ETAPAS DEL SISTEMA SUPERPAVE

El diseño de mezclas SUPERPAVE considera cuatro etapas: 1. Selección de Materiales (Agregados y Ligante)

2. Diseño de la Estructura Granular

3. Determinación del Contenido de Ligante

4. Evaluación de la Sensibilidad al Humedecimiento.

7.3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES a) SELECCIÓN DE AGREGADOS

Los agregados deben cumplir: (a) 04 ensayos consensuales obligatorios y (b) ensayos denominados propiedades de fuente, especificados por la agencia local, relacionado a condicionantes geológicos, ambientales y de tránsito de cada zona.

Los ensayos consensuales son: Angularidad del agregado grueso, ASTM D 5821; Angularidad del agregado Fino, AASHTO T 304-96; Partículas Chatas y Alargadas, ASTM D 4791; y Equivalente de Arena, AASHTO T 176. Todos los detalles y especificaciones se pueden encontrar en el capítulo 3.

b) ENSAYOS DEL LIGANTE

El capítulo 2 de este texto cubre todos los tópicos relacionados a el ligante

Superpave, pero en líneas generales especificaciones consideran:

¾ La temperatura de ensayo del ligante se cambia de acuerdo al grado que es seleccionado en base a las condiciones climáticas y el proceso de producción.

¾ Las propiedades son evaluadas con los ensayos de ligantes SUPERPAVE y son directamente relacionadas con el comportamiento en el campo.

¾ El ligante se ensaya para 03 condiciones: (1) Durante la preparación: transporte, almacenado y manipulado; (2) Envejecimiento “corto” luego de la producción (3) Envejecimiento “largo” durante su vida de servicio. El envejecimiento es la pérdida de las propiedades del asfalto por oxidación de sus componentes más sensibles.

¾ Se considera el rango completo de temperaturas que experimentará el pavimento en el lugar del proyecto, sobre todo las temperaturas extremas en servicio.

¾ Los ensayos del ligante se han desarrollado con la finalidad de controlar los 03 tipos de fallas típicas que sufren las carpetas asfálticas: deformación permanente (“rutting”), agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico. ¾ El Superpave considera 04 grupos de ensayos para evaluar el

comportamiento del ligante:

(1) El Viscosímetro Rotacional o de Brookfield evalúa la viscosidad del ligante a temperaturas similares a las comúnmente usadas durante la

El ensayo DSR es utilizado para evaluar la capacidad del ligante para resistir deformaciones permanentes. Las especificaciones Superpave recomiendan que el valor G*/senδ sea mayor a 1 kPa en el ligante original y mayor a 2.2 kPa para el ligante con envejecimiento corto. Para controlar el agrietamiento por fatiga el ensayo se realiza en el ligante con envejecimiento corto, RTFO y largo, PAV a la temperatura promedio y las especificaciones recomiendan que el valor G*senδ sea menor o igual a 5000 kPa.

construcción (135°C). La especificación Superpave recomienda que la viscosidad sea menor a 3 Pa-s.

(2) El Reómetro de Corte Dinámico, DSR que determina el comportamiento elástico-viscoso del ligante a través del Módulo de Corte Complejo, G* y el ángulo de fase δ, para temperaturas intermedia y máxima del ligante.

(3) El ensayo de Película Fina en Horno Rotatorio, RTFO simula el envejecimiento corto del ligante, producido durante el transporte, manipuleo y producción. En la prueba, el ligante en forma de película fina es sometido a una temperatura de 163° por 10 minutos y un flujo de aire de 4000 ml/min determinándose la pérdida de la masa.

El ensayo de Presión Vessel, PAV simula el envejecimiento largo del ligante, para un período de servicio entre 7 a 10 años debido a la oxidación durante el período de servicio. El ligante resultante del ensayo RTFO es sometido en forma de pastilla por un período de 20 horas a temperatura de 90 a 110°C y a una presión de 300 psi en la cámara de presión Vessel.

(4) El Reómetro de Viga de Flexión, BBR determina la propiedad del ligante con envejecimiento largo, PAV a bajas temperaturas.

En este ensayo se aplica una carga a una viga de ligante a la temperatura mínima de servicio incrementado en 10°C. Superpave especifica que la rigidez del ligante sea menor a 300 MPa. En caso que la rigidez se ubica entre 300 y 600 MPa, comportamiento poco dúctil del ligante a baja temperatura, deberá realizarse el ensayo de Tensión Directa, DTT a la temperatura mínima incrementado en 10°C con el ligante envejecido, PAV. En el ensayo DTT Superpave recomienda que la deformación axial en falla sea mayor a 1%.

c) DETERMINACIÓN DE LA GRADACIÓN DEL LIGANTE

El sistema Superpave clasifica el ligante en función de las temperaturas extremas de calor y frío del pavimento, considerando un registro de temperaturas de 20 años. Capítulo 2.

7.3.2 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA GRANULAR SUPERPAVE

El diseño de la estructura granular se basa en la consideración que el ligante tendrá una función estructural principal, es decir, soportará los esfuerzos transmitidos por las cargas. Este enfoque conceptual del Superpave es

diferente respecto al SMA donde el ligante, es un miembro secundario y no soportará esfuerzo significativo.

La gradación del agregado deberá estar dentro de los límites de los “puntos de control”. Los “puntos de control” aseguran la buena gradación del agregado evitando problemas de segregación y de mezcla, con el ligante. Sin embargo, los “puntos de control” limitan el diseño, tan es así que el SMA considera una granulometría incompleta, lo que le permite obtener una estructura granular más estables, resistente y menos deformable; sin embargo dicha granulometría cae fuera de los “puntos de control”.

Para el Superpave la zona restringida asegura que no se use mucha arena natural en la mezcla, y asegura un mínimo porcentaje de vacíos en el agregado mineral, VMA, en la mezcla. Capítulo 3.

Dentro del sistema de diseño Superpave la estructura granular tiene tamaño máximo nominal de mezcla entre 9.5 y 37.5 mm. Muchas agencias americanas muestran especial interés en mezclas con tamaño máximo nominal de 4.75 mm porque su aplicación resultaría en superficies más lisas, que se usan para corregir los defectos superficiales, y proporcionar una mezcla superficial para bajos volúmenes de tráfico.

En Maryland, las mezclas delgadas de HMA para recapeo, se usan como parte del mantenimiento preventivo, mostrando excelente resistencia a las deformaciones permanentes y agrietamientos. Estas mezclas generalmente contienen alrededor de 65% de arena chancada y 35% de arena natural. El buen comportamiento de este tipo de mezcla también se verifica en Georgia. El Departamento de Transporte de Georgia viene diseñando este tipo de mezclas con el Compactador Giratorio Superpave a un Ndiseño de 50

revoluciones. El rango de diseño de los vacíos de aire es de 4 a 7%. Con estas mezclas, a veces se usan mayores vacíos de aire de diseño, permitiendo menores contenidos de asfalto por consideraciones económicas, sin reducir la durabilidad de la mezcla.

Recientes investigaciones de la NCAT se realizan para evaluar el comportamiento de mezclas con tamaño máximo nominal de 4.75 mm, diseñadas con criterios Superpave. Todo este trabajo se debe plasmar en una norma estándar AASHTO, cuyo borrador está publicado en el National Center for Asphalt Technology.

7.3.3 DETERMINACION DEL CONTENIDO DE LIGANTE Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLA