Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia
aso ac
p
cartilla del
asfáltico
aso ac
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La “cartilla del pavimento asfáltico” está dirigida a estudiantes de ingenier a, inspectores de obra y en general a todas las personas involucradas en la construcción de pavimentos asfálticos. La utilización de los conceptos
presentados es de entera responsabilidad del lector.
C Derechos Reservados 2004 Bogotá. Editado por ASOPAC. Impreso por Panamericana Formas e Impresos S.A. Versión impresa ISBN 958-33-6312-X Versión en internet ISBN 958-33-6311-1
Para mayor información puede dirigirse a la dirección electrónica [email protected]
í
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MARIO HUERTAS COTES
I C E I N
I N G E N I E R O S CONSTRUCTORES
CORTAZAR Y GUTIERREZ LTDA.
ICM INGENIEROS LTDA.
El esfuerzo de ASOPAC por difundir en Colombia el uso de la mezcla asfáltica como producto noble, ecológico, dinámico y al parecer el más apto para suelos inestables, se ve reflejado en esta “cartilla del pavimento asfáltico” de contenido pedagógico, que de manera simple nos va llevando a través de cada uno de los componentes y su proceso de producción y nos deja un abrebocas sobre las inmensas posibilidades del producto, cuyo mayor provecho hoy ya están disfrutando Estados Unidos y los países europeos.
Colombia también debe encontrar en la mezcla asfáltica la mejor opción para pavimentar sus vías.
Invito a todas las empresas dedicadas a la producción y/o pavimentación en mezclas asfálticas, certificadas en calidad, a que se unan a nuestro Gremio.
Ana María Ochoa de Jaramillo Directora Ejecutiva
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Presento la ASOCIACION DE PRODUCTORES Y PAVIMENTADORES ASFALTICOS DE COLOMBIA, ASOPAC, ente gremial sin ánimo de lucro, con vocación nacional, que representa las industrias ubicadas en Bogotá y la Sabana, propietarias de plantas de asfalto y maquinaria para este tipo de actividades, todas certificadas en calidad en sus procesos y con gran experiencia acumulada en obras para la ciudad y el país.
ASOPAC es el fruto de la fusión de dos gremios: ASOPAB, pavimentadores de Bogotá, que existió por más de 40 años y ASOPAC, pavimentadores de Colombia, empresarios jóvenes que vieron en la solidaridad gremial el camino para el fortalecimiento de su producto.
ASOPAC propende porque las industrias afiliadas centren sus acciones y procesos en los principios de calidad, protección del medio ambiente y aplicación de tecnologías novedosas que redunden en obras durables a costos razonables.
ASOPAC lidera o participa en los proyectos de investigación cuyo objetivo primario sea el mejoramiento de las características de los pavimentos asfálticos, demostrando la mayoría de éstas ventajas técnicas y económicas superiores a otros tipos de pavimento.
Al estadio de los países desarrollados en donde ya están ensayando “pavimentos perpetuos” diseñados para 50 años de servicio, con mantenimientos que implican solo el reemplazo de la capa de rodadura, es también al estadio al que aspiramos.
Invitamos a todos los expertos en diseño de pavimentos a que conozcan las bondades de estas nuevas técnicas, a que las involucren en sus diseños y a los contratantes, a que confíen en las empresas productoras quienes están esperando el reto de diseños que impliquen tal evolución.
Capítulo 1. Generalidades
Capítulo 2. El cemento asfáltico
Capítulo 3. Los agregados pétreos
Capítulo 4. La mezcla asfáltica
Capítulo 5. Proceso constructivo
Cap tulo 6. Nuevas tecnologías
Bibliografía
1.1 Definici n
1.2 Clases de pavimentos
1.3 Funciones del pavimento flexible 1.4 Ventajas del pavimento flexible 1.5 Partes del pavimento flexible
2.1 Definición
2.2 Composición química 2.3 Clasificación
2.4 Propiedades
2.5 Ensayos al cemento asfáltico
3.1 Definición 3.2 Clasificación 3.3 Propiedades
3.4 Ensayos a los agregados pétreos
4.1 Definición
4.2 Características 4.3 Propiedades 4.4 Clasificación
4.5 Ensayos a la mezcla asfáltica
5.1 Fabricación industrial 5.2 Transporte y descargue
5.3 Riegos de imprimación y de liga 5.4 Colocación de la mezcla 5.5 Compactación
6.1 Modificación de asfaltos 6.2 Mezclas de alto módulo - MAM 6.3 Mezclas de bajo espesor
6.4 Mezclas densas continuas, discontinuas y abiertas 6.5 Superpave 6.6 Geosinténticos 6.7 Pavimentos porosos 6.8 Pavimentos silenciosos 6.9 Reciclaje de pavimentos ó í
CONTENIDO
5 9 15 19 24 39 51LIDERES EN MEZCLAS
ASFALTICAS
SUMINISTRO Y EXTENSIÓN DE MEZCLAS ASFALTICAS CONSTRUCCION DE: OBRAS CIVILES VIAS URBANAS AEROPUERTOS CARRETERAS CICLORUTAS PARQUEADEROS INFRAESTRUCTURAREDES DE SERVICIOS PUBLICOS
Oficina: Calle 57B #35A-36 – Bogotá D.C. Pbx 222 8383 – Fax 222 8385 – Cel 300 267 4870 Planta Vista Hermosa: K6 Vía Mosquera – La Mesa
Celular Planta 300 268 3799 Codigo 663-1 CONSTRUCCION DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA VIAL DE URBANISMO Y PRODUCCION DE MEZCLAS ASFALTICAS NTC – ISO 9001: 2000
generalidades
1.1 Definici n 1.2 Clases de pavimentos Flexibles Articulados Rígidos ó
Los pavimentos son estructuras construidas por capas de diversos materiales seleccionados, superpuestas, colocadas y compactadas sobre la superficie del terreno. La estructura de un pavimento está concebida especialmente para la circulación del tráfico automotor, por lo que es una solución económica y eficaz.
El desarrollo del automóvil a principios de siglo produjo una rápida evolución de las carreteras a nivel mundial. En Colombia la construcción de carreteras se inició prácticamente hacia 1930 y la pavimentación de vías hacia 1945.
Hay tres clases de pavimentos, dependiendo del material de construcción y de la forma como reciben y controlan las cargas de los vehículos:
Son los construidos con capas de mezcla asfáltica. La superficie se apoya sobre una o más capas que ayudan a soportar las cargas. Proporcionan una superficie de rodadura muy confortable para el usuario de la vía.
Construidos con adoquines (bloques de concreto o arcilla prefabricados), que se colocan sobre una capa de arena. Esta, se apoya sobre una capa granular o directamente sobre la subrasante.
Se componen de losas de concreto hidráulico colocadas sobre una o varias capas de material seleccionado. La capacidad estructural depende casi totalmente de la losa.
1.4 Ventajas del pavimento flexible P P P P P P P P
Proporciona la suficiente resistencia a las cargas impuestas por el tráfico vehicular.
El costo de construcción es menor que en el pavimento rígido y con las nuevas tecnologías, los pavimentos flexibles requieren un mantenimiento mínimo.
Por su color oscuro, evita reflejos y deslumbramientos causantes de accidentes.
Es reciclable en un su totalidad, lo que trae importantes ventajas ambientales, ecológicas y económicas.
El tiempo de restauración de una vía en concreto hidráulico puede tardar días, en mezcla asfáltica apenas unas pocas horas.
La contaminación auditiva por el paso de los vehículos, es nueve decibeles menor si el vehículo rueda sobre una superficie de concreto asfáltico que de hidráulico. En volumen, esto equivale a 4 veces menos ruido.
Ofrece gran suavidad en el rodamiento, lo que permite ahorrar hasta un 4.5% en el consumo de combustible.
Las empresas productoras de pavimento asfáltico son ciento por ciento colombianas, tributan en Colombia y generan empleo a los colombianos.
P P P P P P P P
Más del 90% de las vías
en el mundo y más del
65% de las vías en Bogotá
están construídas en
pavimento asfáltico.
Fuente: European Asphalt Pavement Association www.eapa.org Fuente: Instituto de Desarrollo Urbano
1.3 Funciones del pavimento flexible
Características técnicas
Características de seguridad y comodidad
El pavimento flexible o asfáltico cumple con dos funciones específicas:
El pavimento flexible proporciona una superficie segura y de comodidad para el usuario.
Las capas de la estructura soportan la mayor parte de las cargas de los vehículos y el resto lo trasladan al terreno o subrasante.
Además de estas dos funciones específicas, el pavimento flexible debe cumplir con otras características, que se pueden dividir en técnicas (propias del pavimento) y de seguridad y comodidad para el usuario de la vía.
Son todas aquellas que hacen que los pavimentos sean durables, económicos y resistentes a los fenómenos climáticos y del tránsito.
Los pavimentos flexibles deben ser drenantes, es decir, evacuar rápidamente el agua lluvia. Deben presentar una homogeneidad en la superficie para que el tránsito sea cómodo. La superficie debe ser capaz de absorber el ruido y tener el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos.
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Capa de rodadura Base Sub-base Sub-rasante asopac es la vía!8
1.5 Partes del pavimento flexible
Los pavimentos flexibles se componen de una capa llamada carpeta de rodadura, apoyada sobre dos capas llamadas base y sub-base. Todo el conjunto se apoya sobre el terreno o sub-rasante, al cual llega una mínima parte de la carga vehicular.
Carpeta de rodadura
Base
Subbase granular
Terreno natural o subrasante
Proporciona una superficie estable, uniforme y antideslizante, todo lo cual se traduce en comodidad para el usuario de la vía. Soporta la mayor parte de las cargas vehiculares y efectos ambientales como la lluvia y la radiación solar. Sirve como capa impermeabilizante, impidiendo el paso de agua al interior del pavimento, y al mismo tiempo la drena evitando el deslizamiento de los vehículos.
Su función principal es resistir los esfuerzos inducidos por los vehículos y dar un soporte homogéneo a la carpeta de rodadura, transmitiendo a las capas inferiores que las soportan (sub-base y sub-rasante) una m nima porci n de la carga. Es una capa semirígida, que puede ser granular, granular estabilizada o asfáltica.
Se construye con materiales más económicos que las dos anteriores para que, a su turno, los espesores de las dos capas anteriores sean menores. Tambi n homogeniza la transferencia de carga a la subrasante. La subrasante es aquella que soporta el pavimento. Las t cnicas de mejoramiento o estabilizaci n del suelo buscan mejorar las caracter sticas del terreno, pues de
stas, depender en gran medida, el espesor total del pavimento.
Un suelo se puede mejorar o estabilizar por medios mecánicos (compactaci n) o con productos químicos especialmente diseñados para tal fin (cal, cemento, etc.).
í ó é é ó í é á ó nBase asfáltica nPreparación de la subrasante nCapa de rodadura
el cemento
asfáltico
2.1 Definición
2.2 Composición química
El asfalto es un material que se puede encontrar en la naturaleza en yacimientos naturales o puede ser obtenido como subproducto de la destilación de determinados crudos de petróleo.
Posee unas características muy específicas que lo hacen ideal para los trabajos de pavimentación, principalmente la cohesión y la adhesión con materiales granulares.
Tiene una consistencia sólida, al calentarlo se ablanda y se vuelve líquido, lo que le permite recubrir los agregados durante el proceso de fabricación de la mezcla asfáltica en caliente.
El asfalto cambia su comportamiento dependiendo de la temperatura y el tiempo de aplicación de la carga. Es más duro a bajas temperaturas y más blando a altas, por esto, se debe seleccionar el tipo de asfalto más conveniente dependiendo del clima del sitio de colocación.
El asfalto está compuesto por asfaltenos, resinas, aromáticos y saturados. Los asfaltenos proporcionan la dureza del asfalto, las resinas son los que aglutinan los asfaltenos, brindando la capacidad de liga. Los aromáticos y saturados son aceites, que le dan la consistencia para que sean trabajables.
2. EL CEMENTO ASFALTICO
nComposición química del asfalto
Resinas (Aglutinante) Aceites (Trabajabilidad) Asfaltenos (Dureza) ESPECIALISTAS EN ASFALTOS
asfalto modificado con polímero
NUESTROS PRODUCTOS
wEMULSIONES ASFALTICASwEMULSIONES ASFALTICAS CON POLIMEROS wASFALTO 60/70
wASFALTO 80/100
wASFALTO MODIFICADO CON POLIMEROS wASFALTO PARA TRATAMIENTOS DE
GRIETAS Y DILATACIONES POLYBIT
wIMPERMEABILIZANTES wCOMBUSTIBLES INDUSTRIALES Planta Barrancabermeja: Planta Villavicencio: Oficina Bogotá: Oficina Bucaramanga: Tel: (097)6228725-26-28 fax: (097)6228727 E-mail: [email protected] Tel: (098)6709516 cel.: 310-6983651 Ing. Holguer Perea
E-mail: [email protected]
Tel: (091)2187431 cel.: 315-3738787 Arq. Diego Luis Serrano
E-mail: [email protected]
Tel: (097)6423795-26-28 fax: (097)6523414 E-mail: [email protected]
El cemento asfáltico es un material
termoplástico se endurece (viscoso) a
medida que la temperatura disminuye y
se ablanda (fluido) cuando la
temperatura aumenta.
:
2.4 Propiedades Durabilidad Adhesión y cohesión Susceptibilidad al endurecimiento y al envejecimiento Susceptibilidad a la temperaturaLas propiedades físicas más importantes del cemento asfáltico, que son tenidas en cuenta en el diseño, construcción y mantenimiento de carreteras, son:
Indica qué tanto permanecen en un cemento asfáltico sus características cuando es expuesto a procesos normales de degradación y envejecimiento.
Adhesión es la capacidad del cemento asfáltico para adherirse al agregado en la mezcla de pavimentación. Cohesión es la capacidad del cemento asfáltico de mantener firmemente, en su puesto, las partículas de agregado en el pavimento terminado.
El endurecimiento del asfalto es causado por la combinación con el oxígeno (oxidación) o por volatilización. La oxidación y el endurecimiento más severo ocurren durante el mezclado, pues el asfalto se encuentra a altas temperaturas y en películas delgadas
.
Esta es una de las propiedades más importantes del asfalto. La susceptibilidad a la temperatura varía entre asfaltos de diferente origen, aún si los asfaltos tienen el mismo grado de consistencia.
11
2.3 ClasificaciónCementos asfálticos (AC)
Asfaltos líquidos
Emulsiones asfálticas
Los asfaltos se agrupan en tres clases, principalmente: Son los más utilizados en pavimentación. Se pueden sub-clasificar bajo tres sistemas diferentes: viscosidad antes y después de envejecimiento y penetración. Se preparan comercialmente en grados o rangos de consistencia, con base en el ensayo de penetración, por ejemplo: AC 70-90, AC-60-80, AC 80-100. Los números indican la penetración en décimas de milímetro. El ensayo de penetración es uno de los ensayos de clasificación más comunes en la caracterización del asfalto.
Se producen diluyendo cemento asfáltico en algún solvente del petróleo. Se agrupan en 3 clases, dependiendo de la rapidez con que se produce la evaporación del solvente (curado del asfalto).
SC: asfaltos rebajados de curado lento MC: asfaltos rebajados de curado medio RC: asfaltos rebajados de curado rápido
Esta denominación se suele acompañar de un número que indica el grado de viscosidad cinemática (en centiestokes). Por ejemplo: RC-250, MC-70.
Se componen de dos elementos: agua y cemento asfáltico. Se utilizan en tratamientos superficiales, riegos de adherencia, mezclas abiertas, estabilización de suelos y lechadas asfálticas.
Dependiendo de la carga eléctrica de los glóbulos de asfalto, pueden ser catiónicas (C, carga +) o aniónicas (A, carga -). Dependiendo de la velocidad del rompimiento de la e m u l s i ó n , s e c l a s i f i c a n e n rompimiento rápido (RR), medio (RM) o lento (RL).
Indice de penetración
Ensayo de punto de ablandamiento
Ensayo de ductilidad
Este valor proporciona un criterio de medida de la susceptibilidad del cemento asfáltico a los cambios de temperatura. El índice de penetración se mide indirectamente y más comúnmente como resultado de un cálculo especial que se hace con los resultados de la penetración y el punto de ablandamiento.
Como los cementos asfálticos no tienen un punto de fusión definido, por ser materiales termoplásticos, se ha definido un punto de ablandamiento convencional, determinado por la temperatura a la que alcanza un determinado estado de fluidez a la cual el asfalto no puede soportar una carga de una bola de acero dentro de un anillo, por lo que la prueba también se denomina “de anillo y bola”.
La ductilidad es la capacidad para mantenerse cohesionado bajo las deformaciones inducidas por el tránsito. Se mide en un equipo denominado “ductilímetro”. El ensayo consiste en consiste en someter las muestras de asfalto a un ensayo de tracción, en condiciones determinadas de velocidad y temperatura, en un baño de agua de igual densidad, definiéndose la ductilidad como la distancia máxima en centímetros que se estira la probeta hasta el instante de rotura.
2.5 Ensayos al cemento asfáltico
Ensayos para medir la consistencia del cemento asfáltico
Para evaluar la calidad de un cemento asfáltico y caracterizarlo se han ideado diversos ensayos que tratan de reproducir el comportamiento a escala real del material. A continuación se presenta una breve descripción de cada una de ellos.
La consistencia es el grado de fluidez que tiene el asfalto a una determinada temperatura.
La viscosidad es la resistencia del material a fluir. No es una propiedad intrínseca del asfalto, es decir, depende de la temperatura y del tipo de ensayo que se realiza.En general, se puede medir la viscosidad cinemática o la dinámica. Las normas generalmente piden la viscosidad a dinámica a 60°C.
La penetración es una medida de la consistencia del asfalto a la temperatura media de servicio, 25°C. Sus valores son dados en décimas de milímetro. Los valores m s comunes de nuestro asfalto son los de penetraciones desde 60 dmm hasta 90 dmm.
n
Ensayos de viscosidad
Ensayo de penetración
á
12
nMáquina centrífuga para extracción de asfalto
nEnsayos para determinar la durabilidad del asfalto La durabilidad de un cemento asfáltico está determinada por el envejecimiento que sufre el material. Este envejecimiento se debe principalmente a dos factores: el proceso de mezclado en caliente en una planta de mezclado y la acción del medio ambiente durante el servicio.
El ensayo RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) muestra la calidad que tiene el asfalto después de fabricar la mezcla asfáltica en caliente. Al asfalto así envejecido se le realizan ensayos que buscan conocer el cambio cuando se fabrica la mezcla en caliente. Con esto, se conocen las propiedades y comportamiento del mismo en el momento en que empieza a desempeñarse como pavimento.
El ensayo PAV (Pressure Ageing Vessel) es un medio para envejecer el asfalto, simulando el paso de entre 5 y 10 años en servicio. A este asfalto se le realizan pruebas para determinar la calidad que tiene el asfalto después de este tiempo.
El PG (performance grade o
grado de desempe o) es un
nuevo método de
clasificación del cemento
asfáltico. Se analizan los
resultados de ensayos de
laboratorio para determinar
el rango climático de uso de
ese asfalto. Por ejemplo, en
un asfalto con PG 64-22,
64
es igual a la
temperatura máxima de uso
y
-22
la temperatura
mínima.
ñ
°C
°C
13
n nEnsayos para conocer la pureza del asfalto
Ensayos de seguridad
El cemento asfáltico obtenido de refinería tiene un porcentaje muy pequeño de impurezas como sales, carbón libre, impurezas orgánicas. Estas se deben determinar mediante el para que las propiedades del asfalto no se vean deterioradas. Es muy importante determinar a qué temperatura puede calentarse el cemento asfáltico sin peligro de incendio, pues si se sobrepasa esta temperatura, podrían producirse vapores que en presencia de alguna de chispa se pueden incendiar.
El punto de inflamación corresponde a la temperatura a la que se puede calentar el cemento asfáltico con seguridad, sin peligro a que se inflame en presencia de llama. Sirve como prueba de seguridad en la operación de las plantas productoras de mezcla asfáltica en caliente.
ensayo de solubilidad
Ensayo de punto de inflamación
14
nOtros ensayos
Se han ideado otros ensayos para determinar propiedades específicas necesarias para conocer y entender algunos comportamientos del asfalto. Algunos de ellos son:
Este ensayo sirve para determinar las equivalencias de pesos a volúmenes a la temperatura de aplicación, así como para algunos cálculos necesarios en el diseño de mezclas asfálticas, pues cuando se requiere emplear una cantidad determinada del material caliente, es más fácil medir volúmenes que pesos.
La fragilidad es la propiedad de romperse ante la aplicación de determinados esfuerzos. Depende fundamentalmente de la velocidad de deformación y de la temperatura.
Esta prueba se usa para detectar posibles alteraciones químicas del cemento asfáltico por efectos térmicos. Con este ensayo se separan el cemento asfáltico y el diluyente para determinar su cantidad e identificarlos. Detecta la tendencia de los glóbulos de asfalto de una emulsión asfáltica a asentarse durante el período en que la emulsión permanece almacenada y es una alerta sobre la posible inestabilidad de las emulsiones.
Permite hacer determinaciones de estabilidad en un tiempo corto, previendo que el cemento asfáltico o la emulsión sea la misma en cualquier sitio del tanque de almacenamiento.
Peso específico
Fragilidad
Ensayo de la mancha (o ensayo de Oliensis)
Destilación
Asentamiento
Estabilidad para almacenaje
Tamizado
Capacidad de recubrimiento y resistencia al agua
Carga de las partículas
Destilación
Ensayos químicos
Sirve para detectar cuantitativamente el porcentaje de cemento asfáltico presente en las emulsiones.
Los objetivos de este ensayo son cubrir totalmente el agregado, soportar el mezclado sin que se rompa la película formada y resistir la acción de lavado del agua cuando se completó el mezclado.
Es un ensayo para determinar la carga eléctrica de emulsiones asfálticas catiónicas y/o aniónicas de rotura rápida y media.
Sirve para determinar la proporción relativa de cemento asfáltico y agua presentes en la emulsión asfáltica.
Existe una fuerte tendencia a estudiar la composición química del asfalto para conocer las propiedades del material en tres momentos: en su estado original, su estado luego de pasar por la planta productora de mezcla asfáltica y luego de haber estado en servicio, hacia el final de su vida útil.
Los métodos para lograr este envejecimiento en laboratorio fueron vistos anteriormente. El ensayo RTOFT deja el asfalto como si ya hubiera pasado por la planta. El ensayo PAV envejece el asfalto, simulando cómo se encontraría luego de unos años de servicio. A los asfaltos así envejecidos se les realiza un ensayo conocido como SARA, para determinar la cantidad de maltenos (saturados, aromáticos, resinas) y asfaltenos que tiene el asfalto en cada uno de estos tres momentos. En general, un asfalto envejecido tendrá más asfaltenos, es decir, será un asfalto más duro.
los agregados
pétreos
3.1 Definición
3.2 Clasificación
Un agregado pétreo es un material mineral duro e inerte, usado en forma de partículas gradadas o fragmentos, como parte de un pavimento flexible. Los agregados se usan tanto en las capas de base granular como para la elaboración de la mezcla asfáltica.
El agregado constituye entre el 90 y 95% en peso y entre el 75 y 85% en volumen en la mayoría de las estructuras de pavimento. Esto hace que la calidad del agregado usado sea un factor determinante en el comportamiento del pavimento.
Los agregados pueden ser naturales o procesados. De acuerdo con su tamaño, se dividen en gravas, arenas y relleno mineral (llenante mineral o filler). Los materiales pueden ser producidos en canteras abiertas o tomados de la ribera de los ríos (cantera de río). En este último caso son agregados pétreos aluviales.
Los agregados procesados son aquellos que han sido triturados y tamizados antes de ser usados. La roca se tritura para volver angular la forma de la partícula y para mejorar la distribución (gradación) de los tamaños de las partículas.
3. LOS AGREGADOS PETREOS
En la mayoría de las estructuras de pavimento,
el agregado constituye entre el 90% y el 95% en peso
y entre el 75% y el 85% en volumen.
17
3.3 PropiedadesGradación y tamaño máximo de partícula
Limpieza
Dureza
Forma de la partícula
Textura de la superficie
Los agregados pétreos deben cumplir las siguientes propiedades para ser considerado apropiado para una mezcla asfáltica:
Se requiere que las partículas estén dentro de un cierto margen de tamaños y que cada tamaño esté presente en ciertas proporciones.
En los agregados existen materiales indeseables que le restan propiedades y afectan desfavorablemente el comportamiento del pavimento. Dentro de estos se tienen vegetación, arcilla esquistosa, partículas blandas, terrones de arcilla, materia orgánica, etc.
Los agregados deben ser capaces de resistir la abrasión y degradación durante la producción, colocación y compactación de la mezcla y las exigencias durante la vida de servicio del pavimento.
La forma de la partícula afecta la trabajabilidad de la mezcla, la cantidad de fuerza necesaria para compactarla y la resistencia de la estructura del pavimento. Las partículas irregulares y angulares proporcionan las mejores características.
Es un factor que determina la trabajabilidad, la resistencia final de la mezcla y las características de
resistencia al deslizamiento en la superficie del pavimento. Según la textura, los agregados pueden ser rugosos o lisos.
La capacidad de un agregado de absorber agua o asfalto es un elemento importante de información, pues un agregado poroso requiere cantidades mayores cantidades de asfalto que las que requiere un agregado menos poroso.
Es la tendencia del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto.
Capacidad de absorción
Afinidad con el cemento asfáltico
nAgregado almacenado con protección contra la lluvia
3.4 Ensayos a los agregados pétreos
Ensayos para determinar la limpieza del agregado
Indice de consistencia
Equivalente de arena
Azul de metileno
Contenido de materia orgánica
Al igual que el cemento asfáltico, los agregados pétreos deben pasar por una serie de ensayos que determinarán su calidad.
Indica la capacidad de la fracción de arenas finas y llenante para retener agua.
Es un método para determinar la proporción indeseable de polvo fino y arcilla en la fracción de agregado que pasa el tamiz No. 4.
Pretende determinar la presencia de elementos arcillosos indeseables dentro del material. El método se basa en las propiedades de adsorción de las arcillas y su consiguiente efecto decolorante sobre las soluciones acuosas de azul de metileno.
Proporciona una estimación de la cantidad de materia orgánica presente en el agregado.
n
18
n
n
Ensayos para determinar la durabilidad del agregado
Coeficiente de pulimento acelerado
Desgaste en la máquina de Los Angeles
Solidez
Ensayos para determinar la forma y angularidad del agregado
Indice de aplanamiento y de alargamiento
Porcentaje de caras fracturadas
Este pulimento o susceptibilidad al pulimento de los agregados, conseguido mediante la acción de la llanta de la máquina y los abrasivos empleados, pretende reproducir, de manera acelerada, aquel que experimenta el agregado bajo la acción del tránsito real cuando forma parte de la capa de rodadura de una vía.
El método se emplea para determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando para ello la máquina de Los Angeles con una carga abrasiva.
Se usa para medir la resistencia de los agregados pétreos frente a la acción de sulfato de sodio o de magnesio, y representa la resistencia de los agregados pétreos frente a la acción de las condiciones ambientales.
Los índices son una indicación de la cantidad de material (porcentaje de agregado) cuyas medidas proporcionan una forma demasiado alargada o son demasiado planas para ser utilizadas en una mezcla asfáltica.
Se determina el porcentaje, en peso, del material que presenta una o más caras fracturadas de las muestras de agregados pétreos.
Las especificaciones de
mezcla asfáltica requieren
que el agregado utilizado
esté en un cierto margen de
tamaños y que cada
tamaño de partículas esté
presente en ciertas
proporciones. Esto se
conoce como gradación.
la mezcla
asfáltica
4.1 Definición
La mezcla asfáltica es una combinación de
y en proporciones exactas y previamente especificadas.
Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades y características de la mezcla.
Las mezclas asfálticas se pueden fabricar en caliente o en frío, siendo más comunes las primeras, por lo que se enfocará el estudio hacia las mezclas asfálticas en caliente.
Existen distintos procedimientos para calcular las cantidades de cada material en la mezcla en caliente. Entre ellos tenemos el procedimiento Marshall y el procedimiento Hveem, que tienen una larga trayectoria de uso a nivel mundial.
Adicionalmente, se ha desarrollado una nueva tecnología para el diseño de mezclas, denominado SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavement), que es todo un sistema de nuevos procedimientos en mezclas asfálticas, desarrollado en Estados Unidos por el Programa Estratégico de Investigación de Carreteras (SHRP). Este tema se trata con más profundidad en el capítulo 6.
cemento asfáltico agregados pétreos
4. LA MEZCLA ASFALTICA
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4.2 Características Estabilidad Durabilidad Impermeabilidad Flexibilidad Resistencia a la fatiga Resistencia al deslizamientoLas características más importantes de la mezcla asfáltica son:
Es la capacidad para resistir la deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento inestable presenta ahuellamientos, corrugaciones y otras señas que indican cambios en la mezcla.
Es la capacidad para resistir la acción de los agentes climáticos y del tránsito, que se observa en desintegración del agregado, cambios en las propiedades del asfalto y separación de las películas de asfalto.
Es la resistencia al paso de aire y agua hacia el interior del pavimento.
Es la capacidad del pavimento para acomodarse sin agrietamientos, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante.
Es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito. Expresa la capacidad de la mezcla a deformarse repetidamente sin fracturarse.
Capacidad de proveer suficiente fricción para minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la superficie está mojada.
4.3 Propiedades
Densidad de la mezcla
Vacíos
Contenido de asfalto
La mezcla tiene cuatro características principales que determinan su comportamiento:
Es el peso de un volumen específico de mezcla. La densidad obtenida en el laboratorio es la densidad patrón y la densidad obtenida in-situ se expresa como un porcentaje de la misma. Una densidad alta en el pavimento terminado se traduce en una mayor durabilidad.
Los vacíos enel agregado mineral pueden llenarse de aire o de asfalto. Es importante tener una pequeña cantidad de vacíos con aire por donde fluya el asfalto durante la compactación producida por el tránsito, pero no demasiados para evitar la filtración de agua que cause deterioro.
Es el componente más importante. Debe ser determinado en laboratorio y controlado en obra. Mientras mas gruesa sea la película de asfalto que cubre las partículas de agregado, más durable será la mezcla.
nEsquema de componentes de mezcla asfáltica y representación de los volúmenes presentes
vacíos de aire
asfalto
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4.4 Clasificación
Existen distintos tipos de mezcla asfáltica, dependiendo del tipo de asfalto, la proporción de agregados en la mezcla, la granulometría del agregado y el proceso de fabricación.
Las mezclas se pueden fabricar en caliente en central de mezcla o en frío in-situ.
Según su granulometría o gradación, se pueden usar como bases o como capas de rodadura Cada mezcla tiene un uso específico que vendrá determinado en el diseño mismo de la mezcla.
Es así como tenemos varios ejemplos:
En las especificaciones generales de construcción de carreteras del INVIAS (Instituto Nacional de Vías) encontramos, entre otras, las siguientes posibilidades: Mezcla densa en frío, mezcla abierta en frío, mezcla densa en caliente, mezcla abierta en caliente, mezcla discontinua en caliente para capa de rodadura y mezcla drenante.
La aeronáutica civil, utiliza sus propias gradaciones que por el uso especial requieren características especiales, como mayor resistencia al desgaste. Su guía son las normas FAAC, dentro de las cuales se tiene la mezcla para pistas P-401.
nMacrotextura de la base asfáltica MDC1
nMacrotextura de rodadura asfáltica con gradación Afnor
nMacrotextura de rodadura MDC2
nMicroaglomerado (textura abierta) y mezcla tradicional (textura cerrada)
4.5 Ensayos a la mezcla asfáltica
Inmersión-compresión
Stripping (cubrimiento de los agregados con materiales asfálticos en presencia del agua)
Determinación cuantitativa de cemento asfáltico
Es importante evaluar el comportamiento de la mezcla asfáltica, principalmente la susceptibilidad al agua y sus características mecánicas frente al tráfico vehicular. Algunos de los ensayos más importantes, destinados a verificar la calidad de la mezcla, se describen a continuación:
Este ensayo se realiza para determinar el efecto del agua sobre la cohesión de la mezcla asfáltica compactada. Se hace solamente a las mezclas densas, tanto en frío como en caliente.
Es utilizado para valorar, en forma empírica, el efecto de la acción del agua sobre la película asfáltica que recubre un agregado. Se realiza a la mezcla abierta en frío y en caliente.
Se hace una determinación cuantitativa del cemento asfáltico en mezclas asfálticas en caliente y en muestras de pavimentos.
Ensayos dinámicos
Estos ensayos evalúan las características dinámicas de las mezclas, su estabilidad remanente y su comportamiento a la tracción indirecta para tener una idea del comportamiento del sistema ante las cargas repetitivas.
El desarrollo de las teorías racionales y completamente analíticas para el diseño de pavimentos, cuyo uso ya está empezando a darse en las normatividad más reciente, incluye los módulos dinámicos y las leyes de fatiga.
Los módulos dinámicos se usan para establecer la rigidez de la mezcla asfáltica. Las leyes de fatiga permiten determinar su vida remanente.
El módulo dinámico es un dato muy importante, que puede emplearse tanto para el diseño de la mezcla asfáltica para pavimento como para el diseño del espesor de la capa de pavimento asfáltico. Este módulo se puede determinar en un amplio intervalo tanto de temperatura como de frecuencia de carga.
El equipo utilizado para determinar estos valores se llama NAT (Nottingham Asphalt Tester).
nEquipo para ensayo de inmersión - compresión
nBriquetas para ensayos
proceso
constructivo
aso ac
Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de ColombiaCarrera 12 No. 79-50 Oficina 202 Conmutador: 57 1 3176417 [email protected] Visítenos en Internet:
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5.1 Fabricación industrialLa fabricación de la mezcla asfáltica en caliente es un proceso industrial, realizado en plantas productoras de mezcla asfáltica. Estas, son un conjunto de equipos mecánicos y electrónicos, en donde los agregados son combinados, calentados, secados y mezclados con cemento asfáltico para producir una mezcla asfáltica en caliente. Las operaciones principales de una planta de asfalto son secado, cribado, proporcionamiento y mezclado.
Hay en general dos tipos de planta, de dosificación (bachada) y mezcladora de tambor (continua). Los dos tipos de planta son utilizados en Colombia. El proceso de fabricación es controlado y verificado.
5. PROCESO CONSTRUCTIVO
25
Planta mezcladora de tambor
Planta de dosificación
La dosificación de los agregados se define en el diseño previo y se controla por el operador de forma manual o por un sistema electrónico. Los agregados se encuentran almacenados en varias tolvas y se dosifican y transportan por medio de bandas que los llevan al tambor secador, en el que se mezclan y se calientan a la temperatura requerida. El cemento asfáltico, que ha sido c a l e n t a d o p r e v i a m e n t e e n s u t a n q u e d e almacenamiento, se agrega posteriormente a los agregados pétreos. En la bandeja de salida se controla la temperatura de mezclado. La mezcla asfáltica se transporta con la ayuda del elevador y se almacena en el silo. Una vez en el silo, se procede al cargue.
Las plantas de dosificación (bachada) producen la mezcla caliente en cargas, una tras otra. El tamaño de la carga varía de acuerdo a la capacidad del amasadero de la planta. Las plantas de dosificación se distinguen de las plantas mezcladoras de tambor porque no producen la mezcla en caliente en un flujo continuo. Los agregados se llevan, en cantidades controladas, del lugar de almacenamiento al secador, donde además se calientan. Luego pasan por una unidad de cribado, la cual separa el material en fracciones de diferente tamaño y lo deposita en tolvas para su almacenaje en caliente. Después, los agregados y el relleno mineral se pesan, se combinan con el asfalto y se mezclan en su totalidad para formar una carga. Finalmente, la mezcla se carga en los camiones y se lleva al lugar de pavimentación.
5.2 Transporte y descargue
La mezcla asfáltica as elaborada se coloca en volquetas que la transportan hasta el sitio de obra. Los dos tipos de camiones más comunes son el de vaciado por extremo y el de descarga inferior o de fondo. Los volcos o platones de las volquetas deben ser de metal y deben estar limpios, lisos y sin hoyos. La caja de metal se debe revestir con una ligera capa de lubricante para evitar que la mezcla fresca se pegue a las superficies. La mezcla se carga y se protege con el uso de lonas y/o carpas para evitar la pérdida de temperatura.
El número de camiones requeridos en una obra depende de muchos factores: la producción de mezcla en la planta, la longitud del recorrido, el tipo de tránsito encontrado en el recorrido y el tiempo necesario para descargar la mezcla.
Una vez llega a la obra, el inspector debe encargarse de medir la temperatura de llegada en la volqueta. Cuando se va a comenzar el proceso de colocación, se retira la lona y se deposita la mezcla en la tolva de la terminadora de mezcla asfáltica, conocida también como
La terminadora de mezcla asfáltica debe estar lista para recibir la mezcla. La plancha debe estar caliente; para ello, cuenta con dispositivos calentadores.
í
finisher.
nDescargue de la mezcla en obra
26
nInspección visual
Humo azul
Apariencia dura
Asentamiento de la mezcla en el camión
Apariencia opaca y magra (seca)
Vapor ascendente
Segregación
Se requiere una inspección visual de la mezcla para notar sus deficiencias. A continuación se mencionan algunas de ellas, que pueden requerir una inspección más rigurosa y posiblemente, una rectificación:
El humo azul que asciende de la mezcla del camión puede ser un indicador de que se ha sobrecalentado la mezcla.
Una carga que aparezca dura o presente un pico alto puede estar fría para cumplir con especificaciones. Si una carga se encuentra plana, o casi plana, puede ser que contenga demasiado asfalto o demasiada humedad.
Una mezcla con estas características puede contener muy poco asfalto, o contener un exceso de finos.
El exceso de humedad aparece, frecuentemente, como vapor ascendente en la mezcla.
La segregación de agregados puede ocurrir durante la pavimentación debido a un manejo inadecuado de la mezcla o puede ocurrir antes de que la mezcla llegue a la pavimentadora.
5.3 Riegos de imprimación y de liga riego de imprimación
riegos de liga
Un es una aplicación de emulsión asfáltica que cubre la capa de base. Sirve para tres propósitos:
Ayuda a prevenir la posibilidad de que se desarrolle un plano de deslizamiento entre la capa de base y la capa superficial.
Evita que el material de base se desplace bajo las cargas de tránsito, durante la construcción, antes de que se coloque la primera capa.
Protege la capa de base de la intemperie.
Los son aplicaciones de asfalto (usualmente emulsiones) rociadas sobre la superficie de un pavimento existente, antes de colocar una capa de refuerzo. El propósito de un riego de liga es mejorar la ligazón entre dos capas de pavimento asfáltico. Los riegos de liga también se usan en lugares donde la mezcla en caliente entra en contacto con la cara vertical de las aceras, las cunetas y las estructuras y juntas de pavimento frío.
Es necesario conocer previamente la dosificación apropiada de aplicación de estos riegos y el tiempo de curado o rotura necesario para lograr los efectos esperados.
El inspector debe medir la
temperatura de la mezcla al
momento de llegar la volqueta.
nAplicación de riego de liga
28
5.4 Colocación de la mezcla
Temperatura de extensión de la mezcla
Temperatura de compactación
El proceso principal de construcción del pavimento consiste en extender la mezcla a lo largo de la vía y compactarla adecuadamente hasta la densidad mínima especificada en las normas.
Una vez está lista la capa de soporte del concreto asfáltico y la volqueta ha descargado en la pavimentadora todo el material, se toma la temperatura en la tolva antes de su paso por las caracolas (tornillos sinfín de la terminadora) cuando va a ser extendida. Esta es la temperatura de extensión de la mezcla. La pavimentadora debe comenzar a moverse a la velocidad apropiada y a extender el material.
Por ser la variable crítica al momento de compactar, es importante verificar continuamente la temperatura. La mezcla sólo puede extenderse en condiciones climatológicas adecuadas temperatura ambiente mayor a 5°C y no se puede colocar en momentos de lluvia. La temperatura de compactación es aquella que se toma una vez se ha extendido la mezcla y antes de empezar a compactar.
:
nTemperatura de llegada a la obra (en volqueta carpada)
nTemperatura de descargue, antes de ser extendida
nTemperatura de compactación, después de ser extendida
Irregularidades en la textura
Lisura de la superficie
Falta de uniformidad
Granulometría incorrecta del agregado
Ocurre generalmente por mezclas demasiado frías o con alto contenido de humedad en las mismas. Este tipo de mezcla presenta burbujeo y ampollamiento.
La lisura de la superficie se afecta desfavorablemente por la falta de uniformidad de las operaciones de pavimentación, las gradaciones incorrectas de agregado, las variaciones de velocidad de la pavimentadora, la operación incorrecta de los camiones y las prácticas deficientes de construcción de juntas. La interrupción de la pavimentadora puede causar asperezas en el pavimento por el asentamiento de la tabla enrasadora. Los pavimentos ásperos también son el resultado de cambios en la cantidad de material depositado en frente del enrasador. El enrasador bajará su nivel si no hay suficiente material en frente y viceversa.
Un exceso de agregado grueso puede resultar en una mezcla áspera, la cual produce una superficie desigual de textura áspera. El exceso de finos en la mezcla puede causar una estabilidad baja, permitiendo que se formen ondulaciones en la superficie.
Se requiere gran
coordinación entre la
planta y el equipo de
colocación para que
haya un suministro
continuo de mezcla.
n n Colocación Inspección de la carpetaLa uniformidad y continuidad de las operaciones es esencial en la pavimentación con mezclas asfálticas en caliente, por lo tanto se requiere gran coordinación de la planta con la pavimentadora y una velocidad adecuada de pavimentación.
La pavimentadora (finisher) debe cargarse continuamente con suficiente mezcla y al mismo tiempo los camiones no deben esperar mucho tiempo para descargar la mezcla en la tolva.
Observando la superficie del pavimento se pueden distinguir posibles problemas
Si se observa una textura abierta o un desgarre de la mezcla al comenzar la pavimentación, puede deberse a un calentamiento insuficiente del enrasador
El desgarre de una mezcla ocurre generalmente cuando la mezcla está fría y aparece abierta y gruesa. También puede ocurrir por un ajuste inadecuado de la barra apisonadora del enrasador.
:
Textura superficial
Desgarre o rasgado
29
nEquipo de colocación
Unidad de potencia
Unidad del enrasador
La máquina de extendido de la mezcla se llama pavimentadora o finisher.
Las pavimentadoras son máquinas automotrices diseñadas para colocar mezcla asfáltica con espesor determinado y proporcionar una compactación inicial. Las dos partes principales de una pavimentadora son la unidad de potencia o tractor y la unidad de enrase.
Provee la fuerza motriz para mover las ruedas u orugas y la maquinaria del tractor y la unidad de enrase. La unidad de tractor comprende la tolva receptora, el transportador alimentador y la unidad de enrase. El motor de la unidad del tractor propulsa la pavimentadora, arrastra la unidad del enrasador y proporciona potencia a los otros componentes mediante las transmisiones.
Las funciones principales del enrasador son nivelar la mezcla para que cumpla con las especificaciones de espesores y proporcionar la compactación inicial de la mezcla. El enrasador está compuesto por los brazos emparejadores de arrastre, placa emparejadora, unidad de calentamiento, barras apisonadoras y/o vibratorios y controles.
La mezcla en caliente se deposita en la tolva receptora, de donde es llevada por el transportador alimentador a través de las compuertas de flujo hacia las barrenas d i s t r i b u i d o r a s . E s t a s b a r r e n a s d i s t r i b u y e n uniformemente la mezcla a lo largo de todo lo ancho del asfaltador para obtener una colocación pareja y uniforme.
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nTolva receptora
nEnrasador o placa emparejadora
Se debe precalentar la placa emparejadora de la finisher porque
si no, la mezcla se rompe y su textura parecerá abierta y gruesa,
tanto como si la mezcla hubiera llegado fría.
nRevisión previa del equipo
Ruedas neumáticas
Orugas
Regulador
Tolva, compuertas de flujo y barrenas
Antes de comenzar la pavimentación se deben revisar ciertos detalles para asegurar una buena operación del asfaltador
Se debe revisar la condición y presión, que debe ser la misma en las ruedas de ambos lados del asfaltador. Las presiones desiguales pueden causar movimientos indeseables en la pavimentadora.
Se deben revisar para que estén ajustadas sin holguras. Si el motor no está funcionando correctamente, puede haber una falta de potencia cuando el motor se está recargando, generando fallas temporales en los vibradores o apisonadoras de la unidad del enrasador, produciendo una sección de pavimento de menor densidad o secciones con menor material que el área adyacente.
Estos elementos se deben revisar para ver si presentan desgastes y estar seguros que funcionan correctamente. La velocidad del transportador y la abertura de las compuertas de flujo, se deben ajustar para que se use la cantidad necesaria de material para que las barrenas operen alrededor del 85% del tiempo. Esto permite que se mantenga una cantidad uniforme de mezcla en frente del enrasador. Si se requiere mezcla adicional para obtener un incremento en el espesor de la capa, se deberá ajustar las compuertas de control de flujo. Las barrenas deben mantenerse tres cuartos llenas durante las operaciones de pavimentación.
:
Enrasador
Calentadores del enrasador
El control del espesor de la carpeta y el control del perfil transversal de la carpeta están regulados por unidades de control que hacen parte de la pavimentadora.
Los ajustes de los controles toman tiempo en hacer efecto, cuando la pavimentadora está en marcha. Así mismo, es necesario que la pavimentadora termine de hacer las correcciones impuestas para realizar otros ajustes.
Los bordes de entrada y salida del enrasador deben ser ajustados antes de empezar con el proceso de pavimentación. El borde de entrada o de ataque debe tener un poco más de pendiente que el de salida para proporcionar un flujo parejo de material debajo del enrasador. Si hay demasiada pendiente de entrada, habrá más material debajo de la enrasadora y producirá una textura abierta a lo largo de los bordes de la carpeta. Si hay poca pendiente de entrada, se producirá una textura abierta en el centro de la carpeta.
El enrasador está equipado con calentadores usados para calentar la placa emparejadora al comienzo de cada operación de pavimentación. Si la placa no está inicialmente caliente, la mezcla se romperá y su textura aparecerá abierta y gruesa, como si la mezcla estuviera demasiado fría.
No se debe calentar la placa con la primera descarga del camión, ya que esto genera una sección inaceptable de pavimento en la zona donde se calienta la placa.
nOperación del enrasador
En la operación, el enrasador es arrastrado por el tractor. Los brazos de arrastre están pivotados generando al enrasador un movimiento flotante mientras viaja sobre la carretera. A medida que el enrasador es arrastrado, este busca el nivel que sea paralelo a la dirección de arrastre. El espesor de la carpeta y la forma del coronamiento están regulados por controles del enrasador. Por último, las barras apisonadoras o los accesorios vibratorios, compactan ligeramente la mezcla, como preparación para la compactación.
Un flujo excesivo de material, una mezcla dura o una mezcla fría, aumentará la fuerza de arrastre del tractor y de la resistencia del material. Lo contrario ocurrirá si la mezcla está excesivamente caliente.
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n1. Limpieza previa de la superficie
n4. Compactación
n3. Extendido
n2. Descargue de la mezcla
La clave para controlar la
acción del enrasador es
garantizar un equilibrio y
mantener uniformidad en
las fuerzas actuantes
sobre el enrasador para
obtener una capa de
pavimento que se ajuste
a las especificaciones
exigidas.
5.5 Compactación
La compactación es la etapa final de las operaciones de pavimentación con mezclas asfálticas en caliente. En esta etapa se desarrolla la resistencia total de la mezcla y se establecen la lisura y la textura de la carpeta.
El proceso de compactación consiste en comprimir la mezcla con lo cual se reducen los vacíos, se aumenta la densidad y se disminuye la permeabilidad generando la resistencia necesaria de la mezcla asfáltica.
Al comprimir las partículas del agregado, se logran dos objetivos importantes: la resistencia y la estabilidad de la mezcla.
Al compactar la mezcla, esta adquiere estabilidad, cohesión e impermeabilidad, que se traduce en capas de rodadura resistentes, durables y lisas. Adicionalmente, la compactación cierra los espacios a través de los cuales el aire y el agua pueden penetrar y causar un envejecimiento rápido y/o desprendimiento.
nProcedimiento de compactación
Para garantizar un correcto proceso de compactación, se deben construir tramos de prueba, para lo cual se deben definir los siguientes aspectos: velocidad, patrón de recorrido para el ancho de pavimentación, número de pasadas, selección de la zona de operación del compactador detrás de la pavimentadora.
Para el tramo de prueba, se recomienda el siguiente procedimiento:
1. Determinar la velocidad inicial del compactador. 2. Tomar una medida de la densidad con equipo nuclear, durante 15 segundos después de cada pasada o recorrido de ida y vuelta, hasta que se obtenga la densidad adecuada.
3. Incrementar la velocidad usando el mismo número de pasadas. Verificar con el densímetro si se mantiene la densidad adecuada. Si es así, continuar aumentando la velocidad, con el mismo número de pasadas, hasta que se obtenga la máxima velocidad que cumpla con las especificaciones de densidad al menor número de pasadas.
El patrón de compactación para la franja de prueba deberá ser el mismo patrón utilizado en la obra.
Una compactación eficiente requiere que la primera pasada cubra toda la carpeta y sea realizada antes que se enfríe. Una vez extendida la mezcla, la compactación debe comenzar a la temperatura más alta posible que soporte la carga sin que se produzcan agrietamientos o desplazamientos indebidos.
La secuencia de las operaciones de compactación implica tres tipos de operaciones: compactación inicial, compactación intermedia y compactación final.
Sólo al compactar se logra la resistencia y
la estabilidad de la mezcla.
33
Compactación inicial
Compactación intermedia
Compactación final
Es la primera pasada del compactador sobre la carpeta recién colocada. Se usan compactadores vibratorios o estáticos. Esta actividad se debe hacer sobre toda la carpeta.
Para obtener la densidad requerida antes del enfriamiento de la mezcla. Con esta compactación se logran la densidad y la impermeabilidad requeridas.
Para eliminar marcas sobre la superficie y alcanzar la suavidad final. Generalmente se usan los compactadores neumáticos. Se hace mientras la mezcla est todavía lo suficientemente caliente para permitir la eliminación de cualquier marca de la compactación.
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Algunas recomendaciones para la compactación
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E
Cuando las carpetas tienen un espesor menor a 2.5 cm se recomienda usar tambores estáticos adelante y atrás.
Cuando las carpetas tienen un espesor mayor a 5 cm se recomienda que ambos tambores sean vibratorios.
Cuando el espesor de la carpeta está entre 2.5 y 5 cm, se recomienda compactar con el tambor delantero vibrando y el tambor trasero estático. Sin embargo, si la mezcla es difícil, se recomienda compactar con el tambor delantero estático y el tambor trasero vibrando.
El compactador debe trabajar tan cerca de la finisher como sea posible, teniendo cuidado de no deformar o romper la carpeta. Se debe trabajar a la distancia adecuada para lograr la densidad y la suavidad requeridas en el menor número de pasadas.
Si el compactador no es lo suficientemente rápido para la pavimentación que se está haciendo, se debe utilizar un segundo compactador o bajar la velocidad de la finisher.
Es importante verificar continuamente la
temperatura, por ser la variable crítica al momento
de compactar.
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Compactación de juntas transversales
Las juntas transversales ocurren en donde la pavimentadora cesa de operar y luego reanuda la marcha después de cierto tiempo. Una junta transversal mal construida aparece como un abultamiento pronunciado en el pavimento. Los errores de construcción en las juntas transversales solamente pueden corregirse mientras la mezcla está todavía caliente y manejable.
Cuando la junta transversal se construye al lado de un carril contiguo, la primera pasada se hace con un compactador estático de ruedas de acero a lo largo de la junta longitudinal, sobre unos cuantos metros. Luego la superficie se nivela con regla y se hacen las orrecciones necesarias.
A continuación, la junta transversal se compacta con el ancho de la rueda sobre el material anteriormente colocado y compactado excepto 15 cm. Esta operación se repite con pasadas consecutivas, cada una cubriendo unos 15 a 20 cm adicionales de carpeta nueva, hasta que todo el ancho de la rueda impulsora se encuentre sobre la mezcla nueva.
Durante la compactación transversal se deberán colocar tablones de espesor adecuado en el borde del pavimento, para proporcionar al compactador una superficie sobre la cual pueda rodar una vez que sobrepase el borde de la carpeta. Si no se usan tablones, la compactación transversal deberá detenerse unos 15 a 20 cm antes del borde exterior para no dañarlo. En este caso, el borde deberá ser compactado luego durante la compactación longitudinal.
nJunta transversal
nCompactación de junta transversal
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Compactación de JuntasLas juntas pueden ser longitudinales o transversales. Además, las juntas longitudinales pueden ser calientes o frías.
nJunta longitudinal
Compactación de juntas longitudinales
La juntas calientes se forman por dos pavimentos trabajando en escalón. El enrasador de la pavimentadora trasera, debe estar ajustado para traslapar de 2.5 a 5 cm la carpeta de la pavimentadora delantera.
En las juntas frías los carriles son colocados y compactados individualmente, uno despué s del otro. Se debe barrer la base sobre la cual se va a colocar el carril contiguo y se debe aplicar material de liga al borde que va a ser unido.
Cuando se usan compactadores estáticos de ruedas de acero o neumáticos, s lo unos 10 o 15 cm del ancho de la rueda pueden recorrer la carpeta nueva en la primera pasada. La mayor parte del ancho deberá rodar sobre el lado de junta previamente compactado. En cada pasada subsiguiente se aumenta el ancho de rueda permitido sobre la carpeta recién colocada, hasta que todo el ancho del compactador se encuentre sobre la mezcla nueva. En el caso de compactadores vibratorios, los tambores se extienden 10 a 15 cm sobre el carril previamente compactado. El resto del ancho se encuentra sobre la mezcla recién colocada. El compactador continúa moviéndose a lo largo de esta línea hasta que se obtenga una junta completamente compactada.
ó
nDensímetro nuclear
nLectura en el densímetro nuclear. Observe que en este caso el resultado fue 98.9%
de la densidad especificada.
nCompactación de junta longitudinal
Parámetros de calidad de compactación
Textura superficial
Tolerancia de la superficie
Densidad
La calidad del pavimento terminado depende en gran medida del éxito obtenido en el proceso de compactación. Se usan tres criterios para aprobar o reprobar una carpeta terminada. Estos son: textura superficial, tolerancia de la superficie y densidad.
Los defectos que aparezcan durante la compactación y que no puedan ser corregidos con pasadas adicionales, se deben remplazar con mezcla caliente fresca antes de que la temperatura de la carpeta que está alrededor baje hasta un punto que no sea trabajable. Las variaciones en la lisura de la carpeta no deberán exceder 6 mm bajo una regla de 3 m colocada perpendicularmente a la línea central y 3 mm cuando esta sea colocada paralelamente a la línea central. Se deben hacer pruebas de densidad para determinar la efectividad de la compactación. Estas pruebas se pueden hacer removiendo un núcleo ya terminado y analizándolo en laboratorio o utilizando un densímetro nuclear, que mide la densidad directamente sobre la superficie del pavimento. La densidad debe ser mínimo del 98% de la densidad media obtenida en laboratorio, que es la densidad de referencia.
Factores que afectan la compactación
EAgregado:
EAsfalto:
ETemperatura de mezclado:
EEfectos ambientales:
EEspesor de la capa:
a mayor tamaño máximo de agregado o porcentaje de tamaños máximos, se requiere mayor esfuerzo de compactación para obtener la densidad de referencia. Igualmente una textura áspera del agregado resulta en una mezcla más estable y requiere de un mayor esfuerzo de compactación que una mezcla con agregados de textura lisa.
para que la mezcla pueda ser compactada correctamente, el asfalto debe estar lo suficientemente fluido para que las partículas se desplacen unas respecto a las otras. El asfalto actúa como un lubricante durante la compactación. Si la temperatura del asfalto es baja, al combinarse con el llenante mineral, comienza a ligar las partículas haciendo la mezcla dura y difícil de compactar. La trabajabilidad es afectada por la cantidad de asfalto en la mezcla. A mayor contenido de asfalto, mayor es el espesor de película que envuelve al agregado, aumentando a su vez el efecto lubricante del asfalto y facilitando hasta cierto punto la compactación.
la temperatura a la cual se produce la mezcla, es un indicio del tiempo que esta requiere para llegar a la temperatura mínima de compactación y por lo tanto del tiempo necesario para la compactación. Entre más caliente está la mezcla, más fluido será el asfalto y más fácil será la compactación.
la velocidad a la cual se enfría la mezcla, afecta la duración de compactación para lograr la densidad deseada. Las temperaturas ambientales frías, la humedad alta, los vientos fuertes y las superficies frías, acortan el tiempo durante el cual se debe efectuar la compactación.
en general, se logra una mejor compactación con capas gruesas que con capas delgadas. Entre más gruesa la carpeta, más tiempo demora en enfriarse y por lo tanto hay más tiempo para compactar.
37
nEquipo de compactación
Los compactadores pueden ser estáticos o vibratorios. Se debe revisar el peso total del compactador, el peso por unidad de ancho y el esfuerzo promedio de contacto. Su peso varía entre 3 y 14 toneladas. Para vías de alto tráfico debe utilizarse un peso mínimo de
10 toneladas. No se deben utilizar cuando los rodillos presentan picaduras o desgastes, las raederas deben mantener los rodillos limpios y las almohadillas húmedas deben mantener lubricado el rodillo para que la mezcla no se pegue. Durante la primera pasada la rueda impulsora debe estar por delante de la rueda de dirección. La rueda impulsora compacta la mezcla con una superficie de contacto más plana, debido a que tiene un diámetro mayor, evitando el empuje hacia delante de la mezcla y minimizando el hundimiento de esta en la mezcla.
La presión de contacto ejercida bajo las ruedas, no debe superar la resistencia de la mezcla. Los compactadores más pesados deben ser usados sobre mezclas más estables y gruesas, especialmente en la primera pasada.
Las ruedas de estos compactadores se mueven independientemente hacia arriba y hacia abajo. Lo más importante es el peso de cada rueda, el cual varía entre 1350 kg y 1600 kg para la primera pasada.
Compactador tandem de ruedas de acero
Compactador de ruedas neumáticas
Las ruedas deben ser completamente lisas y deben estar infladas a la misma presión, permitiendo una variación máxima de 35 kilopascales, para que se pueda aplicar una presión uniforme durante la compactación. Pueden ser usados para la primera pasada y la compactación intermedia y para el acondicionado final de la superficie. Los dos procesos son diferentes y requieren de diferentes procedimientos de operación.
Proporciona la fuerza de compactación mediante una combinación de peso y vibración de los rodillos de acero. Su peso var a entre 7 y 17 toneladas. Existen dos modelos, las de tambor sencillo y las de tambor doble. Las vibraciones son generadas por un eje con pesas excéntricas. La velocidad de rotación de estas pesas determina la frecuencia o vibraciones por minuto del tambor. Las frecuencias más usuales están entre 2000 y 3000 rpm. Se debe tener en cuenta la velocidad de compactación: a más velocidad, mayor será el espaciamiento entre impactos y viceversa. A mayor frecuencia, menor será la distancia entre impactos y viceversa.
La frecuencia y la velocidad del compactador deben producir por lo menos treinta impactos de vibración por cada metro de recorrido, lo cual asegura una superficie lisa. Cuando el compactador se compone de dos ejes de rodillos o tambores vibratorios, en mezclas estables y gruesas, se puede entrar con los dos rodillos vibrando, en mezclas poco estables o capas delgadas, se recomienda entrar con un solo rodillo vibrando.
Compactador vibratorio
í
38
Los equipos de compactaci se deben
inspeccionar antes de ser usados en la obra, para
verificar sus condiciones mecánicas.
nuevas
tecnologías
6. NUEVAS TECNOLOGIAS
El futuro de los pavimentos asfálticos es altamente positivo. El
desarrollo de nuevas tecnologías en los últimos 15 años ha
permitido mejorar la calidad de los productos y
procedimientos utilizados en la pavimentación de vías con
dos grandes ventajas: la reducción en los costos y alta
durabilidad durante toda la vida de servicio del pavimento.
Los modificadores:
Aumentan la durabilidad del pavimento.
Aumentan la rigidez del asfalto a altas temperaturas de servicio, mejorando la resistencia de las mezclas a la deformación permanente.
Reducen la rigidez del asfalto expuesto a bajas temperaturas, previniendo la fisuración térmica.
aumentan la resistencia a fatiga de las mezclas.
Mejoran la adhesión del asfalto con los agregados pétreos.
Mejoran la cohesión, brindando mejor retención de los agregados.
Reducen el endurecimiento, brindando una vida superior a la mezcla.
Disminuyen la susceptibilidad térmica de la mezcla. Aumentan la viscosidad a bajas velocidades,
Aumentan los espesores de recubrimiento del agregado en las mezclas abiertas.
Reducen la exudación del asfalto.
E E E E E E E E E E E Polímeros Termoendurecibles Resinas Poliésteres Poliuretanos Termoplásticos Plastómeros Elastómeros EVA PVC SBR SBS naturales Cauchos No polímeros
extendedores, oxidantes, antioxidantes, materiales hidrocarbonados M O D I F I C A D O R E S artificiales
fibras, llenantes, activantes,
6.1 Modificación de asfaltos
En los últimos años se ha venido presentado un cambio en las solicitudes que se le hacen al pavimento: un mayor número de carga por eje, una mayor presión de inflado, mayores velocidades, que han hecho que el asfalto tradicionalmente usado deba ser modificado para mejorar sus características mecánicas.
El asfalto es susceptible a la temperatura. Por ser viscoelástico, presenta cambios continuos en sus características seg n el rango de temperaturas de operación: es rígido a bajas temperaturas y fluido a altas temperaturas.
Existen distintas clases de modificadores: hay polímeros y no polímeros. Con estos, el diseñador puede intervenir en las características del asfalto.
ú
En Bogotá se han desarrollado con éxito investigaciones para producir y utilizar mezcla de alto módulo. Una vez comprobadas las principales características de los materiales, sabiendo que el comportamiento obtenido en laboratorio es óptimo, se programó la construcción de tramos localizados específicamente en zonas de alta exigencia, en cuanto a condiciones de carga, velocidad de tránsito y frenado se refiere.
Algunos de estos tramos en Bogotá est n localizados en:
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E E E
Paraderos de algunas estaciones de la Troncal Transmilenio Calle 80
Calzada sur de la intersección de la Calle 53 con Av Rojas
Tramos de la red interna de Corabastos
6.2 Mezclas de alto módulo - MAM
Las mezclas asfálticas de alto módulo son aquellas que presentan una rigidez significativamente superior del orden de dos o tres veces más que las mezclas fabricadas con ligantes asfálticos convencionales.
En cuanto al agregado, debe proceder de la trituración de roca o de grava o de una combinación de ambas, sus fragmentos deben ser limpios, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables.
El concepto de mezclas de gran capacidad de soporte se introdujo en la técnica de carreteras en el decenio de 1970, desarrollándose a partir de mezclas con ligantes especiales. Francia en 1980, enfocó la idea hacia el uso de betunes puros. La consiguiente reducción de precios del producto y los éxitos de las primeras aplicaciones, extendieron la técnica, que empezó a emplearse con cierta generalidad en 1985.
Su empleo ha sido normalizado en Francia en la NFP 98 140 de octubre de 1992, en la que, por primera vez, aparecen las mezclas bituminosas especificadas exclusivamente por sus propiedades fundamentales módulo dinámico, resistencia a la fatiga, resistencia a la acción del agua, resistencia a las deformaciones plásticas, eliminando los ensayos empíricos.
Las mezclas de alto módulo constituyen una alternativa de gran interés técnico y económico frente a los materiales tradicionales.
Sus principales ventajas son
Gran capacidad de absorción de cargas.
Resistencia a la fatiga, análoga a la de las mezclas semidensas.
Reducción de los espesores hasta en un 20% frente a las mezclas convencionales.
: : P P P P P P
nMezcla de alto módulo en vías del sistema Transmilenio.
