DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS El factor mas importante en el diseño de mezclas está constituido por la relación: bitumen-agregados, ya que deesta relación dependen la estabilidad y la durabilidad de la mezcla. Los métodos de diseño varían desde la fórmulas empíricas, que se utilizan para mezclas con cutbackshasta los diseños de mezclas para concretos asfálticos. Las cantidades que se obtienen mediante las fórmulas empíricas, el método Californiano o el del C.K.E., puedenusarse en mezclas que emplean asfaltos diluidos. Para mezclas en caliente, las cifras obtenidas sirven para realizar las mezclas de pruebas de los ensayos Marshall,Hubbard- Field o Triaxial..

DETERMINACIÓN DEL LIGANTE Para la determinación del ligante se calcula por fórmulas empíricas ó procedimientos de laboratorio, el mismo que se expresa por porcentaje en peso en relación al peso total del agregado. Se conocen los siguientes métodos:

1) RECOMENDACIONES DEL INSTITUTO DEL ASFALTO DE EE. UU: Fórmula de MacKenson y Frickstad.

Calcula el porcentaje de asfalto a utilizarse en una mezcla asfáltica. Propone la siguienterelación empírica:P = 0.035 a + 0.045 b + Xc + F0.15c, cuando 11 – 15% pasa Tamiz Nº 200

Xc = 0.18c, cuando 6 – 10% pasa Tamiz Nº 2000.20c, cuando < 5% pasa Tamiz Nº 200 Donde: P = porcentaje de asfalto del total de la mezcla. a = porcentaje del agregado retenido en el tamiz Nº 8. b = porcentaje del agregado que pasa el Tamiz Nº 8 y queda retenido en el Nº 200.c = porcentaje del agregado que pasa por el Tamiz Nº 200. F = Factor de corrección por absorción.

Esta fórmula se basa en los pesos específicos del agregado, comprendidos entre 2.60 y 2.70. El valor de F varía de 0.0% a 1.5% y ocasionalmente llega a 2.0%, cuando el agregado es muy poroso. Generalmente elvalor “F” , está comprendido entre 0.7 a 1.0%. Este método empírico se recomienda tan solo si no se tieneun equipo de laboratorio disponible

METODO HVEEN O AREA SUPERFICIAL.- Corresponde al principio que, el asfalto recubre la superficie del agregado. Se fundamenta en que cada partícula del agregado que debe ser cubierta por el asfalto, tiene una superficie determinada, la cual depende del tamaño de la partícula y su forma. Para determinar el área superficial del agregado, hay que tener su granulometría. En la práctica se obtiene de tablas, en lo que se denomina “Constante de Area Superficial Equivalente”. Se determina la cantidad de asfalto por unidad de superficie, y se conoce como “Indice Asfáltico” que seobtiene de las curvas. METODO HVEEN O AREA SUPERFICIAL.-

ELECCION EL TAMIZADO.-

Está en función del número de mallas utilizadas las que determinan el Factor do Áreas Superficiales (F.A.S), segúnla tabulación establecida. Son Constantes de Area también representadas por "K" en pie2/Iib. agregado, siendo mayor en el material fino . Normalmente se utilizan máximo 10 mallas, obteniendo 10 constantes. El agregado se descompone en grupos cada vez mas pequeños con granulometrías de tamaño máximo y mínimo se pueden tomar variados tipos de mallas obteniendo constantes diferentes.

CALCULO DEL AREA SUPERFICIAL EQUIVALENTE DE LA MEZCLA (AS)

Se multiplica el porcentaje retenido en cada dimensión de malla por el “K”, luego se suman los productos obtenidos yel total representará el área superficial equivalente de la muestra en pie2/libra de agregado (N)

Hay varios métodos de diseño de mezclas que han ido avanzando en el tiempo, los cuales se presentan a continuación y se han obtenido de la AASTHO Pavement Design 1993 y son:

1. The Hubbard-Field (1920´s), método de diseño de mezclas asfálticas, fue uno de los primeros métodos en evaluar contenidos de vacíos en la mezcla y en el agregado mineral. Usaba una estabilidad como prueba para medir la deformación. Funcionó adecuadamente para evaluar mezclas con agregado pequeño o granulometrías finas, pero no también para mezclas con granulometrías que contenían agregados grandes.

Este ensayo se recoge en la norma NLT-160 y se utiliza para caracterizar las mezclas bituminosas de árido fino mediante su resistencia a la

deformación plástica empleando el aparato Hubbard-Field.

Se preparan tres probetas cilíndricas de 50,8 mm de diámetro y 120,7 mm de altura, y se compactan en unas condiciones determinadas.

Las probetas se dejan enfriar hasta temperatura ambiente y se determina su densidad.

Posteriormente, y ya a una temperatura de 60°C, se coloca la probeta en el molde de la máquina Hubbard-Field y se le hace pasar

mediante extrusión por un anillo de menor diámetro, aplicando la carga a una velocidad uniforme de 61 mm por minuto.

La máxima carga en newtons registrada será el valor de la resistencia plástica de la muestra.

2. Método Marshall (1930´s), método de diseño de mezclas asfálticas, desarrollado durante la 2da. Guerra Mundial y después fue adaptado para su uso en carreteras. Utiliza una estabilidad y porcentaje de vacíos como pruebas fundamentalmente. Excepto cambios en las especificaciones, el método no ha sufrido modificación desde los años 40´s.

3. Método Hveem (1930´s), método de diseño de mezclas asfálticas, desarrollado casi en el mismo tiempo que el método Marshall. Evalúa una estabilidad pseudotriaxial

4. Método de la Western Association of State Highway on Transportation Officials. WASHTO (1984), este método de diseño de mezclas recomendó cambios en los requerimientos del material y especificaciones de diseño de mezclas para mejorar la resistencia a las roderas..

5. Método de Asphalt Aggregate Mixture Analysis System. AAMAS (1987), la necesidad de cambios en el diseño de mezclas fue reconocida, tardaron 2 años para desarrollar un nuevo proyecto para el diseño de mezclas, que incluía un nuevo método de compactación en laboratorio y la evaluación de las propiedades volumétricas, desarrollo de pruebas para identificar las deformaciones permanentes, grietas de fatiga y resistencia a las grietas a baja temperatura.6. Método SUPERPAVE (1993), el método AAMAS, sirvió como punto de inicio del método SUPERPAVE, que contiene un nuevo diseño volumétrico completo de mezcla, con funcionamiento basado en predicción a través de modelos y métodos de ensayo en laboratorio, grietas por fatiga y grietas por baja temperatura. Los modelos de predicción de funcionamiento fueron completados satisfactoriamente hasta el año 2000. El diseño volumétrico de mezclas en el SUPERPAVE es actualmente implementado en varios estados de los EUA, debido a que ha sido reconocida una conexión entre las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica caliente y su correcto funcionamiento. Tiene su resultado, ahora la aceptación en el control de calidad ha sido cambiada a propiedades volumétricas. SUPERPAVE promete un funcionamiento basado en métodos o ensayos de

laboratorio que pueden ser usados para identificar la resistencia a las deformaciones plásticas de los pavimentos.

Hoy en día las mezclas asfálticas en caliente se dividen en 2 tipos, las originales “Mezclas de asfalto en caliente ó Hot Mix Asphalt” y las “Mezclas de asfalto en tíbio ó Warm Mix Asphalt”, ya que ambas necesitan estar a una temperatura mayor a la del ambiente para poder ser trabajadas. Las diferencias entre ambas, ventajas y forma de trabajarlas se explica en la sección 3.1.1. y 3.2.2. Dicha información de mezclas de asfalto en caliente se obtuvo de la “Washington Ashpalt Pavement Association (WAPA), http://www.asphaltwa.com”, dicha información ha sido traducida, sintetizada y adaptada al trabajo.

MEZCLAS DE ASFALTO EN CALIENTE (HOT MIX ASPHALT)

Las Hot Mix Asphalt (HMA) ó Mezclas de Asfalto en Caliente, se producen a 160 grados Celcius. Esta alta temperatura sirve para disminuir la viscosidad y humedad durante el proceso de fabricación, resultando en un material durable. Este tipo de mezcla de pavimento asfáltico se utiliza para áreas con alto tráfico, tales como aeropuertos o autopistas principales. Debido a que tiene que ser colocado y compactado en caliente, se limita a ser utilizado cuando el clima no está frio (invierno).

El HMA consiste de dos ingredientes básicos, los agregados y la carpeta asfáltica, el diseño de este tipo de asfalto es el proceso en el cual se determina qué tipo de agregados a utilizar y como lograr una combinación óptima de ambos agregados. En el cual se encuentran distintos métodos de combinación de estos ingredientes los cuales ya se explicaron anteriormente.

El HMA es un material complejo el cual se puede modificar dependiendo del tipo de demanda al cual este se quiera someter, ya que este debe resistir deformaciones y rajaduras, ser durable con el tiempo, resistir daños contra el agua, proveer una buena superficie de tracción, y ante todo esto ser económico tanto como hecho y ser capaz de colocarlo fácilmente. Para lograr esto un diseñador de mezcla se puede manipular cualquiera de las siguientes tres variables:

1. Agregado, en el cual variables como el tipo de agregado, tamaño y gradación de este, la dureza y resistencia a la abrasión, durabilidad, forma, textura y también la limpieza de estos pueden ser medidos, juzgados y alterados hasta cierto punto.

2. Asfalto, en el cual variables como durabilidad, reología, pureza y agentes modificadores adicionales pueden ser medidos, juzgados y alterados hasta cierto grado.3. La cantidad de asfalto/agregado. Este es usualmente expresado en porcentaje de asfalto por peso total del HMA, este radio tiene un efecto profundo en el rendimiento de estos pavimentos.