MEZCLA ASFALTICA

Realizado por:

Ivonne García, C.I.:24719952

Jordán Moya, C.I.:235922664

MEZCLA ASFÁLTICA

Mezcla asfáltica también llamado concreto bituminoso o agregado asfáltico consiste en un agregado de asfalto y materiales minerales (mezcla de varios tamaños de áridos y finos) que se mezclan juntos, se extienden en capas y se compactan.

Debido a sus propiedades es el material más común en los proyectos de construcción para firmes de carreteras, aeropuertos y aparcamientos. . Debido a sus buenas propiedades como impermeabilizante también se usa en el núcleo de ciertas presas como impermeabilizante.2

Los términos "hormigón asfáltico", "cemento asfáltico bituminoso" y sus abreviaciones "AC" (del inglés asphalt concrete) son generalmente usados sólo en ingeniería y en documentos de construcción y literatura. El término más común es "asfalto", que además por defecto tiende a incluir a los pavimentos de hormigón de cemento aunque en realidad éstos no estén compuestos realmente de asfalto. La definición ingenieril de hormigón incluye cualquier material compuesto por un agregado cementado con un aglutinante, que puede ser cemento Portland, pero que en el caso que nos ocupa es asfalto. Informalmente el hormigón asfáltico es conocido en Norteamérica como "blacktop" (en referencia a su superficie negra)

PROPIEDADES REQUERIDAS

Las mezclas asfálticas tienen que cumplir los siguientes criterios para ser utilizables en firmes:

Resistentes a las cargas del tráfico (tanto a la abrasión, como al asentamiento vertical, como al despegue por los neumáticos)

Impermeable, ya que si el agua penetra por debajo del firme se filtrará al cimiento de la carretera, desestabilizándolo.

Debe poderse trabajar con facilidad y su puesta en obra factible.

Fórmulas de mezcla

Las mezclas asfálticas y agregados pueden realizarse de la siguiente forma:

Mezcla de hormigón en caliente: Son producidas por el calentamiento del aglutinante asfáltico, lo que disminuye su viscosidad, y permite mezclar el material con el agregado de áridos. La mezcla se realiza a 150 °C para el asfalto puro, y a 160 °C si el asfalto está modificado con polímeros. La extensión y el compactado tienen que realizarse mientras el material está caliente. En muchos países el asfalto se restringe a los meses de calor porque en invierno la base compactada puede estar demasiado fría para realizar la operación. Es el material más empleado en carreteras, autopistas, aeropuertos y pistas de carreras.

Superpave, abreviatura de superior "performing asphalt pavement", del inglés se traduciría como Pavimento de altas prestaciones. Es un pavimento diseñado para proporcionar tiempos de vida útil más largos que los pavimentos habituales. Las claves son un sistema cuidadoso de selección de ingredientes y una gran calidad de los materiales y del control de obra.

Hormigón asfáltico templado3 se produce por la adición de zeolita, ceras o emulsiones asfálticas para realizar la mezcla. Esto permite bajar significativamente la temperatura de mezcla y extendido y disminuir el consumo de combustibles fósiles, además de disminuir la

emisión de dióxido de carbono, aerosoles y vapores. También permite reducir el tiempo de construcción y ciertos aditivos facilitan sus características en la puesta.

Hormigón asfáltico frío se aplican en pequeñas reparaciones con materiales capaces de alcanzar resistencias a temperatura ambiente.4

Hormigón asfáltico cut-back se produce disolviendo el aglutinante en queroseno u otro líquido que disminuya la fricción de los componentes y permita la mezcla. Se usa para pequeñas reparaciones, cuando no resulta rentable usar maquinaria a gran escala y calentar mezclas. Debido al uso del queroseno es muy contaminante.5

Hormigón asfáltico mástico o capa asfáltica se produce mediante el calentamiento del material y su oxidación en un mezclador, hasta que se licua y se puede agregar el árido. El agregado tiene entre 6 y 8 horas para ser puesto. Una vez transportado en la obra donde se vierte hasta realizar una capa fina de 2 a 3 centímetros, y también para impermeabilización de techos con una capa de 1 centímetro.

Hormigón asfáltico natural puede ser producido de rocas bituminosas, de lugares muy puntuales del mundo, donde la roca sedimentaria ha sido impregnada de betún natural.

Pista de aterrizaje de aeropuerto

PRESTACIONES CARACTERÍSTICAS

El hormigón asfáltico tiene diferentes prestaciones en términos de durabilidad de superficie, soporte de neumático, eficiencia de frenado y disminución de ruido. Las características necesarias del asfalto se obtienen en función de la categoría de tráfico y el coeficiente de fricción deseado. En términos generales el hormigón asfáltico genera es menos ruidoso que el proveniente del cemento portland. Los estudios de cinética y ruidos en firmes se remontan a los años 1970s.6 7

Asfalto dañado por efecto de una helada. Los países del Norte de Europa gastan grandes Cantidades de dinero en mantener sus vías por el efecto de las heladas.

DEGRADACIÓN Y RESTAURACIÓN DEL HORMIGÓN ASFÁLTICO

El deterioro del asfalto puede incluir piel de cocodrilo, baches, roderas, desconchones y hundimientos. En climas fríos el agua superficial puede congelarse en las grietas y en los huecos del asfalto, presionando el firme y rompiéndolo. En los climas cálidos la mezcla puede calentarse, fluyendo y generando huellas de neumáticos (roderas) y baches.

Hay dos grupos de factores que pueden destrozar el asfalto:

Factores ambientales. Donde se incluye el calor, el frío, el agua y la radiación solar (incluyendo la ultravioleta) que degradan el material de forma mecánica o química.

Daño producido por el tráfico. El daño producido por el peso y el paso de autobuses y camiones, que genera fatiga en el material.

También puede haber accidentes puntuales por vertido de agentes químicos (especialmente aceites) o quemas encima del asfalto que lo alteran.

PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

La vida de una carretera puede ser prolongada mediante un buen diseño y llevando a cabo buenas prácticas de mantenimiento y construcción. Durante el diseño los ingenieros miden el tráfico en la carretera, poniendo especial atención en el volumen y tipo de vehículos pesados (camiones, autobuses). Esto permite estimar la carga que soportará la carretera en el futuro. Tanto el pavimento como el grosor de la subbase están diseñados para soportar las cargas de ruedas. Algunas veces se usan para reforzar la subbase ciertos drenajes internos para liberar el agua que debilitaría las capas internas del firme.

Buenas prácticas de mantenimiento se centran en mantener el agua fuera del pavimento, la subbase y el terraplén. Manteniendo las cunetas limpias y los drenajes operativos se puede extender la vida de una carretera sin necesidad de un sobrecoste. Las pequeñas roturas por donde puede entrar el agua deberían ser reparadas con rapidez, para evitar que conlleven una rotura mayor que destroce la vía. Si el número de roturas se incrementa se requerirán reparaciones a mayor escala. En orden de menor a mayor coste, se incluyen parches de asfalto, capas de firme superiores, reciclaje en el sitio o levantamiento y reconstrucción total.

Es mucho más barato mantener una carretera en buenas condiciones que tener que reconstruirla entera una vez que se haya deterioradas. Esta es la razón por la cual muchas agencias estatales estadounidenses prefieren gastar recursos en mantener las vías en buenas condiciones que reconstruir aquellas que estén en peores condiciones

PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PARA CAPAS DE RODADURA

La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables para una superficie de rodadura no pueden optimizarse simultáneamente hay que equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las soluciones más satisfactorias.

Los materiales asfálticos proporcionan superficies continuas y cómodas para la rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la durabilidad, rugosidad,

impermeabilidad, y otras características útiles o imprescindibles para el usuario. En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se justifica por las solicitaciones a que están sometidas.

PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PARA CAPAS INFERIORES.

Las capas de espesor apreciable de un firme tienen una misión estructural fundamental para absorber la mayor parte de las solicitaciones del tráfico, de forma que éstas lleguen convenientemente disminuidas a las capas inferiores, explanada o cimiento de la carretera. Existen tendencias y países que llegan a utilizar paquetes asfálticos de gran espesor que forman la losa estructural fundamental del firme.

CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICA

El ligante asfáltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en localidad de la mezcla asfáltica como en su costo total. Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas:

1. POR FRACCIONES DE AGREGADO PÉTREO EMPLEADO.o Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante. Mortero asfáltico: Agregado fino más

masilla.o Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero. Macadam asfáltico: Agregado grueso

más ligante asfáltico2. POR LA TEMPERATURA DE PUESTA EN OBRA.

o 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.

o 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.

3. 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.

o 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 %.

o Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %. Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20 %.

4. POR EL TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADOS PÉTREO.o Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10 mm.o Mezclas Finas: También llamadas 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.5. POR LA ESTRUCTURA DEL AGREGADO PÉTREO.

o Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable.

o 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.

6. POR LA GRANULOMETRÍA.o Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado

pétreo en el huso granulométrico.o Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el

huso granulométrico.

TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

• MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE: Se define como mezcla asfáltica en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado,

agrega dos incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante

• MEZCLA ASFÁLTICA EN FRÍO: Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfálticas, y su principal campo de aplicación es en

la construcción y en la conservación de carreteras secundarias. Para retrasar el envejecimiento de las mezclas abiertas en frío se suele recomendar el sellado por medio de lechadas asfálticas. Se caracterizan por su trabajabilidad tras la fabricación incluso durante semanas, la cual se debe a que el ligante permanece un largo periodo de tiempo con una viscosidad baja debido a que se emplean emulsiones con asfalto fluidificado: el aumento de la viscosidad es muy lento en los acopios, haciendo viable el almacenamiento, pero después de la puesta en obra en una capa de espesor reducido, el endurecimiento es relativamente rápido en las capas ya extendidas debido a la evaporación del fluidificante

• MEZCLA POROSA O DRENANTE:Se emplean en capas de rodadura, principalmente en las vías de circulación rápida, se fabrican

con asfaltos modificados en proporciones que varían entre el 4.5 % y 5 % de la masa de agregados pétreos, con asfaltos normales, se aplican en vías secundarias, en vías urbanas o en capas de base bajo los pavimentos de hormigón. Utilizadas como mezclas en caliente para tráficos de elevada intensidad y como capas de rodadura en espesores de unos 4 cm., se consigue que el agua lluvia caída sobre la calzada se evacue rápidamente por infiltración.

• MICROAGLOMERADOS.Son mezclas con un tamaño máximo de agregado pétreo limitado inferior a 10 mm., lo que

permite aplicarlas en capas de pequeño espesor. Tanto los microaglomerados en Frío (se le suele llamar a las lechadas asfálticas más gruesas) como los microaglomerados en Caliente son por su pequeño espesor (que es inferior a 3 cm.) tratamientos superficiales con una gran variedad de aplicaciones.

• MASILLAS:Son unas mezclas con elevadas proporciones de polvo mineral y de ligante, de manera que si hay agregado grueso, se haya disperso en la masilla formada por aquellos, este tipo de mezcla no trabaja por rozamiento interno y su resistencia se debe a la cohesión que proporciona la viscosidad de la masilla.

Las proporciones de asfalto son altas debido a la gran superficie específica de la materia mineral. Dada la sensibilidad a los cambios de temperatura que puede tener una estructura de este

tipo, es necesario rigidizar la masilla y disminuir su susceptibilidad térmica mediante el empleo de asfaltos duros, cuidando la calidad del polvo mineral y mejorando el ligante con adiciones de fibras.

PROCESO DE FABRICACIÓN DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE EN UNA PLANTA DE DOSIFICACIÓN

Se muestra el diagrama de flujo de producción de mezcla En caliente en una planta de dosificación. A continuación se detalla todo este proceso:

• Se apila la piedra grande, la piedra chica y la arena.

TOLVAS

• El cargador frontal carga estos materiales y los llena en las tolvas respectivas.

DIAGRAMA DE FLUJO PLANTA DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE

• Una vez llenas las tolvas se procede por vibración de las tolvas a descargar el material hacia la faja horizontal, estas tolvas tienen unas compuertas en la parte inferior que permiten abrir o cerrar el paso de los materiales hacia la faja horizontal.

HORNO ROTATIVO DE CONTRAFLUJO

• De la faja horizontal continúan a la faja inclinada hasta llegar al horno rotativo de contraflujo, el cual tiene una llama la cual es alimentada con petróleo, siendo la temperatura en la llama aproximadamente 800 ºC. Aquí los agregados son calentados en forma gradual hasta alcanzar los 150 ºC.

• Se le llama de contraflujo porque en una dirección entran los agregados y en la otra dirección salen los gases, estos gases hay que expulsarlos del horno porque si no el horno se satura y no habrá oxigeno que nos permita generar la llama.

• Estos gases son expulsados usando un Extractor, después continuaremos con la explicación de la extracción de gases.

ELEVADOR DE CANGILONES

• Una vez que los agregados son calentados hasta una temperatura de 150 ºC pasan al

Elevador de Cangilones que no es otra cosa que un sistema de poleas que levantan las cucharas cargados con el agregado.

ZARANDAS Y BALANZA

• Los agregados calientes pasan del elevador a las zarandas metálicas de ¾”, ½” y ¼” las cuales son activadas de modo que se desplazan horizontalmente y vibran, pasando así los agregados a llenar las tolvas correspondientes.

• El pesaje se realiza manualmente, el operario primero llena la arena, luego la piedra chica y después la piedra grande, este pesaje es acumulativo, se van acumulando los pesos que indican “la bachada” (es decir, un lote).

• En plantas donde la operación de pesaje es manual existe una fuente de error, ya que al realizar manualmente esta operación, se está propenso a errores que dependen de la capacidad del operario y de cuan cansado se encuentre.

MEZCLADOR DE FLUJO PARALELO

• Una vez que ya se tiene todo pesado, el operario presiona el botón de descarga y los agregados pasan al mezclador de flujo paralelo, donde primero se mezclan los agregados y después se adiciona el asfalto caliente.

• El medidor de flujo de asfalto si es automático, aquí si podemos medir exactamente la cantidad de asfalto que entra a la mezcla.

• Previamente el asfalto ha sido calentado a una temperatura de 150 ºC., en el calentador de aceite o “Hy Way, así que ha esta temperatura es mezclado.

• El tiempo de mezclado es de 45 segundos a 1 minuto aproximadamente.

• Cuando se tiene la mezcla asfáltica se abren las compuertas del mezclador y esta cae al camión volquete a una temperatura de 150 ºC., quedando lista para ser transportada a obra.

GRUPO ELECTRÓGENO

• El grupo electrógeno proporciona energía a todos los equipos mecánicos eléctricos.

PROCESO DE EXTRACCIÓN DE GASES

Paralelamente a la producción de la mezcla, es necesario que los gases generados y el polvo en el horno rotativo, se traten.

EXTRACTOR DE GASES

• Los gases entran tangencialmente al ciclón y debido a la fuerza centrífuga de este, se pegan a las paredes. Las partículas más pesadas caen y regresan al horno, rumbo al elevador de cangilones.

LAVADOR DE FINOS

• Las partículas más finas (las cuales no han sido capturadas por el ciclón) son llevadas a través de una tubería hasta el lavador de finos, donde son rodeadas por una cortina de agua que cae sobre un sombrero chino, las cuales son expulsadas en forma de lodo (agua más partículas finas) hacia el pozo de sedimentación.

• Los gases que se escapan son tomados y conducidos nuevamente por la tubería para repetir el proceso de lavado.

POZO DE SEDIMENTACIÓN

• Viene el lodo del lavador y llena la poza. Este lodo se decanta, el agua sube de nivel y pasa por la compuerta a la otra división hasta que la llena, una vez que se decanta este lodo se abre la compuerta de modo que pasa agua ya más limpia a la tercera división adonde será tomada por una tubería para ser reutilizada en el lavador de finos.

• Una vez que la poza se llena de lodo un cargador frontal retira todo el lodo, limpiando la poza, la forma inclinada es para que la cuchara del cargador entre con más facilidad en la poza.

PRODUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON EMULSIONES

Se puede producir mezclas con emulsión para una amplia variedad de condiciones de servicio que van desde tráfico liviano, a estructuras de pavimento para tráfico pesado de vehículos y fuera de vía. Cuando se selecciona el tipo de mezcla para un proyecto, debe considerarse el peso y volumen de tráfico, la disponibilidad de los agregados, la localización y tamaño del proyecto, para diseñarse luego, la clase de mezcla que más económicamente satisfaga todos los requerimientos involucrados.

PRODUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON EMULSIONES TIBIAS EN PLANTA PLANTAS MEZCLADORAS

La producción de mezclas en planta en caliente, con emulsión como ligante, es en cierto modo semejante a la producción de mezcla en caliente usando cemento asfáltico. Se emplean con la emulsión, sin embargo, menores tiempos de mezclado y temperaturas de operación. Pueden usarse, tanto plantas de operación continua como discontinua. Las mezcladoras de tambor, un tipo de planta continua, es especialmente adaptable a esta operación. Se pueden producir mezclas para base y rodadura.

Además de reducir las temperaturas, (comparadas con las mezclas en caliente), las mezclas en caliente con emulsión de alta flotación, parecen ser mejores por dos razones: la primera es la modificación del asfalto residual por el emulsificante. La segunda, en que hay menos endurecimiento durante el mezclado en el molino por el alto contenido de vapor de agua que es expulsado cuando el agua de la emulsión se pega al agregado caliente. MEZCLADO DE AGREGADO

Los agregados pueden mezclarse en forma precisa, usando los controles en las tolvas frías de alimentación. Cuando se usa una planta continua, se hace todo el proporcionamiento con base en volúmenes. Esto se consigue con una combinación de correas de velocidad variable bajo cada tolva y compuertas de apertura variable. Un dispositivo automático sensible a la carga, bajo el transportador de agregado combinado, permite proporciones precisas de agregado y asfalto. Las mezclas con emulsión de alta calidad, independientemente del sistema de mezclado usado, requieren el mismo grado de control de calidad e su producción que las mezclas en caliente. No deben usarse combinaciones de agregados con amplias diferencias en sus características de absorción. Si es así, puede dificultarse el conseguir un recubrimiento uniforme sobre todas las partículas.

MEZCLADO

Tal como se destacó antes, las mezclas de emulsión en planta pueden producirse en molinos o en mezcladores de tambor. Los procedimientos son los mismos que para mezclas convencionales en caliente. Se emplean los límites de temperatura entre 49°C y 85°C. Para mezclas con emulsión tibia. El tiempo de mezclado es un factor crítico. Poco mezclado genera cubrimiento no uniforme, mientras que excesivo mezclado, induce a lavado y produce endurecimiento de la mezcla por coalescencia prematura.

CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

o Explanación:

Movimiento de tierras necesario para obtener una plataforma uniforme sobre la cual se construye el pavimento

o Desmonte y limpiezaRetiro de rastrojo, maleza, bosque, pastos, escombros, etc, en las áreas que van a ser ocupadas por el proyecto vial, de manera que el terreno quede limpio y libre de vegetación y su superficie resulte apta para el inicio de los trabajos subsiguientes

o DescapoteExcavación y remoción de la capa vegetal en el área donde se deban realizar las excavaciones de la explanación y los rellenos

o ExcavacionesRemoción mecánica de los materiales que requieran este tratamiento para conformar la sección vial, según lo indican los planos del proyecto, excavación en roca, perforación de barrenos, introducción a la carga, voladura, talud pre-cortado, excavaciones comunes.

o Construcción de terraplenesColocación y compactación en capas, de suelos apropiados para conformar la sección vial, según lo indican los planos del proyecto

o construcción de pedraplenesColocación, extensión y compactación de capas constituidas por fragmentos de roca, para conformar la sección vial, según lo indican los planos del proyecto

o Empleo de geotextiles para separaciónSobre subrasantes blandas y finas se suelen colocar geotextiles para impedir que el suelo contamine las capas granulares del pavimento

o Empleo de geomallas para refuerzoCuando se desea reducir la magnitud de los esfuerzos verticales sobre la subrasante, una opción consiste en la colocación de geomallas

o Colocación de empalizadas sobre subrasantes blandasTécnica constructiva antigua, que se aplica cuando no se dispone de geosintéticos.

o Procesamiento de agregados pétreosLos materiales pétreos para la construcción de pavimentos provienen de dos fuentes típicas de aprovisionamiento:

—Formaciones masivas de roca, llamadas canteras—Depósitos aluviales, constituidos por sedimentos que han sido arrastrados por el agua a lo largo del curso de los ríos

Cantera Deposito aluvial

Cargue y transporte del material de la cantera a la planta de procesamiento

Voladura de material en canteras

BANDAS TRANSPORTADORAS

Efectúan el movimiento de los materiales triturados y tamizados dentro de la planta. Están conformadas por una correa sin fin que se mueve apoyada en dos tambores extremos (rotor y tensor) y en una serie de rodillos intermedios.

BANDAS TRANSPORTADORAS

ACOPIO