Asfalto Como Material Aglutinante

7/23/2019 Asfalto Como Material Aglutinante

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Facultad de Ingenieras y arquitectura

Ingeniera Civil

Trabajo grupal:

ASFALTO COMO MATERIAL

AGLUTINANTE

Curso:

PAVIMENTOS

PRESENTADO POR:JUAN HIPOLITO AROCUTIPA LORENZOLUIS RUBEN MAMANI CANAZARUBEN FREDY QUISPE QUISPEOVIDIO HUANACUNI HUANCA

DOCENTE:

ING. NORMAN CHURA VILCANQUI

SEMESTRE: VIII

PUNO PER 2015


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NDICE1. INTRODUCCIN................................................................................................................. 1

2. OBJETIVO ........................................................................................................................... 1

3. MARCO TERICO.............................................................................................................. 2

3.1. Caractersticas fsicas y mecnicas del asfalto.......................... ......................... ...... 23.1.1. Viscosidad de aplicacin ..................................................................................... 3

3.1.2. Propiedades generales........................................................................................ 3

3.1.3. Propiedades fsicas del asfalto ........................................................................... 4

3.1.4. Propiedades qumicas del asfalto....................................................................... 4

3.2. Refinamiento de petrleo ............................................................................................ 5

3.2.1. Tipos de refinamiento de petrleo...................................................................... 6

3.3. Caractersticas del cemento asfaltico segn viscosidad....................... ................. 11

3.3.1. Definicin y caractersticas generales.............................................................. 11

3.3.2. Propiedades........................................................................................................ 11

3.3.3. Aplicaciones........................................................................................................ 11

3.3.4. Rendimientos...................................................................................................... 11

3.4. Especificaciones y ensayos para cementos asfalticos.......................... ................. 12

3.4.1. Ensayo de penetracin...................................................................................... 12

3.4.2. Ensayos de viscosidad ...................................................................................... 12

3.4.3. Ensayos del asfalto segn metodologa Marshall ........................................... 13

3.4.4. Ensayos del asfalto segn metodologa SUPERPAVE.................................. 17

3.4.5. Ensayos del asfalto segn metodologa SMA................................................. 27

4. CONCLUSIN. .................................................................................................................. 29

5. BIOGRAFA........................................................................................................................ 30


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LISTA DE FIGURAS

Figura N 1: Asfalto como material aglutinante ....................................................... 2Figura N 2: Estructura tpica de pavimentos asfalticos .......................................... 3Figura N 3: Proceso de refinamiento del petroleo .................................................. 6

Figura N 4: Unidad de vaco .................................................................................. 7Figura N 5: Hidrotamiento ...................................................................................... 8Figura N 6: Reformacin de nafta .......................................................................... 9Figura N 7: Desintegracin catalica fluida ............................................................ 10Figura N 8: Alquilacin del petroleo ..................................................................... 10Figura N 9: Ensayo normal de Penetracin. ........................................................ 12Figura N 10: Viscosimetro de vacio del Asphalt institute y viscosmetro de vaciode cannon - manning ............................................................................................. 13Figura N 11: Anillo de carga con indicador, medidor de flujo, molde de estabilidad.............................................................................................................................. 14Figura N 12: Compactacin del Asfalto ................................................................ 15Figura N 13: Material empleado en la mezcla asfltica. ....................................... 16Figura N 14: Horno para el secado de agregados ............................................... 17Figura N 15: Instrumentos de medicin metedo SUPERPAVE ............................ 17Figura N 16: Viscosmetro Rotacional Brookfield (RV)......................................... 19Figura N 17: Remetro de Corte Dinmico (DSR). .............................................. 21Figura N 18: Remetro de Viga de Flexin (BBR). .............................................. 23Figura N 19: Ensayo de Traccin Directa (DTT). ................................................. 24Figura N 20: Horno de Pelcula Delgada Rotatoria (RTFO). ................................ 25

Figura N 21: Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV)........................... 26Figura N 22: Ensayos del Mtodo SUPERPAVE. ................................................ 27Figura N 23: Significado de SMA ......................................................................... 28


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Pavimentos [Escriba texto] 1

ASFALTO COMO MATERIAL AGLUTINANTE

1. INTRODUCCIN

El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro; su consistencia

es variable, est constituido mayoritariamente por una mezcla dehidrocarburos pesados. Se encuentra en yacimientos naturales o se obtiene

por refinacin del petrleo y es usado como aglomerante en mezclas

asflticas para la construccin de carreteras o autopistas (entendindose

como aglomerante aquellos materiales capaces de generar fuerzas para

unir fragmentos de una o varias sustancias o materiales y dar cohesin al

conjunto por mtodos fsicos). Tambin es utilizado en impermeabilizantes,

material en forma de placa o lmina de distinta naturaleza (filtros asflticos,

materiales de polmeros sintticos, membranas de fibras orgnicas, etc.),

destinado a impedir el paso del agua en forma lquida a travs de la

instalacin. Puede formar parte de esta, en el caso de que el pavimento se

encuentre en planta baja y la solera de hormign apoye directamente sobre

el suelo natural, colocndose entonces inmediatamente encima de la

solera. Est presente en el petrleo crudo y compuesto casi por completo

de bitumen (producto semi-slido extremadamente pesado de la refinacin

del petrleo, compuesto de hidrocarburos pesados utilizado paraconstruccin de caminos y para impermeabilizacin de techos).

2. OBJETIVO

Definir trminos relacionados con el asfalto.

Como se usa el asfalto como material aglutinante.

Conocer los mtodos de ensayo del asfalto.


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3. MARCO TERICO

El asfalto es una mezcla slida y compacta de hidrocarburos y de

minerales que mayormente es empleada para construir el pavimento de

las calzadas.

Sus caractersticas fsicas ms destacadas son la viscosidad, su

pegajosidad y su intenso color negro; y como bien decamos al

comienzo su uso primordial se da como aglomerante en mezclas

asflticas a instancias de la construccin de carreteras, autovas y

autopistas, ya que es capaz de unir fragmentos de varios materiales y

dar cohesin al conjunto a travs de transformaciones en su propia

masa que dan lugar al origen de nuevos compuestos.

Figura N 1: Asfalto como material aglutinante3.1. Caractersticas fsicas y mecnicas del asfalto

Cuando el asfalto es calentado a una temperatura lo suficientemente

alta, por encima de su punto de inflamacin, este comienza a

fluidificarse, a veces como un fluido Newtoniano (fluidos donde el

esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de

deformacin) y sus propiedades mecnicas pueden definirse por su

viscosidad. A temperaturas ms bajas, el asfalto es un slido visco-

elstico, sus propiedades mecnicas son ms complejas y se describen

por su mdulo de visco-elasticidad.


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Figura N 2: Estructura tpica de pavimentos asfalticos

3.1.1. Viscosidad de aplicacin

En muchas aplicaciones, el asfalto es calentado hasta hacerse lo

suficientemente fluido para cada aplicacin en particular. La siguiente

tabla nos indica la viscosidad que debe tener el asfalto para una

aplicacin determinada. Se asume que la aplicacin se llevar a cabo a

la mxima viscosidad posible, es decir la mnima temperatura posible.

En algunos casos, menores viscosidades pueden utilizarse,

dependiendo de los materiales que se utilicen, debido a que pueden ser

daados por la temperatura excesiva.

3.1.2. Propiedades generales El asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es en

consecuencia un buen material aislante. La resistencia de todos grados

comerciales decrece con el incremento de la temperatura.

Asfaltos duros tienen una resistencia dielctrica ms alta que la de

asfaltos menos viscosos; la resistencia dielctrica decrece con el

aumento de la temperatura.

El asfalto es moderadamente un buen material aislante trmico.

Los asfaltos son miscibles entre ellos en todas las proporciones. La

penetracin y el punto de ablandamiento de una mezcla de dos asfaltos

puede ser estimada utilizando tablas. Bajo severas condiciones.


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3.1.3. Propiedades fsicas del asfalto

Estn relacionadas con:

o Densidad. Los utilizados para pavimentacin tienen una densidad

d 0.91.4 Kg. /m

o La densidad relativa de un asfalto es la razn entre el peso de un

determinado volumen de asfalto y el peso de un volumen igual de

agua a una determinada temperatura.. Los asfaltos poseen una

densidad relativa a 25 C del orden de 1.03

o La viscosidad, al fluir en comparacin de un fluido siendo esta

inversamente proporcional a la temperatura; a mayor

temperatura, menor viscosidad.

o Elasticidad, al recuperar su forma al finalizar o disminuir la cargaque los modifica.

o Resistencia al corte: Es la capacidad de resistencia a altas

temperaturas, la cual se determina con un remetro de corte

dinmico, que es el aparato que imprime una fuerza cortante

cosenoidal con la que se miden dichas resistencias.

3.1.4. Propiedades qumicas del asfalto

Entre las principales propiedades qumicas de los asfaltos se tienen:

El asfalto tiene cuatro propiedades qumicas: consistencia, pureza,

seguridad y aglutinacin.

o La consistencia, dada su condicin termoplstica le permite fluir a

diferentes temperaturas. La pureza es casi del 100 %

o La seguridad se genera por su comportamiento de afinidad

qumica con las diferentes cargas elctricas.

o La aglutinacin, esto debido a su constitucin principalmente de

asfltenos y mltenos, que son los elementos que le

proporcionan dichas particularidades; este ltimo define la

capacidad del asfalto para ser manejado a altas temperaturas con

seguridad.


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3.2. Refinamiento de petrleo

El petrleo crudo no es directamente utilizable, salvo a veces como

combustible. Para obtener sus diversos subproductos es necesario

refinarlo, de donde resultan, por centenares, los productos acabados y

las materias qumicas ms diversas. El petrleo crudo es una mezcla de

diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullicin. Su

separacin se logra mediante el proceso llamado "destilacin

fraccionada". Esta funcin est destinada a las "refineras", factoras de

transformacin y sector clave por definicin de la industria petrolfera,

bisagra que articula la actividad primaria y extractiva con la actividad

terciaria.

La separacin de los productos petrolferos unos de otros, y sobre ladestilacin del crudo (topping).

La depuracin de los productos petrolferos unos de otros, sobretodo su

desulfuracin.

La sntesis de hidrocarburos nobles mediante combinaciones nuevas de

tomos de carbono y de hidrgeno, su deshidrogenacin, su

isomerizacin o su ciclado, obtenidos bajo el efecto conjugado de la

temperatura, la presin y catalizadores apropiados. En un inicio, el refino

se practicaba directamente en los lugares de produccin del petrleo,

pero pronto se advirti que era ms econmico transportar masivamente

el crudo hasta las zonas de gran consumo y construir refineras en los

pases industrializados, adaptando su concepcin y su programa a las

necesidades de cada pas.

El petrleo crudo es depositado en los tanques de almacenamiento, en

donde permanece por varios das para sedimentar y drenar el agua que

normalmente contiene. Posteriormente es mezclado con otros crudos

sin agua y es bombeado hacia la planta para su refinacin. una estacin

para vehculos de carretera para la carga de camiones cisterna.

Es, pues, una fbrica compleja que funciona 24 horas diarias con

equipos de tcnicos que controlan por turno todos los datos.


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Mientras que antes las antiguas refineras ocupaban a centenares y a

veces a millares de obreros en tareas manuales, sucias e insalubres, las

ms modernas estn dotadas en la actualidad de automatismos

generalizados para el control y la conduccin de los procesos y no

exigen ms que un efectivo reducido de algunas personas.

En la industria de transformacin del petrleo, la destilacin es un

proceso fundamental, pues permite hacer una separacin de los

hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullicin, que es

la temperatura a la cual hierve una sustancia.

Figura N 3: Proceso de refinamiento del petroleo

3.2.1. Tipos de refinamiento de petrleo

3.2.1.1. Destilacin Atmosfrica y al Vaco

o Este es el primer proceso que aparece en una refinera. El

petrleo que se recibe por ductos desde las instalaciones de

produccin, se almacena en tanques cilndricos de gran tamao,

de donde se bombea a las instalaciones de este proceso. El

petrleo se calienta en equipos especiales y pasa a una columna

de destilacin que opera a presin atmosfrica en la que,

aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se

logra una separacin en diversas fracciones que incluyen gas de


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refinera, gas licuado de petrleo (LPG), nafta, queroseno

(kerosene), gasleo, y un residuo que corresponde a los

compuestos ms pesados que no llegaron a evaporarse.

o En una segunda columna de destilacin que opera a condiciones

de vaco, se logra la vaporizacin adicional de un producto que se

denomina gasleo de vaco, y se utiliza como materia prima en

otros procesos que forman parte de las refineras para lograr la

conversin de este producto pesado en otros ligeros de mayor

valor. En este proceso, el petrleo se separa en fracciones que

despus de procesamientos adicionales, darn origen a los

productos principales que se venden en el mercado: el gas LP

(comnmente utilizado en las estufas domsticas), gasolina paralos automviles, turbosina para los aviones jet, diesel para los

vehculos pesados y combustleo para el calentamiento en las

operaciones industriales. Pero estos productos tienen que cumplir

con una serie de especificaciones que aseguren su

comportamiento satisfactorio.

Figura N 4: Unidad de vaco


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3.2.1.2. Hidrotratamiento

o En forma generalizada, en los combustibles de hoy da se

reducen los compuestos de azufre, para evitar daos ambientales

por lluvia cida. Al proceso que se utiliza para este propsito y al

cual se someten las diferentes fracciones que se obtienen en la

destilacin atmosfrica y al vaco se le denomina hidrotratamiento

o hidrodesulfuracin, por estar basado en el uso de hidrgeno

que reacciona con los compuestos de azufre presentes en los

hidrocarburos para formar cido sulfhdrico; en un procesamiento

posterior, este compuesto se convierte en azufre elemental slido

que tiene una importante aplicacin industrial. En el proceso

ocurren reacciones adicionales que permiten complementar eltratamiento al eliminar tambin compuestos nitrogenados.

Figura N 5: Hidrotamiento

3.2.1.3. Reformacin de Nafta

o Los cortes de nafta que se obtienen por destilacin directa de

cualquier tipo de petrleo presentan un nmero de octano muy

bajo (45 a 55), y seran inaplicables para la gasolina que

requieren los automviles modernos (octanajes de 80 a 100). Es

necesario entonces modificar la estructura qumica de los

compuestos que integran las naftas, y para ello se utiliza el

proceso de reformacin en el que a condiciones de presin


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moderada y alta temperatura, se promueven reacciones

catalticas conducentes a la generacin de compuestos de mayor

octano como son los aromticos y las isoparafinas.

Simultneamente en las reacciones se produce hidrgeno, que

se utiliza en la misma refinera en los procesos de

hidrotratamiento. Las reacciones son promovidas por

catalizadores basados en soporte de metales activos (platino-

renio o platino-estao).

Figura N 6: Reformacin de nafta

3.2.1.4. Desintegracin Cataltica Fluida (FCC)

o Este es un proceso de conversin de hidrocarburos pesados

presentes en los gasleos de vaco, que permite producir

gasolina, y en consecuencia aumentar el rendimiento de este

combustible en las refineras, disminuyendo la produccin de

residuales.

o El proceso FCC se basa en la descomposicin o rompimiento de

molculas de alto peso molecular; esta reaccin se promueve porun catalizador slido con base en zeolitas en presentacin

pulverizada, que se incorpora a los hidrocarburos de carga en un

reactor de tipo tubular con flujo ascendente. A la salida del

reactor, el catalizador se separa de los productos de reaccin a


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travs de ciclones, y el coque que se genera y adhiere al mismo

por las altas temperaturas de reaccin

Figura N 7: Desintegracin catalica fluida

3.2.1.5. Alquilacino El proceso de alquilacin es una sntesis qumica por medio de la

cual se unen olefinas ligeras (propileno y/o butenos producidos

en el proceso FCC antes descrito) con isobutano (proveniente de

la fraccin de gas LP recuperada en la destilacin atmosfrica del

petrleo y complementada con corrientes equivalentes del

procesamiento del gas natural). Al resultado de la sntesis se le

denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por

componentes isoparafnicos cuyos puntos de ebullicin se ubican

dentro del intervalo de la gasolina.

Figura N 8: Alquilacin del petroleo


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3.3. Caractersticas del cemento asfaltico segn viscosidad

3.3.1. Definicin y caractersticas generales

Los Cementos Asflticos se presentan como una masa negra y brillante,

cuya consistencia vara con la temperatura. Se clasifica segn su

Viscosidad Absoluta medida a 60C y expresada en poise. Provienen de

la fraccin pesada de la destilacin del petrleo crudo. Es tambin

elemento base para la fabricacin de asfaltos cortados y emulsiones.

3.3.2. Propiedades

El Cemento Asfltico es un ligante flexible, impermeable y duradero.

Mediante la aplicacin de calor disminuye su viscosidad, permitiendo

mezclarse con agregados ptreos, obtenindose as una mezcla cuyasexcelentes caractersticas han permitido un alto desarrollo tecnolgico

de su utilizacin en la ingeniera vial.

3.3.3. Aplicaciones

Es un ligante y/o aglomerante de excelentes caractersticas, de

aplicacin en caliente con agregados ptreos. Esta mezcla se utiliza

normalmente en pavimentos de alta calidad. Se puede utilizar adems

como relleno de junturas de dilatacin o grietas de pavimentos de

hormign, o como sello de grietas en pavimentos de asfalto.

3.3.4. Rendimientos

En el caso de mezclas para pavimentos normalmente se usa Cemento

Asfltico de Viscosidad CA-24. El rendimiento vara entre 4% a 6% del

peso seco del agregado dependiendo principalmente del tipo de

superficie, volumen de trnsito, tipo de proyecto y material granular que

se utiliza.

Para relleno de juntas de dilatacin y grietas en pavimentos de hormign

o como sello de grietas en pavimentos asflticos, se recomienda ver

ficha tcnica de Latiflex.


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3.4. Especificaciones y ensayos para cementos asfalticos

Las mezclas asflticas son diseadas para soportar las cargas de trfico

pesado en condiciones climticas adversas y tambin cumplir con

caractersticas estructurales y de pavimento de superficie. El objetivo del

diseo de una mezcla asfltica es determinar una mezcla econmica

que cumpla con las caractersticas deseadas a travs de varias mezclas

de prueba.

3.4.1. Ensayo de penetracin

Este ensayo permite determinar la dureza de materiales bituminosos

slidos y semislidos, midiendo la distancia que una aguja normalizada

penetra verticalmente a una muestra de asfalto en condicionesespecficas de temperatura, carga y tiempo. Cuando no se

mencionan otras condiciones se determina la penetracin normal, la

cual es realizada a una temperatura de 25 C, calentando la muestra en

un bao de agua termostticamente controlada, con la aguja cargada

con 100 g y un tiempo de aplicacin de carga de 5 segundos. Para

realizar esta medicin se utiliza la unidad dcima de milmetro.

Este ensayo se utiliza como medida de la consistencia, donde altos

valores de penetracin indican consistencias ms blandas

Figura N 9: Ensayo normal de Penetracin.

3.4.2. Ensayos de viscosidad

Las especificaciones de los cementos asflticos clasificados segn su

viscosidad se basan por lo comn en los rangos de viscosidad a 60C


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(140F). Tambin se especifica generalmente una viscosidad mnima a

135C (275F). El propsito es dar valores lmites de consistencia a

estas dos temperaturas. Se eligi la temperatura de 60C (140F)

porque se aproxima a la mxima temperatura superficial de las calzadas

en servicio pavimentadas con mezclas asflticas en los Estados Unidos

y en cualquier otra parte del mundo en donde la construccin de

caminos progresa; y la de 135C (275F), porque se aproxima a la de

mezclado y distribucin de mezclas asflticas en caliente para

pavimentacin.

Para el ensayo de viscosidad a 60C (140F) se emplea un viscosmetro

de tubo capilar. Los dos tipos ms comunes en uso son: el viscosmetro

de vaco del Asphalt Institute (Fig. 3.47) y el viscosmetro de vaco deCannon-Manning (Fig. 3.48). Se calibran con aceites normalizados. Para

cada viscosmetro se obtiene un "factor de calibracin", cuyo uso se

describe luego. Generalmente, los viscosmetros vienen calibrados por

el fabricante quien suministra estos factores.

Figura N 10: Viscosimetro de vacio del Asphalt institute yviscosmetro de vacio de cannon - manning

3.4.3. Ensayos del asfalto segn metodologa Marshall

El mtodo Marshall usa muestras de ensayo (probetas) de 64 mm (2.5

pulg) de espesor por 102 mm (4 pulg) de dimetro. Una serie de

muestras de ensayo, cada una con la misma combinacin de agregados


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pero con diferentes contenidos de asfalto, es preparada usando un

procedimiento especfico para calentar, mezclar y compactar la mezcla

asfltica.

Los dos aspectos principales del mtodo de diseo son: anlisis de

densidad-vacos y el ensayo de estabilidad y flujo de los especmenes

compactados. La seleccin de una curva granulomtrica para el diseo

de una mezcla asfltica cerrada o densa, est en funcin de dos

parmetros: el tamao mximo nominal del agregado y el de las lneas

de control (superior e inferior), Las lneas de control son puntos de paso

obligado para la curva granulomtrica.

Figura N 11: Anillo de carga con indicador, medidor de flujo, molde de estabilidad

3.4.3.1. Preparacin para efectuar los procedimientos del ensayo

Marshall.

o Es deducible saber que diferentes agregados y asfaltos

presentan diferentes caractersticas. Estas caractersticas tienen

un impacto directo sobre la naturaleza misma del pavimento que

se disea con estos elementos. El primer paso en el mtodo de

diseo ser, entonces, determinar las cualidades que debe tener

la mezcla de asfalto que se quiere disear (estabilidad,

durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc.) yseleccionar un tipo de agregado y un tipo de asfalto que sean

compatibles para que al combinarse puedan producir un

pavimento con esas cualidades. Una vez efectuado lo anterior, se

procede a la preparacin de los ensayos.


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Figura N 12: Compactacin del Asfalto

3.4.3.2. Seleccin de las muestras del material

o La primera preparacin para los ensayos consta de reunir

muestras del asfalto y del agregado que van a ser usado en la

mezcla de pavimentacin.o Es importante que las muestras de asfalto tengan caractersticas

idnticas a las del asfalto que va ser usado en la mezcla final. Lo

mismo debe ocurrir con las muestras del agregado.

o La razn es simple: los datos extrados de los procedimientos de

diseo de mezclas determinan la frmula para la mezcla de

pavimentacin. La receta ser exacta solamente si los

ingredientes ensayados en el laboratorio tienen caractersticas

idnticas a los ingredientes usados en el producto final.

o Existen una gran variedad de problemas histricos en la

construccin de pavimentos , que van desde una mala

trabajabilidad de la mezcla hasta una falla prematura del

pavimento, que son el resultado de variaciones ocurridas entre

los materiales ensayados en el laboratorio y los materiales

usados en la realidad.


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Figura N 13: Material empleado en la mezcla asfltica.

3.4.3.3. Preparacin del agregado

o Comprende los procedimientos preliminares al ensayo, que se

enfocan en identificar exactamente las caractersticas del

agregado. Estos procedimientos incluyen secar el agregado,

determinar su peso especfico, efectuar el anlisis granulomtrico

por lavado.

3.4.3.4. Secado del agregado

o El mtodo Marshall requiere que los agregados estn libres de

humedad, tan prctico como como sea posible. Esto evita que la

humedad afecte los resultados de los ensayos.

o Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en una

bandeja, por separado, y se calienta en un horno a unatemperatura de 110C (230 F). Despus de cierto tiempo, la

muestra caliente se pesa y se registra su valor.

o La muestra se vuelve a calentar y se vuelve a pesar; este

procedimiento se repite hasta que el peso de la muestra

permanezca constante despus de dos calentamientos

consecutivos lo cual indica que la mayor cantidad posible de

humedad se ha evaporado de la muestra.


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Figura N 14: Horno para el secado de agregados

3.4.4. Ensayos del asfalto segn metodologa SUPERPAVE

Segn los investigadores del programa SHRP, las propiedades medidas

de los ligantes asflticos mediante los ensayos SUPERPAVE, puedenser relacionadas directamente con su comportamiento en servicio por

principios de ingeniera. Los ensayos se realizan a las temperaturas que

se encuentran los pavimentos asflticos en servicio, para proveer mejor

del mismo en regiones climticas especficas. Bsicamente la estructura

del pavimento, el diseo de la mezcla y las propiedades de la carpeta tal

como fue construida junto con las propiedades del ligante, determinan el

comportamiento del pavimento durante su vida til. Por esto, el mtodobusca principalmente la seleccin adecuada de los ligantes asflticos en

funcin del clima y la carga.

Figura N 15: Instrumentos de medicin metedo SUPERPAVE


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3.4.4.1. Ensayos del asfalto segn metodologa SUPERPAVE

o Existen una serie de ensayos dependiendo de los objetivos que

se desean cumplir.

El Remetro de Corte Dinmico - DSR (ASTM D

7175/2004): Determina los parmetros Reolgicos del

Asfalto G* y a altas temperaturas

El Viscosmetro Rotacional Brookfield - RV (ASTM D

4402/2002): Mide la consistencia del Asfalto a travs de

la viscosidad

El Remetro de Fluencia en Viga - BBR (ASTM D

6648/2001): Es usado para la caracterizacin de la rigidez

del ligante a bajas temperaturas. El Vaso de Envejecimiento Bajo Presin - PAV (ASTM

6521/2000): Simula el endurecimiento por oxidacin que

ocurre en el ligante, a lo largo de la vida til del pavimento

La Estufa de Pelcula Delgada Rotacional - RTFOT (ASTM

2872/1997: Mide ligante asfltico envejecido

Ensayo de Traccin Directa - DDT (ASTM D 6723/2002):

Se obtiene la tensin de ruptura del asfalto.

o Todos los ensayos que se realizan a travs de estos equipos

estn relacionados con la deformacin permanente ya que la

caracterizacin de los asfaltos permite determinar y predecir el

comportamiento de este durarte la vida til del pavimento.

3.4.4.2. Viscosmetro Rotacional Brookfield (RV).

o Durante la construccin de la mezcla asfltica se requiere

manejar el cemento asfltico a temperaturas que permitan su

bombeo. Estas temperaturas deben ser tales que el asfalto pueda

ser inyectado en el tambor mezclador y sea capaz de cubrir

uniformemente las partculas de agregado. Para este propsito

se utiliza el RV.


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o El RV cuenta con el sistema Thermosel y permite evaluar la

trabajabilidad del asfalto (mediante la determinacin de la

viscosidad) frente a temperaturas comprendidas entre los 60 C y

200 C. Los valores medidos mediante este procedimiento

se utilizan para desarrollar diagramas temperatura

viscosidad, los que son utilizados para estimar las

temperaturas de mezclado y compactacin a utilizar durante el

diseo de las mezclas asflticas en caliente.

o Este equipo determina la viscosidad rotacional mediante la

medicin del torque necesario para mantener una velocidad

rotacional constante de un eje cilndrico que gira sumergido en

una muestra termostticamente controlada. Este torque estdirectamente relacionado a la viscosidad del ligante. Vale la

pena destacar que es aplicable a una extensa diversidad de

asfaltos, tanto modificados como no modificados.

o El RV permite medir las propiedades del asfalto en su estado

lquido (Newtoniano).

Figura N 16: Viscosmetro Rotacional Brookfield (RV)

3.4.4.3. Remetro de Corte Dinmico (DSR).o El DSR es utilizado para caracterizar el comportamiento

viscoelstico (no Newtoniano) de las carpetas asflticas. El

remetro aplica un patrn sinusoidal de tensiones de corte sobre

una muestra asfltica (de dimensiones de 1 mm de espesor


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por 25 mm de dimetro de 2mm de espesor por 8 mm

de dimetro), midiendo su respuesta (deformacin) entre

platos metlicos paralelos, donde uno de ellos oscila con

respecto al otro a frecuencia y amplitudes de deformacin

rotacional preseleccionadas. La respuesta del asfalto presenta un

patrn de la misma frecuencia pero de distinta amplitud,

desfasada en el tiempo. Dicha muestra es mantenida a la

temperatura de ensayo mediante calentamiento y enfriamiento de

los platos superior e inferior.

o Comparando ambos patrones se obtienen dos importantes

parmetros reolgicos del asfalto:

1. Mdulo de Corte Dinmico (G*): que es unindicador de la rigidez o resistencia del ligante asfltico

a la deformacin por esfuerzos de corte.

2. Angulo de Fase (): que es un indicador de las

cantidades relativas de deformaciones elstica

(recuperable) y viscosa (no recuperable).

o Ambos parmetros permiten determinar la resistencia a la

deformacin de corte de un ligante asfltico, adems de

otras propiedades que tienen directa relacin con ellos. Son

sumamente dependientes de la temperatura y de la frecuencia de

carga (10 rad/s).

o El DSR est pensado para determinar las propiedades visco-

elsticas (no Newtonianas) de los ligantes asflticos para

requerimientos de especificacin. Adems es apropiado para

materiales tanto en estado original como envejecido y no es

aplicable a ligantes asflticos que contengan material

particulado de dimensiones mayores a los 250 m, ni a

aquellos que presenten valores de G* fuera del rango entre los

100 Pa y los 10 MPa (obtenidos usualmente con temperaturas

entre los 5 C y 85 C).


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Figura N 17: Remetro de Corte Dinmico (DSR).

o Durante los tres primeros aos de servicio, y especialmente

en perodos calurosos, la mezcla es propensa a sufrirahuellamiento, el cual se define como la acumulacin de

pequeas deformaciones no recuperables en la mezcla.

o Para minimizar la contribucin del asfalto al ahuellamiento se

exige que ste tenga una alta rigidez frente a temperaturas de

servicio elevadas y que presente un comportamiento

predominantemente elstico. As para controlar el ahuellamiento,

SUPERPAVE exige que: G* /sen () > 2.20 kPaen el rango altode temperaturas de servicio, en muestras envejecidas

previamente en RTFO.

o Por otro lado, tras varios aos de servicio el asfalto

alcanzar una condicin de envejecimiento de largo plazo,

por lo cual su rigidez habr aumentado. En esta etapa el

ahuellamiento ya no es un modo de falla probable, sino

ms bien es posible que se presenten problemas asociados al

comportamiento slido-frgil del asfalto, como agrietamiento por

fatiga y agrietamiento trmico.

o Para prevenir el desarrollo de grietas por fatiga SUPERPAVE

exige que: G* sen () < 5000 kPa en el rango alto de


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temperaturas de servicio, en muestras envejecidas previamente

en RTFO y PAV.

3.4.4.4. Remetro de Viga de Flexin (BBR).

o Como consecuencia de que los ligantes asflticos son rgidos a

bajas temperaturas, en algn punto a lo largo del estado de

tensiones se exceder la resistencia del material provocando

grietas en la capa asfltica.

o Las pruebas realizadas en la viga de flexin describen

como se comportar la carpeta asfltica frente a bajas

temperaturas, ms como un slido elstico.

o El BBR mide la deflexin en el punto medio de una viga

de ligante asfltico que se encuentra simplemente apoyada, lacual es sometida a una carga constante aplicada durante 240 s y

a temperatura controlada (relacionada con la temperatura

experimentada por el pavimento en el rea geogrfica en la cual

se considera usar). Dos parmetros son evaluados con el ensayo

BBR:

1. El valor m: que es una medida de cmo la rigidez del

asfalto cambia en funcin de las cargas aplicadas y

corresponde a la pendiente de la curva generada por el

logaritmo de la rigidez versus el logaritmo del tiempo.

2. La rigidez o fluencia en flexin (S): que es una

medida de cmo el asfalto resiste la constante

aplicacin de cargas.

o El ensayo opera en un rango de temperaturas desde los36 C

hasta los 22 C, siendo aplicable a materiales con valores de

rigidez en flexin entre 20 MPa y 1 GPa y adems pueden ser

utilizados materiales en estado original o envejecido.

o La rigidez o la deformabilidad flexural en creep describen la

respuesta tensin deformacin - tiempo de ligantes asflticos


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frente a bajas temperaturas dentro del rango de respuesta

viscoelstica lineal.

o Para minimizar la tendencia al agrietamiento trmico

SUPERPAVE controla lo siguientes aspectos: S < 300 MPa,

valor-m = d log(S(t)) / d log(t) 0.3en muestras envejecidas en

RTFO y PAV.

Figura N 18: Remetro de Viga de Flexin (BBR).

3.4.4.5. Ensayo de Traccin Directa (DTT).

o El DTT permite determinar la deformacin y tensin de falla

en ligantes asflticos sometidos a velocidad de deformacin

constante con bajas temperaturas, contenidas dentro del rango

entre 6 C hasta 36 C, en las cuales el asfalto muestra uncomportamiento quebradizo.

o Para la prueba se deben confeccionar probetas vaciando

ligante asfltico en un molde adecuado para ello. Para poder

traspasar el esfuerzo de traccin desde la mquina de ensayo a

la probeta de ligante se utilizan dos terminales plsticos hechos

de polimetilmetacrilato, a los cuales el asfalto se adhiere en forma

fcil. Un transductor de desplazamiento mide la elongacin de la

probeta al ser estirada a una tasa constante de 1

mm/minuto, registrndose la carga mxima alcanzada, la

deformacin de falla y tensin de falla.

o El DTT fue desarrollado para ligantes asflticos a temperaturas

en las cuales muestran una falla frgil o frgil dctil,


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producindose esta cuando surge una fractura en la probeta; una

falla dctil se genera cuando la probeta simplemente se alarga

sin generar la fractura. En ningn caso esta prueba es aplicable

en temperaturas donde se produce una falla por fluencia dctil.

o Vale la pena destacar que este ensayo slo se requiere cuando

los resultados obtenidos en BBR no son totalmente satisfactorios.

o Para minimizar la tendencia al agrietamiento trmico

SUPERPAVE controla los siguientes aspectos: 300 Mpa < S 0.01 en muestras envejecidas en

RTFO y PAV.

Figura N 19: Ensayo de Traccin Directa (DTT).

3.4.4.6. Horno de Pelcula Delgada Rotatoria (RTFO).

o Los ligantes asflticos envejecen ante todo debido a dos

diferentes mecanismos: la prdida de aceites contenidos en el

asfalto mediante procesos de volatilizacin y por la reaccin con

el oxgeno presente en el medio ambiente (oxidacin). Durante la

fabricacin de la mezcla asfltica en la planta en caliente y la

colocacin de esta, los ligantes asflticos envejecen debido a las

altas temperaturas y al aire involucrado en el proceso. El RTFO

es usado para simular esta forma de envejecimiento.

o As, este ensayo es usado para medir el efecto de la

continua exposicin al calor y a la circulacin de aire en

una pelcula en movimiento de materiales asflticos

semislidos. Dicha muestra se calienta en un horno durante 75

minutos a una temperatura de 163 C. Los efectos de este


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tratamiento se determinan en base a mediciones de las

propiedades del asfalto antes y despus del ensaye.

o El RTFO sirve principalmente para dos propsitos:

1. Proveer y envejecer los productos asflticos para ser

usados en futuros ensayos o para la determinacin de

propiedades fsicas.

2. Determinar la cantidad de masa asociada a las

prdidas voltiles desde el asfalto durante la prueba.

Figura N 20: Horno de Pelcula Delgada Rotatoria (RTFO).

3.4.4.7. Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV).

o Despus que el pavimento asfltico es construido y abierto

al trfico, el envejecimiento continuar principalmente por la

oxidacin provocada por la accin de temperaturas. Para simular

esta clase de envejecimiento en servicio al largo plazo, SHRP

desarroll el PAV.

o Este mtodo est diseado para simular el envejecimiento (por

oxidacin) acelerado que ocurre en ligantes asflticos durante la

vida de servicio del pavimento, mediante aire presurizado (a 2.10

MPa) y temperaturas elevadas.o Para poder efectuar este ensayo se necesita una muestra de

asfalto previamente envejecida en un Horno de Pelcula

Delgada Rotatoria (RTFO), muestra que se colocar en

bandejas de acero inoxidable para ser envejecida a la


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temperatura deseada (segn el grado del ligante asfltico)

durante un tiempo aproximado de 20 horas.

o De esta manera, las propiedades fsicas del ligante asfltico son

medidas para determinar su estado tras varios aos de servicio.

Figura N 21: Envejecimiento en Recipiente Presurizado (PAV).

3.4.4.8. Grado Asfltico.

o Una de las principales diferencias entre las especificaciones

tradicionales para asfalto y las del mtodo SUPERPAVE, se

refiere a que en este ltimo los resultados de los ensayos

se mantienen constantes, variando solamente las temperaturas.

Es decir, distintos grados asflticos cumplen con las mismas

propiedades fsicas pero a distintas temperaturas.

o El grado asfltico se designa como PG XX -YY, donde:

o PG: Performance Grade o Grado de Desempeo.

o XX: Temperatura mxima promedio del pavimento (medida a 20

mm de profundidad).

o YY: Temperatura mnima superficial del pavimento.

o Los valores de XX e YY se determinan en base a registros

histricos de temperatura considerando un factor de

confiabilidad.

o De esta manera, el comportamiento de un determinado grado

asfltico queda determinado por las exigencias que SUPERPAVE


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impone. La Figura 22 muestra un diagrama que relaciona cada

ensayo del mtodo con la caracterstica que mide y la condicin

en que se debe ensayar la muestra.

Figura N 22: Ensayos del Mtodo SUPERPAVE.

3.4.5. Ensayos del asfalto segn metodologa SMA

Se caracteriza por su alto contenido en ridos gruesos y su distribucin

en un esqueleto de estructura controlada. Los vacos de la matriz

estructural estn llenados por un mastic bituminoso de alta viscosidad.

El elevado contenido de agregadosde por lo menos 70% - asegura un

contacto perfecto entre las partculas despus de la compactacin. El

grado de viscosidad del mastic se obtiene por el agregado de arena

triturada

Las mezclas de SMA tienen un contenido de asfalto entre 6.57.2%. El

bitumen se mantiene estabilizado en la composicin granulada de ridos

durante el proceso de mezcla, almacenaje intermedio, transporte,

pavimentacin y compactacin por el agregado de un aditivo en base a

fibras celulsicas.


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Figura N 23: Significado de SMA


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4. CONCLUSIN.

El mtodo Marshall, es un mtodo muy simple para el diseo de

pavimentos, y es por ello que es el ms usado en los proyectos de obras

Viales en nuestro pas.

Para el uso del mtodo Marshall en obras Viales, es de vital importancia

conocer las cargas que deber soportar, as tambin las caractersticas

de los agregados y el asfalto con el que se va realizar el diseo.

El mtodo Marshall tiene la desventaja de que la compactacin del

laboratorio por impacto no refleja la densificacin real de la mezcla que

ocurrira bajo cargas de trnsito.

El diseo que se empleara ser aquel que cumpla con todos los

requerimientos del proyecto, de manera ms econmica. Es muy importante que los agregados con los que se ensaye sean los

mismos con los que se realizara la mezcla final, debido a que cualquier

cambio en las caractersticas de estos afectara directamente el diseo

del pavimento.

El mtodo Marshall puede ser usado para el diseo en laboratorio como

tambin para el control de campo de las mezclas asflticas (en caliente)

de pavimentacin. El compactador giratorio (mtodo Superpave), tiene mayor versatilidad

que el martillo Marshall para elaborar probetas asflticas con diferentes

relaciones de altura-dimetro, lo que permite realizar ms pruebas

mecnicas

El compactador giratorio (Superpave) posee la capacidad de lograr

mayores densidades que el compactador Marshall.

Pero la desventaja es que el ensayo por Superpave es costoso debido a

varios ensayos.


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Asfalto Como Material Aglutinante