DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

D I S E Ñ O D E M E Z C L A S A S F Á L T I C A S

10.1 Tipos de Mezclas Asfálticas

Las mezclas asfálticas en caliente, HMA se divide en tres tipos: de gradación densa, open- graded o mezclas abiertas o porosas y gap-graded o mezclas de granulometría incompleta. La Tabla 10.1 presenta los tipos de mezclas de acuerdo a las características granulométricas.

Las gradaciones densas se subdividen en gradación continua o HMA convencional, large-stone mix, y mezcla arena-asfalto.

Las mezclas open-graded se dividen en open-graded friction course, OGFC y base permeable tratada con asfalto.

El tipo gap-graded abarca mezclas de concreto asfáltico gap-graded y mezclas stone mastic asphalt, SMA.

Algunas mezclas HMA deben ser diseñadas para casos particulares. Un ejemplo de este tipo son las mezclas open-graded friction course OGFC, que se diseñan para mejorar la fricción, evitar encharcamientos y emanaciones de vapor del pavimento, y disminuir los niveles de ruido.

La Federal Highway Administration, FHWA junto con la National Asphalt Pavement Association, NAPA prepararon una guía para la apropiada selección del tipo de mezcla que considera factores como el tráfico, medio ambiente, subrasante, condiciones del pavimento existente y su preparación, y evaluación económica.

Tabla 10.1: Tipos de Mezclas Asfálticas en Caliente

Gradación densa Open-garded Gap-graded

Convencional

Tamaño máximo nominal usualmente de 12.5 a 19mm (0.5 a 0.75 pulg.)

Porous friction course Gap-graded convencional

Large-stone

Tamaño máximo nominal usualmente de 25 a 37.5mm (1 a 1.5 pulg.)

Base permeable tratada

con asfalto Stone Mastic Asphalt (SMA)

Arena asfalto

Tamaño máximo nominal

menos que 9.5 mm

(0.375pulg.)

Si las mezclas se clasificasen según el porcentaje de vacíos atrapada en la mezcla luego de la compactación se clasificarían de la siguiente manera:

Mezclas Densas Vacíos de aire, Va < 6%

Mezclas convencionales Mezclas Superpave

Mezclas SMA

Mezclas semi-cerradas 6% < Va < 12%

Mezclas abiertas Va > 12%

Mezclas porosas Va > 20%

10.2 Definiciones

a) Mezclas de gradación densa HMA

HMA de gradación densa están compuestas por ligante de cemento asfáltico y agregado de gradación continua.

Las mezclas convencionales de HMA consisten de agregados de tamaño máximo nominal en el rango de 12.5 mm (0.5 pulg.) a 19 mm (0.75 pulg.). Foto 10.1

Large-stone mix contienen agregados gruesos con un tamaño máximo nominal mayor que 25 mm (1 pulg.). Como se ve en la figura 9.1a, estas mezclas tienen un mayor porcentaje de agregados gruesos que las mezclas convencionales (mayores que el tamiz 4.75 mm o no. 4).

Por el mayor tamaño de los agregados, el esfuerzo de compactación aplicado a la mezcla debe ser monitoreado para prevenir fracturas excesivas de los agregados mayores durante el proceso de compactación.

Asfalto-arena está compuesto por agregado que pasa el tamiz 9.5 mm o 0.375 pulg. (figura 10.1a). El contenido de ligante en la mezcla es mayor que para mezclas HMA convencionales porque se incrementan los vacíos en el agregado mineral de la mezcla. Las arenas usadas en este tipo de mezcla son arenas chancadas o naturales de textura rugosa, la resistencia a las deformaciones permanentes de este tipo de mezclas es típicamente muy bajo.

b) Mezclas open-graded

Las mezclas open-graded consisten de una gradación relativamente uniforme y ligante de

cemento asfáltico o ligante modificado (figura 10.1b). El principal propósito de este tipo de

mezclas es servir como una capa drenante, tanto en la superficie del pavimento o dentro de la

estructura del pavimento. Figura 10.2 y Foto 10.2.

a. Gradación densa

b. Open- graded

c. Gap-graded

Figura 10.1: Gradaciones representativas de HMA

Como se indicó, hay dos tipos de mezclas open-graded. El primer tipo de mezcla son utilizadas como una superficie gruesa para proporcionar drenaje libre en la superficie y prevenir los encharcamientos, reduce las salpicaduras de las llantas, y reduce el ruido de las llantas. Este tipo de mezcla es frecuentemente definido como open-graded friction course OGFC.

El segundo tipo de mezcla, denominado base permeable tratada con asfalto, comprende una gradación uniforme de tamaño máximo nominal mayor que las usadas en OGFC –19 mm (0.75 pulg.) a 25 mm (1 pulg.) y se usa para drenar el agua que entra a la estructura del pavimento desde la superficie o de la subrasante.

La producción de las mezclas open-graded es similar a las mezclas de gradación densa. Se usan temperaturas de mezcla menores para prevenir el escurrimiento del asfalto caliente o draindown durante el almacenamiento o traslado al lugar del proyecto. Recientemente se están empleando polímeros y fibras en mezclas open-graded friction course para reducir el draindown y mejorar la durabilidad de la mezcla. La colocación de este tipo de mezclas es convencional.

El esfuerzo de compactación por lo general es menor que las mezclas de gradación densa.

c) Mezclas gap-graded

La función de las mezclas gap-graded es similar a la mezclas de gradación densa porque estas también proporcionan capas densas impermeables cuando la compactación es apropiada. Las mezclas gap-graded convencionales se vienen usando por muchos años. El rango de los agregados va desde gruesos hasta finos, con poca presencia de tamaños intermedios; un tipo de mezcla gap-graded se muestra en la figura 10.1c.

El segundo tipo de mezclas gap-graded es el stone mastic aspahlt, SMA. Una representación ilustrativa de este tipo de mezcla se muestra en la figura 9.1c. La producción de mezclas SMA requiere la incorporación de significativas cantidades de filler mineral al agregado normal de tal manera que alcance del 8 al 10% de material que pasa el tamiz 0.075 mm o no. 200.

Como en las mezclas open-graded la temperatura de descarga de la mezcla necesita ser controlada para prevenir el escurrimiento o draindown del ligante durante el almacenamineto o transporte. Las fibras y/o polímeros son normalmente usados con SMA para prevenir el draindown.

10.3 Consideraciones del Diseño de Mezclas

La característica del diseño de mezclas comprende:

Densidad de la mezcla Vacíos de aire

Vacíos en el agregado mineral

Contenido de asfalto.

Cada una de estas características tiene mucha importancia en el comportamiento de la mezcla.

La densidad de la mezcla es la relación entre el peso de la mezcla por unidad de volumen. Si bien es cierto que esta característica no es utilizada en el diseño de la mezcla, se emplea para los controles de compactación. A la mezcla asfáltica compactada en el laboratorio se le asigna la densidad patrón y será ésta el punto de referencia en los controles.

Los Vacíos de aire o vacíos están conformados por el aire atrapado en la mezcla compactada.

A menor porcentaje de vacíos de aire la mezcla será menos permeable. En el diseño de mezclas convencionales, los vacíos de aire están entre 3 a 5% en laboratorio, pero en campo se permite tener vacíos de aire no mayores al 8% permitiendo que la carpeta se compacte bajo tránsito.

La densidad de la mezcla está en función del contenido de vacíos, mezclas con menor porcentaje de vacíos serán más densas, y visceversa. Un alto porcentaje de vacíos de aire resulta en una mezcla porosa, que permite el paso del agua a través de su estructura, pero además puede causar deterioro debido a que hay mayor porcentaje de aire (como se mencionó en capítulos anteriores el aire oxida el asfalto). Bajos porcentajes de vacíos de aire son perjudiciales en la mezcla, debido a que cuando soporta las carga de tránsito la carpeta se comprime y el asfalto se acomoda en los vacíos atrapados, si el número de vacíos es pequeño, el asfalto no podrá acomodarse en el interior y tendrá que salir a la superficie, esto se conoce como exudación.

Los Vacíos en el agregado mineral (VMA) consideran los volúmenes ocupados por los vacíos de aire atrapados y el asfalto efectivo

¹

. El diseño considera un porcentaje mínimo de VMA dependiendo del tamaño del agregado. Si el porcentaje del VMA son bajos la película de asfalto será delgada y la mezcla será susceptible a oxidación. Con altos porcentajes de VMA la película de asfalto será mas gruesa y la mezcla será más durable.

Una graduación densa puede reducir el porcentaje de VMA, reduciendo la película de asfalto y, por consiguiente, reduciendo la durabilidad de la mezcla y dándole un aspecto seco.

El Contenido de asfalto es el porcentaje de asfalto que se incorpora en la mezcla. Parte del asfalto será absorbido por el agregado y el resto de asfalto formará una película que rodean las partículas. A los primeros se les denomina asfalto absorbido y al segundo asfalto efectivo.

El óptimo contenido de asfalto de la mezcla está en función de la granulometría y el porcentaje de absorción del material. Mezclas con alto porcentaje de filler (mayor superficie específica) requerirán mayor porcentaje asfalto, por ejemplo las mezclas SMA tienen mas porcentaje de asfalto que una mezclas convencional y superpave. Mezclas porosas (% filler menor de 2%) necesitan menor porcentaje de asfalto.

Foto 10.1:

Mezcla Convencional

Figura 10.2:

Mezcla Porosa

Foto 10.2:

Mezcla Porosa

Las Propiedades consideradas en el diseño son:

Estabilidad Durabilidad Impermeabilidad Trabajabilidad Flexibilidad

Resistencia a la fatiga Resistencia al deslizamiento

La estabilidad está relacionada con la capacidad del asfalto para soportar deformaciones bajo cargas de tránsito y resistir el desplazamiento horizontal, depende de la fricción y cohesión interna. La fricción se relaciona con la geometría y textura de la partícula; la cohesión se relaciona con las características del ligante.

Los agregados que forman parte de mezclas asfálticas deben ser de caras fracturadas y superficie rugosa, generalmente provenientes de chancado. Los agregados con estas características tienen una mejor trabazón y mayor resistencia cortante, caso contrario al de agregados con partículas redondeadas que se deslizan una sobre otras.

La estabilidad de la mezcla se ha medido respecto del porcentaje de asfalto. A mayor porcentaje de asfalto la mezcla se hace más estable hasta determinado límite, luego la estabilidad de la mezcla disminuye. A medida que se incrementa el porcentaje de asfalto en la mezcla, la película de asfalto que rodea los agregados permite que estos se acomoden. Si la película de asfalto es muy gruesa impide la trabazón entre las partículas.

La durabilidad de la mezcla se relaciona a la capacidad del agregado a la desintegración, a la capacidad del asfalto a reaccionar con el medio y a evitar que el asfalto se desprenda del agregado.

Los agregados que forman parte de mezclas asfálticas, no sólo deben cumplir con especificaciones granulométricas, sino también de calidad. Las presiones que soportarán los agregados, sobre todo en sus aristas son altas, por lo tanto deben ser duros y muy resistentes.

Para que no exista riesgo de peladuras (desprendimiento de la película de asfalto) los agregados deben ser hidrofóbicos.

La película de asfalto cumple un papel importante en la durabilidad de la mezcla. Si la película

es gruesa, se tendrá menor porcentaje de vacíos de aire, esta condición retarda la oxidación

que sufre el asfalto al encontrarse en contacto con el oxígeno, manteniendo por mayor tiempo

sus características originales. Los vacíos de aire no se deben reducir mucho porque el asfalto

necesita espacio para expandirse en climas cálidos. Si la película es delgada el asfalto se

oxidará rápidamente.

La impermeabilidad es la capacidad del medio para evitar el paso de aire y agua. Esta definición se relaciona con el porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada y el acceso que estos vacíos tengan con la superficie.

Mezclas porosos son diseñadas con la finalidad de permitir que el agua proveniente de las lluvias drene rápidamente a través de ellas. El alto porcentaje de vacíos de aire de este tipo de mezclas facilitaría la oxidación del asfalto; sin embargo, esta condición se reduce usando asfaltos modificados.

La trabajabilidad de la mezcla es la facilidad con que la mezcla se coloca y compacta.

Mezclas con alto porcentaje de fracción gruesa o alto porcentaje de filler son poco trabajables.

Las mezclas del tipo open graded (mezclas porosas) y gap-graded (como las Stone Mastic Asphalt) tienden a segregarse y son difíciles de compactar. Mezclas con alto porcentaje de filler puede hacer que la mezcla se vuelva muy rígida evitando su adecuada compactación.

Controlar la temperatura de compactación en la mezcla es muy importante, debido a que las mezclas frías son semi-rígidas a rígidas y no permiten su compactación dejando alto porcentaje de vacíos de aire.

Mezclas flexibles resisten las deformaciones sin agrietarse. El terreno de fundación se asentará con los años debido al servicio, este asentamiento se reflejará en la superficie y la carpeta deberá acomodarse sin agrietarse.

La carpeta asfáltica está soportando constantemente la acción de cargas cíclicas, este tipo de cargas origina que la carpeta se flexione constantemente. La resistencia a la fatiga es la resistencia a esta flexión, esta características está íntimamente relacionada al asfalto, asfaltos oxidados no son resistentes a la fatiga.

Los agrietamientos por fatiga surgen en la fibra inferior de la carpeta asfáltica cuando ésta trabaja a tracción, y se reflejan en la superficie denominándose piel de cocodrilo.

La superficie de rodadura debe reducir la posibilidad que la llanta se deslice sobre ella, sobre todo en épocas de lluvia, esto se define como resistencia al deslizamiento. Mezclas porosas fueron pensadas para evitar el hidroplaning (encharcamiento de agua en la superficie, posiblemente por efecto de las lluvias) y deprimir el agua inmediatamente se encuentre en la superficie.

Carpetas asfálticas con partículas redondeadas son menos resistentes al deslizamiento que las carpetas formadas por partículas duras y de textura rugosa.

10.3 Propiedades volumétricas 10.3.1 Generalidades

Un factor importante que debe ser considerado en el comportamiento de mezclas asfálticas

son las relaciones volumétricas entre el ligante asfáltico y los agregados.

Las propiedades volumétricas más importantes de una mezcla compactada de pavimento son: vacíos de aire (V

a

), vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos llenos con asfalto (VFA), y contenido de asfalto efectivo ( P

be

), proporcionan un índice del probable comportamiento de la mezcla durante su vida de servicio.

10.3.2 Definiciones

El agregado mineral es poroso y puede absorber agua y asfalto en diferentes grados.

Además, la proporción de agua a asfalto absorbido varia con el tipo de agregado. Los tres métodos para medir las gravedades especificas de los agregados consideran estas variaciones.

Los métodos son: gravedad específica bulk, gravedad especifica aparente y gravedad especifica efectiva. La diferencia entre las gravedades especificas viene de las diferentes definiciones de volumen del agregado.

a) Gravedad Específica Bulk, G

sb

La relación del peso en el aire de un material permeable (incluyendo los vacíos permeables e impermeables del material) a temperatura establecida al volumen del agregado incluyendo los vacíos permeables. Figura 10.2.

(

s pp

)

w

sb

V V

s

G W

γ

= +

Donde:

G

sb

gravedad especifica bulk del agregado W

s

peso del agregado seco

V

s

volumen del agregado con los vacíos impermeables V

pp

volumen de vacíos permeables

γ

w

peso específica del agua, 1 gr/cm

³

b) Gravedad Específica Aparente, G

sa

Es la relación del peso en el aire de un material impermeable con respecto al volumen del agregado incluyendo los vacíos impermeables. Figura 10.2.

w s sa V s

G W

= γ

Donde:

G

sa

gravedad especifica aparente W

s

peso del agregado seco

V

s

volumen del agregado con los vacíos impermeables

γ

w

peso específica del agua, 1 gr/cm

³

c) Gravedad Específica Efectiva, G

se

Relación del peso en el aire de un material permeable (excluyendo los vacíos permeables al asfalto) con respecto al volumen del agregado con los vacíos impermeables y vacíos permeables que no absorbieron asfalto. Figura 10.2.

(

s pp ap

)

w

se

V V

s

V

G W

γ

−

= + Donde:

G

se

gravedad especifica efectiva W

s

peso del agregado seco

V

s

volumen del agregado con los vacíos impermeables γ

w

peso específico del agua, 1 gr/cm

³

Figura 10.2: Propiedades Peso-Volumen en Mezclas Asfálticas Compactadas

Las definiciones de vacíos en el agregado mineral (VMA), contenido de asfalto efectivo (Pbe), vacíos de aire (Va), y vacíos llenos con asfalto (VFA) son:

d) Vacíos en el agregado mineral (VMA)

Volumen de vacíos entre los agregados de una mezcla compactada que incluye los vacíos

de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado en porcentaje del volumen total de la

mezcla. Ver figura 10.3.

e) Contenido de asfalto efectivo (P

be

)

El contenido de asfalto total de la mezcla menos la porción de asfalto absorbida por el agregado. Ver figura 10.3.

f) Vacíos de aire (V

a

)

Volumen total de las pequeñas cavidades de aire entre las partículas de agregado cubiertas en toda la mezcla, expresada como porcentaje del volumen bulk de la mezcla compactada.

Ver figura 10.3.

g) Vacíos llenos con asfalto (VFA)

Porción del volumen de vacíos entre las partículas de agregado (VMA) que es ocupado por el asfalto efectivo. Figura 10.3.

V

ma

volumen de vacíos en agregado mineral V

mb

volumen bulk de la mezcla compactada

V

mm

volumen de vacíos de la mezcla de pavimentación V

fa

volumen de vacíos llenos con asfalto

V

a

volumen de vacíos de aire V

b

volumen de asfalto

V

ba

volumen de asfalto absorbido

V

sb

volumen del agregado mineral (gravedad específica bulk) V

se

volumen del agregado mineral (gravedad específica efectiva)

Figura 10.3: Esquema de una Muestra HMA Compactada

Vba

Va

aire asfalto

agregado mineral

Vma

Vmb

Vfa Vb

Vsb Vse

Vmm

El diseño de mezclas Superpave requiere del cálculo de VMA para mezclas compactadas en función de la gravedad específica bulk del agregado. La gravedad específica efectiva es la base para el cálculo de los vacíos de aire en mezclas asfálticas compactadas.

Los vacíos en el agregado mineral (VMA) y los vacíos de aire (V

a

) se expresan como porcentaje por volumen de mezcla. Los vacíos llenos con asfalto (VFA) es el porcentaje de VMA lleno con asfalto efectivo. El contenido de asfalto puede expresarse como porcentaje del peso total de la mezcla, o por peso, del agregado de la mezcla.

El Instituto del Asfalto recomienda que los valores de VMA para mezclas compactadas deben calcularse en función de la gravedad específica bulk del agregado, G

sb

. La gravedad específica efectiva debe ser la base para calcular los vacíos de aire en la mezcla de asfalto compactado.

10.3.3 Análisis de Mezclas Compactadas

La siguiente relación indica el procedimiento para analizar los vacíos de una mezcla compactada:

1. Medida de la gravedad específica bulk del agregado grueso (AASHTO T85 o ASTM C127) y de los agregados finos (AASHTO T84 o ASTM C128).

2. Medida de la gravedad especifica del cemento asfáltico (AASHTO T228 o ASTM D70) y del filler mineral (AASHTO T100 o ASTM D854).

3. Cálculo de la gravedad específica bulk de la combinación de agregados en la mezcla.

4. Medida de la gravedad específica teórica máxima de la mezcla suelta (ASTM D2041 o AASHTO T209).

5. Medida de la gravedad específica bulk de la mezcla compactada (ASTM D1188 o ASTM D2726 o AASHTO T166).

6. Cálculo de la gravedad específica efectiva del agregado.

7. Cálculo de la gravedad específica máxima de la mezcla a otros contenidos de asfalto.

8. Cálculo del asfalto absorbido por el agregado.

9. Cálculo del contenido de asfalto efectivo de la mezcla.

10. Cálculo del porcentaje de vacíos en el agregado mineral en la mezcla compactada.

11. Cálculo del porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada.

12. Cálculo del porcentaje de vacíos llenados con asfalto en la mezcla compactada.

10.3.4 Gravedad Específica Bulk del agregado

Cuando el agregado total consiste de fracciones separadas de agregados grueso, fino y

filler, todos tienen diferentes gravedades específicas, la gravedad específica bulk de la

combinación de agregados se calcula empleando la siguiente ecuación:

n n 2

2 1 1

n 2

sb 1

G ... P G

P G

P

P ...

P G P

+ + +

+ +

= +

Donde:

G

sb

gravedad específica bulk de la combinación de agregados P

1

, P

2

, P

n

porcentajes individuales por peso del agregado

G

1

, G

2

, G

n

gravedad específica bulk individual del agregado.

La gravedad específica bulk del filler mineral es difícil determinarlo actualmente. Sin embargo, si se sustituye por la gravedad específica aparente del filler, el error es mínimo.

10.3.5 Gravedad Específica Efectiva del Agregado

La gravedad específica efectiva se calcula con la gravedad específica teórica máxima de mezclas asfálticas (RICE) ASTM D-2041, con la siguiente expresión:

b b mm mm

b se mm

G P G

P

P G P

−

= −

Donde:

G

se

Gravedad específica efectiva del agregado

P

mm

porcentaje en peso del total de la mezcla suelta, 100%

P

b

Porcentaje de asfalto para el peso total de la muestra G

mm

gravedad específica teórica máxima (ASTM D-2041)

de la mezcla (sin vacíos de aire) G

b

Gravedad específica del asfalto

El volumen de asfalto absorbido por un agregado casi invariable menos que el volumen de agua absorbida. En consecuencia, el valor de la gravedad especifica efectiva de un agregado estaría siempre entre su gravedad específica bulk y aparente. Cuando la gravedad específica efectiva está fuera de estos límites, se debe asumir que este valor es incorrecto.

La gravedad específica aparente, G

sa

, de la combinación de agregados puede calcularse de manera similar a la fórmula empleada para bulk pero usando las gravedades aparentes de los agregados grueso, fino y filler.

10.3.6 Gravedad Específica Teórica Máxima de Mezclas con Diferentes Contenidos de Asfalto

Cuando se diseña una mezcla con un agregado dado, se requiere la gravedad específica

teórica máxima, G

mm

, con diferentes contenidos de asfalto para calcular el porcentaje de

vacíos de aire para cada contenido de asfalto.

Luego de calcular la gravedad específica efectiva de los agregados considerando cada medición de las gravedades específicas teóricas máximas y promediando los resultados de G

se

, la gravedad específica teórica máxima para algún otro contenido de asfalto puede obtenerse con la siguiente expresión:

b b se s mm mm

G P G

P G P

+

=

Donde:

G

mm

gravedad específica teórica máxima (ASTM D-2041) de la mezcla (sin vacíos de aire)

P

mm

porcentaje en peso del total de la mezcla suelta, 100%

P

s

contenido de agregado, porcentaje en peso del total de la mezcla P

b

contenido de asfalto, porcentaje en peso del total de la mezcla G

se

gravedad especifica efectiva del agregado

G

b

gravedad especifica del asfalto

10.3.7 Absorción de Asfalto

La absorción de asfalto se expresa como el porcentaje en peso del agregado mas que como el porcentaje del peso total de la mezcla, el asfalto absorbido, P

ba

, se determina usando:

se b sb

sb

ba se G

G G

G 100 G

P −

×

=

Donde:

P

ba

asfalto absorbido, porcentaje del peso de agregado.

G

se

gravedad especifica efectiva del agregado G

b

gravedad especifica del asfalto

G

sb

gravedad especifica bulk del agregado

10.3.8 Contenido de Asfalto Efectivo de la Mezcla

El contenido de asfalto efectivo, P

be

, de una mezcla es el contenido de asfalto total menos la cantidad de asfalto absorbido dentro de las partículas de agregado. Esta es la porción del contenido de asfalto total cubre el exterior del agregado. Este es el contenido de asfalto que gobierna la performance de una mezcla asfáltica. La fórmula es:

ba s b

be P

100 P P

P = −

Donde:

P

be

contenido de asfalto efectivo, porcentaje del peso total de la mezcla.

P

b

contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla.

P

ba

asfalto absorbido, porcentaje del peso de agregado.

P

s

contenido de agregado, porcentaje del peso total de la mezcla.

10.3.9 Porcentaje de VMA en Mezcla Compactada

Los vacíos en el agregado mineral, VMA, se definieron como los vacíos entre las partículas de agregado de la mezcla compactada, incluye los vacíos de aire y el contenido de asfalto efectivo, se expresa como un porcentaje del volumen total. El VMA se calcula en base a la gravedad específica bulk del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen bulk de la mezcla compactada. Por consiguiente, el VMA puede calcularse restando el volumen del agregado determinado por su gravedad especifica bulk del volumen bulk de la mezcla compactada.

Si la composición de la mezcla se determina como porcentaje por peso de la mezcla total:

sb s mb

G P 100 G

VMA= −

Donde:

VMA vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk G

sb

gravedad especifica bulk del agregado total

G

mb

gravedad especifica bulk de la mezcla compactada (AASHTO T166; ASTM D1188 o D2726)

P

s

contenido de agregado, porcentaje del peso total de la mezcla

10.3.10 Porcentaje de Vacíos de Aire en Mezcla Compactada

Los vacíos de aire, V

a

, en el total de la mezcla compactada consisten de los pequeños espacios de aire entre las partículas de agregados recubiertos. El porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada puede determinarse usando:

mm mb mm

G G 100 G

Va= × −

Donde:

V

a

vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total G

mm

gravedad especifica teórica máxima de la mezcla

G

mb

gravedad especifica bulk de mezcla compactada

10.3.11 Porcentaje VFA en Mezclas Compactadas

Los vacíos llenos con asfalto, VFA, es el porcentaje de los vacíos entre partículas (VMA)

que se llenan con asfalto. VFA, no incluye el asfalto absorbido, y se determina usando:

VMA ) V VMA 100 (

VFA −

^a

×

= Donde:

VFA vacíos llenados con asfalto, porcentaje de VMA

VMA vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk

V

a

vacíos de aire en mezcla compactada, porcentaje del volumen total.

10.4 Diseño de Mezcla Convencional

Una mezcla para pavimentación se clasifica de acuerdo a su tamaño máximo o tamaño máximo nominal. El libro Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction de la NAPA Research and Education Foundation, especifica que para la mayoría de las mezclas asfálticas en caliente se requieren gradaciones densas (mezclas convencionales) para agregados. En las tablas 10.2 y 10.3 se muestran las especificaciones recomendados por ASTM D-3515.

Tabla 10.2: Composición Típica del Concreto Asfáltico Tamaño máximo nominal del agregado

(1 1/2") (1") (3/4") (1/2") (3/8") Tamiz

Porcentaje acumulado que pasa (por peso)

50 mm (2") 100

37,5 mm (1 ½") 90-100 100

25,0 mm (1") 90-100 100

19,0 mm (3/4") 56-80 90-100 100

12,5 mm (1/2") 56-80 90-100 100

9,5 mm (3/8") 56-80 90-100

4,75 mm (Nº 4) 23-53 29-59 35-65 44-74 55-85

2,36 mm (Nº 8)* 15-41 19-45 23-49 28-58 32-67

0,30 mm (Nº 50) 4-16 5-17 5-19 5-21 7-23

0,15 mm (Nº 100)

0,075 mm (Nº 200)** 0-5 1-7 2-8 2-10 2-10

Cemento asfáltico, % en peso de la

mezcla total*** 3-8 3-9 4-10 4-11 5-12

4 y 67 o 4 y 68

5 y 7 o 57

67 o 68 o 6 y 8

7 o

78 8

* Las características de la gradación total de una mezcla de asfalto para pavimentos la cantidad que pasa el tamiz 2,36 mm (Nº8) es un significativo y conveniente control de campo de agregado fino y grueso. La cantidad máxima permitida que pase el tamiz 2,36 mm (Nº8) resultaría en superficies de pavimentos de textura fina, mientras que las cantidades mínimas que pasan por el tamiz 2,36 mm (Nº8) resultaría en superficies de textura gruesa.

** El material que pasa el tamiz 0,075 mm (Nº200) consiste de partículas finas de agregados o filler, o ambos.

Este debe estar libre de materia orgánica y partículas de arcilla y con índice de plasticidad no mayor de 4 ensayado según ASTM D 423 y D 424

*** La cantidad de cemento asfáltico se da en términos de porcentaje en peso del total de la mezcla. La diferencia de gravedades específicas en diferentes agregados, así como una considerable diferencia en absorción, resulta en un rango amplio de contenido de cemento asfáltico. La cantidad de asfalto que se requiere para una mezcla se debe determinar por ensayos de laboratorio apropiados o en base a experiencias con mezclas similares, o por combinación de ambos.

Figura 10.3: Resultados típicos de diseño de mezclas asfálticas ensayada en la prensa Marshall

10 11 12 13 14 15 16 17

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%)

FLUJO (0.01")

14

6,9 2400

2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%)

ESTABILIDAD (Lb)

2750

6,9 PESO ESPECIFICO VS. % DE ASFALTO

2.230 2.240 2.250 2.260 2.270 2.280 2.290 2.300

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%)

PESO ESPECIFICO (gr/cm3)

% VACIOS VS. % DE ASFALTO

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%)

VACIOS VTM (%)

% VACIOS LLENOS DE CON ASFALTO VS. % DE ASFALTO

40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%) VOLUMEN LLENO CON ASFALTO VFA (%)

6,9

79

6,9 4,0

% VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO MINERAL VS. % DE ASFALTO

15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ASFALTO (%) 6,9 18,6

Tabla 10.3: Especificaciones para Gradaciones Densas, ASTM D3515

Mezcla Densa

Tamaño máximo nominal de agregados Tamiz

2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” Nº4 Nº8 Nº16

Gradación de agregados (grava; fino y filler si se requiere) Porcentaje en peso

2 ½” (63mm) 100 - - - 2” (50mm) 90-100 100 - - - 1 ½” (37.5mm) - 90-100 100 - - - 1” (25.0mm) 60-80 - 90-100 100 - - -

¾” (19.0mm) - 56-80 - 90-100 100 - - - - 1/2” (12.5mm) 35-65 - 56-80 - 90-100 100 - - - 3/8” (9.5mm) - - - 56-80 - 90-100 100 - - Nº4 (4.75mm) 17-47 23-53 29-59 35-65 44-74 55-85 80-100 - 100 Nº8 (2.36mm) 10-36 15-41 19-45 23-49 28-58 32-67 65-100 - 95-100

Nº16 (1.18mm) - - - - 40-80 - 85-100

Nº30 (600µm) - - - - 25-65 - 70-95 Nº50 (300µm) 3-15 4-16 5-17 5-19 5-21 7-23 7-40 - 45-75 Nº100 (150µm) - - - - 3-20 - 20-40 Nº200 (75µm) 0-5 0-6 1-7 2-8 2-10 2-10 2-10 - 9-20

Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. NAPA, 1996.

10.5 Ejemplo

La siguiente tabla ilustra los datos básicos para una muestra de mezcla asfáltica.

Datos Básicos para Muestras de Mezclas Asfálticas

(a)Constituyentes:

Material Gravedad Específica Composición de Mezcla

Bulk AASHTO ASTM % por peso

del total de mezcla

% por peso del total de agregado Cemento asfáltico 1.030 (Gb) T 228 D 70 5.3 (Pb) 5.6 (Pb) Agregado grueso 2.716 (G1) T 85 C 127 47.4 (P1) 50.0 (P1) Agregado fino 2.689 (G2) T 84 C 128 47.3 (P2) 50.0 (P2)

Filler mineral T 100 D 854 -.- -.-

(b) Mezcla asfáltica

Gravedad especifica bulk de la mezcla compactada, Gmb 2.442 (ASTM D 2726)

Gravedad especifica teórica máxima de la mezcla, Gmm 2.535 (ASTM D 2041)

1. Gravedad específica bulk de la combinación de agregados.

Cuando la muestra se ensaya en fracciones separadas (por ejemplo, grueso y fino), el valor de la gravedad específica promedio se calcula con la siguiente ecuación:

n n 2

2 1 1

n 2

1

G ... P G P G P

P ...

P G P

+ + +

+ +

= +

Donde:

G Gravedad específica promedio

G

1

, G

2

, ..., G

n

Valores de gravedad específica por fracción 1, 2, ..., n P

1

, P

2

, ..., P

n

Porcentaje en pesos de la fracción 1, 2, ..., n

La gravedad específica bulk del filler mineral es difícil de determinar. Sin embargo, si se sustituye por la gravedad específica aparente del filler, el error es despreciable. Esta ecuación se puede aplicar para determinar la gravedad específica bulk y aparente de la combinación de agregados.

Usando los datos del ejemplo:

703 . 59 2 . 18 41 . 18

100

689 . 2

0 . 50 716 . 2

0 . 50

0 . 50 0 .

G_sb 50 =

= + +

= +

2. Gravedad Específica Efectiva del Agregado, G

se

El procedimiento para determinar la gravedad específica efectiva no está normado por

AASHTO o ASTM. Los valores se obtienen a partir del cálculo de la gravedad específica

teórica máxima de mezclas asfálticas (G

mm

) ASTM D-2041, éste ensayo se realiza sobre mezclas sueltas, de esa manera se eliminan los vacíos de aire.

En general: G

_sa

> G

_se

> G

_sb

Por definición:

efec se V s

G = W

El volumen efectivo es el volumen del agregado mas los vacíos permeables al agua que no se llenaron de asfalto. En el ensayo de gravedad específica teórica máxima (G

mm

), se mide el volumen de la mezcla suelta y el volumen del cemento asfáltico se calcula con su peso y su gravedad específica. El volumen efectivo del agregado se determina sustrayendo el volumen del cemento asfáltico del volumen total.

( )

AC TV

T b

se VT V

W P G W

−

= −

sustituyendo los volúmenes,

( )

b AC mm

T

T b se T

G W G

W

W P G W

−

= −

simplificando,

b b mm se b

G P G

1 P G 1

−

= −

ó

b b mm mm

b se mm

G P G

P

P G P

−

= −

Donde:

W

s

Peso del agregado

V

AC

Volumen del cemento asfáltico total V

efec

Volumen efectivo

W

T

Peso total de la mezcla

V

TV

Volumen total de la mezcla suelta

P

mm

porcentaje en peso del total de la mezcla suelta, 100%

P

b

contenido de asfalto del ASTM D2041, porcentaje del peso total de la mezcla W

AC

Peso total del cemento asfáltico

G

b

Gravedad específica del cemento asfáltico

G

mm

Gravedad especifica teórica máxima de la mezcla (ASTM D2041), no incluye los vacíos de aire

Usando la ecuación en el ejemplo:

761 . 0515 2 . 0 3945 . 0

947 . 0

030 . 1

053 . 0 535 . 2

1

053 . 0

G_se 1 =

= −

−

= −

3. Gravedad Específica Teórica Máxima de la mezcla para otros contenidos de asfalto Por definición:

AC efectivo

AC mm s

V V

W G W

+

= +

Sustituyendo,

b AC se

s mm T

G W G

W G W

+

=

( )

b b T se

b T mm T

G P W G

P 1 W G W

− +

=

simplificando, y asumiendo que el peso total es el 100%

b b se mm b

G P G

P 1 G 1

− +

=

ó

b b se

s mm mm

G P G

P G P

+

=

Donde:

W

s

Peso del agregado

V

AC

Volumen del cemento asfáltico total V

efec

Volumen efectivo

W

T

Peso total de la mezcla

P

b

contenido de asfalto del ASTM D2041, porcentaje del peso total de la mezcla W

AC

Peso total del cemento asfáltico

G

b

Gravedad específica del cemento asfáltico G

se

Gravedad especifica efectiva del agregado

Usando los datos de la tabla y la gravedad especifica efectiva, G

se

, para 4% de contenido de asfalto (P

b

):

587 . 0388 2 . 0 3477 . 0

1

030 . 1

04 . 0 761 . 2

04 . 0 1

G_mm 1 =

= +

− +

=

4. Porcentaje de Asfalto Absorbido, P

ba

El porcentaje de asfalto absorbido del agregado mineral usualmente se expresa por peso del agregado mas que por peso de la mezcla total. La ecuación para calcular el asfalto absorbido puede obtenerse a partir de:

W 100 P W

s ba ba⎟⎟×

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

=⎛

sustituyendo, peso = volumen x gravedad especifica

W 100

G P V

s b ba ba ⎟⎟⎠×

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ ×

=

El volumen de asfalto absorbido es la diferencia entre el volumen bulk del agregado y su volumen efectivo. Por lo tanto,

( )

W 100 G V P V

s b se

ba sb − × ×

=

sustituyendo, volumen = peso/ gravedad especifica

W 100 G G

W G

W P

s se b

s sb

s

ba ×

⎟⎟×

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

simplificando,

100 G G

G

G

P G _b

se sb

sb

ba se − × ×

=

Donde:

P

ba

porcentaje de asfalto absorbido por peso del agregado W

ba

peso de asfalto absorbido

W

s

peso del agregado V

ba

peso de asfalto absorbido V

sb

volumen bulk del agregado V

se

volumen efectivo del agregado

G

b

gravedad especifica del cemento asfáltico G

se

gravedad especifica efectiva del agregado G

sb

gravedad especifica bulk del agregado Reemplazando los datos del ejemplo:

% 8 . 0 100 030 . 463 1 . 7

058 . 100 0 030 . 761 1 . 2 703 . 2

703 . 2 761 .

P

_ba

2 ⎟ × × =

⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

×

× ×

= −

5. Porcentaje de Asfalto Efectivo, P

be

El contenido de asfalto efectivo, P

be

, de la mezcla es el contenido total de asfalto menos la cantidad de asfalto que absorbió el agregado. Esta es la capa de asfalto que recubre exteriormente el agregado y es el contenido de asfalto que gobierna el comportamiento de la mezcla asfáltica.

100 P P P

P

_be

=

_b

−

^{ba s}

Donde:

P

be

contenido de asfalto efectivo, porcentaje por peso total de la mezcla P

b

contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla

P

s

contenido de agregado, porcentaje por peso total de la mezcla P

ba

asfalto absorbido, porcentaje por peso del agregado

De los datos del ejemplo:

El porcentaje en peso de la mezcla es 5.3% y el porcentaje en peso del agregado es 0.8%, reemplazando:

% 5 . 4

% 758 . 0

% 3 . 100 5

% 7 . 94

% 8 .

% 0 3 . 5

P

_be

× = − =

−

=

6. Porcentaje VMA en Mezcla Compactada

Como ya se indicó el volumen de vacíos en el agregado mineral VMA es un factor importante para el diseño de mezclas.

La fórmula para VMA puede obtenerse considerando la relación peso-volumen de la figura 2. Se recomienda que el cálculo sea realizado con la gravedad específica bulk del agregado:

V 100 V VMA V

T sb

T

− ×

= simplificando,

V 100 100 V VMA

T sb

×

−

=

sustituyendo volumen con el peso dividido entre la gravedad específica

G 100 W 100 VMA

Gmb WT sb

s

×

−

=

sustituyendo,

T b T

s

W P W

W = − ×

y simplificando

( )

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

−

=

sb b mb

G P 1 1 G

100 VMA Donde:

V

sb

volumen bulk del agregado

V

T

volumen total de mezcla compactada W

s

peso del agregado

W

T

peso total de la mezcla

G

sb

gravedad especifica bulk del agregado

G

mb

gravedad especifica bulk de la mezcla compactada

P

b

contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla Para el ejemplo:

( ) ¹⁰⁰ ( ^{1 0 . 855} ) ^{14 . 4 %}

703 . 2

053 . 0 1 442 . 1 2 100

VMA ⎟ = − =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − −

=

7. Porcentaje de Vacíos de Aire en la Mezcla Compactada, V

a

La fórmula para calcular el porcentaje de vacíos de aire puede obtenerse a partir de:

Por definición,

V 100 V V

T a

=

v

×

sustituyendo,

sb fa T

v

V V V

V = − −

V 100 V V V V

T sb fa

a T

⎟⎟ ×

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ − −

=

V 100 V 1 V

V

T sb

a fa

⎟⎟ ×

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ +

−

=

multiplicando el numerador y denominador por

_WT

y simplificando,

( )

100 V

V W

V W 1

V

sb fa

T T T

a

×

⎟ ⎟

⎟ ⎟

⎠

⎞

⎜ ⎜

⎜ ⎜

⎝

⎛

+

−

=

sustituyendo,

G 100 1 G V

mm

a mb

⎟⎟ ⎠ ×

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

= Donde:

V

a

vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total V

v

Volumen de vacíos de aire

V

T

Volumen total del especímen compactado V

fa

Volumen de vacíos llenos con cemento asfáltico V

sb

volumen bulk del agregado

W

T

Peso total del especímen compactado

G

mb

Gravedad específica bulk del especímen compactado G

mm

Gravedad específica teórica máxima de la mezcla

Nota.- En mucha bibliografía se identifica al porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada como VTM.

G 100 1 G VTM

mm mb

⎟⎟ ×

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

Para el ejemplo:

% 7 . 3 535 100

. 2

442 . 1 2

VTM ⎟ × =

⎠

⎜ ⎞

⎝ ⎛ −

=

8. Vacíos Llenos con Asfalto, VFA

VFA es simplemente el porcentaje de VMA llenado con cemento asfáltico. La siguiente fórmula se usa para calcular el VFA:

VMA 100 VTM VFA = VMA − × Donde:

VFA vacíos llenos con asfalto, porcentaje de VMA

VMA vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk

Va ó VTM vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total

Para el ejemplo:

% 3 . 74 4 100

. 14

7 . 3 4 .

VFA 14 − × =

=

Los Métodos de Laboratorio ASTM D2041 de Gravedad Específica Teórica Máxima y ASTM D1188 Gravedad Específica Bulk de la Mezcla Compactada se desarrollarán teóricamente a continuación.

Una revisión de las gravedades especificas mencionadas indican lo siguiente:

1. La diferencia entre gravedad especifica seca bulk y la gravedad especifica seca aparente es el volumen del agregado usado en los cálculos. La diferencia entre estos volúmenes es igual al volumen del agua absorbida en los vacíos permeables (diferencia entre los peso saturado superficialmente seco y seco al horno cuando son pesados en gramos). Ambas gravedades especificas usan el peso seco al horno del agregado.

2. La diferencia en los cálculos entre la gravedad especifica seca bulk y la gravedad especifica saturado superficialmente seco es el peso del agregado. El volumen del agregado es idéntico para ambas gravedades especificas. La diferencia en los pesos es igual al agua absorbida en los vacíos permeables (diferencia entre los pesos del os agregados saturados superficialmente seco y secado en el horno).

3. Las diferencias en los cálculos entre la gravedad aparente, seca bulk y efectiva es el volumen del agregado. Las tres gravedades especificas usan los pesos del agregado secado al horno.

4. La diferencia entre la gravedad especifica bulk de la mezcla compactada y la gravedad especifica teórica máxima es el volumen. La diferencia de volúmenes es porque están asociados con el volumen del aire en la mezcla compactada.

5. Los valores medidos de a gravedad especifica compactada pueden ser verificados para una primera aproximación usando lo siguiente: a) la gravedad especifica aparente siempre era igual o mayor que la gravedad especifica efectiva el cual será siempre igual o mayor que la gravedad especifica seca bulk, b) la gravedad específica saturada superficialmente seco bulk siempre será igual o mayor que la gravedad específica seca bulk, c) la gravedad específica teórica máxima será siempre igual o mayor que la gravedad especifica compactada de la mezcla, d) la gravedad específica del agregado (aparente, efectiva, seca bulk, saturado superficialmente seca bulk) será siempre mayor que la gravedad específica teórica máxima de la mezcla.

10.6 Diseño de Mezcla Superpave

10.6.1 Diseño de la Estructura del Agregado

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 SHRP desarrolló un método para especificar la granulometría basado en el concepto de puntos de control y zona restringida. Se darán algunas definiciones para enfocar adecuadamente la propuesta.

Tamaño Máximo Nominal y Tamaño Máximo

El tamaño máximo nominal del agregado es el primer tamiz que retiene más del 10% del material.

El tamaño máximo es el siguiente tamiz mayor que el tamaño máximo nominal.

Carta de Potencia 0.45

Superpave adoptó la carta de potencia 0.45 para graficar la granulometría de la mezcla de agregados como estaba siendo utilizada por la FHWA. No existe información de la elección de dicha carta. Algunos artículos señalan que la carta de potencia 0.45 no sería aplicable a todo tipo de agregado. Específicamente, se menciona que cartas de potencias mayores como 0.50 ó 0.60 representarían mejor agregados chancados.

La SHRP investigó la historia de la adopción de la carta 0.45. La carta tal como es utilizada actualmente, se basa en el trabajo de Nijboer de los Países Bajos y de Goode y Lufsey de Bureau of Public Roads. Nijboer evaluó el acomodo de los agregados tanto naturales como artificiales y encontró que la configuración más densa ocurría para una gradación que reflejaba una línea recta en la carta de 0.45 de potencia. Goode y Lufsey, 1962 validó el trabajo de Nijboer para agregados en los EE.UU.

La línea de máxima densidad seca a la potencia 0.45 se grafica desde el origen hasta el tamiz máximo en el que pasa el 100% del material.

A continuación se dará un ejemplo de elaboración de la carta potencia 0.45 para gradación Superpave TMN 19 mm. Se detallará el procedimiento de elaboración de la carta:

1º) El tamaño de los tamices se grafican elevados a la potencia 0.45, por ejemplo, el tamiz 4.75 mm se grafica como 2.02, es decir, ( ) 4 . 75

^0.45

. Las cartas de potencia 0.45 no indican las abscisas en escala aritmética como se muestra en la fig. 10.4, sino como en la fig. 10.5.

2º) La línea de máxima densidad seca se grafica desde el origen hasta el tamiz del tamaño

máximo. La línea de máxima densidad seca (figura 9.19) representa la gradación donde

las partículas del agregado alcanzan su máximo arreglo posible. En el ejemplo la línea va

desde el origen hasta el tamaño máximo nominal de 19 mm.

Carta potencia 0.45 para TM 19 mm

0 20 40 60 80 100

0 1 2 3 4

Tamiz elevado a la potencia 0.45

Porcentaje que pasa

Figura 10.4: Base de la Carta Potencia de 0.45

Carta potencia 0.45 para TM 19 mm

0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19

0 20 40 60 80 100

Tamiz elevado a la potencia 0.45

Porcentaje que pasa

Figura 10.5: Línea de máxima densidad seca para tamaño máximo de 19 mm

Puntos de Control

La gradación del agregado deberá estar dentro de los “puntos de control”, que aseguran la buena gradación del agregado evitando problemas de segregación en la mezcla.

Los puntos de control se ubican en el tamaño máximo nominal, un tamiz intermedio (2.36 mm), y tamiz más pequeño (0.075 mm). Figura 9.20.

Zona Restringida

Para 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, de la mezcla.

Ejemplo:

Tamiz 4.75 mm se grafica como (4.75)^0.45 = 2.02

Línea de máxima densidad seca

La zona restringida se encuentra a lo largo de la línea de máxima densidad seca entre el tamiz intermedio (4.75 mm ó 2.36 mm) y el tamiz 0.3 mm. La fig. 10.6.

Se especifica que las gradaciones no deben pasar por la zona restringida sino a uno y otro lado de la línea de máxima densidad seca que generalmente comienza en el tamiz 2.36 mm y se extiende hasta el tamiz 0.300 mm. El valor máximo y mínimo que se requiere para los puntos de control depende del tamaño máximo nominal.

Carta potencia 0.45 para TM 19 mm

0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19

0 20 40 60 80 100

Tamiz elevado a la potencia 0.45

Porcentaje que pasa

Figura 10.6: Límites de gradación Superpave para tamaño máximo de 19 mm

La Tabla 10.4 define los puntos de control y la zona restringida recomendada para diferentes tamaños máximos nominales. Todas las combinaciones de agregados deben pasar entre los puntos de control establecidos, además, deben estar fuera de la zona restringida.

10.6.2 Determinación del Contenido de Ligante Asfáltico

a) Compactador Giratorio Superpave

La principal herramienta del diseño de mezclas volumétricas es el compactador giratorio Superpave (SGC). Un diseño de mezclas satisfactorio es aquel que cumpla los requisitos volumétricos a niveles iniciales y del número de revoluciones de diseño; estos niveles dependen del tráfico. Intuitivamente, las propiedades de la curva de densificación del SGC se correlacionan de alguna manera con la performance del pavimento, en particular, la deformación permanente, pero la relación propiedad-performance no está cuantificada.

zona restringida

puntos control línea máx.

densidad

tamaño

nominal máx tamaño máx

Los investigadores de la SHRP tuvieron varios objetivos al desarrollar un método de compactación de laboratorio. El Compactador Giratorio Superpave, SCG compacta las muestras de manera similar a la que se obtendrá bajo tráfico y condiciones de clima específicos.

Tabla 10.4: Especificaciones de Agregados Superpave

El equipo de compactación tiende a orientar las partículas de agregado de manera similar a las observadas en campo y es capaz de medir la compacidad

b) Equipo de Compactación

El origen del SGC fue el compactador giratorio modificado de Texas que usa los principios del compactador giratorio Francés. El compactador giratorio modificado de Texas densifica los especimenes de manera realista y es razonablemente portátil. El diámetro del espécimen es de 6 pulg. (150 mm) pudiendo compactar mezcla con agregados de 50 mm de tamaño máximo (37.5 mm de tamaño máximo nominal). Figura 10.7.

Puntos de Control Tamaño máximo Nominal Tamaño

estándar

(mm) 9.5 mm 12.5 mm 19 mm 25 mm 37.5 mm

50.0 100

37.5 100 90-100

25.0 100 90-100

19.0 100 90-100

12.5 100 90-100

9.50 90-100

2.36 32-67 28-58 23-49 19-45 15-41 0.075 2.0-10.0 2.0-10.0 2.0-8.0 1.0-7.0 0.0-6.0

Tamiz Zona Restringida

4.75 39.5 34.7

2.36 47.2 39.1 34.6 26.8-30.8 23.3-27.3

1.18 31.6-37.6 25.6-31.6 22.3-28.3 18.1-24.1 15.5-21.5

0.60 23.5-27.5 19.1-23.1 16.7-20.7 13.6-17.6 11.7-15.7

0.30 18.7 15.5 13.7 11.4 10.0

Figura 10.7: Esquema del Equipo de Compactación

El pisón aplica 600 kPa de presión de compactación sobre el espécimen. Un medidor mantiene constante la presión en el pisón durante la compactación. El molde del SGC (fig.

10.8) tiene un diámetro interior de 150 mm y un plato en la base del molde proporcionando confinamiento. La base del SGC rota a una velocidad de 30 rev/min durante la compactación, con el molde ubicado a un ángulo de compactación de 1.25°.

Figura 10.8: Configuración del Molde SGC

Durante la compactación se mide la altura del espécimen. La densidad del espécimen se calcula durante la compactación, con la masa colocada en el molde, el diámetro interior del molde y la altura. El número de revoluciones de diseño, N

diseño

, depende del nivel del tráfico (tabla 10.5).

30 rev/min Presión de pisón

600 kPa

1.25º Molde 150 mm