REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

Transcripción

1 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

2 CONTENIDO Introducción Riegos sin gravilla Riegos con gravilla Lechadas asfálticas y microaglomerados en frío Mezclas asfálticas en caliente Concreto asfáltico Método Marshall Método de diseño volumétrico SUPERPAVE

3 Evaluación de mezclas de concreto asfáltico CONTENIDO (continuación) Ensayos para análisis y diseño empírico-mecanístico de pavimentos asfálticos Módulo elástico Resistencia a la fatiga Ahuellamiento del pavimento asfáltico Agrietamiento térmico Susceptibilidad a la humedad Fricción

4 CONTENIDO (continuación) Mezclas abiertas en caliente Mezclas SMA Mezclas asfálticas de alto módulo Mezcla discontinua en caliente para capa de rodadura Mezcla drenante Mezclas asfálticas en frío Mezclas densas en frío Mezclas abiertas en frío

5 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS INTRODUCCIÓN

6 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS Definición El revestimiento bituminoso es la capa superior de un pavimento, constituida por un tratamiento o por una mezcla bituminosa Función Brindar una superficie de rodamiento lisa y segura al tránsito automotor

7 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS Composición Agregados pétreos y un producto bituminoso, aplicados en forma de riegos o de mezcla. En el primer caso el revestimiento no brinda aporte estructural y en el segundo generalmente sí Requerimientos Proporcionar adecuada resistencia al deslizamiento, al ahuellamiento (mezclas) y a la fractura por causas imputables o no a las cargas del tránsito

8 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Características generales La mayoría de las pruebas para verificar la calidad de los materiales para los revestimientos bituminosos son las mismas exigidas para las capas granulares Existen dos tipos de pruebas adicionales, que sirven para verificar ciertas condiciones específicas del agregado como parte del revestimiento: Coeficiente de pulimento acelerado Adhesividad con el ligante bituminoso Así mismo, para el diseño de mezclas asfálticas se requiere conocer los pesos específicos de los agregados y del llenante

9 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232) Es una medida de la resistencia de los agregados a la acción de pulimento bajo la acción de los neumáticos de los vehículos Muestras del agregado son sometidas a la acción de una llanta con presión de 3.15 kg/cm 2 y a un polvo abrasivo y agua durante 6 horas Las características de fricción del agregado pulimentado se miden con el péndulo británico de fricción

10 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232) MÁQUINA DE ENSAYO

11 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232)

12 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Los ensayos de afinidad con el ligante buscan determinar la resistencia de los agregados al desprendimiento de la película de asfalto en presencia de agua Los ensayos usuales determinan la adhesividad pasiva, es decir, la resistencia al desplazamiento del ligante en contacto los agregados, por la acción del agua y/o del tránsito: Adherencia en bandeja Placa Vialit Stripping Riedel Weber Estabilidad retenida (Marshall) Resistencia retenida (inmersión-compresión) Resistencia retenida (tracción indirecta)

13 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740) Se usa para valorar la adherencia de los agregados para la construcción de tratamientos superficiales Partículas de agregado seco se adhieren a una película de asfalto de 1.5 mm, llevándose el conjunto al horno a 60ºC por 1 día y cubriéndolo luego con agua durante 4 días, después de los cuales se remueven las partículas y se evalúa, en porcentaje, la proporción de su superficie que conserva el asfalto adherido

14 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740)

15 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Se usa para valorar la adherencia de los agregados para la construcción de tratamientos superficiales

16 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Se coloca el ligante sobre la placa y se insertan en él 100 partículas de la gravilla por emplear y se compactan Una vez curado el ligante, la placa se coloca en posición invertida sobre el soporte del dispositivo de ensayo y se somete a 3 impactos de una esfera de acero Se cuentan las partículas desprendidas que no estén manchadas por el ligante (A) Adhesividad (%) = A

17 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Placa con ligante y gravilla Colocación de placa sobre el soporte Posición de la esfera para los impactos

18 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Se levanta la placa luego de los impactos Aspecto de la muestra luego de la prueba Conteo de partículas no manchadas

19 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Stripping (AASHTO T 182 INV E-737) Se emplea para valorar la afinidad con el asfalto de los agregados para mezclas abiertas en caliente Una muestra del agregado se mezcla con una cantidad conocida de asfalto, se sumerge en agua por 48 horas y luego se estima de manera visual si el área de las partículas cubiertas por el ligante es mayor o menor de 95 %

20 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Stripping (AASHTO T 182 INV E-737) AGREGADOS CON DIFERENTES NIVELES DE ADHESIVIDAD

21 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo Riedel Weber para arenas (INV E - 774) Partículas de arena de tamaños entre 0.20 mm y 0.63 mm, mezcladas con asfalto, se someten a la acción de soluciones de carbonato sódico de concentraciones crecientes Se determina cuál es la menor de las concentraciones de la solución que produce el desprendimiento total del ligante de la superficie de la arena

22 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Estabilidad Marshall retenida (AASHTO T 245) Probetas Marshall elaboradas con el contenido óptimo de asfalto según diseño, se sumergen en agua a 60º C por 48 horas y luego se someten al ensayo de estabilidad Las estabilidades se comparan con las obtenidas sobre probetas ensayadas en condición normal (inmersión a 60ºC por 30 minutos)

23 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida por inmersión compresión (AASHTO T 165 y T 167 INV E-738) Probetas con el contenido óptimo de asfalto se compactan por presión (170 kn) y se someten a curado, divididas en 2 grupos, durante 4 días: uno al aire a 25 ºC y el otro en agua a 49 ºC por 4 días o a 60 ºC por 24 horas Las probetas se fallan por compresión simple y se comparan los resultados promedio de los 2 grupos: RESISTENCIA TRAS CURADO HÚMEDO RESISTENCI A RETENIDA *100 RESISTENCIA TRAS CURADO SECO

24 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida por inmersión compresión (AASHTO T 165 y T 167 INV E-738)

25 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (AASHTO T283 INV E-725)

26 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725) Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

27 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725) S 2000* P T * D * t S T = resistencia a la tensión indirecta, kpa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

28 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725)

29 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Ensayo adicional sobre el agregado grueso Contenido de impurezas (INV E 237) Determina la limpieza superficial del agregado grueso Mediante lavado, se separan las partículas menores al tamiz # 35 (0.5 mm), las cuales se consideran como impurezas El porcentaje en masa de las impurezas respecto de la masa seca de las partículas ensayadas, es el resultado del ensayo

30 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 INV E-223) 1. Determinación de la condición SSS Una muestra del agregado se sumerge en agua 24 horas, luego se seca con una tela absorbente para eliminar el agua libre, pero dejando la apariencia de que la superficie de las partículas está húmeda Se anota el peso del agregado SSS (B)

31 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos Se coloca la muestra en una canasta de malla y se determina el peso de la muestra sumergida en agua (C)

32 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos Se saca la muestra de la canasta, se seca en el horno y se determina su peso (A)

33 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos

34 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 INV E-222) 1. Determinación de la condición SSS Una muestra del agregado humedecido se coloca en un molde troncocónico y se le aplican 25 golpes de un pisón metálico Se levanta el molde y si la arena mantiene la forma, es que se encuentra muy húmeda y se debe airear Se repite la operación hasta que la muestra se escurre al retirar el molde

35 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 INV E-222) 1. Determinación de la condición SSS Apisonado del agregado Condición SSS del agregado

36 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos Se colocan 500 gramos del agregado en condición SSS en un frasco de volumen V Se llena el frasco con agua a 20ºC y se determina el peso de agua requerida para llenarlo (W) Se saca el agregado del frasco, se seca en el horno y se pesa (A)

37 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos Colocación de la muestra en el frasco de volumen V Eliminación de las burbujas de aire Completando el agua para llenar el frasco

38 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos

39 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 INV E-128) La muestra de ensayo y se pesa (W o ) Se coloca la muestra en un picnómetro, se llena éste con agua a temperatura T x y se pesa (W b ) Se determina el peso del picnómetro lleno de agua a la temperatura T x (W a )

40 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 INV E-128) Determinación peso del picnómetro lleno de agua a temperatura T x Sacando burbujas de aire del frasco con agua y llenante, mediante calor

41 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO Peso específico de los agregados y el llenante mineral combinados Cuando se mezclan varios agregados, se debe determinar el peso especifico de la mezcla de ellos, incluyendo el llenante mineral, si éste se encuentra presente

42 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA LECHADAS ASFÁLTICAS ESPECIFICACIONES INVÍAS

43 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA LECHADAS ASFÁLTICAS ESPECIFICACIONES IDU

44 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS ESPECIFICACIONES IDU

45 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS (CONT.) ESPECIFICACIONES IDU

46 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS DISCONTINUAS EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA ESPECIFICACIONES IDU

47 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS DRENANTE ESPECIFICACIONES INVÍAS

48 AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO GRANULOMETRÍAS TÍPICAS DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA TRATAMIENTOS Y MEZCLAS BITUMINOSAS

49 TIPOS DE REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS Revestimientos bituminosos Riegos sin Imprimación gravilla(*) Riegos de liga Otros riegos (curado, antipolvo, niebla, etc) Riegos con Tratamiento superficial simple gravilla Tratamiento superficial doble Lechadas asfálticas densas (concreto asfáltico) en caliente abiertas Mezclas discontinuas drenantes en frío densas abiertas (*)los riegos sin gravilla no son propiamente revestimientos bituminosos, sino tratamientos previos a ellos o colocados con otros fines

50 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS RIEGOS SIN GRAVILLA

51 RIEGOS SIN GRAVILLA Imprimación Aplicación de un ligante bituminoso sobre una capa granular, previa a la construcción de un revestimiento bituminoso El ligante por emplear debe presentar baja viscosidad para que sea fácilmente aplicable, penetre por capilaridad en la capa de base e impregne adecuadamente la superficie de ésta El ligante debe ser de curado medio (asfalto líquido MC 30 o MC 70) o de rotura lenta (emulsión asfáltica CRL 0) para favorecer el proceso de penetración dentro de la base

52 RIEGOS SIN GRAVILLA Imprimación (cont.) La dosificación se establece en obra y no será inferior a 500 g/m 2 de ligante residual

53 RIEGOS SIN GRAVILLA Riego de liga Aplicación de un ligante bituminoso sobre un pavimento existente, previamente a la extensión de una capa bituminosa El ligante por emplear debe ser fluido para permitir una fácil aplicación, lo más uniforme posible y en dosificaciones pequeñas Deberá ser una emulsión asfáltica de rotura rápida (CRR), para permitir la puesta en obra de la nueva capa lo más rápidamente posible Debe tener muy pequeñas cantidades de disolventes o carecer de ellos, pues su exceso puede contaminar la capa bituminosa, desmejorando sus características mecánicas La dosificación se establece en obra y oscila entre 200 y 300 gramos/m 2 de ligante residual

54 OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego antipolvo (paliativo de polvo) Aplicación de un ligante asfáltico sobre la superficie de un camino destapado, con el fin de eliminar el polvo del mismo y hacer más cómoda la circulación Se suelen emplear emulsiones de rotura lenta (CRL 1) diluidas entre 5 y 10 veces el volumen de la emulsión La cantidad de emulsión por aplicar oscila entre 0.8 y 1.5 litros/m 2, según la condición de la superficie por tratar

55 OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego antipolvo (paliativo de polvo) SIN RIEGO CON RIEGO

56 OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego de curado Aplicación de un ligante asfáltico sobre una base estabilizada con cal o con cemento Portland, Su finalidad es formar una película continua que impida o retrase la evaporación del agua, favoreciendo el curado de la capa e impidiendo su fisuramiento Se emplean emulsiones de rotura rápida (CRL 1) en cantidades no inferiores a 400 g/m 2 de ligante residual

57 Riego de curado OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

58 OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego niebla (riego en negro) Aplicación de un ligante asfáltico sobre un pavimento antiguo para mejorar su impermeabilidad o para rejuvenecerlo si presenta síntomas de degradación por desgaste o por escasez en la dosificación del ligante Se emplean emulsiones de rotura lenta (CRL 1) diluidas en agua en proporciones iguales La cantidad del material diluido por regar varía entre 0.5 y 1.0 litro/m 2

59 Riego niebla (riego en negro) OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

60 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS RIEGOS CON GRAVILLA

61 Tratamiento superficial simple TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Es la aplicación de un ligante bituminoso sobre una superficie, seguida inmediatamente por la extensión y compactación de una capa de agregado pétreo de tamaño tan uniforme como sea posible

62 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Tratamiento superficial doble Consiste en dos aplicaciones alternativas y consecutivas de un ligante bituminoso y agregados pétreos, seguidas de un proceso de compactación El tamaño máximo del agregado de la segunda distribución es, aproximadamente, la mitad del tamaño del agregado de la primera capa El agregado debe ser tan uniforme en tamaño como sea posible, de manera que el tratamiento tenga esencialmente una sola capa de partículas

63 Tratamiento superficial doble TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

64 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Funciones de los componentes El ligante desempeña las funciones de impermeabilizar el pavimento y fijar las partículas del agregado. Se recomienda el empleo de emulsiones asfálticas de rotura rápida (CRR 2 o CRR 2m) El agregado aporta al tratamiento características antideslizantes, resistencia a la circulación de los vehículos y asegura la drenabilidad de las aguas superficiales El tratamiento provee una superficie de rodamiento económica, asegura la estanqueidad de las capas inferiores del pavimento y brinda una textura superficial que impide el deslizamiento de los vehículos

65 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Simples (Artículo 430 Especificaciones INVIAS) TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno TSS-1 TSS mm 12.5 mm 9.5 mm 6.3 mm 4.75 mm 2.36 mm 3/4 1/2 3/8 1/4 No.4 No Dobles (Artículo 431 Especificaciones INVIAS) TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno TIPO TSD 1 TSD 2 TSD 3 TSD mm 19.0 mm 12.5 mm 9.5 mm 6.3 mm 4.75 mm 2.36 mm 1.18 mm 1 3/4 1/2 3/8 1/4 No.4 No.8 No

66 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

67 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Dosificación de los tratamientos Los métodos de dosificación son empíricos Inicialmente, se define el tamaño y la dosificación del agregado pétreo La cantidad de ligante debe ser suficiente para fijar el agregado y quedar a una altura aproximada del 70 % de éste Cualquiera sea el método utilizado, la dosificación básica se debe modificar a la vista de las condiciones particulares de cada obra

68 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES TRATAMIENTOS SUPERFICIALES SIMPLES AGREGADOS Gradación Dosificación (l/m 2 ) LIGANTE RESIDUAL (l/m 2 ) TSS-1 TSS

69 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES TRATAMIENTOS SUPERFICIALES DOBLES

70 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DEL CRR (CENTRE DE RECHERCHES ROUTIERES DE BÉLGICA)

71 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DE LINCKENHEYL (REGLA DEL DÉCIMO) Parámetro Definición Unidad Cálculo D Tamaño máximo nominal mm Se obtiene de franja granulométrica d Tamaño mínimo nominal mm Se obtiene de franja granulométrica A Tamaño medio agregado mm (D+d)/2 Q Cantidad de agregado para el riego l/m 2 Q = 0.9*A, si A >10mm Q = 3+0.7*A, si A 10mm L Dosificación del ligante residual l/m 2 L = 0.1*Q

72 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Ejemplo Tratamiento superficial simple Franja granulométrica TSS 2 (D = 9.5 mm; d = 4.75 mm; A = 7.1 mm) Parámetro de pérdidas (R = 1.0 litros/m 2 ) Superficie normal (a = 0.34) Agregados pétreos naturales (b = 0.09) Emulsión catiónica CRR 2, concentrada al 68 % (0.68)

73 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Solución Especificaciones de construcción INVIAS Q = 6-8 litros/ m 2 L = litros/ m 2 Método del CRR Q = A- (A 2 /100) + R = (7.1*7.1/100) + 1 = 8.6 litros/ m 2 L = a + b*q = *8.6 = 1.06 litros/ m 2 Método de Linckenheyl Q = *A = *7.1 = 8.0 litros/ m 2 L = 0.1*Q = 0.1*8.0 = 0.8 litros/ m 2

74 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Solución (cont.) Como el producto bituminoso del tratamiento superficial se aplica en forma de emulsión asfáltica, las dosificaciones de ligante residual (L) deben ser convertidas a cantidades equivalentes de emulsión asfáltica (E), de acuerdo con la concentración de ésta E ( l / m 2 ) 2 L ( l / m ) Concentración de la emulsión

75 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS LECHADAS ASFÁLTICAS Y MICROAGLOMERADOS EN FRÍO

76 LECHADA ASFÁLTICA Definición Mezcla de consistencia fluida, compuesta por emulsión asfáltica de rotura lenta, agregado fino bien gradado (normalmente de tamaño máximo 10 mm), llenante mineral, agua y, eventualmente, aditivos Objetivos Impermeabilizar la superficie de un pavimento existente Proteger la carpeta asfáltica Aumentar la resistencia al deslizamiento del pavimento Mejorar la apariencia superficial La lechada no aporta capacidad estructural y no corrige la serviciabilidad del pavimento

77 LECHADA ASFÁLTICA

78 LECHADA ASFÁLTICA Funciones de los componentes Agregado pétreo Proveer un esqueleto mineral que soporte las cargas del tránsito Resistir la abrasión producida por el tránsito automotor Brindar una adecuada resistencia al deslizamiento Ligante Durante la construcción, la emulsión y el agua proveen fluidez al sistema, permitiendo que llene grietas y pequeñas depresiones y que los agregados se asienten adecuadamente Ligar el esqueleto mineral, impidiendo que las partículas de agregado sean arrancadas por el tránsito Impedir el paso de agua y aire a las capas inferiores, asegurando la durabilidad del sistema La emulsión deberá ser de rotura lenta y superestable (CRL 1h)

79 LECHADA ASFÁLTICA Funciones de los componentes Llenante mineral Ejercer como agente modificador de la velocidad de rotura y de la cohesión de la lechada Según el tipo de emulsificante empleado en la fabricación de la emulsión, puede actuar como acelerador o retardador de la rotura de la lechada Agua Ejercer papel de lubricante entre los agregados y la emulsión, permitiendo una correcta dispersión y fácil mezclado Brindar la consistencia necesaria para una puesta en obra de la lechada sin rotura prematura ni segregaciones Aditivo Facilitar la envuelta de la emulsión y regular su velocidad de rotura

80 Tipos de lechadas asfálticas LECHADA ASFÁLTICA El tipo de lechada queda definido por la gradación del agregado que la compone TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno LA-1 LA-2 LA-3 LA mm 9.5 mm 4.75 mm 2.36 mm 1.18 mm 600 m 300 m 180 m 75 m 1/2 3/8 No.4 No.8 No.16 No.30 No.50 No.80 No

81 LECHADA ASFÁLTICA FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA LECHADA LA-1

82 LECHADA ASFÁLTICA Tipos de lechadas asfálticas El tamaño del agregado define la cantidad de la lechada y su aplicación en el pavimento TIPO DE AGREGADO LA-1 LA-2 LA-3 LA-4 Ligante residual (% en peso sobre agregados). Agua preenvuelta (% en peso sobre agregados). Agua total (% en peso sobre agregados) Cantidad de lechada (kg/m 2 ) Capa en que se aplica 2ª o única cualquiera 1ª o única

83 LECHADA ASFÁLTICA Diseño de la lechada Consiste en la determinación de las cantidades adecuadas de los ingredientes que conforman la mezcla La cantidad de ligante debe ser suficiente para cubrir la superficie de los agregados con una película de espesor determinado que brinde ligazón al sistema, pero sin que existan riesgos de exudación

84 LECHADA ASFÁLTICA Diseño de la lechada El contenido de agua es de la mayor importancia, tanto para la obtención de una correcta puesta en obra, como para su buena trabajabilidad y el adecuado comportamiento de la lechada frente a la acción del tránsito automotor Un exceso de agua puede retrasar la rotura y dar lugar a segregaciones de la mezcla, fluyendo parte de la emulsión hacia las zonas más bajas de la vía

85 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante L = K (S*A) 0.2 Siendo: L = contenido de ligante residual sobre el peso de los agregados (%) K = módulo de riqueza para lechada tipo LA para lechada tipo LA para lechada tipo LA-4 S = superficie específica del agregado (m 2 /kg) A = factor de corrección por peso específico del agregado (A = 1.00 cuando el peso específico es 2.65)

86 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante (cont.) Superficie específica (S) S (% retenido en un tamiz 100 * FSE ) Factor de superficie específica (FSE) FSE = 2.50 (D*d) 0.5 Siendo: D = abertura del tamiz mayor (mm) d = abertura del tamiz menor (mm)

87 DISEÑO DE LA LECHADA LECHADA ASFÁLTICA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante Ejemplo Agregado silíceo, peso específico 2.65, gradación LA-3 Gradación Agregado Retenido entre F.S.E. Producto Tamiz % pasa tamices 3/8" No ,37 2,96 No ,74 8,88 No ,5 30,00 No ,97 59,40 No ,89 88,35 No ,76 107,60 No ,52 172,16 Fondo ,00 Suma 1.379,35 Superficie específica (S).m2/kg 13,79 Módulo de riqueza (K) 4.7 Factor de corrección por peso específico (A) 1.0 % LIGANTE TEÓRICO 7.9

88 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua) La consistencia debe ser lo suficientemente fluida para que la lechada pueda penetrar en grietas y deformaciones. Sin embargo, si la lechada es demasiado fluida puede segregarse y escurrir de manera excesiva bajo la caja mezcladora y sobre el pavimento El ensayo del cono de consistencia, permite ajustar la dosis de agua de mezclado (adicional al agua de la emulsión) para obtener una óptima colocación de la lechada (norma de ensayo INV E-777)

89 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

90 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua) Para realizar el ensayo se fabrica una mezcla de prueba y se llena con ella el cono sobre la placa graduada. El cono se levanta y se mide la extensión de la lechada en cuatro puntos perpendiculares. El valor promedio se registra como la consistencia de la lechada Se considera que el porcentaje óptimo de fluidos es aquel con el cual se logra una fluencia de la lechada entre 2 y 3 cm

91 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

92 LECHADA ASFÁLTICA 3. Propiedades mecánicas DISEÑO DE LA LECHADA En el diseño de una lechada asfáltica se deben verificar dos propiedades: Resistencia a la abrasión, mediante el ensayo de abrasión en pista húmeda, WTAT (norma de ensayo INV E-778) Tendencia a exudar, mediante el ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada, LWT (norma de ensayo INV E-779)

93 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda Se utiliza para determinar el contenido mínimo de ligante que impida un desgaste excesivo de la lechada en condiciones de servicio Se someten probetas curadas de lechada, de forma circular, sumergidas en agua a 25 C, a la acción abrasiva de un caucho de manguera durante 5 minutos El desgaste se mide por la pérdida de peso por unidad de área de la muestra y se denomina pérdida por abrasión

94 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda

95 DISEÑO DE LA LECHADA 3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda LECHADA ASFÁLTICA Se grafican los pérdidas obtenidas en el ensayo para diferentes contenidos de ligante Se considera que una lechada no sufrirá problemas críticos de abrasión, si las pérdidas no exceden de 650 gramos/m 2

96 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada Mide la tendencia de la lechada a exudar, la cual puede ser asociada con ahuellamiento Se emplean probetas curadas de lechada, de forma rectangular, las cuales son sometidas a 1000 ciclos de una rueda que busca comprimir la lechada para expulsar el exceso de asfalto, si lo hay

97 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada Luego se distribuye arena caliente sobre la probeta y se aplican 100 nuevos ciclos de carga La arena se adhiere a la superficie de la probeta en una cantidad que es proporcional a la exudación de asfalto La tendencia a exudar se calcula por el peso de arena adherida por unidad de superficie de la probeta y se denomina absorción de arena

98 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada

99 DISEÑO DE LA LECHADA LECHADA ASFÁLTICA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada Se grafican los resultados obtenidos en el ensayo para diferentes contenidos de ligante El criterio de diseño es el siguiente: TPD Absorción máxima de arena < g/ m g/ m 2 > g/ m 2 El contenido máximo admisible de ligante en la lechada es aquel que corresponda a la máxima absorción admisible de arena

100 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada

101 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 4. Selección del contenido óptimo de ligante

102 LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 5. Propiedades de curado Estas propiedades, que se miden con el cohesiómetro, entregan información respecto del tiempo que tarda la mezcla en romper y el desarrollo del curado Esta información es necesaria para asegurar que la lechada puede ser mezclada sin riesgo de rotura antes de ser colocada y para conocer el momento en el cual se puede abrir al tránsito

103 5. Propiedades de curado LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA El cohesiómetro mide la resistencia a la torsión en la superficie de la lechada Se realizan medidas a intervalos regulares de tiempo, las cuales permiten elaborar una curva de evolución de la cohesión en el tiempo El criterio de ISSA sobre el particular es el siguiente: Rotura: cuando se alcanza una resistencia a la torsión de 12 kg-cm Apertura al tránsito: cuando se alcanzan 20 kg-cm Curado: Cuando se logran 26 kg-cm

104 LECHADA ASFÁLTICA 5. Propiedades de curado DISEÑO DE LA LECHADA

105 MICROAGLOMERADOS EN FRÍO Conocidos también como micro pavimentos, son aplicaciones similares a las lechadas asfálticas que combinan las características de éstas con la bondades del asfalto modificado con polímeros, lo que da lugar a un producto con mayor durabilidad y resistencia ante las cargas del tránsito y los agentes ambientales

106 MICROAGLOMERADOS EN FRÍO FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA Se elaboran con emulsiones asfálticas modificadas con polímeros, del tipo CRL-1hm El agregado pétreo por emplear debe ser grueso, preferiblemente de gradación LA-1 o LA-2 Como el microaglomerado presenta mayor consistencia durante el mezclado y la colocación, se requieren equipos que, aunque similares, son de mayor potencia y diseño mecánico más robusto para su elaboración y extensión

107 MICROAGLOMERADOS EN FRÍO FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA (cont.) No se exige el requisito del ensayo del cono de consistencia durante el proceso de diseño Se aplican en espesores aproximadamente 50% mayores que la lechada asfáltica, para el mismo tamaño de agregado pétreo

108 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

109 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Generalidades Combinación de agregados pétreos y cemento asfáltico en una planta en la cual los materiales son calentados, dosificados y mezclados para producir la mezcla de pavimentación deseada La mezcla es transportada al sitio de la pavimentación y es extendida por medio de una máquina pavimentadora en una capa ligeramente compactada, para obtener una superficie uniforme y pareja

110 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Generalidades (cont.) Mientras la mezcla aún se encuentra caliente, es compactada intensamente con rodillos pesados para producir una capa lisa, uniforme y bien consolidada Según la granulometría del agregado utilizado, la mezcla puede ser cerrada (densa o semidensa), semicerrada (gruesa) o abierta Las mezclas cerradas y semicerradas en caliente son más conocidas como concretos asfálticos

111 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Generalidades (cont.) La mezclas cerradas requieren de un agregado pétreo bien gradado La mezclas semicerradas son parecidas a las anteriores, pero sus curvas granulométrica se alejan de la máxima compacidad, tiene menores contenidos de llenante y requieren menores contenidos de asfalto Las mezclas abiertas presentan un agregado mal gradado, con baja proporción de partículas de arena y finos, de manera que existe en ellas una estructura mineral que resiste por rozamiento interno

112 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Generalidades (cont.) Con el desarrollo de los asfaltos modificados, en los años recientes se han popularizado otros tipos de mezclas asfálticas en caliente: SMA Mezclas de alto módulo Mezclas discontinuas en caliente para capa de rodadura Mezclas drenantes

113 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE CONCRETO ASFÁLTICO

114 CONCRETO ASFÁLTICO Definición El concreto asfáltico es una mezcla íntima, elaborada en caliente, de agregados pétreos, llenante mineral y un cemento asfáltico, de manera que la superficie de todas y cada una de las partículas minerales quede recubierta de manera homogénea por una película de ligante Al compactar la mezcla cuando aún se encuentre caliente, el agregado grueso forma un esqueleto mineral, rígido y resistente, cuyos vacíos son rellenados por las partículas más finas El sistema conformado por el llenante y el asfalto forma un medio continuo y viscoso que mantiene unidas las partículas minerales, dando cohesión a la mezcla

115 CONCRETO ASFÁLTICO Franjas granulométricas típicas para un concreto asfáltico Artículo INVIAS

116 CONCRETO ASFÁLTICO FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO

117 CONCRETO ASFÁLTICO CONSECUENCIAS DE LAS IRREGULARIDADES EN LA CURVA GRANULOMÉTRICA PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO

118 CONCRETO ASFÁLTICO Selección del cemento asfáltico para mezclas de concreto asfáltico Artículo INVÍAS

119 CONCRETO ASFÁLTICO Requerimientos de una mezcla de concreto asfáltico Suficiente asfalto para asegurar un pavimento durable Suficiente estabilidad bajo cargas de tránsito Suficientes vacíos con aire: - límite superior para prevenir desintegración de la capa - límite inferior para dar espacio a la densificación producida por el tránsito Suficiente trabajabilidad para prevenir segregaciones durante la elaboración y la colocación de la mezcla Suficiente flexibilidad para adaptarse a asentamientos y movimientos graduales de las capas inferiores

120 CONCRETO ASFÁLTICO Caracterización de la mezcla Ensayos empleados para establecer las proporciones de los diferentes componentes de la mezcla y el posterior control de producción y de construcción de la misma (Marshall, Hveem, SUPERPAVE) Ensayos empleados para evaluar ciertos rasgos de comportamiento y las propiedades estructurales de la mezcla, requeridas por los métodos mecanísticos y mecanístico-empíricos de diseño de pavimentos asfálticos (triaxial, tensión indirecta, módulo resiliente diametral, módulo dinámico, ensayos de flexión de viga, creep, corte, etc)

121 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO MARSHALL

122 MÉTODO MARSHALL Generalidades El ensayo se realiza de acuerdo con el procedimiento descrito en el manual MS2 del Instituto del Asfalto y es aplicable a mezclas con agregado de tamaño máximo no mayor de 25 mm Emplea probetas de 4 pulgadas de diámetro y 2.5 pulgadas de altura, compactadas a alta temperatura, con diferentes proporciones de asfalto, las cuales son ensayadas a 60 C mediante deformación lateral hasta alcanzar la falla La carga de falla de las probetas se denomina estabilidad y la deformación máxima se llama flujo

123 MÉTODO MARSHALL Generalidades (cont.) Las probetas se compactan con un martillo normalizado (10 libras y caída libre de 18 pulgadas), aplicando 35, 50 o 75 golpes por cara, dependiendo de la intensidad del tránsito de la vía para la cual se realiza el diseño El método requiere, además del ensayo de estabilidad y flujo, la ejecución de un análisis de densidad y vacíos de las probetas compactadas, para establecer la fórmula de trabajo (proporciones óptimas de agregados y cemento asfáltico)

124 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Elementos básicos Adición del asfalto a los agregados

125 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Temperaturas de mezcla y compactación Mezcla de los agregados con el asfalto a la temperatura especificada

126 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Colocación de la mezcla dentro del molde de compactación Compactación de la mezcla

127 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Probetas compactadas Pesada de probeta en el aire Pesada de probeta en el agua

128 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Probetas en baño maría Ensayo de estabilidad y flujo

129 MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO Representación de los resultados del ensayo Marshall

130 MÉTODO MARSHALL CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Artículo 450 -INVIAS

131 MÉTODO MARSHALL MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS Cuando el agregado por utilizar en la elaboración del concreto asfáltico presente un tamaño máximo mayor de 25 mm, pero no superior a 38 mm, el Instituto del Asfalto recomienda el empleo de un método modificado, propuesto por Kandhal La modificación consiste, básicamente, en el empleo probetas de 6 pulgadas de diámetro y 3.75 pulgadas de altura, compactadas a alta temperatura, con un martillo de base con mayor diámetro y 22.5 libras de peso, con altura de caída de 18 pulgadas (norma ASTM D5581)

132 MÉTODO MARSHALL MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS El número de golpes por aplicar por cada cara de la probeta debe ser 1.5 veces el especificado en el procedimiento normal El criterio de diseño en cuanto a estabilidad y flujo también se modifica. La estabilidad debe ser, como mínimo, 2.25 veces la exigida en el método normal, y el rango de flujo debe ser 1.5 veces mayor que el especificado en aquél

133 MÉTODO MARSHALL MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS Moldes y martillos para los métodos Marshall normal y modificado

134 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Una vez definido el porcentaje óptimo de asfalto de diseño según el criterio Marshall, se compactan nuevas probetas de mezcla con dicho óptimo, las cuales se someten a dos comprobaciones para verificar la validez del diseño: Resistencia a la deformación plástica Comprobación de la adhesividad entre el agregado pétreo y el ligante asfáltico

135 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Resistencia a la deformación permanente El INVÍAS utiliza el ensayo de pista de laboratorio (norma de ensayo INV E 756) Una probeta compactada en condiciones normalizadas se somete a 60ºC a la acción cíclica de una rueda que aplica una presión de 9 kg/cm 2 durante 120 minutos Se mide la velocidad de deformación de la probeta en el intervalo comprendido entre 105 y 120 minutos

136 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Ensayo de pista de laboratorio

137 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Comprobación de la adhesividad entre el agregado y el asfalto El INVÍAS utilizó hasta 2007 el ensayo de inmersión y compresión (norma de ensayo INV E 738) Probetas compactadas en condiciones normalizadas se someten a curado en dos grupos: uno al aire a 25º C durante 4 días y otro mediante inmersión en agua a 49º C durante el mismo lapso o 24 horas a 60º C Las probetas se fallan por compresión simple y se comparan los resultados de los dos grupos

138 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Ensayo de inmersión - compresión

139 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA En 2007, el INVÍAS especificó la prueba de tensión indirecta (norma de ensayo INV E 725) para verificar las condiciones de adhesividad entre el agregado y el asfalto en presencia de agua Probetas compactadas con el contenido óptimo de asfalto y entre 6 y 8 % de vacíos con aire se someten a curado en dos grupos: uno al aire y otro mediante saturación al vacío Las probetas se fallan por compresión diametral y se comparan los resultados de los dos grupos

140 MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 INV E-725)

141 MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 INV E-725) Ensayo de tensión indirecta Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

142 Ensayo de tensión indirecta MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 INV E-725) S 2000* P T * D * t S T = resistencia a la tensión indirecta, kpa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

143 MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 INV E-725)

144 MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

145 MÉTODO MARSHALL Ventajas ATRIBUTOS DEL MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL Atención a vacíos, resistencia y durabilidad Empleo de equipos de bajo costo Fácil uso en el proceso de control y aceptación Desventajas Compactación por método de impacto No considera esfuerzos de corte La carga es perpendicular al eje de compactación

146 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO DE DISEÑO VOLUMÉTRICO SUPERPAVE

147 MÉTODO SUPERPAVE OBJETIVOS DEL MÉTODO DE DISEÑO VOLUMÉTRICO Desarrollar un método de compactación en el laboratorio que simule la compactación en el terreno Incluir en el diseño partículas de mayor tamaño Identificar mezclas con problemas de compactabilidad Brindar la posibilidad de empleo tanto en el control como en la verificación de la calidad de la mezcla Considerar factores de durabilidad

148 MÉTODO SUPERPAVE COMPACTADOR GIRATORIO SUPERPAVE (CGS) Desarrollado para satisfacer los objetivos del método

149 MÉTODO SUPERPAVE CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACIÓN DEL CGS

150 MÉTODO SUPERPAVE DISEÑO DE LA COMPACTACIÓN

151 MÉTODO SUPERPAVE BOSQUEJO DEL MÉTODO Se determinan tres granulometrías de prueba apropiadas Para cada una de las granulometrías, se preparan y compactan dos mezclas con un contenido de ligante que teóricamente dé lugar a especímenes con 4 % de vacíos con aire La compactación se realiza hasta el máximo número de giros y durante el proceso se va calculando el porcentaje de compactación Terminada la compactación, se calculan los volúmenes reales de vacíos con aire y de vacíos en los agregados minerales

152 MÉTODO SUPERPAVE BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.) Se determina el contenido de ligante asfáltico para alcanzar 4% de vacíos con aire (96% de G mm para el N diseño ) y con él se recalculan las otras propiedades volumétricas (vacíos en los agregados minerales -VAM- y vacíos llenos de asfalto -VLA-) Las propiedades estimadas se comparan con los criterios de diseño de la mezcla (VAM, VLA, %G ini, %G máx ). Además, se verifica que la relación llenante/ligante (proporción de polvo) se encuentre entre 0.6 y 1.2

153 MÉTODO SUPERPAVE BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.) Con estos resultados se escoge la mezcla que parezca más aceptable y con ella se compactan especímenes con diferentes contenidos de ligante por debajo y por encima del estimado previamente Se calculan, para cada contenido de ligante, las propiedades volumétricas (Vacíos con aire, VAM, %G ini, %G máx ) Se elaboran gráficas y se determina un óptimo de acuerdo con los criterios de diseño

154 MÉTODO SUPERPAVE SELECCIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO DE DISEÑO

155 MÉTODO SUPERPAVE Vacíos con aire: 4 % CRITERIOS DE DISEÑO Vacíos en los agregados minerales

156 MÉTODO SUPERPAVE CRITERIOS DE DISEÑO (cont.) Vacíos llenos de asfalto Relación llenante/ligante (proporción de polvo): %G ini : < 89 % %G máx : < 98 %

157 MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T INV E-725)

158 MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T INV E-725) Ensayo de tensión indirecta Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

159 Ensayo de tensión indirecta MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T INV E-725) S 2000* P T * D * t S T = resistencia a la tensión indirecta, kpa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

160 MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T INV E-725)

161 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE EVALUACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

162 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO Las mezclas de concreto asfáltico son sometidas a diferentes pruebas para evaluar algunas propiedades estructurales requeridas por los métodos de tipo empírico mecanístico para el análisis y el diseño de pavimentos asfálticos, así como otros rasgos de comportamiento Entre las primeras, se encuentran aquellas destinadas a determinar los módulos y la resistencia a la fatiga Entre las segundas, están las que estudian la resistencia al ahuellamiento, la susceptibilidad al agrietamiento térmico y a la humedad y las características de fricción superficial

163 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO- MECANÍSTICO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

164 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO Generalidades Los métodos analíticos de diseño estructural de pavimentos asfálticos se basan en el estado de tensiones y deformaciones producido por las solicitaciones consideradas, con un estudio posterior de lo que significa dicho estado en la degradación de la estructura Los modelos de análisis de empleo más generalizado, son los basados en sistemas multicapa y ecuaciones elásticas (hipótesis de Burmister)

165 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO Generalidades (cont.) Parte de la información por entregar a los modelos de respuesta basados en las hipótesis de Burmister, en relación con las capas asfálticas, es la referente a sus características mecánicas (módulo elástico y relación de Poisson) En cuanto al análisis de los deterioros generados por las cargas en las capas asfálticas, se recurre a relaciones empíricas entre las deformaciones unitarias a tracción en la mezcla asfáltica y el número admisible de aplicaciones de carga (leyes de fatiga)

166 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÓDULO ELÁSTICO

167 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 INV E-749) Permite determinar el módulo resiliente diametral de mezclas asfálticas, mediante la aplicación de pulsos de carga sobre el diámetro vertical de especimenes de al menos 2x4 pulgadas o 3x6 pulgadas, a diferentes temperaturas y con distintas frecuencias, con una intensidad de carga tal, que induzca entre 10% y 50% de la resistencia a la tensión La medida de la deformación horizontal recuperable, luego de un determinado número de ciclos de carga (generalmente entre 50 y 200), permite determinar el módulo resiliente de elasticidad

168 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 INV E-749) E R P( ) D * t H E R = módulo resiliente total, MPa (psi) μ = relación de Poisson de la mezcla P = magnitud de la carga repetida, N (libras) D H = deformación total recuperable horizontal, mm (pulg.) t = espesor de la probeta, mm (pulgadas)

169 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 INV E-749)

170 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO (ASTM D 3497 INV E-754) Probetas cilíndricas con relación altura/diámetro de 2 y diámetro mínimo de mm (4 pulgadas) son sometidas, bajo diferentes condiciones de temperatura, frecuencia e intensidad, a un esfuerzo axial de compresión sinusoidal La relación entre el esfuerzo axial (σ o ) y la deformación unitaria axial de compresión correspondiente (ε o ), luego de un tiempo de carga entre 30 y 45 segundos, se define como módulo dinámico E* E* = σ o / ε o

171 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO (ASTM D 3497 INV E-754)

172 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94) Un espécimen de mezcla asfáltica en forma de viga (380x50x63 mm) es sometido a flexión repetida en forma de pulsos de carga, con una frecuencia de 5 a 10 ciclos por segundo, con un determinado nivel de deformación, a una temperatura preestablecida El módulo se determina a partir de la deflexión máxima en el centro de la viga (A), en el ciclo de carga número 50

173 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94) Es P* a(3l 2 4 Abh 4a 3 2 ) Es = módulo dinámico (stiffness) flexural P = carga dinámica aplicada a = distancia entre apoyos (l / 3) l = luz libre de la viga b = ancho promedio de la viga h = altura promedio de la viga

174 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94) EQUIPO DE ENSAYO

175 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94) El módulo dinámico flexural es altamente dependiente del esfuerzo de flexión (σ) al cual es sometida la viga. Para la mayoría de las mezclas, la relación la establece la expresión Es Eo * A 1 A 1 = constante que depende del tipo de mezcla y de la temperatura de ensayo Eo = rigidez flexural hipotética para σ = 0 (se ha encontrado experimentalmente que para una frecuencia de 2 Hz, su valor difiere de E* sólo 3 o 4 %)

176 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO RELACIÓN ENTRE EL MÓDULO DINÁMICO FLEXURAL Y EL NIVEL DE ESFUERZO DE FLEXIÓN (Ejemplo) S 2000* P T * D * t

177 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992) a) Módulo elástico del ligante bituminoso (E b ), MPa

178 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992) b) Propiedades del asfalto recuperado después de su mezcla y colocación p (I) = penetración inicial del asfalto

179 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992) c) Tiempo efectivo de aplicación de carga (t 1 )

180 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992) d) Stiffness de la mezcla (E m )

181 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO MODELO PREDICTIVO DE WITCZAK Donde:

182 STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO VALORES TÍPICOS DEL MÓDULO DINÁMICO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

183 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO RESISTENCIA A LA FATIGA

184 RESISTENCIA A LA FATIGA El agrietamiento por fatiga es uno de los dos modos principales de falla de un pavimento asfáltico, asociado con las cargas del tránsito La fatiga consiste en el agrietamiento de la capa asfáltica, inducido por aplicaciones repetidas de carga a un nivel de esfuerzo o deformación por debajo de la resistencia última del material

185 RESISTENCIA A LA FATIGA El modo de carga es uno de los factores primarios que afectan la respuesta a fatiga de las mezclas Los ensayos a esfuerzo controlado miden, esencialmente, la carga para iniciar la fisuración Los ensayos a deformación controlada dan lugar a vidas de fatiga mayores, debido a que también consideran la propagación de grietas El modo de esfuerzo controlado es característico de las capas espesas, en tanto que el modo de deformación controlada es característico de las capas asfálticas delgadas

186 RESISTENCIA A LA FATIGA AGRIETAMIENTO POR FATIGA

187 MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA Pruebas que tienden a evaluar la vida respecto de la iniciación del agrietamiento Flexión simple Flexión repetida sobre una viga en el punto central Flexión repetida sobre una viga en los tercios Flexión repetida sobre una viga rotando en cantiliver Flexión repetida sobre una viga en dos puntos (cantiliver trapezoidal) Carga directa axial Probetas cilíndricas sometidas a tensión y compresión Probetas cilíndricas de sección angostada, sometidas a tensión y compresión Carga diametral Ensayo cíclico de tensión indirecta ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

188 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA Pruebas que tienden a evaluar la resistencia de la mezcla a la propagación de grietas Flexión soportada Viga soportada Disco soportado Losa soportada Mecánica de las fracturas Vigas muescadas

189 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94) La prueba es la misma que se utiliza para determinar el módulo dinámico El nivel de deformación producido por la carga cíclica se establece de manera que la viga requiera un mínimo de 10,000 ciclos de carga antes de que su módulo dinámico (stiffness) se reduzca al 50% de su valor inicial La reducción del stiffness en 50% representa la falla por fatiga de la viga

190 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94) Se dibuja una gráfica que relacione el logaritmo del número de aplicaciones de carga contra el logaritmo de la deformación y se establece la ecuación correspondiente Nf K 1 1 K 2

191 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94)

192 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA El montaje es muy similar al usado para determinar el módulo resiliente mediante el ensayo de tensión indirecta bajo carga repetida La carga cíclica se aplica a diferentes especimenes de la misma mezcla, con una frecuencia determinada y a distintos niveles de esfuerzo La vida de fatiga para cada espécimen se establece como el número total de ciclos al cual la pendiente de la deformación plástica horizontal acumulada comienza a incrementarse, o el número de ciclos requerido para que el stiffness de la mezcla se reduzca 50%

193 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA Con los valores de las deformaciones generadas para cada esfuerzo y los ciclos necesarios para llegar a la falla, se presentan los datos de la misma manera que en los ensayos de flexión repetida sobre vigas Las vidas de fatiga determinadas por compresión diametral suelen ser mayores que las obtenidas en el ensayo de flexión de viga, porque la deformación permanente es permitida en el primero y prohibida en el segundo

194 ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO CURVAS TÍPICAS DE FATIGA PARA MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

195 RESISTENCIA A LA FATIGA ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN 1. Universidad de Nottingham (temperatura < 30 C) log t 14.39logVB 24.2log TAB log N 5.13logV 8.63log T 15.8 B AB f 2. Shell International Petroleum Company t (0.856* V B 1.08)* S 0.36 mix * N 0.2 f

196 RESISTENCIA A LA FATIGA ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN 3. Instituto del Asfalto N f 18.4* C 4.325* S t mix M C 10 M V B 4.84* VV VB

197 RESISTENCIA A LA FATIGA RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA EN EL TERRENO La fórmulas de fatiga determinadas en el laboratorio producen una falla más temprana que la observada en el campo para iguales niveles de deformación (N fatiga < N terreno) Las condiciones de trabajo en el laboratorio son más agresivas: mayor concentración de carga, menores períodos de reposo, temperaturas fijas. Para compensar estas diferencias, se aplica un factor de desplazamiento o shift factor al valor N fatiga

198 RESISTENCIA A LA FATIGA RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA EN EL TERRENO (CONT.) El factor de desplazamiento es dependiente, además, del tipo y condiciones del ensayo del laboratorio, de las características del asfalto y del espesor de las capas asfálticas (aumenta con el espesor) La bibliografía presenta un rango amplio de factores, desde algo más de 1.0 hasta valores del orden de 400. En los estudios rutinarios se aplica un valor entre 10 y 20 N terreno = N fatiga * Factor de desplazamiento

199 RESISTENCIA A LA FATIGA RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA A LA FATIGA Factor Cam bio en Efecto sobre la resistencia el factor al agrietam iento Asfalto Stiffness Aumenta Aumenta (esfuerzo controlado) Disminuye (deformación controlada) Contenido de asfalto Aumenta Aumenta Mezcla Contenido de llenante Aumenta Aumenta vacíos con aire Aumenta Disminuye Temperatura Aumenta Disminuye (esfuerzo controlado) Condiciones Aumenta (deformación controlada) del ensayo o Estado de esfuerzo controlado a Aumenta del terreno esfuerzo/deformación deformación controlada Períodos Aumenta Aumenta de reposo

200 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO AHUELLAMIENTO DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO

201 AHUELLAMIENTO Acumulación gradual de deformaciones permanentes en las zonas de canalización del tránsito, producida por una combinación de : densificación (decremento de volumen y consecuente aumento de densidad) deformaciones repetitivas por corte (constituyen la causa principal de ahuellamiento en los pavimentos bien construidos)

202 AHUELLAMIENTO MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO El tránsito tiene una incidencia importante sobre el ahuellamiento en una etapa inicial y el incremento de la deformación permanente bajo las llantas es marcadamente mayor en las zonas ubicadas bajo ellas (densificación) Después de la etapa inicial, el decremento de volumen bajo las llantas es aproximadamente igual al aumento que se produce en las zonas de levantamiento adyacentes. El ahuellamiento es causado por desplazamiento con constancia de volumen

203 AHUELLAMIENTO MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO

204 AHUELLAMIENTO TIPOS DE AHUELLAMIENTO Los pavimentos asfálticos presentan dos tipos de ahuellamiento: Estructural No estructural

205 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

206 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

207 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL Muchos métodos de diseño de pavimentos incluyen criterios para limitar los valores de deformación sobre la subrasante, con el fin de prevenir el ahuellamiento en la superficie v 1 N m

208 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL Este criterio no suele considerar el ahuellamiento producido en las capas asfálticas por causas no estructurales

209 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

210 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

211 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Producido exclusivamente por acumulación de deformaciones en capas asfálticas, cuya resistencia al corte es demasiado baja para soportar las cargas pesadas repetidas La deformación por corte se caracteriza por un movimiento de la mezcla hacia abajo y lateralmente Para predecir el ahuellamiento generado en las capas asfálticas se han desarrollado dos procedimientos analíticos: Deformación por capas (layer - strain) Metodología viscoelástica

212 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología de deformación por capa Predice la profundidad del ahuellamiento usando características de deformación permanente de la mezcla, determinadas en el laboratorio, junto con análisis de la teoría elástica lineal o no lineal Cada capa del pavimento se divide en sub-capas y se calcula el estado de esfuerzos para cada una de ellas bajo el centro de la carga, lo que permite determinar la deformación plástica axial

213 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología de deformación por capa (cont.) La profundidad total de ahuellamiento (Δp) para un determinado número de aplicaciones de carga es la suma de los productos de la deformación plástica promedio en el centro de cada sub-capa (ε i ) por el espesor de la subcapa correspondiente (Δz i ) : p n i z i i 1

214 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología viscoelástica Considera las cargas por rueda en conjunto con propiedades de la mezcla dependientes del tiempo (definidas en términos de modelos de elementos finitos o elementos de Kelvin o Maxwell), para establecer los estados de esfuerzos y deformaciones en puntos particulares de la estructura

215 AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología viscoelástica (cont.) Las características de respuesta se suelen estimar mediante modelos viscoelásticos de deformaciones permanentes (VESYS por ejemplo), los cuales predicen el incremento en ahuellamiento debido a la circulación de las cargas Estos modelos son complejos y no han dado buenas correlaciones con las deformaciones reales, no presentando un avance práctico significativo respecto del procedimiento de deformación por capas

216 AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO Método Baladi Se basa en resultados de ensayos de tensión indirecta, datos obtenidos en el campo y el empleo del programa MICH-PAVE de elementos finitos elásticos no lineales: log(rd) = (0.067)(AV) - (1.5)[log(TAC)] - (0.07)(T) - ( )(KV) + (0.15)[log(ESAL)] - (0.4)[log(MR SUB )] - (0.63)[log(MR B )] + (0.1)[log(SD)] + (0.01)[log(CS)]

217 AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO Método Baladi Siendo:

218 AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO Predicción de ahuellamiento en capas asfálticas AASHTO 2002

219 AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO Predicción de ahuellamiento en capas no ligadas AASHTO 2002

220 AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO Factores de calibración de ahuellamiento AASHTO 2002

221 AHUELLAMIENTO FACTORES QUE AFECTAN EL AHUELLAMIENTO EN LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO Factor Cambio en Efecto sobre la resistencia el factor al ahuellamiento Textura superficial Lisa a rugosa A umento A gregado Gradación Discontinua a continua A umento Forma Redondeado a angular A umento Tamaño A umernto tamaño máximo A umento Ligante Rigidez A umento A umento Contenido ligante A umento Disminución Mezcla Vacíos con aire A umento Disminución V A M A umento Disminución Temperatura A umento Disminución Condiciones de Estado de A umento en la presión Disminución ensayo/campo esf/deform. de contacto de llanta Repeticiones de carga A umento Disminución Agua Seco a húmedo Disminución si la mezcla es sensitiva al agua

222 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS DEFORMACIONES PERMANENTES El desarrollo de modelos predictivos del ahuellamiento requiere tanto de técnicas estables para calcular la respuesta del pavimento, como de una caracterización realista de los materiales Se requieren pruebas de laboratorio para determinar los parámetros representativos de las mezclas, las cuales deben reproducir, de la mejor manera, las condiciones reales del pavimento: estado de esfuerzos, temperatura, humedad y características generales del material

223 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE Ensayos de creep estático Ensayos de carga repetida Ensayos de módulo dinámico Ensayos empíricos Ensayos de pista

224 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE 1. Ensayos de creep estático Aplican una carga estática a la muestra y miden la recuperación cuando ella es retirada Los resultados de estos ensayos no suelen correlacionar debidamente con las medidas de ahuellamiento de pavimentos en servicio

225 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE 2. Ensayos de carga repetida Aplican a los especimenes una carga repetida de magnitud fija, a una frecuencia constante y miden las deformaciones recuperables y permanentes Correlacionan con los ahuellamientos reales mejor que los de creep estático

226 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE 3. Ensayos de módulo dinámico Aplican una carga repetida sinusoidal con determinada frecuencia durante un período relativamente corto y miden las deformaciones recuperables y permanentes Sus resultados correlacionan razonablemente bien con las medidas de ahuellamiento en pavimentos reales

227 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE 4. Ensayos empíricos Métodos tradicionales de diseño de mezclas asfálticas, como el Marshall y el Hveem Aunque pueden correlacionar con medidas de ahuellamiento, no miden ningún parámetro fundamental de la mezcla

228 AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE 5. Ensayos de pista Duplican las condiciones de esfuerzo de los pavimentos reales y correlacionan aceptablemente con medidas de ahuellamiento, pero no miden ningún parámetro fundamental de la mezcla

229 AHUELLAMIENTO Ensayo uniaxial ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Es el más utilizado por su sencillez y bajo costo Para obtener alguna correlación con los ahuellamientos observados en pistas reales, el ensayo se debe realizar a un bajo nivel de esfuerzo axial (± 1 kg/cm 2 ) El espécimen se coloca entre dos bases de acero, una de las cuales es móvil, aplicándose una carga constante sobre esta última y midiendo la deformación en función del tiempo, a una determinada temperatura, con ayuda de LVDTs Al retirar totalmente la carga, se determina la deformación permanente

230 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayo triaxial Es similar al uniaxial, pero usa una presión de confinamiento del orden de 1.5 kg/cm 2, la cual permite que las condiciones de ensayo sean más parecidas a las de campo

231 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

232 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayos uniaxial y triaxial En ensayos sobre materiales viscoelásticos suele ser ventajoso el empleo del término compliance, que es el recíproco del módulo y representa la relación deformación/esfuerzo D(t) =ε T /σ d Siendo ε T = deformación unitaria axial σ d = esfuerzo desviador aplicado durante el ensayo

233 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayos uniaxial y triaxial (cont.) La variación de D(t) con el tiempo permite definir el tiempo de flujo, que es el instante en el cual se inicia la deformación por corte bajo volumen constante El tiempo de flujo es un parámetro que se puede relacionar con la resistencia al ahuellamiento de la mezcla asfáltica

234 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

235 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

236 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayo de creep estático diametral Utiliza el equipo del ensayo de tensión indirecta Probetas de 150 mm de diámetro por 50 mm de altura se someten, a cierta temperatura, a una carga constante estática en su plano diametral que genere una deformación en el rango viscoelástico lineal (menos de 300 micro deformaciones horizontales) durante un lapso de 100 segundos, midiéndose las deformaciones horizontales a lo largo del ensayo

237 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayo de creep estático diametral Se calculan las deformaciones unitarias horizontales de tensión, las cuales se relacionan con el esfuerzo aplicado, permitiendo el cálculo del creep compliance durante el desarrollo del ensayo

238 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Se aplica una carga repetida de magnitud fija y con determinada frecuencia a un espécimen cilíndrico, con o sin confinamiento, a una temperatura preestablecida La carga se aplica en un pulso corto, seguido de un período de reposo Se registra la deformación permanente acumulada en función del número de ciclos y se correlaciona con el potencial de ahuellamiento Los ensayos de carga repetida son similares en concepto al ensayo para determinar el módulo resiliente triaxial para suelos

239 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

240 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA A menudo, los resultados se presentan mediante una curva de deformación axial acumulada El número de flujo (NF) es el número de ciclos al cual se inicia el flujo terciario, que corresponde al punto donde la curva se aleja de la tendencia lineal recta y la deformación ocurre sin cambio de volumen. El número de flujo (NF) se puede asociar con el potencial de ahuellamiento de la mezcla

241 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

242 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

243 Ensayo de carga repetida diametral AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Una probeta cilíndrica de concreto asfáltico es sometida a carga repetida en su plano diametral El ensayo presenta reparos para la caracterización de la deformación permanente de las mezclas porque: El estado de esfuerzos no es uniforme y es altamente dependiente de la forma de la probeta A alta temperatura o bajo carga elevada, la deformación permanente produce cambios en la forma de la probeta que afectan tanto el estado de esfuerzos como la medida de las deformaciones

244 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de carga repetida diametral (cont.) Durante el ensayo, el único estado de esfuerzos relativamente uniforme es la tensión que ocurre a lo largo del diámetro vertical de la probeta, en tanto que los demás estados de esfuerzos son marcadamente no uniformes Como los esfuerzos de corte contribuyen significativamente al ahuellamiento y en los especímenes diametrales se presenta un espectro no uniforme de esfuerzos de este tipo, las medidas de deformación no pueden ser asociadas con un nivel específico de esfuerzos

245 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO TP7 - procedimiento F ) Se realiza sobre probetas de 150 mm de diámetro y 50 mm de espesor en el equipo de ensayo de corte SUPERPAVE (SST) Las probetas se someten a una carga de corte semi sinusoidal discontinua, hasta lograr una tensión constante de 68 kpa

246 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO TP7 - procedimiento F ) Debido a la aplicación de la carga de corte, las probetas tratan de dilatarse y ello se evita aplicando una carga axial adecuada, lo que promueve la acumulación de una deformación permanente por corte Las probetas se someten a 5,000 ciclos o hasta que la deformación específica sea 5 % Durante el ensayo se registran las cargas axiales y de corte y las deformaciones

247 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA EQUIPO DE ENSAYO DE CORTE SUPERPAVE (AASHTO TP 7)

248 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA CRITERIO PARA EVALUAR LA RESISTENCIA AL AHUELLAMIENTO USANDO LA DEFORMACIÓN PERMANENTE POR CORTE REPETIDO A ALTURA CONSTANTE DEFORMACIÓN MÁXIMA PERMANENTE POR CORTE RESISTENCIA AL EN ENSAYO A ALTURA AHUELLAMIENTO CONSTANTE (%) < 1 Excelente 1 a < 2 Buena 2 a < 3 Regular > = 3 Pobre

249 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN Se aplica un esfuerzo compresivo sinusoidal a un espécimen de concreto asfáltico a una determinada temperatura (entre 25 C y 60 C) y con cierta frecuencia de carga (entre 0.1 Hz y 10 Hz) Los esfuerzos aplicados y las respectivas deformaciones axiales recuperables se miden y se emplean para calcular el módulo dinámico y el ángulo de fase

250 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN El ensayo difiere del de carga repetida en los ciclos de carga y en las frecuencias El ensayo de carga repetida aplica miles de cargas a una sola frecuencia, en tanto que el de módulo aplica la carga durante poco tiempo (30 a 45 segundos) y sobre un rango de frecuencias Se han establecido relaciones entre los módulos y el potencial de ahuellamiento de las mezclas

251 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN

252 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN

253 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN

254 AHUELLAMIENTO ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO PARA DEFORMACIÓN CORRELACIÓN ENTRE EL MÓDULO Y LA PROFUNDIDAD DE AHUELLAMIENTO

255 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Miden el ahuellamiento producido por un dispositivo de rueda cargada que se desplaza repetidamente sobre un espécimen compactado de mezcla asfáltica Existen muchos equipos para realizar estos ensayos: Analizador de pavimentos asfálticos (APA) Hamburger Wheel-Tracking Device French Pavement Rutting Tester Pista de ensayo de laboratorio (INV E-756)

256 ENSAYOS DE PISTA Analizador de pavimentos asfálticos (APA) AHUELLAMIENTO Mide la susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas asfálticas sometiéndolas a la acción de una rueda oscilante de caucho inflada con 0.69 MPa que soporta una carga de 445N. Un ensayo normal consta de 8,000 ciclos que se completan en 2 horas y 15 minutos, a una temperatura de 64 C NCAT sugiere que una deformación no mayor de mm luego de los 8,000 ciclos asegura un ahuellamiento mínimo en el terreno

257 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA ANALIZADOR DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS (APA)

258 AHUELLAMIENTO Comparación entre los resultados del ensayo de corte repetido a altura constante y los del analizador de pavimentos asfálticos

259 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Hamburger Wheel-Tracking Device Mide la susceptibilidad al ahuellamiento y a la humedad de las probetas asfálticas, sometiéndolas a la acción de una rueda metálica con una presión de contacto de 0.73 MPa y 53 ± 2 pasadas/minuto, cuando están sumergidas en agua caliente (generalmente a 50 C)

260 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Hamburger Wheel-Tracking Device (cont.) El Departamento de Transporte de Colorado acepta un ahuellamiento máximo de 4 mm luego de 10,000 pasadas y 10 mm luego de 20,000 pasadas El ensayo permite analizar la consolidación por postcompactación, la pendiente inversa de creep, el punto de inflexión de stripping y la pendiente inversa de stripping

261 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Hamburger Wheel-Tracking Device (cont.) Consolidación post-compactación Es la deformación en mm luego de 1,000 pasadas de la rueda Pendiente inversa de creep Mide la acumulación de deformación permanente primaria debido a mecanismos diferentes de la humedad. Es el inverso de la rata de deformación (pasadas/mm de huella) en la región recta entre la post-compactación y el punto de inflexión de stripping

262 ENSAYOS DE PISTA Hamburger Wheel-Tracking Device (cont.) AHUELLAMIENTO Punto de inflexión de stripping Número de pasadas en el punto de intersección de la pendiente de creep y la pendiente de stripping. A partir de él, el daño por humedad comienza a gobernar el comportamiento Pendiente inversa de stripping Mide la acumulación de deformación permanente a causa de la humedad. Es el inverso de la rata de deformación (pasadas/mm de huella) luego del punto de inflexión de stripping

263 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Hamburger Wheel-Tracking Device (cont.)

264 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA HAMBURGER WHEEL-TRACKING DEVICE

265 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA French Pavement Rutting Tester Mide la susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas asfálticas, sometiendo probetas a la acción de una rueda de caucho con una carga de 5,000 ± 50 N a 67 ciclos por minuto (134 pasadas/minuto) Las muestras se someten a la acción de la rueda a 60 ± 2 C y se mide periódicamente la profundidad de la huella, calculándose el porcentaje de deformación en relación con el espesor inicial de las muestras

266 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA French Pavement Rutting Tester (cont.) La especificación francesa establece como aceptables las mezclas si, para un espesor de probeta de 50 mm, el porcentaje de deformación a 1,000 y 3,000 ciclos no excede de 10% y 20%, respectivamente, en tanto que para probetas de 100 mm de espesor el valor no debe exceder de 10 % a 30,000 ciclos

267 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA FRENCH PAVEMENT RUTTING TESTER

268 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA Ensayo de pista de laboratorio Una probeta compactada en condiciones normalizadas se somete, a 60ºC, a la acción cíclica de una rueda que aplica una presión de 9 kg/cm 2 durante 120 minutos Se determina la velocidad de deformación (VD) de la probeta en el intervalo comprendido entre 105 y 120 minutos Se considera aceptable un VD menor de 15 μm/min si la temperatura de la región es mayor de 24º C, y menor de 20 μm/min si la temperatura es menor o igual a 24º C

269 AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE PISTA ENSAYO DE PISTA DE LABORATORIO

270 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO AGRIETAMIENTO TÉRMICO

271 AGRIETAMIENTO TÉRMICO La disminución de temperatura crea un estado de esfuerzos de tensión térmica en las capas asfálticas, el cual se traduce en la formación de grietas transversales

272 AGRIETAMIENTO TÉRMICO PAVIMENTO CON GRIETAS DE ORIGEN TÉRMICO

273 AGRIETAMIENTO TÉRMICO CRITERIOS DE SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DEL ASFALTO 1. Número penetración - viscosidad (PVN)

274 AGRIETAMIENTO TÉRMICO CRITERIOS DE SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DEL ASFALTO 2. Índice de penetración (IP) Criterio: Se considera que un asfalto con IP mayor de -1.5 presenta una baja susceptibilidad térmica

275 AGRIETAMIENTO TÉRMICO CRITERIOS DE SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DEL ASFALTO 3. Empleo del reómetro de flexión de viga (SUPERPAVE) Caracteriza las propiedades de stiffness del ligante a bajas temperaturas Mide el stiffness en creep (S) y el logaritmo de la viscosidad de deformación en creep (m) Ligantes con bajo stiffness en creep no se fisurarán en tiempo muy frío La máxima temperatura a la cual m = y S = 300 MPa se denomina temperatura crítica (T b )

276 AGRIETAMIENTO TÉRMICO MODELO DE PREDICCIÓN DE AGRIETAMIENTO TÉRMICO (Boutin & Lupien) 1. Determinar la temperatura crítica en el instante (T b (t)) T b (t) = T bo + t T bo =temperatura crítica del asfalto en el tanque, según el reómetro de flexión de viga (BBR), antes de su uso ( C) t = tiempo que corresponde a la edad del pavimento (años) 2. Verificar la siguiente desigualdad T b (t) - T 0.5D 2 C T 0.5D = temperatura en la mitad del espesor de la capa asfáltica, ( C)

277 AGRIETAMIENTO TÉRMICO MODELO DE PREDICCIÓN DE AGRIETAMIENTO TÉRMICO (Boutin & Lupien) 3. Predecir el agrietamiento Si la desigualdad no se cumple, no se observa agrietamiento térmico Si la desigualdad se cumple, el agrietamiento se presenta de acuerdo con la expresión: τ = e -0.02t τ = número esperado de grietas transversales por kilómetro en el año t

278 ENSAYOS PARA CARACTERIZAR EL AGRIETAMIENTO A BAJA TEMPERATURA Ensayo de tensión indirecta (AASHTO TP 9) Constituye una segunda fase del ensayo de creep estático diametral El análisis para agrietamiento térmico se realiza a -20, -10 y 0 C, aplicando una carga diametral a razón de 12.5 mm/minuto hasta que la carga comience a decrecer por falla de la probeta AGRIETAMIENTO TÉRMICO

279 AGRIETAMIENTO TÉRMICO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR EL AGRIETAMIENTO A BAJA TEMPERATURA Ensayo de probeta sometida a esfuerzo térmico restringido (AASHTO TP 10) Un núcleo de mezcla de 60 mm de diámetro y 250 mm de altura es enfriado a tasa constante mientras se restringe su contracción El esfuerzo de tensión que se va desarrollando es medido durante el ensayo, así como la temperatura a la cual ocurre la fractura de la probeta

280 AGRIETAMIENTO TÉRMICO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR EL AGRIETAMIENTO A BAJA TEMPERATURA RESULTADOS TÍPICOS DE UN ENSAYO DE PROBETA SOMETIDA A ESFUERZO TÉRMICO RESTRINGIDO

281 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD

282 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD Existen tres mecanismos por medio de los cuales la humedad puede degradar la integridad de una mezcla de concreto asfáltico: Pérdida de cohesión (resistencia) de la película de asfalto Falla de la adhesión entre el agregado y el asfalto Degradación o fractura de partículas individuales de agregado por ciclos de congelación

283 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD Se han desarrollado muchos ensayos para predecir la susceptibilidad de las mezclas de concreto asfáltico a la humedad

284 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD

285 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD

286 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD (cont.)

287 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD (cont.)

288 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS A LA HUMEDAD (cont.)

289 SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD COMENTARIOS SOBRE LOS ENSAYOS No existe ningún ensayo que demuestre ser definitivamente superior a los demás y que permita identificar la susceptibilidad de la mezcla a la humedad en todos los casos Muchas mezclas se han comportado satisfactoriamente en el campo a pesar de no cumplir los criterios de los ensayos y muchas otras se han comportado pobremente a pesar de cumplirlos De acuerdo con la experiencia actual, el ensayo Lottman modificado (AASHTO T 283 INV E-725) parece el más apropiado para detectar el daño por humedad en las mezclas de concreto asfáltico y está incluido en los procedimientos de diseño de mezclas SUPERPAVE y en las especificaciones del INVÍAS

290 EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO FRICCIÓN

291 FRICCIÓN Es la relación entre la fuerza vertical y la fuerza horizontal desarrollada entre la superficie del pavimento y los neumáticos, que resiste el deslizamiento de estos últimos cuando se aplican los frenos al vehículo.

292 FRICCIÓN CARACTERÍSTICAS DE FRICCIÓN Idealmente, la fricción en condición húmeda debería ser tan alta como en condición de superficie seca Mientras la fricción en estado seco es relativamente independiente de la velocidad, en condición húmeda la situación es muy diferente La fricción se puede reducir con el transcurso del tiempo, por pulimento de los agregados de la capa superficial o por exudación de la mezcla

293 FRICCIÓN COMPONENTES DE LA FRICCIÓN La fricción de la superficie de un pavimento es función de dos componentes: microtextura y macrotextura La microtextura es suministrada por las pequeñas asperezas superficiales de las partículas de agregado y produce una buena resistencia friccional entre la llanta y el pavimento La macrotextura es suministrada por las asperezas mayores y proporciona canales de drenaje para la expulsión del agua entre el neumático y el pavimento, garantizando el adecuado contacto entre ellos y previniendo el hidroplaneo

294 FRICCIÓN CLASES DE TEXTURA SUPERFICIAL

295 FRICCIÓN VARIACIÓN DE LA FRICCIÓN CON LA VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

296 FRICCIÓN EQUIPOS PARA LA MEDIDA DE LA FRICCIÓN MODO EQUIPOS REPRESENTATIVOS OBSERVACIONES OPERACIONAL Rueda bloqueada Trailer ASTM E-274 Remolque donde va la rueda de medida arrastrada a velocidad (locked wheel testers) Diagonal Braked Vehicle (DBV) constante y frena en el instante de la medición. La velocidad Polish SRT-3 relativa entre el neumático y el pavimento es igual a la del Skidómetro BV-8 vehículo. El grado de deslizamiento es 100% Adhera - LCPC Rueda oblicua respecto Mu Meter Autopropulsados. La rueda de medida forma un ángulo del sentido de marcha SCRIM respecto del sentido del movimiento del equipo, sin aplicar (side force measurement) Odoliograph otra condición de frenado. Miden el esfuerzo lateral, Stradograph perpendicular al plano de rotación. La velocidad relativa de la rueda de medida es del orden de la velocidad del vehículo (V) por el seno del ángulo de deriva (a) y, por lo tanto, es una medida de baja velocidad. Por ello, el sistema es sensible principalmente a la microtextura Rueda parcialmente bloqueada Trailer DWW Realizan registro continuo de la fricción si la relación (con grado de deslizamiento fijo) Griptester de deslizamiento es pequeña. Estos equipos suelen operar (fixed slip devices) Saab Friction Tester con un grado de deslizamiento de 10 a 20% y su medida de Runway Friction Tester fricción es de baja velocidad, ya que la velocidad de deslizamiento es el producto de la velocidad (V) por el tanto por uno de deslizamiento. Estos equipos no miden la fricción máxima Rueda parcialmente bloqueada Komatsu Skid Tester Miden a diferente grado de deslizamiento y, por lo tanto, (con grado de deslizamiento variable) ROAR brindan la mayor cantidad de información sobre las (variable slip devices) Norsemeter características de fricción pavimento - neumático Zapatas Péndulo de fricción TRL Equipos portátiles. Miden la fricción entre una zapata (slider) deslizante de caucho y la superficie del pavimento. El grado de deslizamiento es de 100%.

297 FRICCIÓN EQUIPOS PARA LA MEDIDA DE LA FRICCIÓN

298 FRICCIÓN EQUIPOS PARA LA MEDIDA DE LA FRICCIÓN Equipo de rueda bloqueada Péndulo portátil TRL

299 FRICCIÓN TEXTURA El coeficiente de fricción se reduce al aumentar la velocidad de deslizamiento, en especial cuando la macrotextura es fina En carreteras de alta velocidad, es conveniente tener conocimiento de la fricción a velocidades intermedias y altas La medida de la fricción a alta velocidad se hace de manera indirecta, a partir de mediciones de macrotextura o rugosidad: Ensayo del círculo de arena Drenómetros Perfilómetros Láser

300 TEXTURA FRICCIÓN

301 FRICCIÓN TEXTURA PERFILÓMETROS LÁSER DE ALTA VELOCIDAD

302 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Índice de fricción internacional (IFI) Los diferentes equipos para la medida de fricción y textura y tienen concepciones y escalas de referencia propias, razón por la cual no es fácil comparar los valores obtenidos con ellos La AIPCR promovió el desarrollo del índice de fricción internacional (IFI), el cual es una referencia universal de la fricción y de la textura del pavimento, independiente de los aparatos con los cuales se midan la textura y la fricción

303 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Índice de fricción internacional (IFI) IFI = (F60, Sp) F60 = Constante de fricción a 60 km/h (depende de la fricción y de la macrotextura) Sp = Constante de referencia de velocidad, km/h (depende de la macrotextura)

304 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Determinación de la constante de referencia de velocidad (Sp) Sp = a + b*tx Tx = Valor medido de la macrotextura a, b = Constantes que dependen del equipo con el cual se ha efectuado la medida (Tabla 24 del documento AIPCR)

305 FRICCIÓN Y TEXTURA Determinación de la constante de fricción a 60 kph (F60) Se establece la velocidad de operación del equipo de medida (S) y se le aplica un factor de corrección según el tipo de equipo utilizado (rueda bloqueada, rueda parcialmente bloqueada, rueda oblicua) Se mide la fricción superficial con el equipo escogido (FRS) Se determina el valor F60 con la expresión: F60 = A + B*(FRS)*e (S - 60)/Sp FRICCIÓN A, B = constantes que dependen del equipo usado para la medida (Tabla 25 del documento AIPCR)

306 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA El valor F60 es una medida normalizada de la fricción a 60 km/h Con los valores de F60 y Sp se puede calcular la fricción a cualquier otra velocidad de deslizamiento (S), mediante la expresión: F(S) = F60*e (60-S)/Sp

307 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Ejemplo de determinación del IFI Fricción medida con el SCRIM del Ministerio de Fomento de España a 50 km/h. El aparato tiene un ángulo de deriva de 20º y la fricción obtenida fue 0.65 La textura superficial se determinó con el círculo de arena y el valor obtenido fue 1 milímetro

308 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Medida de fricción Medida de textura

309 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Solución al ejemplo de determinación del IFI Determinación de Sp El círculo de arena corresponde al equipo A8 del experimento AIPCR, para el cual la Tabla 24 del documento indica que a = y b = Sp = *1 = 102 km/h

310 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Solución al ejemplo de determinación del IFI (cont.) Velocidad de operación corregida por el ángulo de deriva del equipo: S = 50 * sen 20º = 17.1 km/h El SCRIM empleado es el equipo C6E del experimento AIPCR, para el cual la Tabla 5 del documento indica que A = y B = F60 = *0.65*e ( )/102 = 0.41

311 FRICCIÓN FRICCIÓN Y TEXTURA Solución al ejemplo de determinación del IFI (cont.) Expresión del IFI (0.41, 102) La expresión de la curva de fricción de referencia es F (S) = 0.41 * e (60 S)/102 Así, por ejemplo, si la velocidad es 80 km/h, la fricción a dicha velocidad será: F (S) = 0.41 * e (60 80)/102 = 0.34

312 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS ABIERTAS EN CALIENTE

313 MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE Definición Mezcla destinada al alivio del reflejo de las juntas y grietas durante las operaciones de rehabilitación de un pavimento Está constituida por una combinación, en caliente, de un agregado pétreo con baja o nula proporción de finos y una cantidad muy limitada de cemento asfáltico, la cual se define por tanteos en obra (rango: 1.5% %) Al compactar la mezcla en obra, presenta un elevado volumen de vacíos con aire (superior a 20%) que controla la transmisión de las juntas y las grietas del pavimento existente a la capa densa que se construya como refuerzo

314 MEZCLA ABIERTA EN CALIENTE Granulometría agregados pétreos TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno MAC-1 MAC-2 MAC-3 75 mm 63 mm 50 mm 37.5 mm 19.0 mm 9.5 mm 4.75 mm 2.36 mm 150 m 3 2 1/ /2 3/4 3/8 No.4 No.8 No Ligante asfáltico Cemento asfáltico del tipo 60-70

315 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS SMA

316 MEZCLAS SMA Definición SMA significa Stone Matrix Asphalt o Stone Mastic Asphalt y es una mezcla asfáltica en caliente de gradación discontinua para capa de rodadura, desarrollada para maximizar la resistencia al ahuellamiento y la durabilidad Aspecto de una capa de SMA Probeta de SMA

317 MEZCLAS SMA Composición Una mezcla SMA está compuesta por: Agregados con un esqueleto granular fuerte, que proporciona el contacto piedra con piedra que previene el ahuellamiento y suministra resistencia al deslizamiento Un mortero asfáltico de alta viscosidad, constituido por arena, llenante mineral, un elevado contenido de asfalto modificado y un agente estabilizante (fibras minerales o de celulosa) que se agrega para minimizar el escurrimiento del asfalto y suministrar al mortero una consistencia satisfactoria

318 Composición MEZCLAS SMA

319 MEZCLAS SMA MATERIALES PARA LA MEZCLA Agregados pétreos Los requisitos de calidad de los agregados grueso y fino son prácticamente los mismos que se exigen a los agregados para las mezclas de concreto asfáltico Los siguientes se pueden considerar como adicionales:

320 MEZCLAS SMA Agregados pétreos MATERIALES PARA LA MEZCLA Granulometrías recomendadas por NCHRP 9-8

321 MEZCLAS SMA MATERIALES PARA LA MEZCLA Agente estabilizante Se incluye para minimizar el escurrimiento del asfalto en la mezcla y contribuir en la adecuada consistencia del mortero Está constituido por fibras de celulosa o de tipo mineral La cantidad en la cual se debe incorporar es, como mínimo, 0.3 % respecto del peso de la mezcla Ligante bituminoso Asfalto modificado con polímero, Tipo II o Tipo III

322 MATERIALES PARA LA MEZCLA MEZCLAS SMA

323 MATERIALES PARA LA MEZCLA MEZCLAS SMA

324 MEZCLAS SMA Generalidades DISEÑO DE LA MEZCLA El diseño incluye una dosificación de tipo volumétrico y una verificación de la susceptibilidad de la mezcla a la humedad Además, involucra dos ensayos que no son típicos de la mayoría de las mezclas densas en caliente: Determinación de vacíos en el agregado grueso Escurrimiento

325 DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Selección de la gradación MEZCLAS SMA Para el TMN elegido se evalúan 3 posibles gradaciones dentro de la franja maestra de la especificación El tamiz que separa el agregado grueso del fino se denomina tamiz del punto de corte Tamices de punto de corte para diferentes TMN

326 DISEÑO DE LA MEZCLA MEZCLAS SMA 2. Determinación de los vacíos en el agregado grueso Esta prueba se realiza para evaluar la existencia de contacto entre partícula y partícula del agregado grueso Los VAG se determinan a partir del peso unitario apisonado del agregado grueso -(γ a )- (norma de ensayo AASHTO T 19) y de la gravedad específica bulk del agregado grueso (G ag ) VGA drc G ag G ag w w a *100

327 MEZCLAS SMA DISEÑO DE LA MEZCLA 3. Selección del contenido de asfalto de prueba El mínimo contenido de ligante efectivo de la SMA es 6 % Se recomienda que el contenido de asfalto de la mezcla en la fase de selección de gradación sea 7.0% para la TMN-9.5; 6.7% para la TNM-12.5 y 6.0% para la TMN y la TMN-25.0

328 DISEÑO DE LA MEZCLA MEZCLAS SMA 4. Preparación y compactación de las mezclas en la fase de selección Se requiere un total de 12 muestras: 4 para cada una de las 3 gradaciones de prueba Cada muestra es mezclada con el contenido de asfalto de prueba Tres de la cuatro muestras para cada gradación se compactan con 100 giros del Compactador Giratorio Superpave o con 50 golpes por cara, según la técnica Marshall Con la cuarta mezcla de cada grupo se determina la gravedad específica máxima medida (G mm ) (AASHTO T 209)

329 DISEÑO DE LA MEZCLA 5. Selección de la gradación deseada MEZCLAS SMA Se determina la gravedad específica bulk de las probetas compactadas (G mb ) Para cada grupo de probetas se calculan los promedios de vacíos con aire (V a ), vacíos en el agregado grueso (VAG mix ) y vacíos en los agregados minerales (VAM) De todas las mezclas de prueba ensayadas, aquella con el más alto porcentaje que pase el tamiz del punto de quiebre, que simultáneamente cumpla el requerimiento los de VAM mínimos y presente un valor VAG mix < VAG drc, se elige como gradación deseada

330 DISEÑO DE LA MEZCLA 5. Selección de la gradación deseada (cont.) V a VAG VAM G 1 G mix mb mm G 100 G G 100 G *100 mb ac mb ag * P * P m ag MEZCLAS SMA P ag = porcentaje de agregado grueso dentro de la mezcla total P m = porcentaje de agregado en las mezcla Gac = peso específico bulk del todo el agregado combinado

331 DISEÑO DE LA MEZCLA 6. Selección del contenido óptimo de ligante MEZCLAS SMA Elegida la gradación deseada, se elaboran nuevas mezclas con un total de tres contenidos de asfalto (incluyendo valores por encima y debajo del contenido de prueba) Para cada contenido de asfalto se preparan 4 muestras, 3 de las cuales se compactan como las de la fase de selección y la cuarta se usa para la determinación de la gravedad específica máxima medida (G mm ) El contenido óptimo de ligante es aquél con el cual se obtiene 4.0 % de vacíos con aire, siempre y cuando se satisfagan los VAM mínimos y VAG mix < VAG drc

332 DISEÑO DE LA MEZCLA 7. Ensayo de escurrimiento MEZCLAS SMA El ensayo se realiza según la norma AASHTO T 305 El ensayo se realiza colocando una muestra de la mezcla suelta en un horno a la temperatura anticipada de producción en la planta, dentro de una canasta de malla de tamiz de ¼ durante 1 hora y pesando el material que haya drenado a través de la malla durante dicho lapso Si el resultado no satisface el máximo especificado de 0.30 %, se debe incrementar la proporción de fibras en la mezcla, hasta reducir el escurrimiento a un límite aceptable

333 MEZCLAS SMA DISEÑO DE LA MEZCLA 7. Ensayo de escurrimiento CANASTA DE MALLA DE ABERTURA ¼ MEZCLA EN EL HORNO

334 DISEÑO DE LA MEZCLA 7. Ensayo de escurrimiento MEZCLAS SMA ESCURRIMIENTO DE MEZCLA SIN FIBRAS, A 158º C ESCURRIMIENTO DE MEZCLA CON 0.3% DE FIBRA, A 158º C

335 DISEÑO DE LA MEZCLA MEZCLAS SMA 8. Evaluación de la sensibilidad a la humedad (AASHTO T 283)

336 DISEÑO DE LA MEZCLA MEZCLAS SMA 8. Evaluación de la sensibilidad a la humedad (AASHTO T 283) La evaluación se realiza mediante el ensayo de tensión indirecta, sometiendo las probetas cilíndricas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

337 DISEÑO DE LA MEZCLA Ensayo de tensión indirecta MEZCLAS SMA S 2000* P T * D * t S T = resistencia a la tensión indirecta, kpa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

338 DISEÑO DE LA MEZCLA MEZCLAS SMA 8. Evaluación de la sensibilidad a la humedad (AASHTO T 283)

339 MEZCLAS SMA CRITERIO DE DISEÑO PARA MEZCLAS SMA

340 MEZCLAS SMA CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico Los módulos dinámicos de las mezclas SMA tienden a ser algo mayores que los de las mezclas convencionales y presentan la misma susceptibilidad a la temperatura Pruebas de tensión indirecta bajo carga repetida (ASTM D 4123 INV E-749) sobre mezclas SMA con asfaltos convencionales y modificados y diferentes tipos de llenantes, mostraron valores de módulo resiliente en el entorno de 1,000 MPa a 35º C y entre 5,000 y 6,000 MPa a 15º C

341 MEZCLAS SMA CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MEZCLAS SMA A LAS CUALES SE ESTUDIARON MÓDULOS RESILIENTES Y RESISTENCIA A FATIGA (Lago, 2003)

342 MEZCLAS SMA CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico

343 MEZCLAS SMA CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a la fatiga ECUACIONES DE FATIGA EN ENSAYO A ESFUERZO CONTROLADO A 20º C y 1 Hz

344 MEZCLAS SMA CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA SMA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a la fatiga

345 MEZCLAS SMA COMPARACIÓN DE VIDAS A FATIGA DE MEZCLAS SMA CON ASFALTO MODIFICADO Y DE UNA MEZCLA DENSA CONVENCIONAL CON ASFALTO MODIFICADO

346 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO

347 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Capa de mezcla asfáltica, usada como base, elaborada en caliente, cuya rigidez es del orden del doble o del triple de la que presentan las mezclas asfálticas convencionales Se elabora con un cemento asfáltico de baja penetración y un agregado pétreo con fuerte esqueleto mineral, de manera de lograr una gran capacidad de absorción de esfuerzos y gran resistencia al ahuellamiento El empleo de un contenido de ligante relativamente alto mejora el comportamiento a la fatiga de la mezcla, haciéndolo comparable al de una mezcla tradicional

348 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO

349 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO

350 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CEMENTO ASFÁLTICO PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO Se pueden emplear: Cementos asfálticos de destilación directa, de baja penetración (10-25) y punto de ablandamiento elevado (60ºC ó más) Cementos asfálticos modificados con polímero de penetración En este caso, se brinda al producto una mayor flexibilidad

351 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CEMENTO ASFÁLTICO PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO

352 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Se suele emplear el método Marshall, debiendo cumplirse los siguientes requisitos Requisito adicional

353 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Ensayo de pista de laboratorio

354 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO Ensayo de pista de laboratorio

355 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CARACTERIZACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico Los módulos dinámicos de las mezclas de alto módulo son sustancialmente más elevados que los de los concretos asfálticos convencionales, para cualquier temperatura y frecuencia Los ensayos para su determinación son los mismos descritos para los concretos asfálticos

356 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CARACTERIZACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MÓDULOS DINÁMICOS DE UNA MEZCLA TÍPICA DE BOGOTÁ Universidad de los Andes (2001)

357 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CARACTERIZACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a la fatiga Las leyes de fatiga de las mezclas de alto módulo adoptan la misma expresión que en las demás mezclas asfálticas: log ε = A + B log N ε = deformación aplicada, multiplicada por 10 6 N = número de ciclos con el que dicha deformación conduce a la rotura A, B = coeficientes adimensionales propios de cada mezcla

358 MEZCLA ASFÁLTICA DE ALTO MÓDULO CARACTERIZACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DE ALTO MÓDULO CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARÁMETROS DE LEYES DE FATIGA DE MEZCLAS ESPAÑOLAS Y COLOMBIANAS DETERMINADOS A 20º C Y FRECUENCIA DE 10 Hz NOTA : Los parámetros que dan mayores resistencia a fatiga son los más elevados en el caso de A y los más bajos en valor absoluto en el caso de B

359 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA

360 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA Definición Mezcla para capa de rodadura de reducido espesor, elaborada en caliente, empleando un agregado pétreo de tamaño máximo nominal comprendido entre 8 mm y 10 mm, con una marcada discontinuidad entre los tamaños de 2 mm y 4.75 mm La discontinuidad granulométrica brinda características favorables en cuanto a sonoridad, fricción y drenabilidad superficial Esta mezcla se conoce como microaglomerado en caliente

361 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA Tramo de microaglomerado en caliente en el sector San Felipe Los Andes (Chile)

362 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA Aplicaciones Restauración de la resistencia al deslizamiento sobre pavimentos estructuralmente competentes Mejoramiento del drenaje superficial Rejuvenecimiento de superficies de rodamiento Actuación de mantenimiento periódico de la calzada, sin incremento excesivo de cotas

363 Granulometría de los agregados MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno M-1 M-2 F-1 F mm 1/ mm 3/ mm 5/ mm No mm No m No m No Ligante bituminoso Asfalto modificado con polímeros, tipo II o tipo III

364 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA

365 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760) 1. Preparación de las mezclas Se elaboran mezclas con 1,000 gramos de agregados y diferentes porcentajes de ligante, a una temperatura que corresponda a una viscosidad del ligante entre 150 y 190 centistokes, verificando que no haya escurrimiento del ligante a dicha temperatura Se deben elaborar por lo menos 4 mezclas para cada porcentaje de ligante utilizado

366 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760) 2. Compactación de probetas y determinación de vacíos Se compactan las mezclas mediante la técnica Marshall, a la temperatura apropiada, aplicando 50 golpes por cara a cada probeta Se pesan las probetas y se dividen en dos grupos Se determinan los vacíos con aire de las probetas a partir de la medida geométrica de su volumen y de la densidad relativa de los materiales

367 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA 3. Prueba de desgaste DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760) Las probetas para ensayo en seco se dejan en reposo durante 6 horas Se introducen las probetas en la máquina de los Ángeles sin esferas y se someten a 300 vueltas Se pesan las probetas luego del ensayo Se calculan las pérdidas de peso de las probetas, en porcentaje

368 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA 3. Prueba de desgaste DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760) Probetas ensayadas con distinto contenido de ligante

369 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760) 4.Verificación de la adhesividad El juego de probetas destinado a verificar la adhesividad se somete a inmersión a 60 o C por 24 horas Se efectúa el ensayo de desgaste como a las probetas ensayadas en seco y se calculan las pérdidas de peso correspondientes

370 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO M Ensayo Cántabro (INV E -760)

371 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO F Ensayo Marshall 1. Preparación de las probetas Como en el ensayo Marshall convencional, compactando con 50 golpes por cara 2. Análisis de densidad y de vacíos y ensayo de estabilidad y flujo Como en el ensayo Marshall convencional 3. Criterio de dosificación Estabilidad : 750 kg mínimo Vacíos con aire : 4% mínimo

372 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO F Ensayo Marshall 4. Verificaciones Comprobación de la adhesividad mediante el ensayo de tensión indirecta (INV E-725) Criterio La pérdida de resistencia no debe exceder de 20%

373 MEZCLA DISCONTINUA EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA DISEÑO MEZCLAS TIPO F Ensayo Marshall 4. Verificaciones Medida de la resistencia a la deformación plástica (norma de ensayo INV E-756) Criterio En el intervalo de 105 a 120 minutos: VD mm/ minuto ( Si T > 24 o C) VD mm/ minuto (Si T 24 o C)

374 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLA DRENANTE

375 MEZCLA DRENANTE Definición Mezcla asfáltica para capa de rodadura con un elevado contenido de vacíos con aire, cuyo diseño da lugar a una superficie de textura abierta y alta capacidad drenante, a causa de la cual el agua lluvia que cae sobre la calzada se elimina por infiltración

376 MEZCLA DRENANTE

377 MEZCLA DRENANTE Características principales Suministra un adecuado drenaje superficial Brinda alta resistencia al deslizamiento Reduce el volumen de agua proyectada al paso de los vehículos en condición lluviosa Mejora la visibilidad en condición de pavimento húmedo Disminuye el ruido producido por la circulación vehicular

378 MEZCLA DRENANTE Granulometría de los agregados TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno MD mm 3/ mm 1/ mm 3/ mm No mm No m No m No Ligante bituminoso Asfalto modificado con polímeros, tipo I o tipo II

379 MEZCLA DRENANTE FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA DRENANTE

380 MEZCLA DRENANTE DISEÑO MEZCLA Ensayo Cántabro (INV E -760) 1. Preparación de las mezclas Se elaboran mezclas con 1,000 gramos de agregados y diferentes porcentajes de ligante, a una temperatura que corresponda a una viscosidad del ligante entre 150 y 190 centistokes, verificando que no haya escurrimiento del ligante a dicha temperatura Se deben elaborar por lo menos 4 mezclas para cada porcentaje de ligante utilizado

381 MEZCLA DRENANTE DISEÑO MEZCLA Ensayo Cántabro (INV E -760) 2. Compactación de probetas y determinación de vacíos Se compactan las mezclas mediante la técnica Marshall, a la temperatura apropiada, aplicando 50 golpes por cara a cada probeta Se pesan las probetas y se dividen en dos grupos Se determinan los vacíos con aire de las probetas a partir de la medida geométrica de su volumen y de la densidad relativa de los materiales

382 MEZCLA DRENANTE DISEÑO MEZCLA Ensayo Cántabro (INV E -760) 3. Prueba de desgaste Las probetas para ensayo en seco se dejan en reposo durante 6 horas Se introducen las probetas en la máquina de los Ángeles sin esferas y se someten a 300 vueltas Se pesan las probetas luego del ensayo Se calculan las pérdidas de peso de las probetas, en porcentaje

383 MEZCLA DRENANTE DISEÑO MEZCLA Ensayo Cántabro (INV E -760) 4.Verificación de la adhesividad El juego de probetas destinado a verificar la adhesividad se somete a inmersión a 60 o C por 24 horas Se efectúa el ensayo de desgaste como a las probetas ensayadas en seco y se calculan las pérdidas de peso correspondientes

384 DISEÑO MEZCLA Ensayo Cántabro (INV E -760) MEZCLA DRENANTE

385 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO

386 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO Definición Mezclas constituidas por la combinación de uno o más agregados pétreos y un llenante mineral (cuando es necesario), con una emulsión asfáltica y, eventualmente, agua Estas mezclas son elaboradas, aplicadas y compactadas a temperatura ambiente Existen dos tipos de mezclas asfálticas en frío Densas Abiertas

387 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO MEZCLAS DENSAS EN FRÍO

388 MEZCLA DENSA EN FRÍO Definición Combinación de una emulsión asfáltica, agua, agregados pétreos grueso y fino y, eventualmente, un llenante mineral, cuya granulometría combinada es similar a la de un concreto asfáltico; mezcla que es posible fabricar, extender y compactar a temperatura ambiente El agua se debe incorporar a los agregados antes que la emulsión asfáltica, con el fin de evitar un rompimiento prematuro de ésta, asegurando un cubrimiento completo del agregado y una buena uniformidad en la mezcla.

389 MEZCLA DENSA EN FRÍO Granulometría TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno MDF-1 MDF-2 MDF mm 25.0 mm 19.0 mm 12.5 mm 9.5 mm 4.75 mm 2.36 mm 300 m 75 m 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 No.4 No.8 No.50 No Ligante bituminoso Emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta y controlada que corresponda a los tipos CRL-1 o CRL-1h

390 MEZCLA DENSA EN FRÍO FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA MEZCLA DENSA EN FRÍO

391 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante 1.1 Cálculo con base en la superficie específica L = K (S*A) 0.2 Siendo: L = contenido de ligante residual sobre el peso de los agregados (%) K = módulo de riqueza ( ) S = superficie específica del agregado (m 2/ kg) A = factor de corrección por peso específico del agregado (A = 1.00 cuando el peso específico es 2.65)

392 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante (cont.) Superficie específica (S) S (% retenido en un tamiz * FSE ) 100 Factor de superficie específica (FSE) FSE = 2.50 (D*d) 0.5 Siendo: D = abertura del tamiz mayor (mm) d = abertura del tamiz menor (mm)

393 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante (cont.) 1.2 Método propuesto por AEMA Siendo: E = 0.05A + 0.1B +0.5C E = % teórico de emulsión asfáltica A = % de agregado retenido en tamiz # 8 B = % de agregado entre tamices # 8 y # 200 C = % que pasa el tamiz # 200

394 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 2. Determinación de los contenidos de agua de envuelta y compactación Se efectúan pruebas de envuelta con diferentes humedades de la mezcla observando la cobertura y, a la vista de los resultados, se escoge el más conveniente Para determinar la humedad de compactación, es una buena guía la humedad óptima del ensayo Proctor Modificado (INV E-142) sobre los agregados solos

395 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 3. Ensayos mecánicos para la determinación del óptimo real de ligante Existen diversas posibilidades para diseñar en el laboratorio las mezclas densas en frío, siendo las más utilizadas: Ensayo de inmersión - compresión Ensayo Marshall modificado

396 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 1. Determinación de la humedad óptima de compactación

397 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN 2. Determinación del contenido óptimo teórico de ligante Fórmula Duriez % L % de asfalto residual L K 5 K módulo de riqueza ( ) Superficie específica (0.17G 0.33g 2.30S 12s 135 f ) /100 G % partículas mayores de 10 mm g % partículas entre 5mm y 10 mm S % partículas entre mm y 5 mm s % partículas entre 0.08 mm y mm f % partículas menores de 0.08 mm

398 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 3. Elaboración de mezclas Se elaboran mezclas con diferentes cantidades de emulsión, correspondientes a porcentajes de ligante por encima y por debajo del óptimo teórico, manteniendo el contenido óptimo de fluidos de compactación 4. Compactación de probetas Se compactan probetas de 10 cm por 10 cm de altura mediante compresión creciente hasta alcanzar 210 kg/cm 2, manteniendo esta presión durante 2 minutos (compactar seis probetas para cada contenido de ligante)

399 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 5. Curado de las probetas Desmoldado de las probetas y curado al aire durante 7 días a 25º C Separar cada juego de 6 probetas en 2 grupos para el resto del curado: Uno de los grupos se mantiene otros 7 días al aire a 25ºC El otro grupo se sumerge en agua a 25ºC por 7 días

400 MEZCLA DENSA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 6. Ensayo de compresión Al término del período de curado, se determina la densidad de las probetas y se rompen por compresión simple, promediando las resistencias para cada porcentaje de ligante (por aparte las curadas en seco y las curadas en húmedo) 7. Determinación del contenido óptimo de emulsión Se dibujan gráficas de resistencia seca, resistencia húmeda y resistencia conservada y se elige el porcentaje óptimo de emulsión, de acuerdo con el criterio de diseño

401 MEZCLA DENSA EN FRÍO Representación gráfica resultados ensayo de inmersión - compresión CRITERIO DE DISEÑO ARTÍCULO 440 ESPECIFICACIONES INVÍAS

402 MEZCLA DENSA EN FRÍO CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico La mezcla denominada Tipo I del Instituto del Asfalto, elaborada en planta con agregados procesados y con propiedades similares a las de un concreto asfáltico, se puede asimilar a una mezcla densa en frío La variación de su módulo dinámico en el rango de 23º C a 38º C (73 a 100º F), luego de curado total, es altamente coincidente con la que presentan las mezclas de base de concreto asfáltico elaboradas con cementos asfálticos AC 40

403 MEZCLA DENSA EN FRÍO CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico En las mezclas con emulsión asfáltica es muy importante tener en cuenta los efectos del curado en el módulo dinámico E t = E f - (E f - E i )*RF t E t = módulo a la temperatura T y tiempo de curado t E f = módulo a la temperatura T para la mezcla totalmente curada E i = módulo a la temperatura T para la mezcla en estado no curado (inicial)

404 MEZCLA DENSA EN FRÍO CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico RF t = factor de reducción que tiene en cuenta la cantidad de curado alcanzada en el tiempo t

405 MEZCLA DENSA EN FRÍO CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

406 MEZCLA DENSA EN FRÍO CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA DENSA EN FRÍO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Comportamiento a la fatiga El comportamiento a fatiga de las estabilizaciones con emulsión asfáltica es similar al de las mezclas bituminosas en caliente N f = K t -c N f = número de aplicaciones de carga hasta la falla para una deformación inicial de tensión, t K, c = constantes de regresión obtenidas del análisis de los datos de la prueba de fatiga

407 MEZCLA DENSA EN FRÍO Criterio de fatiga para mezclas elaboradas con emulsiones asfálticas (CHEVRON)

408 REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS MEZCLAS ABIERTAS EN FRÍO

409 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO Definición Combinación de un agregado pétreo predominantemente grueso y de granulometría uniforme, con un ligante bituminoso, constituyendo un producto que puede ser elaborado, extendido y compactado a temperatura ambiente y que presenta un elevado contenido de vacíos con aire La mezcla abierta en frío puede ser colocada en obra inmediatamente después de su fabricación o tras un período de almacenamiento más o menos largo

410 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO Características de una mezcla abierta en frío La resistencia de la mezcla a la acción del tránsito se debe al rozamiento interno de su esqueleto mineral, junto con la cohesión que proporciona la película del ligante asfáltico La estructura de este esqueleto mineral y el espesor de la película de ligante, hacen que la mezcla sea permeable y flexible

411 Granulometría de los agregados MEZCLA ABIERTA EN FRÍO TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno MAF-1 MAF-2 MAF mm 25.0 mm 19.0 mm 12.5 mm 9.5 mm 4.75 mm 2.36 mm 75 m 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 No.4 No.8 No.200 Ligante bituminoso Emulsión asfáltica catiónica de rotura media, del tipo CRM, con fluidificantes, bajo contenido de agua y alta viscosidad

412 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante Cálculo con base en la superficie específica El cálculo se realiza como en el caso de las mezclas densas en frío, empleando un módulo de riqueza entre 3.5 y 3.7

413 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 2. Ensayos de cubrimiento y desplazamiento Con diferentes porcentajes de ligante por encima y por debajo del óptimo teórico se fabrican mezclas a las cuales se les realizan pruebas de: - Cubrimiento, para determinar el porcentaje de cubrimiento de agregados y observar si se producen peladuras durante el tiempo de envuelta - Desplazamiento, sometiendo las mezclas a la acción del agua para estimar el porcentaje de lavado de los agregados

414 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 3. Selección del porcentaje óptimo de ligante para diseño A la vista de los resultados de las pruebas de cubrimiento y desplazamiento, se elige el porcentaje de ligante que se considere más conveniente, el cual se podrá ajustar luego de las pruebas iniciales de obra CRITERIOS SOBRE CUBRIMIENTO Y DESPLAZAMIENTO

415 MEZCLA ABIERTA EN FRÍO DISEÑO DE LA MEZCLA 3. Selección del porcentaje óptimo de ligante para diseño Usualmente, una mezcla que responde adecuadamente a estas pruebas, presenta las siguientes características de dosificación :

416 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO COMPARACIÓN ENTRE LAS MEZCLAS DENSAS Y ABIERTAS EN FRÍO PARÁMETRO MEZCLAS DENSAS MEZCLAS ABIERTAS Emulsión Tipo Rotura lenta Rotura media Fluidificantes No Sí Ligante residual 60% 70% Película de ligante Delgada Gruesa Agregados Granulometría Bien gradada Gruesa y uniforme pasa tamiz 2mm % 0-10 % pasa tamiz mm 3-8% 0-2% Dosificación Agua de preenvuelta Necesaria No necesaria % ligante Criterio de diseño Pruebas mecánicas Subjetivo Tipo de resistencia Principalmente por cohesión del mortero Por rozamiento interno de los agregados Otros Almacenabilidad No Sí Apertura al tránsito No inmediato Inmediato (con sellado) Costo Mayor Menor