Tabla 2.6: Causas y efectos relacionados con la poca resistencia a la fatiga

2.2.7. Resistencia a! deslizamiento

Es la capacidad de una superficie para atenuar el deslizamiento de las ruedas de los vehculos, especialmente cuando esa superficie est mojada. El neumtico debe mantenerse en contacto con el pavimento en lugar de rodar sobre la pelcula de agua, fenmeno conocido como hidroplaneo.

Es evidente que una superficie spera y rugosa tendr mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa, y para obtener estas caractersticas hay que evaluar la textura del rido y su resistencia al pulimento as como de la granulometra de la mezcla.

Tambin es importante considerar que una mezcla con exceso de betn o una mezcla inestable, puede deformarse demasiado y provocar exudacin ocasionando problemas de deslizamiento.

17


La tabla 2.7 propuesta por el Asphalt Institute permite ver algunos casos de poca resistencia al deslizamiento. POCA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO Causas Exceso de betn rido mal graduado o con mala textura rido pulido en la mezcla Efectos Exudacin, poca resistencia al deslizamiento Pavimento liso, posiblidad de hidroplaneo Poca resistencia al deslizamiento

Tabla 2.7: Causas y efectos relacionados con la poca resistencia al deslizamiento

18


2.3. ENSAYOS SOBRE MEZCLAS

La eleccin de los ensayos adecuados para evaluar las propiedades de una mezcla bituminosa no resulta una tarea sencilla. Al respecto, Kennedy, White y Epps [29] han resumido un ensayo "ideal" como aquel que rena las siguientes caractersticas: capaz de evaluar tantas propiedades de la mezcla como sea posible que la geometra del ensayo, condiciones de carga y preparacin de la probeta representen las condiciones reales de obra simple y fcil de ejecutar, con resultados reproducibles y de fcil interpretacin aplicable al diseo de la mezcla y al control de su construccin capaz de establecer lmites de aceptacin y rechazo capaz de ofrecer criterios basados en una correlacin con la ejecucin en obra

La realidad es que no existe un slo ensayo con estas cualidades y, por lo tanto, el ingeniero debe seleccionar una serie de ensayos para definir adecuadamente las propiedades de las mezclas asflticas. Dentro de los ensayos utilizados, muchos son empricos y se aceptan a travs de comparaciones entre los resultados con ellos obtenidos y la experiencia de obra. Presentan el inconveniente que el modo de solicitacin es muy diferente del existente en el firme y no permiten determinar una caracterstica intrnseca del material. Estos ensayos empricos pueden proveer importante informacin siempre y cuando se respeten los lmites y criterios utilizados al interpretar los resultados, es decir, es muy importante tener en cuenta en la aplicacin de estos ensayos su campo de validez. Slo pueden aplicarse a la caracterizacin de mezclas cuando experimentalmente se haya comprobado una buena correlacin entre los resultados obtenidos en laboratorio y su comportamiento real en el firme. Tambin existen los ensayos de simulacin, que intentan reproducir en laboratorio las solicitaciones que producen el fallo en el firme, del modo ms aproximado posible. Algunas veces estos ensayos presentan los perjuicios de los efectos de escala, que invalidan la extrapolacin de sus resultados en el momento de la aplicacin.

19


El tercer grupo de ensayos desarrollados lo constituyen los ensayos de determinacin, que intentan caracterizar mejor a las mezclas y obtener sus propiedades bsicas midiendo parmetros que definen su comportamiento bajo carga (mdulos) y sus leyes de rotura. Mediante el empleo de modelos tericos, basados en estos parmetros, es posible estimar el nmero de aplicaciones que podr soportar la mezcla antes que se produzca su fallo por fatiga o por excesiva deformacin plstica. Es importante reconocer que estos ensayos de determinacin resultan ms complejos y sofisticados que los descritos anteriormente, por lo que no suelen utilizarse en un proceso de dosificacin de mezclas, pero permiten aproximarse un poco ms al comportamiento real de la mezcla en el firme. Sin embargo, no invalidan el empleo de los otros tipos de ensayos, por el contrario, han sido tiles para confirmar la validez y los lmites de su aplicacin. En todos los ensayos es fundamental que las condiciones de los mismos estn referidas al rango de temperaturas y solicitaciones que experimentar la mezcla en el pavimento durante su vida de servicio.

2.4. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LAS DEFORMACIONES PLSTICAS

Estos ensayos son los comnmente utilizados para la dosificacin de mezclas bituminosas, pues la resistencia a las deformaciones plsticas suele ser la propiedad que ms preocupa, y es por ello que se ha avanzado notablemente en esta campo. La estabilidad se suele evaluar mediante ensayos de base fundamentalmente emprica. Los ensayos ms conocidos y utilizados son el ensayo Marshall, el HubbardField, el Hveem, el Duriez, etc. En todos los ensayos las probetas de mez,cla bituminosa se llevan hasta rotura mediante una solicitacin tpica de cada ensayo, y la carga de rotura es lo que se denomina estabilidad de esa mezcla. Tambin se utilizan ensayos de simulacin, como el de la mquina de pista, o el de mquina giratoria, que slo evala la deformacin de la mezcla bajo determinadas

20


condiciones de carga y temperatura. Y por ltimo se describe un ensayo de determinacin, el triaxial dinmico.

2.4.1. Ensayo Hubbard-Feld

Fue uno de los primeros ensayos desarrollados en los Estados Unidos para estudiar el efecto de las cargas transmitidas a travs de las llantas de los vehculos utilizados a principios de siglo. Se recomienda para el estudio de morteros aunque tambin existe un ensayo modificado aplicable a mezclas gruesas. Este ensayo consiste en fabricar probetas cilindricas de tamao normalizado, 25,4 mrn de altura y 50,8 mm de dimetro, compactadas estticamente en una prensa. Las mezclas ensayadas con este molde no deben superar un tamao mximo de partcula de 16 mm. Molde y probeta se colocan encima de un anillo de menor dimetro y se aplica la carga en la cara superior de la probeta a una velocidad de 1 mm/s. Se registra el esfuerzo mximo durante la extrusin de la probeta y este valor es el que se toma para definir la estabilidad Hubbard-Field. La normativa norteamericana especifica que la estabilidad debe superar las 2000 libras (890 kg) - a partir de este valor la experiencia demuestra que no aparecen deformaciones permanentes apreciables para el trfico pesado - mientras que limita el porcentaje de huecos en un mximo del 5% y un mnimo del 2%. Este ensayo se realiza a 609C en los Estados Unidos, pero en Francia, el ensayo segn el L.C.P.C. se realiza a una temperatura de 189C y la velocidad de deformacin de 1,56 mm/s. Las probetas se ensayan en seco y despus de inmersin en agua a 18-C durante 7 das. En general se da la relacin de resistencia antes y despus de la inmersin. Tambin se determina la densidad de las probetas y el porcentaje de huecos. En la figura 2.2 se puede apreciar la probeta colocada sobre el anillo de extrusin de menor dimetro y preparada para ser ensayada mediante una carga aplicada por el pistn. A la izquierda se observa un esquema de la variacin de carga medida en el ensayo.

21


s^^Figura 2.2: Ensayo Hubbard-Field 2.4.2. Ensayo Marshall

El concepto del Mtodo de diseo de mezclas de pavimentacin fue desarrollado por Bruce Marshall en el Departamento de Carreteras del Estado de Mississippi, Estados Unidos. En su forma actual, este ensayo surgi de una investigacin iniciada por el Cuerpo de Ingenieros del Ejrcito de los Estados Unidos en 1943 en bsqueda de un mtodo de diseo y control de pistas de aeropuertos durante la Segunda Guerra Mundial. Varios mtodos para el control y el diseo de mezclas fueron comparados y evaluados para desarrollar un mtodo simple. El Cuerpo de Ingenieros decidi adoptar el Mtodo Marshall debido en parte a que utilizaba un equipo de fcil manejo, porttil y que poda usarse rpidamente en obra. Otro motivo era que el mtodo meda propiedades asflticas similares a las que meda el equipo Hubbard-Field.

22


Se realizaron muchos tramos de prueba usando trfico simulado para determinar el comportamiento de las mezclas variando su composicin y para establecer la energa de compactacin necesaria al fabricar las probetas con densidad similar a la obtenida en obra. El propsito del Mtodo de dosificacin Marshall es determinar el contenido ptimo de betn para una combinacin especfica de ridos, y se basa en un ensayo mecnico que consiste en romper probetas cilindricas de 101,6 mm de dimetro por 63,5 mm de altura, compactadas mediante un martillo de peso y altura de cada normalizados, y precalentadas a 60s C, mediante la aplicacin de una carga vertical a travs de una mordaza perimetral y a una velocidad de deformacin constante de 50,8 mm/min. El mtodo establece densidades y contenidos ptimos de vaco que deben ser cumplidos durante la construccin del pavimento. Es importante reconocer que este ensayo es uno de los ms conocidos y utilizados, tanto para la dosificacin de mezclas bituminosas como para su control en planta, mediante la verificacin de los parmetros de diseo tomando una muestra de la planta. En Espaa este ensayo se emplea en la formulacin de mezclas densas, semidensas y gruesas. No se aplica en mezclas abiertas pues resulta insensible para detectar el efecto que el ligante tiene sobre el comportamiento de la mezcla, no es adecuado para la caracterizacin de mezclas de elevado ngulo de rozamiento interno y mstico poco consistente. El estudio de las deformaciones plsticas suele completarse en Espaa con el ensayo de mquina de pista y mquina giratoria, que presentan mayor sensibilidad y pueden considerar el efecto de la postcompacacin producida por el trfico, fenmeno que puede afectar a la estabilidad al aumentar el porcentaje de huecos rellenos por el ligante. En la figura 2.3 se observa un simple esquema de la probeta rodeada por las mordazas a travs de las cuales se aplica la carga hasta la rotura.

23


SE U.

PHOBETA

Figura 2.3: Ensayo Marshall

2.4.3. Ensayo Hveem

Los conceptos del mtodo de dosificacin Hveem fueron desarrollados por Francis Hveem, Ingeniero de Materiales del Departamento de Carreteras de California, Estados Unidos, en 1940. Abarca la determinacin de un contenido aproximado de betn por medio del ensayo Equivalente Centrfugo de Kerosene, luego un ensayo de estabilidad Hveem de probetas y uno de expansin sobre probetas expuestas al agua para determinar el efecto del agua al cambio de volumen y a la permeabilidad de la probeta. Hveem desarroll el estabmetro, un triaxial especial que utiliza probetas de 101,6 mm de dimetro y 63,5 mm de altura, preparadas con ayuda de un compactador especial, el "kneading compactor" o compactador por amasado. Figura 2.4. Las probetas se mantienen a 609C antes del ensayo, se aplica una carga vertical de 2.280 kg, luego se reduce hasta 456 kg y se mide el nmero de vueltas de la bomba manual para alcanzar una presin lateral de 7 kg/cm2, determinando la estabilidad Hveem segn la ecuacin que relaciona estos parmetros. Ecuacin 2.1 [60].

24


S=

22,2 [Ph.D l(Pv -?)]+ 0,222

(2.1)

Donde: S: estabilidad Hveem (%) Pv: presin vertical (kg/cm2) Ph: presin horizontal (kg/cm2) D: nmero de vueltas de la bomba manual El valor resultante se basa en la idea de que una mezcla bituminosa tiene propiedades que oscilan entre un lquido y un slido rgido. El valor de estabilidad se obtiene de una escala arbitraria que va de O a 100, correspondiendo el O a un lquido que no presenta resistencia interna a cargas lentamente aplicadas, el 100 a un slido hipottico que transmite bajo cierta carga vertical una presin lateral que no puede registrarse. En las mezclas bituminosas los valores de la estabilidad Hveem estn comprendidos entre 20

y 40 [3; 60].El ensayo en el estabilmetro no se contina hasta la rotura y la misma probeta se usa para determinar la cohesin en el "cohesimetro", otro aparato desarrollado por Hveem mediante un ensayo que aplica traccin directa por flexin a 60Q C.

MANMETRO

Membrana de caucho

WM'-.M Bomba;

Figura 2.4: Ensayo Hveem

25


El procedimiento de diseo basado en este ensayo contina siendo el principal mtodo usado en California. Sin embargo tiene el inconveniente de la gran complejidad y necesita un compactador pesado y costoso. Por otro lado, el estabilmetro se basa en principios menos empricos que el ensayo Marshall y se aplica tanto en mezclas bituminosas como en suelos.

2.4.4. Ensayos de indentacin

El ms representativo dentro de este grupo es el penetrmetro de cono y se aplica a la dosificacin de morteros bituminosos. La estabilidad de una mezcla se determina midiendo la huella dejada por un cono en la superficie de la muestra luego de aplicar una carga durante tres minutos y a una temperatura de 189C y se calcula segn la ecuacin 2.2: (2.2)

Donde: S: estabilidad P: carga aplicada e: penetracin en cm

2.4.5. Ensayo de mquina de pista

Los resultados obtenidos en laboratorio mediante el empleo de la mquina de pista han correlacionado muy bien con el comportamiento de mezclas densas y semidensas en el firme, y es por ello que utiliza cuando se pretende proyectar una mezcla resistente a las deformaciones plsticas. En Espaa este ensayo se realiza con una rueda de 200 mm de dimetro y 50 mm de ancho, cargada, transmitiendo una presin de 9 kg/cm2, que rueda sobre una placa de mezcla y se desplaza con un movimiento alternativo. La temperatura es de 60Q C y el valor que se registra es la profundidad de la rodera con el paso del tiempo o la

26


velocidad de deformacin al final del ensayo. El tiempo de ensayo suele ser de 120 minutos en Espaa. Figuras 2.5 y 2.6.

MAQUINA DE ENSAYO

-1

''

00

0.70O _ \

vxx - ^NXH^

\ ^

^.10a a

s=\.

^K xKH X ^ ^ -i. |V xX s \\i\ IX. ' X s XX \ \ s 50 fX iv V \! '

xlX \s

x \K 10 7,5-12,5 2-3,54-6 4-8 4-9 3-5 3-8 3-9

>ll

Tabla 3.5: Criterios de dosificacin de mezclas bituminosas en caliente empleando el aparato Marshall (NLT-159/86)

CATEGORA DE TRAFICO PESADO TOYT1 T2 T3 T4

ZONA TRMICA ESTIVAL CALIDA MEDIA TEMPLADA 20 15 15 20 20 20

Tabla 3.6: Mxima velocidad de deformacin (nm/min) en el intervalo de 105 a 120 minutos (NLT-173/84)

La norma europea establece varias categoras de calidad para los dos tipos de mezclas bituminosas en caliente que considera (asphalt concrete normal - ACN y asphalt concrete macadam - ACM). Dentro de estos tipos de mezclas estaran incluidas las mezclas tipo denso, semidenso, grueso y abiertas de la normativa espaola. De acuerdo con cada una de las categoras de calidad se indican unos requisitos para las siguientes caractersticas de las mezclas:

65

La calidad en la construccin de las mezclas bituminosas

Generales: huecos en mezcla sensibilidad a la accin del agua

Empricos: estabilidad Marshall huecos rellenos de betn huecos en ridos huecos para 10 giros del compactador giratorio huella o velocidad de deformacin en mquina de pista

Fundamentales: mdulo de rigidez huella o velocidad de deformacin en mquina de pista resistencia a fatiga

El objetivo del Comit Tcnico del CEN al desarrollar esta norma ha sido especificar propiedades fundamentales de las mezclas bituminosas. Sin embargo, puesto que las especificaciones para mezclas se han basado tradicionalmente en mtodos empricos combinados con especificaciones de los materiales componentes, se ha incluido esta alternativa. Los usuarios de la norma que tengan suficiente experiencia con los requisitos fundamentales podrn aplicar las especificaciones correspondientes. Los dems podrn continuar empleado las especificaciones empricas y a la vez ir ganando experiencia con el enfoque fundamental mediante el desarrollo de otros ensayos adicionales.

Requisitos Generales: El contenido de huecos mnimo y mximo de la mezcla se indica en las tablas 3.7 y 3.8. La diferencia entre ambos valores debe ser al menos del 2% cuando la probeta se ha compactado por impacto o vibracin y como mnimo del 5% cuando se ha utilizado el compactador giratorio.

66


CATEGORIAA B C D E F G H Z

CONTENIDO DE HUECOS2 3 4 5 6 7 8 9

sin requisito

Tabla 3.7: Contenido mnimo de huecos (prEN 12697-8)

CATEGORAA B C D E F G H I J K Z

CONTENIDO DE HUECOS3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

sin requisito

Tabla 3.8: Contenido mximo de huecos (prEN 12697-8)

La sensibilidad a la accin del agua se evala mediante el cociente entre las resistencias a traccin indirecta de probetas que han sido acondicionadas en agua y probetas no acondicionadas (ITSR), exigindose los valores mnimos, expresados en porcentaje, que se pueden observar en la tabla 3.9. El Comit Tcnico 227 del GEN ha nomalizado la determinacin de la resistencia a traccin indirecta y la evaluacin de la sensibilidad al agua segn los borradores N9 1.22 y 1.9a respectivamente [2].

67


CATEGORIAA B C D E F G Z

ITSR MNIMO(%) 80 70 60 50 40 30 20

sin requisito

Tabla 3.9: Cociente de resistencia a traccin indirecta (prEN 12697-12)

Requisitos empricos: En la comprobacin de los requisitos empricos, se deben verificar mediante el ensayo Marshall los valores mnimos y mximos de estabilidad, de deformacin y el cociente mnimo entre ambos parmetros, tal como se puede apreciar en las tablas 3.10, 3.11,3.12 y 3.13.

CATEGORAA B C D E F Z

P min kN12,5 10 7,5 5 7,5 2,5

sin requisito

Tabla 3.10: Estabilidad Marshall mnima (prEN 12697-37)

CATEGORIAA B C D Z

P max kN15 12,5 10 7,5

sin requisito

Tabla 3.11: Estabilidad Marshall mxima (prEN 12697-37)

68


CATEGORIA A B Z

F mm2-4 3-5 sin requisito

Tabla 3.12: Deformacin Marshall (prEN 12697-37)

CATEGORAA B C D E F Z

Q min kN/mm 3,5 3 2,5 2 1,5 1 sin requisito

Tabla 3.13: Cociente Marshall mnimo (prEN 12697-37)

El porcentaje mximo de huecos rellenos con betn de la mezcla diseada debe cumplir con alguna de las categoras especificadas en la tabla 3.14.

CATEGORAA B C D E F G H I J K L M Z

Max. H.R.B. (%) 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77 80 83 86 sin requisito

Tabla 3.14: Contenido de huecos rellenos con betn mximo (prEN 12697-8)

El contenido mnimo de huecos en ridos debe verificar los valores establecidos en la tabla 3.15.

69


El contenido mnimo de huecos en ridos debe verificar los valores establecidos en la tabla 3.15.CATEGORAA B C D E Z

Min. huecos en ridos8 10 12 14 16

sin requisito

Tabla 3.15: Contenido mnimo de huecos en ridos (prEN 12697-8)

Si se utiliza el compactador giratorio, la norma especifica un contenido mnimo de huecos luego de 10 vueltas, segn la tabla 3.16.CATEGORAA B Z

Min. huecos a 10 vueltas 119sin requisito

Tabla 3.16: Contenido mnimo de huecos a las 10 vueltas del compactador giratorio (prEN

12697-8) Con respecto a la resistencia a la deformacin permanente, sta puede determinarse mediante el ensayo de la mquina de pista. Se han definido dos dispositivo posibles, diferenciados segn los trminos "grande" y "pequeo". El primero es ms frecuentemente empleado para medir la profundidad de la rodera en forma proporcional, a una temperatura de 50 o 609C y a un nmero de ciclos de 10.000 o 30.000. El segundo se utiliza ms para medir la velocidad de deformacin, a una temperatura que puede variar entre 45 y 60BC. Tabla 3.17.

Dispositivo de ensayoA B7,5

CATEGORIAC D

Z

grande Prof, rodera max. proporcional, {%) pequeo Velocidad de deformacin max, (mm/h) Prof, rodera max. (mm)

5

10

15

sin requisito sin requisito sin requisito

5

7,5

10

15

4

4

7

7

Tabla 3.17: Resistencia a la deformacin permanente (prEN 12697-22)

70


Requisitos fundamentales: En la verificacin de los requisitos fundamentales se ha determinado un valor mnimo de mdulo de rigidez obtenido mediante ensayos de flexotraccin para probetas prismticas o trapezoidales, o mediante el ensayo de mdulo resiliente en probetas cilindricas. Las condiciones normales de ensayo son una temperatura de 10 o 15gC y una frecuencia de 10 Hz o a un tiempo de aplicacin de carga de 0,02 segundos. Tabla 3.18.

CATEGORAA B C D E F G H I J K L Z

S min. (MPa) 21.000 17.000 14.000 11.000 9.000 7.000 5.500 4.500 3.600 2.800 2.200 1.800 sin requisito

Tabla 3.18: Valores de mdulo de rigidez mnimo (prEN 12697-26)

Con respecto a la evaluacin de la resistencia a la deformacin permanente, la norma fijar un requisito de mxima velocidad de deformacin segn el ensayo de compresin cclica triaxial (prEN 12697-25 parte a), compresin uniaxial (prEN 12697-25 parte b) o mquina de pista (prEN 12697-22). Para las dos primeras posibilidades, estn previstas siete categoras, cuyos valores an no se han determinado, y para la tercera se reiteran los requisitos establecidos como empricos en la tabla 3.17. Para analizar la resistencia a la fatiga, se han clasificado las mximas deformaciones para el milln de ciclos, ensayando la probeta a una temperatura de 8 o 109C y a una frecuencia de 25 Hz. Las categoras se pueden apreciar en la tabla 3.19.

71


CATEGORAA B C D E F G H I J K L M Z

z max (def.xIO 6 )310 260 220 190 160 160 135 115 100 85 70 60 50

sin requisito

Tabla 3.19: Valores mximos de deformacin por fatiga (prEN 12679-24)

Todos los requisitos mencionados en las tablas se expresan en forma de categoras y la ltima dice "sin requisito". La categora apropiada puede ser seleccionada o pueden seguirse las recomendaciones proporcionadas en un Anexo Nacional. La categora "sin requisito" se aplica cuando una propiedad no es relevante para identificar a la mezcla o cuando es cubierta por otro requisito. El Anexo Nacional a una norma europea es una parte informativa de la norma elaborada por un instituto nacional de normalizacin y puede contener recomendaciones para: el uso de requisitos empricos o fundamentales la seleccin de las propiedades de los materiales la seleccin de las categoras a partir de la lista de requisitos de la mezcla, teniendo en cuenta las condiciones de trfico, climticas, la capa de construccin donde se emplear la mezcla y consideraciones econmicas. Si se comparan los requisitos de las dos normas descritas, se observa que los valores de estabilidad y deformacin Marshall, y los de huecos en mezcla y en rido fijados por la normativa espaola se encuentran dentro de los rangos establecidos por la normativa europea para requisitos generales y empricos. Tabla 3.20. Con respecto a la velocidad de deformacin, las caractersticas del ensayo normalizado en Espaa se asemejan a las del dispositivo pequeo de la normativa europea, aunque slo en las dimensiones y no en cuanto a la presin de inflado del neumtico y a la frecuencia de aplicacin de carga.

72


La normativa europea plantea tambin un cociente mnimo entre estabilidad y deformacin Marshall, un mximo contenido de huecos rellenos con betn y un contenido de huecos cuando la probeta se elabora con compactador giratorio. Adems es importante destacar la propuesta de los requisitos fundamentales de la normativa europea, que reemplazarn gradualmente a los empricos, para conseguir evaluar a la mezcla segn su comportamiento mediante la determinacin del mdulo de rigidez de la mezcla y de su ley de fatiga.

NORMATIVA estabilidad (KN) deformacin (mm) Q est/def. (KN/mm) huecos en rod.. mezcla int. (%), capa base huecos en -8 rido, -12 mezcla -20 -25 veloc.max.

ESPAOLA T3yT4 TO.T1 yT2 7,5-12,5 > 102-3 ,5 . 4-6 4-8 4-9 >16

EUROPEAMIN MAX

2-3,53-5 3-8 3-9 >16

de 1de > 2 a > 9

de>15 a>7,5

de 14 > 13

> 15>14

d e > 8 a > 16

> 13T2 15 20 20 T3 20 20

TOyT1clida media tempi.15 15 20.

T4 20-

disp. grandepeq. (mm/h)

*

pista (nm/min)

~

de 20-

de < 50 a < 86-

de > 1 1 a > 9 de > 21. 000 a > 1.800

-

-

-

de < 310 a < 50. 106

*: Las condiciones del ensayo son diferentes de la norma espaola Tabla 3.20: Valores de requisitos segn la normativa espaola y la normativa europea

73


3.4.1.2, Especificaciones sobre los materiales

Si la mezcla ha de tener una calidad, los componentes que se utilizan en su fabricacin han de ser tambin de calidad. Al igual que ocurre para la mezcla, se han definido diferentes categoras de calidad en consonancia con los de la mezcla y con las condiciones de trfico y climatolgicas en que va a estar sometida. Las especificaciones sobre los materiales a emplear en las mezclas, tanto en ridos, filires, ligantes, aditivos, etc., suelen ser prolijas y extensas, dada su repercusin en el comportamiento de la mezcla y la dificultad de comprobar y asegurar su buen comportamiento para cualquier composicin de la misma. Por ello, es necesario recurrir a una serie de requisitos que aseguren que con los materiales empleados se puede fabricar una buena mezcla y combinar estos de forma adecuada para optimizar alguna propiedad de la misma.

ridos: Las recomendaciones espaolas especifican para los ridos los requisitos recogidos en las tablas 3.21 y 3.22.

Textura forma

y

Proporcin mnima de Categora de partculas con caras trfico pesado fracturadas > 2 {% en masa) TOyT1 NLT-358/87 T2T3yT4

Mximo ndice de lajas NLT-354/74

Categora de trfico pesado TO.T1 yT2 T3yT4 Mezclas drenantes

Capa de base Capa de rodadura e intermedia 100 90 75 90 75 Valor mximo30 3525

Tabla 3.21: Requisitos para los ridos en mezclas bituminosas [43]

74


Calidad

Coeficiente de desgaste Los Angeles valor mximo (%) NLT-1 49/72 Coeficiente de pulido acelerado (rido grueso y capa de rodadura) NLT-1 74/72

Limpieza

0,50 0,45 0,40 Los lmites anteriores se rebajarn en 0,05 pero sin bajar de 0,40 Los ridos debern estar exentos de terrones de arcilla, materia vegetal, marga u otras materias extraas.

Mezclas drenantes Capa de rod. e interm. Capa de base Categora de trfico pesado TOyT1 T2 T3yT4 Mezclas drenantes

20 25 30 Valor mnimo

Su proporcin de impurezas deber ser inferior al 0,5%. NLT-1 72/86 Adhesividad Mezclas abiertas drenantes o rido grueso La proporcin del rido totalmente envuelto despus del ensayo de inmersin en agua > 95% NLT-1 66/86 rido fino El ndice de adhesividad > 4 NLT-355/74 La prdida de resistencia en el ensayo de inmersin-compresin < 25% Categora trfico pesado TOyT1 T2 T3yT4 Proporcin mxima 10 15 25

Otras mezclas

Proporcin mxima de arena natural en la mezcla {% en masa total de los ridos, incluido el polvo mineral)

Tabla 3.22: Requisitos para los ridos de las mezclas bituminosas [42]

La norma europea prEN 13043 [18] divide los requisitos para ridos en geomtricos, fsicos, de durabilidad y qumicos. Dentro de los requisitos geomtricos, se especifican categoras con lmites sobre el contenido de finos en ridos gruesos y arenas, ndice de lajas y porcentaje de partculas con caras fracturadas y redondeadas. Dentro de los requisitos fsicos hay lmites para el coeficiente de desgaste Los Angeles, el coeficiente de pulido y varios ensayos de resistencia a la abrasin. Dentro de los requisitos de durabilidad hay categoras para evaluar el efecto de los ciclos de congelamiento-deshielo y la accin de los sulfates.

75

La calidad en a construccin de las mezclas bituminosas

-

Dentro de los requisitos qumicos, se limita el contenido de contaminantes orgnicos.

En la tabla 3.23 se han comparado los requisitos de la normativa espaola y de la comunitaria para ridos. Como se puede apreciar, las categoras CEN de los cuatro primeros parmetros: ndice de lajas, coeficiente de fractura, coeficiente Los Angeles y resistencia al pulimento, incluyen a los rangos permitidos por la Orden Circular. Pero adems, la normativa europea ampla las exigencias en la calidad de los ridos mediante requisitos de resistencia a la accin del hielo y de los sulfates.

Propiedad evaluada Forma y textura

Caracterstica

ndice de lajas

Valores segn la Orden Circular 299/89 Espaa < 30 (TO, T1 y T2) < 35 (T3 y T4) < 25 (T5) >100(TOyT1) > 90 (T2) > 75 (T3 y T4)

Categora segn normativa CEN 50CD >44CE IO ^ 0

coCO

c

a. w aio

Mtodo de

o

ensayo

CD CM OJ

o ^~CD O

OJ

CD o o co CD OJ CM

O5 O5 o LO LO LO CM O CM

CM

r-

2 LU LU LU

LU

z.LU

LU

2 2 2 2 i CM2 LU 2 LU LLI LU LU LU LU O

Si 3 < l2 CM' - O C

Ver clusula ecciona esta^ m A CO 0} COCD ~Q.3.

Al O CD CD LO CO V co

*~. Q * O

CD CO l*~ "O C

'i o

CM

1D. C/5 U I

2^ LU LU

Z CD 3 LU C 05

co cu

LU

co

CN

Tl

m

F FX

..

'c"^

o oOI

5? S5 O o

OOt

E

.,

coJO J3

6 ^n

j/jO CO n E OICU T3

o lCD "0

01

OO 01-

OOI

OI

O O O

ca

| Penetracin a 25fiC I Punto de reblandecimiento Resistencia al envejecimiento, a 16 (a) I .- Cambio de masa, max., I .- Penetracin s/residuo pe. fina, m Punto de reblandecimiento desp envejecimiento 1 Punto de inflamacin, mn. 1 Solubilidad, mn.

1 Viscosidad dinmica a 609C, mn. I Viscosidad cinemtica a 1359C, mn

f-

Resist, al envejecimiento (d): se pu elegir una de las sig. alternativas: lt.Aumento del punto 1 reblandecimiento, max. 2.- Aum. del pto. de reblandecimie mx. y punto Fraass, max. (e) 3.Aumento del punto reblandecimiento, max., 0 ndice de penetracin (e) mn mx. 4.Aumento del punto reblandecimiento, mx.Jf)01

CD

co

c:

a

CD

-o

CD

CO CD

0 'p

I PROPIEDADES OBLIGATORIAS

\ Contenido de parafina, max. (c )

i lb. > Q. C

| PROPIEDADES OPTATIVAS

ca

X

a O o>CC Q 0 "mCD OC

*.

CL

co

CL Q_

-iu

0.

> CL co

iscosidad cinemti unto de inflamaci olubilidad, min. esistencia al envei Cambio de masa, Cociente de viscoDC

u

X TJ CO to 0 ~ 0)

eo ja XI ca

i

'.

80


En la tabla 3.28 se comparan ambas normativas.

Propiedad evaluada Envejecimiento

Consistencia

Valores segn la Orden Circular 299/89 Espaa Cambio de masa 0,5 para B 20/30 mximo 0,8 para B 40750 y B 60/70 1,0 para B 80/1 00 1,4 para B 150/200 1,5 para B 200/300 7 para B 20/30 Aumento de temperatura A y 8 para B 40/50 9 para B 60/70 B mximo 10 para B 80/1 00 11 para B 150/200 12 para B 200/300 0 para B 20/30 Punto de fragilidad Fraass -4 para B 40/50 mximo -8 para B 60/70 -10 para B 80/1 00 -1 5 para B 1 50/200 -20 para B 200/300 Caractersticas

Categora segn normativa CEN 0,5 para 20/30, 30/45, 35/50, 40/60 y 50/70 0,8 para 70/100 y 100/150 1 ,0 para 1 60/220 y 250/330

8 para 20/30, 30/45 y 35/50 9 para 40/60, 50/70, 70/100 10 para 100/1 50 11 para 160/220 y 250/330*

Susceptibilidad trmica Composicin Combustin

de -1 a +1 ndice de penetracin entre Solubilidad 99,5% mnima Punto de 235 para B 20/30, inflamacin 40/50, 60/70 y mnimo 80/100 220 para B 150/200 175 para B 200/300

-5 para 30/45 y 35/50 -7 para 40/50 -8 para 50/70 -10 para 70/1 00 -12 para 100/1 50 -15 para 160/220 -16 para 250/330 de -1,5 a + 0,799%

240 para 20/30, 30/45y 35/50 230 para 40/60, 50/70, 70/100 y 100/150 220 para 160/220 y 250/330

*: La normativa puede ser menos exigente si se combina este requisito con el de punto de fragilidad e ndice de penetracin. Tabla 3.28: Comparacin de los requisitos de las normativas espaola y europea para betunes. Observando la tabla comparativa entre las dos normativas, es evidente que algunos criterios son muy similares. Sin embargo hay algunas diferencias: los valores de cambio de masa estn ms restringidos en la normativa europea para los betunes ms blandos, el punto de fragilidad es menor para los betunes ms duros y el rango el ndice de penetracin se ha desplazado levemente hacia valores menores. Adems la norma europea permite optar, en lugar del aumento del punto de reblandecimiento, por la determinacin de la viscosidad dinmica o cinemtica.

81


3.4.1.3. Dosificacin

La dosificacin de la mezcla tiene como finalidad,combinar sus componentes de la mejor forma con el fin de optimizar alguna propiedad de la mezcla. Dada la complejidad de revisar todas las propiedades de la mezcla y comprobar que todas ellas cumplen unos mnimos y estn acordes con su empleo, se suele limitar las composiciones a utilizar, de forma que se aseguren unos umbrales mnimos de respuesta de la mezcla en todos sus aspectos y caractersticas. La dosificacin a utilizar habr de estar dentro de esos husos. Los mtodos de dosificacin ayudan a buscar la composicin, que dentro de esos husos, proporcionan la respuesta ptima de la mezcla. Cada mtodo de dosificacin suele basarse en una, dos o tres propiedades de la mezcla y son stas las que se optimizan. En la tabla 3.29 se recogen los husos granulomtricos que fija la circular del MOPU para las mezclas espaolas y la tabla se recogen los de la comunidad.

MEZCLA TIPO40 25 20

CERNIDO ACUMULADO (% en masa) CEDAZOS Y TAMICES UNE12,510 52,5

630ijm 18-34 18-30 18-30 15-25 15-25 15-25 8-20 8-20

320 jim

160

umDENSO

D8 D12 D20

100

100 80-95 100 80-95 75-88 75-95 65-85 100 65-90 100 100

80-95 65-80 80-95 65-80 60-75 55-75 47-67 65-90 45-70 75-100 75-100

100 72-87 60-75

70-90 50-65 47-62 47-62 43-58 40-55 28-46 26-44 20-40 15-35 32-50 15-30

45-70 35-50 35-50 30-45 30-45 30-45 20-35 20-35 5-20 5-20 10-18 10-22

12-25 13-23 13-23 10-18 10-18 10-18 5-14 5-14

8-17 7-15 7-15 6-13 6-13 6-13 3-9 3-9

SEMIDENSO S12 S20 S25 GRUESO G20 G25 ABIERTO A12 A20 DRENANTE P12 PA12

100 100

100 80-95 100 65-95100

71-86 60-75 55-70 47-67 40-60 50-75 35-60 60-90 50-80

6-12 6-13

80 um 510 5-8 5-8 4-8 4-8 4-8 2-6 2-5 2-4 2-4 3-6 3-6

Tabla 3.29: Husos granulomtricos para mezclas bituminosas en caliente El mtodo de dosificacin empleado en la norma espaola est basado en el ensayo Marshall y su optimizacin, por tanto, en la resistencia a las deformaciones plsticas de la mezcla, teniendo en cuenta la relacin filler/betn y el contenido de huecos en mezcla y ridos.

82


La normativa europea especifica dos combinaciones de tamices que pueden emplearse para determinar la granulometra de los ridos. Para cada serie de tamices se indican los rangos entre los valores mximo y mnimo segn cada tamiz y el tamao mximo D del rido, expresado en mm. Tablas 3.30 y 3.31 para las mezclas bituminosas normales ACN.

D

4

8

11

16

22

32

45X

Tamiz, mm45

Tamices a usarX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

Rangos % en peso10

31,5 22,416

11,28 4 2 0,5

0,063

10, 15 10, 15 10,15,20,25 10, 15,20,25 10, 15,20,25 10, 15,20,25 10, 15,20,25 10, 15,20,25 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

El tamiz 1,4D no se menciona en esta tabla: el porcentaje que pasa el tamiz 1,4D debe ser el 100%

Tabla 3.30: Rangos entre valores mnimos y mximos para la serie de tamices 1.

D

4

6

10

14

20

32

40X

Tamiz, mm40

Tamices a usarX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

Rangos % en peso10 10, 15 10,15

31,520 14 10 6,3 4 2 0,5

10, 15,20,25 10,15,20,25 10, 15,20,25 10,15,20,25 10,15,20,25 10, 15,20,252, 3, 4, 5, 6, 7, 8

0,063

El tamiz 1 ,4D no se menciona en esta tabla: el porcentaje que pasa el tamiz 1 ,4D debe ser el 1 00%

Tabla 3.31 : Rangos entre valores mnimos y mximos para la serie de tamices 2.

Los requisitos de valores mximo y mnimo para los porcentajes que pasan el tamiz D, 2 mm y 0,063 mm de la dosificacin de la mezcla ACN se pueden observar en las tablas 3.32 y 3.33.

83


D

4

I

Tamiz, mm 1.4DD 2

8 16 32 11 20 Porcentaje que pasa el tamiz % en peso100 100 100 100 100

45

100

100

0,063

90-100 50-85 5-17

90-100 35-72 5-12

90-100 26-60 2-12

90-100 20-50 2-11

90-100 10-50 0-10

90-100 20-50 2-11

90-100 20-40 2-11

Tabla 3.32: Granulometra de la mezcla de proyecto para la serie de tamices 1

D

4

Tamiz, mm 1,4DD 2

14 10 20 | 32 6 Porcentaje que pasa el tamiz % en peso100 100 100 100 100

45

100

100

0,063

90-100 50-85 5-17

90-100 35-72 5-12

90-100 26-60 2-12

90-100 20-50 2-11

90-100 10-50 0-10

90-100 20-50 2-11

90-100 20-40 2-11

Tabla 3.33: Granulometra de la mezcla de proyecto para la serie de tamices 2

No existe una normativa comunitaria que especifique el proceso de diseo de la mezcla bituminosa, pues se ha considerado que la forma en que el productor llegue a la composicin de la mezcla no debe ser objeto de normalizacin.

3.4.2. La calidad en la fabricacin

La fabricacin se realiza en una planta formada por un conjunto de equipos mecnicos y electrnicos donde los ridos son calentados, secados y mezclados con el betn para producir una mezcla bituminosa en caliente segn las proporciones deseadas y cumpliendo las especificaciones requeridas. Las unidades fundamentales de una planta son: sistema de alimentacin y dosificacin de los ridos en fro secador de los ridos colector de polvos

84


instalacin de cribado de ios ridos en caliente silos de almacenamiento de los ridos cribados caliente sistema de alimentacin del relleno mineral sistema de almacenamiento, calefaccin y alimentacin del ligante bituminoso sistema de dosificacin de los ridos, el relleno mineral y el ligante bituminoso mezclador sistema de carga de la mezcla

A continuacin se realiza una breve descripcin de las unidades fundamentales de una planta y de los controles de fabricacin que se deben realizar segn las especificaciones espaolas que aparecen en la Circular N9 299/89 "Recomendaciones sobre mezclas bituminosas en caliente". Sistema de alimentacin y dosificacin de los ridos en fro Estos sistemas son silos o tolvas donde se colocan los ridos separados por tamaos. En la parte inferior estn provistos de una compuerta cuya abertura es regulable y permite realizar una dosificacin primaria de los ridos, generalmente en volumen aunque tambin las hay por pesado. En las tareas de control se debe considerar la verificacin de la carga en las tolvas, que se debe realizar de forma tal que siempre estn llenas entre un 50 y un 100% de su capacidad y tratando de minimizar la segregacin y degradacin del rido. Los ridos salen de las tolvas por las compuertas y por medio de un sistema de dosificacin, pasan a una cinta transportadora que lleva los ridos al secador en cantidades controladas. Los sistemas de dosificacin deben mantener un flujo uniforme y continuo de mezcla de ridos en las proporciones necesarias para obtener la granulometra prevista. Este objetivo podr lograrse siempre y cuando los ridos hayan sido bien protegidos de posibles contaminaciones y segregaciones durante su manejo, y los dispositivos de alimentacin estn bien calibrados y funcionen correctamente. Secador de los ridos

85


Las funciones del secador son: secar los ridos y calentarlos hasta la temperatura necesaria para que al pasar al mezclador se envuelvan perfectamente por el betn. El secador es un cilindro giratorio, al que ingresan los ridos por un extremo, mientras que en el opuesto se encuentra un quemador con un ventilador que proporciona el aire de combustin. Los ridos circulan a contracorriente con respecto al movimiento del aire caliente mediante el movimiento giratorio del secador y una pequea inclinacin con respecto a la horizontal. Es fundamental conseguir el tiro de aire necesario para que la combustin sea completa. En el caso de que el combustible sea aceite y no se haya quemado en su totalidad, puede ocurrir que deje un revestimiento aceitoso sobre las partculas del rido y que afecte a la adherencia con el ligante en la etapa de mezclado. El secador est provisto de un termmetro que permite controlar la temperatura de los ridos a la salida. Colector de polvo El secador tiene un ventilador que crea un tiro de aire dentro del secador, y cumple con varias funciones: favorece la combustin, hace circular los gases a travs de los ridos, extrae el vapor de agua y arrastra las partculas ms finas del rido. Estas partculas son recogidas por el colector de polvo, que las recupera y reincorpora a la mezcla en el caso que el Pliego de Prescripciones Tcnicas Particulares lo permita. Diariamente se controla la granulometra y densidad del este filler de recuperacin. Es preciso que el extractor de aire funcione en equilibrio con el mechero para lograr una combustin perfecta. Si a este balance se le aade una correcta alimentacin de ridos, entonces la granulometra del material recuperado ser uniforme. Sistema de clasificacin de ridos en caliente Este sistema consta de una serie de cribas vibratorias ubicadas por encima de los silos de ridos en caliente. Los ridos salen del secador y pasan por las cribas donde se produce una nueva clasificacin de ridos por tamaos. Es importante que el rendimiento de las cribas se ajuste a la produccin del mezclador. Adems no deben sobrecargarse porque podra realizar una clasificacin

86


incorrecta del material. Tambin se deben controlar que no se produzca rotura o desgaste de las mallas de las cribas. Silos de almacenamiento de los ridos cribados calientes Estos silos se utilizan para almacenar el rido caliente cuando sale de la unidad de cribado. Los silos estn hermticamente divididos entre s para evitar contaminaciones, provistos de un rebosadero para evitar que el exceso de rido caiga en los silos contiguos. Cuentan con una alarma que advierte cuando el nivel de llenado es menor del necesario para asegurar el caudal previsto y un dispositivo para la toma de muestras de cada porcin de ridos. Tambin est provisto de un termmetro para el control de la temperatura de los ridos. El dispositivo para la toma de muestras desva la corriente de rido del alimentador o de la compuerta debajo de la tolva hacia un recipiente. Esta operacin deber cubrir todo el ancho de la salida para asegurar que la muestra es representativa. El control realizado puede ser diario o cada dos o tres das, y es de tipo granulomtrico. Sistema de alimentacin del relleno mineral El almacenamiento del relleno mineral debe estar muy bien protegido de la humedad y mediante un dispositivo mecnico o neumtico alimenta a la planta. El polvo recuperado mediante los colectores puede introducirse en la mezcla si cumple con las condiciones exigidas al relleno mineral. Debe realizarse un control frecuente de la cantidad de relleno mineral aadida a la mezcla pues esta variable puede afectar de modo considerable los resultados de la mezcla. Para ello se debe revisar constantemente la calibracin de los mecanismos de alimentacin y pesado. Sistema de almacenamiento, calefaccin y alimentacin del ligante Los tanques de almacenamiento se calientan para que el ligante est lo suficientemente fluido para que pueda circular por las lneas de carga y descarga, mediante serpentines por donde circula aceite caliente. Se instalan varios termmetros para asegurar el control de temperatura del ligante. Para tomar muestras del ligante existen vlvulas adecuadas en el tanque o en la tubera.

87


Sistema de dosificacin de ridos, del filler y del ligante bituminoso Segn el sistema de dosificacin, la planta puede ser de tipo continuo o discontinuo. En una planta discontinua, los ridos en caliente salen de las tolvas por las compuertas y caen en un dispositivo donde son pesados en forma sucesiva, de acuerdo a la proporcin prevista en la frmula de trabajo. Para pesar el relleno mineral suele utilizarse una bscula adicional, de menor tamao y ms precisa. El ligante se puede dosificar por peso o por volumen. Se deben realizar controles peridicos de bsculas y sistemas de dosificacin. En una planta continua, los ridos, el relleno mineral y el ligante ingresan al mezclador en forma continua y por eso los dispositivos de alimentacin estn sincronizados. Los silos de ridos en caliente tienen compuertas de abertura variable que permiten descargar sobre cintas transportadoras, de modo tal que todas las cintas se muevan a la misma velocidad, manteniendo las proporciones de cada fraccin. Para hacer un control de la dosificacin, en algunas plantas es posible desviar parte del material que sale de cada silo. En otras hay mecanismos para pesar el material que transporta la cinta en cada momento. El polvo mineral de aportacin se introduce en el circuito de ridos por medio de un tornillo alimentado por un dosificador continuo volumtrico. El polvo que proviene de los colectores se lleva por medio de un tornillo al pie del elevador en caliente y se une al polvo de aportacin. El ligante se dosifica por medio de una bomba que est conectada al mecanismo que mueve las cintas transportadoras de ridos. Para verificar la cantidad de ligante suministrada, el dosificador tiene una llave que permite desviar ligante a un recipiente tarado durante un tiempo determinado. Es muy importante considerar la temperatura de bombeo porque la densidad del betn cambia, y adems esta temperatura debe mantenerse constante. Mezclador

88


El mezclado consiste en remover mecnicamente los materiales el tiempo necesario en un recipiente hasta lograr que los ridos estn cubiertos por el ligante y formando una masa homognea. Los mezcladores ms comunes son de ejes horizontal, provistos de uno o dos ejes paralelos con paletas que giran en sentido contrario. En una planta discontinua primero caen los ridos y el filler hasta homogeneizar el rido y calentar el filler. Luego se inyecta el ligante. Para conseguir un buen mezclado, es importante mantener la cantidad de material ms conveniente, que es aproximadamente el que ocupa cuando la mezcla alcanza el nivel de las paletas cuando estn en posicin vertical. Se debe controlar el tiempo de mezclado mnimo necesario para obtener una masa homognea, equilibrando con el mximo rendimiento posible. Tambin es posible variar la velocidad de las paletas de los ejes, as como su forma y disposicin. En una planta continua el mezclador es un poco ms largo, los ridos entran por un extremo y comienza un mezclado en seco, al que se le va inyectando el betn mientras la mezcla se desplaza hacia el otro extremo, que est abierto y por all se realiza la descarga mediante una compuerta regulable. El tiempo de mezclado se regula por medio de la compuerta de descarga, que permite variar la altura de la masa en el mezclador, o variar la inclinacin o la velocidad de las paletas. Dentro de las plantas continuas, existen las plantas llamadas tambor-secadormezclador que se caracterizan por realizar las funciones del secador y del mezclador en el mismo tambor. Son sistemas ms sencillos, que consumen menos energa, pero necesitan ms cuidados en el proceso de dosificacin en fro pues no existe posibilidad de rectificacin. El sistema de alimentacin en fro est constituido por tolvas con bandas amentadoras de alta precisin, que registran la proporcin correcta de cada fraccin de rido. Comnmente en la cinta transportadora se ubican dispositivos de muestreo para poder calibrar el sistema.

89


La combinacin de ridos que pasa sobre la cinta es pesada continuamente. Es importante conocer la humedad del rido que entra al secador para realizar los ajustes en el medidor de ligante y asegurar la dosificacin necesaria para el rido una vez seco. El sistema de distribucin de ligante est conectado con el sistema de pesado de los ridos. La cantidad de ligante de descarga es aumentada o disminuida proporcionalmente de acuerdo a la correccin de peso seco de rido. Los ridos ingresan al tambor por el mismo extremo donde est el quemador, que es el ms elevado, y circulan a favor de la corriente de aire. El ligante entra por la zona central y en el extremo inferior se realiza el mezclado. La temperatura de la mezcla se controla continuamente mediante un sensor colocado en el extremo de descarga del mezclador. Tambin est provisto de dispositivos para tomar muestras de la mezcla.

Descarga del mezclador A la salida del mezclador, y de acuerdo al

Calidad Mezclas Asfalticas Ensayo Traccion

Documents

Transcript of Calidad Mezclas Asfalticas Ensayo Traccion