Unidad II: ASFALTOS PARA PAVIMENTOS
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PAVIMENTOS UNIDAD II Ing. Henry Landaeta Pavimentosusmbarinas.blogspot.com Universidad Santa Maria
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PAVIMENTOS
UNIDAD II
Ing. Henry Landaeta
Pavimentosusmbarinas.blogspot.com
Universidad Santa Maria
Cemento asfáltico
Asfalto diluidos
Asfalto emulsionados
Asfalto modificados
Cemento asfáltico:Son el producto directo de la
refinación, y tal como son producidos son
empleados en la pavimentación de carreteras
Asfalto diluidos: Si un Cemento Asfaltico es
mezclado con uno de los solventes que han
sido previamente extraídos de un crudo en la
torre de destilación durante el proceso de
refinación, se obtiene un asfalto diluido,
también llamados “asfaltos líquidos”, o “asfaltos
rebajados”
Asfalto emulsionados:
Este material es una mezcla de
Cemento Asfaltico y agua. Como
estos dos componentes no son
miscibles, se recurre a la
incorporación de un tercer
elemento, llamado “agente
emulsificante” que permite que la
mezcla de asfalto, agua y
emulsificante sea posible y
estable. Los emulsificantes son
agentes tensoactivos o
surfactantes provenientes de los
jabones, arcillas o resinas, y son
productos patentados.
DIAGRAMA PRODUCCION DE ASFALTOS
No COVENIN
No MOP ENSAYO TIPO
* 4105 Penetración a 25ºC
-100g. 5s. 60-
70
85-
100
120-
150
* 421 Viscosidad a 135ºC
-Saybolt-Furol (s) 100+ 85+ 70+
* 424 -Cinemáteca (c.s) 200+ 170+ 140+
* 372 Pto de Inflama C
(Vaso abierto de Cleveland) 232+ 232+ 218+
E-206
Ensayo en estufa de película
delgada
-Penetración despúes del
ensayo
(25ºC, 100g. (%) de la original
52+ 47+ 42+
* 1123 -Ductibilidad a 25ºC. (cm) 100+ 100+ 60+
* 1161 -Solubilidad en CCI. (%) 99,5
+ 99,5+ 99,5+
*No COVENIN
Requisito
General:
El cemento asfáltico debe se
preparado por refinación del
petróleo, debe ser de naturaleza
uniforme y no debe formar
espuma al ser calentado a 175
C.
Asfalto Modificado La modificación de un asfalto es una nueva técnica utilizada para el
aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías.
Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos
convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas,
es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climáticos.
Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos
con polímeros, es contar con ligantes mas viscosos a temperaturas
elevadas para reducir las deformaciones permanentes
(ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de
rodamiento, aumentando la rigidez.
Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados.
Los asfaltos modificados con polímeros se constituyen de dos fases; al
agregar pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto.
Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las
moléculas del polímero y los componentes del asfalto son la causa del
cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con
polímeros.
El efecto principal de mezclar polímeros con los asfaltos es mejorar la
relación viscosidad-temperatura, permitiendo mejorar de esta manera el
comportamiento del asfalto tanto a altas como a bajas temperaturas.
El asfalto es un material interesante que ha sido usado para
construcción de pavimentos desde muchos años atrás, sin embargo,
dependiendo de su fuente de origen, tiene un intervalo definido de
temperatura donde muestra su mejor desempeño. Este intervalo de
forma práctica se define en temperaturas positivas por arriba de 10°C y
hasta 60°C, ya que por arriba de este intervalo el asfalto comienza a
ablandarse, adquiriendo un comportamiento plástico.
Figura 1.- Deformación
que experimenta el asfalto
cuando empieza a
ablandarse por efecto de la
temperatura.
Por el otro lado, cuando el asfalto experimenta temperaturas menores a
los 10°C y particularmente temperaturas negativas, el asfalto se convierte
en un sólido rígido, que puede ser tan duro que no resiste deformaciones
y puede sufrir fallas como fracturas cuando experimenta dichas
deformaciones.
Figura 2.-
Comportamiento
rígido del asfalto
cuando se somete a
temperaturas menores
a los 0°C y se somete
a deformaciones.
Aquí es donde conviene preguntar: ¿Cómo mejorar el intervalo de
temperatura de desempeño del asfalto con objeto de hacerlo mas versátil
a cambios climáticos y condiciones variadas de deformación?
¿ PORQUE MODIFICAR LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO ?
TEMPERATURA DE DESEMPEÑO EN PAVIMENTOS
La respuesta a la pregunta del párrafo de arriba se contesta con el uso de
aditivos modificadores del asfalto. En el mercado existen diferentes
agentes modificadores del asfalto. La mayoría de estos son de naturaleza
polimérica y entre otras cosas, permiten extender la temperatura de
efectividad del asfalto como agente ligante en el diseño de pavimentos.
TIPOS DE MODIFICADORES.
POLÍMERO TIPO I
Mejora el comportamiento de mezclas asfálticas tanto a altas como a
bajas temperaturas.
Son polímeros elastómeros radiales a base de estireno, se usa en carpetas
delgadas y estructurales de pavimentos con alto índice de tránsito, con
vehículos pesados y climas fríos o calidos.
POLÍMERO TIPO II
Mejora el comportamiento de mezclas asfálticas a bajas temperaturas.
Son polímeros elastomericos lineales, con una configuración de caucho
de estireno, butadieno latex o neopreno latex.
Se utiliza en todo tipo de mezclas asfálticas en las que se requiera mejorar
su comportamiento en climas fríos.
TIPOS DE MODIFICADORES.
POLÍMERO TIPO III
Mejorar la resistencia al ahuellamiento de las mezclas asfálticas,
disminuye la susceptibilidad a la temperatura y mejora su
comportamiento a altas temperaturas.
Es un polímero tipo plastomero, se utiliza en climas calientes, en mezclas
asfálticas para carpetas estructurales y alto índice de tránsito.
HULE MOLIDO DE NEUMÁTICOS
Mejora la flexibilidad y resistencia a la tensión de las mezclas asfálticas,
reduciendo la aparición de grietas por fatiga o cambios de temperatura.
Es fabricado con base en la molienda de neumáticos.
Se utiliza en carpetas delgadas de granulometría abierta y tratamientos
superficiales.
2. FUNDAMENTOS DE LA MODIFICACIÓN.
Los pavimentos sufren deterioro. Los tres principales factores que
influyen en este deterioro son: 1. Clima.
2. Deformaciones por tránsito.
3. Tiempo.
El clima tiene que ver fundamentalmente con la temperatura promedio a
la que se ve expuesto el pavimento y variaciones de temperatura por
cuestiones climáticas y humedad propiciada por lluvia, así como las bajas
temperaturas en los meses de invierno.
Las deformaciones se deben al transito vehicular. Los pavimentos se
diseñan para una carga promedio que genera una deformación debida a
la circulación de vehículos.
60ºC Poises (para clasificar el cemento asfáltico
Viscosidad
135ºC Centistokes MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM ASSHTO MOP
426 E 102 T 72 E 211
Penetración: Ensayo de consistencia, se utiliza para identificación
y como parámetro para determinar susceptibilidad térmica.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM AASHTO MOP
1105 D 5 T 49 E 203
Equipo necesario para el ensayo
destacando el penetrómetro, el
recipiente para la muestra y el recipiente
para transferencia.
Vertido de la muestra y aplicación de llama para eliminar
burbujas
Las muestras y la copa de transferencia se llevan al
baño de agua
La muestra en la taza de
transferencia se coloca
sobre el penetrómetro
Verificando el peso del
conjunto eje, aguja y
accesorios
Con la muestra y la taza de
transferencia en posición,
se baja la aguja hasta tocar
la superficie de la muestra.
Teniendo el indicador en cero, se deja caer la aguja
por 5 segundos y se mide la distancia de penetración.
Al concluir la determinación, la muestra y la taza de transferencia se
llevan al baño de agua mientras se limpia la aguja y se continúa con el
ensayo
Punto de Ablandamiento: Ensayo de consistencia en
el cual se determina la temperatura a la cual ocurre
cambio de fase.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM AASHTO MOP
419 2398 T 53 E 208
Equipo necesario
para realizar el
ensayo
Fluidificación del
cemento asfáltico
Amalgamado y
colocación de los
anillos en la placa
base
Anillos con el
cemento asfáltico
Muestra como quitar el
exceso de cemento
asfáltico a los anillos
Equipo montado
para realizar el
ensayo
Ejecución del
ensayo
Finalizado el ensayo,
se anota la
temperatura
Punto de inflamación: Ensayo de seguridad para
el manejo y almacenamiento del cemento asfáltico.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM AASHO MOP
372 D 92 T 48 E 202
Equipo e
instrumentos
Fluidificación del
cemento asfáltico
Llenado de la copa
Cleveland con cemento
asfáltico
Eliminación de
burbujas en la
superficie del cemento
asfáltico
Calentamiento de la
muestra a temperatura
controlada
Aplicación de una
pequeña llama en la
superficie de la muestra
Inflamación instantánea de los
vapores liberados en la
superficie de la muestra
Ensayo de película delgada en horno (TFO Y RTFO):
Para determinar el envejecimiento del cemento asfáltico.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN AASHTO ASTM MOP
2046-92 T 179 D 1754 E 206
Equipo
necesario
para el
ensayo Tara del platillo, vaciado del cemento
asfáltico y eliminación de burbujas
Pesado de la
muestra una vez
enfriada.
Las muestras son
colocadas al horno a 163
ºC por 5 horas
Pesado de la muestra
luego del
envejecimiento
El residuo se vierte en
los moldes
correspondientes para
realizarlos ensayos
Ductilidad: Ensayo de tipo califica – no
califica, está relacionado con la adhesión
y cohesión.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM ASSHTO MOP
1123 D 113 T 51 E 205
Equipo necesario para el
ensayo de ductilidad.
Detalle del molde
Ductilómetro.
Amalgamado
de la placa
base y
colocación del
molde sobre
ella.
Llenado de la
briqueta con el
cemento asfáltico
Se retira el exceso de
material de la muestra con
una espátula ligeramente
caliente
Solubilidad: Ensayo para medir
la pureza del cemento asfáltico.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM ASSHTO MOP
1161 D 2042 T 44 E 207
Equipo necesario
para el ensayo y
detalle del crisol
gooch. Fibras de asbesto más agua
destilada para preparar el filtro
gooch.
Filtrado de la suspensión de
asbesto en el crisol
El crisol
preparado se lleva
a un horno de alta
temperatura hasta
alcanzar peso
constante
Proceso de enfriado y pesado del filtro gooch
hasta obtener peso constante
Colocación de la muestra y
el disolvente en el
erlenmeyer
Se observa que toda la
muestra se ha disuelto.
La solución de asfalto se decanta a
través de la capa de asbesto del crisol,
ayudado con una pequeña succión
Al terminar el filtrado se
lava el material insoluble
con el disolvente
El crisol se lleva al horno
por 20 min a110 ºC, se
enfría y se pesa hasta
obtener peso constante
Peso específico: Para hacer
correcciones de temperatura
volumen y para determinación de
vacíos en el diseño de mezclas.
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN AASHTO ASTM MOP
1386-83 T 228 D 70 E 204
Picnómetro
Equipos necesarios para realizar el ensayo. Detalles.
Vaso de precipitado con el
nivel de agua deseado.
Detalle.
Peso del picnómetro vacío.
Vaso de precipitado con
picnómetro lleno de agua
en baño de agua. Peso del picnómetro +
agua
Llenado y pesado del picnómetro con
cemento asfáltico hasta ¾ de su
capacidad. Detalles.
El picnómetro + muestra +
agua, dentro del vaso de
precipitado, se lleva al baño de
agua por 30 min.
Peso del picnómetro + muestra + agua
= D
Constituye alrededor del 95% en peso de la mezcla. Pueden ser
agregados naturales, agregados procesados y agregados sintéticos.
Para ser utilizados en pavimentos debe cumplir ciertas propiedades.
Granulometría (Tamiz 8, 30 y
200) FGRPM
Limpieza
Dureza
Forma de la partícula
Textura ( Macro y micro tex)
Capacidad de absorción
Afinidad con el asfalto
Peso específico
Peligro: No use
agregado de origen
Metamórficos
Agregados Típicos: Arena, Piedra Triturada,
Arrocillo y polvo de roca ( Polvillo)
Procesamiento de agregados
• Rocas: Triturador de mandíbulas (Rendimiento de 3 hasta 60 Ton /hrs)
• Arenas: Triturador de impactos
Tipo Barmac
Rendimineto:
de 12 a 360Ton /hrs
• Arrocillo Polvillo: Triturador cónico es adecuado para triturar minerales y
piedras de media y alta dureza. Su sistema de seguridad de resorte es un dispositivo de
protección contra sobrecarga, permite que los objetos metálicos pasen por la boca
trituradora sin causar daños a la maquina.
Rendimiento de 40 hasta 340 ton/hrs
Procesamiento de agregados
• Maquina lavadora de arena que se usa junto con la Maquina elaborador de
arena, la maquina lavadora puede eliminar el polvo e impurezas de la arena mezclara por la
maquina elaboradora, a fines de aumentar la calidad de la arena.
• La Maquina lavadora de arena que se muestra es un equipo estilo toldo lavador y
seleccionador.
Procesamiento de agregados
Capacidad de 50 hasta 150 ton/hrs
• La Criba vibradora circular hace movimientos circulares, es un nuevo equipo vibrador de
multiniveles con alto rendimiento. Alto rendimiento de separación, Bajo ruido, Resistente y
durable, Fácil de mantener y Seguro de usar, se usa ampliamente en la clasificación de productos
en las industrias de Minería, Material de construcción, Transito, Recursos, Química, etc.
Procesamiento de agregados
Rendimiento de 30 hasta 810 ton/hrs
ESPECIFICACIONES CONCRETO ASFÁLTICO
CARACTERISTICA DEL AGREGADO
ENSAYO ESPECIFICACIONES 12-10
Caras Fracturadas E-109 %60
Desgaste de los Angeles E-113 RODAMIENTO %40
BASE %50
Equivalente de Arena E-108 %45
Adherencia E-308 BUENA
Partículas Planas y Alargadas
-------- %5
MEZCLA DE DISEÑO
RODAMIENTO INTERMEDIA BASE
Estabilidad Marshall (lbs)
E-301 %1200. %1000. %900.
Flujo 1/00 mm E-301 8-16 8-16 8-16
Vacios llenados con asfalto
E-301 75-85 75-85 60-85
Vacios totales de la Mezcla
E-301 3-5 3-7 3-8
Vacios de agregados mineral
VAM
* * *
(1)TAMAÑO MAXIMO
NOMINAL (mm)
VAM MINIMO (%)
%VACIOS DE DISEÑO (3)
(2) mm Pulgadas 3.0 4.0 5.0
1.18 Nº 16 21.5 22.5 23.5
2.36 Nº 18 19.0 20.0 21.0
4.75 Nº 4 16.0 17.0 18.0
9.5 3/8 14.0 15.0 16.0
12.5 ½ 13.0 14.0 15.0
19.0 ¾ 12.0 13.0 14.0
25.0 1 11.0 12.0 13.0
37.5 1 ½ 10.0 11.0 12.0
50.0 2 9.5 10.5 11.5
63.0 2 ½ 9.0 10.0 11.0
Notas:
El tamaño máximo nominal de
partícula es el tamaño mas grande
que el primer tamiz que retiene mas
del 10 % de material.
Especificación normal para tamaños
de tamices usados en prueba ASTM-
11 (AASHTO-M92).
Interpole el VAM mínimo para los
valores de vacío de diseño que se
encuentre entre los que están
citados.
Los agregados y el asfalto son combinados en proporciones adecuadas y definidas para constituir una
mezcla asfáltica. Estas proporciones conjuntamente con sus características y la forma de mezclado y
compactado determinan las propiedades físicas de la mezcla y el desempeño de la misma como carpeta en
el pavimento.
El método Marshall es el utilizado comúnmente en Venezuela para el diseño de mezclas en caliente.
El método consiste en determinar la proporción de cemento asfáltico en función de un análisis de
densidad-vacios y un análisis de estabilidad-flujo.
Ilustración del VAM en una Probeta de Mezcla Compactada (Nota: para
simplificar, el volumen de asfalto absorbido no es mostrado).
Estabilidad
Flexibilidad
Durabilidad
Impermeabilidad
Trabajabilidad
Resistencia a la fatiga
Resistencia al deslizamiento
Costos
Capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las cargas del transito. Una carpeta de rodamiento inestable desarrolla ondulaciones (corrugaciones), ahuellamientos (ruting, canales).
CAUSAS EFECTOS
Exceso de asfalto en la mezcla Ondulaciones, ahullamiento, y
afloramiento o exudación
Exceso de arena de tamaño medio
en la mezcla
Baja resistencia durante la
compactación y posteriormente
durante un cierto tiempo; dificultad
para la compactación
Agregado redondeado sin, o con
pocas, superficies trituradas Ahullamiento y canalización
Causas y Efectos de Inestabilidad en el Pavimento
Capacidad de una carpeta asfáltica de amoldarse a los movimientos y asentamientos graduales de la subrasante sin que se agriete.
Habilidad para resistir factores como la disgregación, cambios en las propiedades del asfalto, separación de la película de asfalto. Esto se logra: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una gradación densa de agregado resistente a la separación y considerando una alta impermeabilidad.
CAUSAS EFECTOS
Bajo contenido de asfalto Endurecimiento rápido del asfalto y
desintegración por perdida de agregado
Alto contenido de vacíos debido al diseño
o a la falta de compactación
Endurecimiento temprano del asfalto seguido por
agrietamiento o desintegración
Agregados susceptibles al agua
(Hidrofilicos)
Películas de asfalto se desprenden del agregado
dejando un pavimento desgastado, o desintegrado
Causas y Efectos de una poca durabilidad
Resistencia al paso de aire y agua
hacia el interior de la carpeta o a
través de ella.
Facilidad con que una mezcla asfáltica
puede ser colocada y compactada.
CAUSAS EFECTOS
Bajo contenido de asfalto Las películas delgadas de asfalto causaran, tempranamente
un envejecimiento y una desintegración de la mezcla
Alto contenido de vacíos en la
mezcla de diseño
El agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento,
causando oxidación y desintegración de la mezcla
Compactación Inadecuada Resultara en vacíos altos en el pavimento, lo cual conducirá a
infiltración de agua y baja estabilidad
Causas y Efectos de la Permeabilidad
Resistencia a la flexión repetida bajo las solicitaciones del tráfico
Causas y Efectos de Problemas en la
Trabajabilidad
CAUSAS EFECTOS
Tamaño máximo de particula: grande Superficie áspera, dificil de colocar
Demasiado agregado grueso Puede ser dificil de compactar
Temperatura muy baja de mezcla Agregado sin revestir, mezcla poco durable; superficie
áspera, dificil de compactar
Demasiada arena de tamaño medio La mezcla se desplaza bajo la compactadora y
permanece tierna o blanda
Bajo contenido de relleno mineral Mezcla tierna, altamente permeable
Alto contenido de relleno mineral Mezcla muy viscosa, dificil de manejar; poco durable
Causas y Efectos de una Mala
Resistencia a la Fatiga
CAUSAS EFECTOS
Bajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatiga
Vacios altos de diseño Envejecimiento temprano de asfalto, seguido por
agrietamiento por fatiga
Falta de Compactación Envejecimiento temprano de asfalto, seguido por
agrietamiento por fatiga
Espesor inadecuado de
pavimento Demasiada flexión seguida por agrietamiento por fatiga
Habilidad de la carpeta de rodamiento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de los cauchos de los
vehículos, particularmente en presencia de agua.
CAUSAS EFECTOS
Exceso de asfalto Exudación, poca resistencia al deslizamiento
Agregado mal gradado o con
mala textura Pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo
Agregado pulido en la mezcla Poca resistencia al deslizamiento
Criterios del Instituto de Asfalto (U.S.A) para el Diseño Marshall
Criterios para Mezcla
del Método Marshall
Transito Liviano
Carpeta y Base
Transito Mediano
Carpeta y Base
Transito Pesado
Carpeta y Base
Min Max Min Max Min Max
Compactación, numero de
golpes en cada cara de la probeta 35 50 75
Estabilidad, N 3336 5338 8006
(lb.) (750) --- (1200
) --- (1800) ---
Flujo. 0.25 mm
(0.01 pulgadas) 8 18 8 16 8 14
Porcentaje de Vacíos 3 5 3 5 3 5
Porcentaje de Vacíos en el Agregado Mineral (VMA) Ver porcentaje mínimo de VMA
Porcentaje de vacíos llenos de Asfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75
NOTAS
1 Todos tos criterios y no solo estabilidad, deben ser considerados al diseñar una mezcla asfáltica de pavimentación. Las mezclas asfálticas en caliente de base que no
cumplan estos criterios, cuando se ensayen a 60ºC, se consideraran satisfactorias si cumplen los criterios cuando se ensayen a 38ºC y si se colocan a 100 mm o mas por
debajo de la superficie. Esta recomendación se aplica solamente a las regiones que tengan una variedad de condiciones climáticas similar a la que prevalece en casi
todas las regiones de Estados Unidos. En las regiones que tengan condiciones climáticas mas extremas puede ser necesario usar temperaturas mas bajas de ensayo.
2 Clasificaciones del Transito
Liviano: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño < 104
Mediano: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diserto entre 104 y 106
Pesado: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño> 106
3 Los esfuerzos de compactación en el laboratorio deberán aproximarse a la densidad máxima obtenida en el pavimento bajo el transito.
4 Los valores de fluencia se refieren al punto en donde la carga comienza a disminuir.
5 Cuando se este calculando el porcentaje de vacíos, deberá permitirse cierta tolerancia en la porción de cemento asfáltico perdida por absorción en las partículas de
agregado
6 El porcentaje de vacíos en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso especifico total ASTM del agregado.
