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TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
1. DEFINICIÓN Tratamiento superficial bituminoso es un revestimiento en el que un
agregado es colocado uniformemente sobre un ligante bituminoso, previamente aplicado sobre la calzada, para luego ser compactado. Su espesor es aproximadamente igual a la mayor dimensión de los fragmentos pétreos.
Se designa por tratamiento superficial a cualquier tipo de revestimiento bituminoso delgado con un espesor menor a una pulgada.
Ejemplos:
Riegos anti polvo. Riegos de imprimación. Tratamientos superficiales simples. Tratamientos superficiales múltiples. Sellados con lechada asfáltica. Riegos en negro. Capas de adherencia. Riegos de sellado.
DENOMINADOR COMÚN La modalidad que se emplea para la aplicación de los materiales es por esparcido
La cobertura del agregado se realiza por penetración del ligante.
FINALIDADESFunción principal:
Servir como revestimiento de los caminos. Proporcionar un movimiento más suave y seguro a los vehículos, librándolos del
polvo. Proteger la estructura subyacente de la acción dañina de las aguas de infiltración.
Funciones Complementarias:
Restaurar pavimentos (gastados, oxidados, deformados, fisurados, etc.). Obtener textura antideslizante.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE COMPORTAMIENTO
1º El material bituminoso debe ser aplicado en cantidad suficiente como para aglutinar y mantener firmes los fragmentos del agregado.
2º El agregado debe ser aplicado de tal modo que cubra íntegramente al material bituminoso uniformemente distribuido sin excesos ni defectos.
3º El grado de retención o aglutinación entre los dos materiales constituyentes debe ser capaz de impedir que el agregado sea arrancado por la acción de las ruedas.
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
Principalmente se deben considerar los siguientes factores:
Propiedades de los agregados.
Propiedades de los ligantes.
Detalles del proyecto.
Detalles constructivos.
Especificaciones técnicas.
PROPIEDADES
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS
DE
LOS
AGREGADOS
I.CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES
Granulometría. Forma.Angularidad. Dureza.Porosidad Limpieza.
Adhesividad.Alterabilidad frente a los agentes atmosféricos y al tráfico. Limpieza.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Tratamiento Superficial Simple.En los tratamientos superficiales simples lo ideal es que las partículas sean mono granulares porque ofrecen una cobertura uniforme, fijación adecuada, distribución de cargas adecuada y facilidad de dosificación.Regla de Pavaux e Linckenheyl
Granulometrías uniformes d ≥ 0,6 Ddonde:d = diámetro mínimo D = diámetros máximo Tratamiento superficial múltiple.Se debe cumplir la regla de Pavaux y Linckenheyl en cada capa d ≥ 0.6DEl diámetro máximo “D” del agregado de la segunda capa debe ser igual al diámetro mínimo “d” del agregado de la primera capa.Los diámetros máximo “D” y mínimo “d” de los agregados de la segunda capa deben ser establecidos de tal forma que se confirme aproximadamente la siguiente relación:
D Inferior + d Superior ≈ d Inferior + D SuperiorEl diámetro máximo “D” de los agregados de la primera capa deberá ser mayor cuando el tráfico sea más pesado.Control del porcentaje de finosLos que pasan por el tamiz No. 10 < 2 %Los que pasan por el tamiz No. 200 < 0,5 %Contenido de arcilla < 0,05 %
GRANULOMETRÍA
El tamaño máximo se determina considerando los siguientes factores: Tráfico. Naturaleza de la superficie subyacente.
Recomendaciones constructivas: El agregado de mayor tamaño presenta una mayor dificultad de fijación. El agregado de menor tamaño presenta menor tolerancia a la tasa de aplicación.
TAMAÑO MÁXIMO
FORMALa forma de las partículas está determinada por: Naturaleza de la roca. Proceso de trituración: regularidad en la alimentación. Coeficiente de reducción en el proceso de trituración.
Tipos y características principales: Redondeadas: menor rozamiento interno, mayor tasa de ligante, escurrimientos. Laminares: facilidad de dislocamiento/fragmentación, sobre posición. Cúbicas: drenaje superficial deficiente, mayor riesgo de exudación. Poliédricas (ideales): Condiciones de fijación superiores, rozamiento interno elevado,
mayor resistencia a la fragmentación, rugosidad adecuada, drenaje superficial apropiado, dosificación fácil.
Por lo menos debe tener dos caras fracturadas. Cuando se trituran cantos rodados se debe elegir
tamaños que cumplan la relación:
ANGULARIDAD
DUREZA Esta característica es muy importante, se debe controlar mediante el Ensayo de Abrasión de
Los Ángeles. Las especificaciones para construcción de carreteras establecen que el desgaste no debe ser mayor a 40 %. Los agregados deben ser de piedra triturada, cascajo o guijarros rodados triturados.
POROSIDAD Una pequeña porosidad es beneficiosa, porque permite una penetración apropiada del
ligante, lo cual aumenta la resistencia al desprendimiento de la película de ligante bajo la acción del agua.
LIMPIEZA Es necesario controlar la limpieza de los agregados, para garantizar la adherencia entre las
partículas del agregado y el ligante bituminoso, por lo cual las partículas pétreas deben estar exentas de polvo, materia orgánica o cualquier sustancia perjudicial.
PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS
Es una condición fundamental para que los agregados sean cubiertos por el ligante, además para que la película de ligante tenga la resistencia suficiente para evitar su desprendimiento por la acción combinada del agua y el tráfico.
ADHERENCIA
ALTERABILIDAD Los agregados están sujetos a procesos de descomposición, debido a
que están directamente sometidos a la intemperie y a la acción combinada de los agentes atmosféricos y al tráfico.
El control de la alterabilidad del agregado se realiza mediante el ensayo de Durabilidad (Pérdida máxima con sulfato de sodio / magnesio < 12%).
DETALLES DEL PROYECTO
TEMPERATURA DE APLICACIÓN DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS
PROPIEDADES
FACTORES QUE SE CONSIDERAN PARA LA ELECCIÓN DE LOS LIGANTES
DE
LOS
AGREGADOS
PROPIEDADES DE LOS LIGANTES
Fijación del agregado.
Impermeabilización del pavimento.
CONDICIONES BÁSICAS QUE DEBE CUMPLIR EL LIGANTE BITUMINOSO
FACTORES QUE SE CONSIDERAN PARA LA ELECCIÓN DE LOS LIGANTES Características de los agregados. - Tráfico. Condiciones climáticas locales. - Economía Temperatura de la superficie - Equipo utilizado Características de la superficie subyacente. Resistencia al envejecimiento. Condiciones de la superficie.
CONDICIONES BÁSICAS QUE DEBE CUMPLIR EL LIGANTE BITUMINOSO El asfalto debe ser lo suficientemente fluido para obtener una aplicación uniforme
sobre la superficie que se quiere cubrir. Debe ser lo suficientemente fluido para envolver rápidamente las partículas del
agregado y conseguir una adherencia inicial rápida entre el ligante y el agregado y con la superficie del camino.
Una vez concluido el tratamiento superficial, para la apertura al tráfico, el asfalto debe tener una viscosidad adecuada para retener el agregado en su lugar.
Se recomienda el uso de los siguientes tipos de asfaltos:
Para tratamiento superficial simple• Cemento asfáltico de
penetración 120-150• • Asfalto diluido de curado rápido
RC-2, RC-3, RC-4 y RC-5
• Emulsión asfáltica RS-2 y CRS-2
Para tratamiento superficial doble• 1ª Capa
• Asfalto diluido de curado rápido RC-4 y RC-5• Emulsión asfáltica RS-2 y CRS-2
• 2ª Capa
• Cemento asfáltico de penetración 120-150 y 200-300
• Asfalto diluido de curado rápido RC-2, RC-3, RC-4 y RC-5
• Emulsión asfáltica RS-2 y CRS-2
Para tratamiento superficial triple• 1ª Capa• Cemento asfáltico de penetración 120-150
• Asfalto diluido de curado rápido RC-4 y RC-5• Emulsión asfáltica RS-2 y CRS-2
• 2ª y 3ª Capa• Cemento asfáltico de penetración 120-150 y 200-300
• Asfalto liquido de curado rápido RC-2, RC-3, RC-4 y RC-5• Emulsión asfáltica RS-2 y CRS-2
TEMPERATURA DE APLICACIÓN DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS El Instituto del Asfalto recomienda una temperatura, que sea la necesaria para
producir una viscosidad de 25 a 100 segundos Saybolt-Furol. La temperatura con la que se consigue este rango de viscosidad varía de 24 a 200 ºC.
En la siguiente tabla se muestran las temperaturas recomendadas por el Instituto del Asfalto basadas en la viscosidad Saybolt-Furol comprendida entre 25–100 segundos:
Ligante Temperatura en ºC
Cemento Asfáltico
120 – 150 140 a 177
200 – 300 126 a 168
Emulsiones Aniónicas
RS – 1 24 a 55
RS – 2 43 a 71
MS – 2 38 a 71
Emulsiones Catiónicas
CRS – 1 24 a 55
CRS – 2 43 a 71
CMS – 2 38 a 71
Tabla III.1. Temperatura de Aplicación del Ligante Bituminoso Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981
DETALLES DEL PROYECTO
Es necesario analizar principalmente las dosificaciones y los principios que las rigen. En general las especificaciones indican la cantidad de agregados en kg/m2 y el material bituminoso en L/m2.
Existen varios métodos de dosificación, entre los que podemos indicar el de Hanson, el de Podestá y Tagle, del Ing. N. W. McLeod, el Método del Instituto del Asfalto, etc.
En las tablas se muestran los factores que pueden determinar la elección y el comportamiento y de los ligantes bituminosos y de los agregados.
Primarias Variables Menores
Condiciones Meteorológicas
En el momento de la aplicaciónClima de la región
Escoger el tipo de graduación
Densidad y velocidad de tráfico
Intervalos sin tráfico
Intervalos de tráfico controlado
Grado de control de tráfico
Características del agregado
Granulometría
Forma
Rugosidad
Porosidad
Estimación de la calidad
Condiciones de la superficie a impermeabilizar
Porosidad
Permeabilidad
Rugosidad
Compactador metálico liso
Tipo e intensidad de compactación
Compactador neumático
Carga de tráfico pesado
Tabla III.2 Análisis de Factores que pueden afectar la Elección y Comportamiento de los Ligantes Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981
Primarios Secundarios Variables Menores
A
G R E
G A D
O
Fuente: Pavimentaçào (Tomo III),
Cyro Nogueira Baptista, 1981
S
Calidad
Característica de la superficie de las partículas
Recubrimiento de superficie
Polvo
Arcilla
Agua
Afinidad con el aguaHidrófoba
hidrófila
Porosidad
Rugosidad
Durabilidad
Tenacidad Temperatura
Estabilidad química Agua
Compactación Ácidos solubles
UniformidadProcedencia
Control de trituración
Granulometría
Dimensión máxima
Textura de superficie deseada
Antiderrapante
Ruidos
Desgaste de llantas
Número de capas de refuerzo a obtener
Espesor
Tratamiento simple
Tratamiento doble
Tratamiento triple
Demarcación de vías
Necesidad de distinción
Aspecto del pavimento adyacente
Cantidad en peso
Cantidad que se adherirá a la plataforma
Forma de fragmentos
Dimensión máx. de las partículas
Peso específico
Número de capas
Pérdidas por segregación
Densidad y velocidad de tráfico
Control de tráfico durante la ejecución
Condiciones técnicas de la vía
Pérdidas por falta de uniformidad en el espaciamiento
Tipo de distribuidor de agregado
Eficiencia mecánica del distribuidor
Experiencia de los operadores
Tabla III.3. Análisis de Factores que pueden afectar laElección y Comportamiento de los Agregados
3. DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
FUNDAMENTOS
Dosificación de los agregados.- Las partículas del agregado deben formar un mosaico uniforme sin fallas y sin superposiciones.
Dosificación del ligante.- La dosificación del ligante se realiza en dos etapas; en primer lugar se establecen procesos para determinar el volumen de vacíos de la capa de agregado, posteriormente, en base a este dato, se dosifica la cantidad del ligante.
Procedimiento intuitivo
Correlación proporción de ligante * volumen de vacíos
DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
MÉTODO DIRECTO DE VANISCOTTE Y DUFFEstá basado en el uso de una caja dosificadora con tapa de vidrio graduada, cuyas dimensiones son:
Ancho = 25 cm Largo = 80 cmAlto = 4 cm
La caja en posición horizontal se llena con el agregado y se tapa.
Se coloca la caja en posición vertical, en la dirección de la mayor dimensión.
En esta nueva posición se observa una disminución del volumen del agregado, la cual se determina con
la ayuda de la graduación en centímetros de la tapa de vidrio.
La disminución de volumen corresponde al porcentaje de vacíos, que será ocupado por el
ligante bituminoso.ÁREA INICIAL FIJA
VARIACIÓN DE VOLUMEN L/m2
MÉTODOS INDIRECTOS
MÉTODO DE HANSON
MÉTODO DE PODESTA Y TAGLE
MÉTODO DE N. W. McLEOD
MÉTODO
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
Este método se basa en las siguientes verificaciones experimentales:
1 Cuando se distribuye un agregado de una sola dimensión en una plataforma, previamente imprimada con un ligante bituminoso, las partículas quedan en una posición desordenada y el volumen de vacíos es aproximadamente el 50 %.
AGREGADOS DESPUÉS DEL ESPARCIMIENTO Ev = 50%(Orientación aleatoria) Eg = 0,5 Es
2 Después de un trabajo de compactación las partículas se orientan y el porcentaje de vacíos disminuye aproximadamente a 30 %.
DESPUÉS DE LA COMPACTACIÓN (RODILLOS) Ev = 30%(Reorientación de los granos – apoyados en la mayor dimensión)
DE
HANSON
MÉTODO
3 Como consecuencia de las cargas del tráfico, el agregado y el ligante adquieren su máxima densidad y los vacíos se reducen aproximadamente al 20%. Todas las partículas se acomodan en una posición que corresponde a su lado más achatado.
DESPUÉS DE LA COMPRESIÓN (TRÁFICO) Ev = 20%(Menor dimensión en sentido vertical – final)Si:
Es = espesor de la capa sueltaEg = espesor del agregadoEv = espesor correspondiente a vacíosEc = espesor final compactado
Entonces:Ev = 0,20 Ec
4 El espesor promedio final del tratamiento superficial es determinado por la menor dimensión promedio de las partículas del agregado. Esta dimensión ha sido denominada por Hanson “dimensión media mínima” (ALD). Ec = ALD
DE
HANSON
Dimensión Media Mínima
Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981
La dimensión media mínima se define como la menor distancia perpendicular entre dos caras paralelas, a través de las cuales las partículas pasaran justamente.
El valor de ALD permite determinar la cantidad de agregado en kg/m2 y sirve también de base para calcular la cantidad de ligante en L/m2.
5 DOSIFICACIÓN DEL AGREGADO: La cantidad de agregado en kg/m2 se encuentra de la siguiente forma: De acuerdo al punto 1: Ev = Eg = 0,50 Es
Ev = Ec – Eg Por tanto: Ev = Ec – 0,50 Es De acuerdo al punto 2: Ev = 0,20Ec Por tanto: Ec - 0,50 Es = 0,20 Ec Resolviendo la ecuación Ec = ALD = 0,625 Es
Es = Eg = 1,6 ALDConsiderando un 15 % de pérdidas se tiene: Es = 1,15 * 1,6 * ALD
Eg = 1,84 ALD
6 DOSIFICACIÓN DEL LIGANTE:Ev = Eb = 0,20 ALD Si se llena la totalidad de vacíos con el ligante asfáltico, Hanson verificó que se produce una exudación del ligante después del paso del tráfico, lo cual originó la necesidad de corregir el porcentaje de vacíos. La cantidad de ligante necesario para llenar el 20 % de vacíos depende de: la calidad del agregado y del tráfico previsto, por lo cual el espesor corregido del ligante será: Eb = 0,20 * C * ALD donde: C = factor expresado en decimales. En la tabla siguiente se indican los porcentajes “C” de ligante necesarios para llenar el 20 % de vacíos del agregado, considerando una plataforma limpia, seca y previamente imprimada.
7 PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL “ALD”: Se aplica al análisis de agregados de una sola dimensión, el mismo fue desarrollado por el Departamento de Caminos de Victoria (Australia), y se realiza siguiendo los siguientes pasos: Se determina la granulometría del agregado y se llevan al gráfico de la figura III.2. El agregado de tamaño medio se obtiene determinando un tamiz teórico, por el cual debería pasar el 50 % de las partículas del agregado. Determinación del Índice de Cubicidad: Para su determinación se usa el mismo material que fue utilizado para el ensayo de granulometría, cada fracción de material clasificado es ensayada en forma separada, haciendo pasar por las aberturas de los moldes. Se define el I.C. como el peso del material que pasa por las aberturas de los moldes estandarizados, calculado en porcentaje, en relación al peso total de la muestra ensayada. La dimensión media mínima ALD, se encuentra el gráfico de la figura.
PROBLEMAS RESUELTOS
1 El siguiente problema nos enseña como calcular la cantidad de agregado y de ligante según el método de Hanson.Dimensionar un tratamiento superficial simple para un camino que tiene un tráfico de 600 vehículos por día, el agregado disponible en la zona es piedra triturada, tiene la granulometría siguiente:
Tamiz % que pasa
3/4 ” 100
1/2 ” 90
3/8 ” 25
No. 3 5
No. 8 0
SOLUCIÓN: Se traza la curva granulométrica en el gráfico de la figura III.2 Se considera que el agregado de tamaño medio pasa por el tamiz de 7/16” (0,43”) En el gráfico de la figura anterior Utilizando un agregado de tamaño medio igual a 0,437”Suponiendo un Índice de Cubicidad igual a 25 %El valor del agregado de dimensión media mínima es: ALD = 0,308”(Aproximadamente igual a ALD = 0,31”)
Cálculo de la cantidad de agregado:Es = 1,84 ALD
En este caso Es = 1,84 * 0,31” = 0,57” ó 1,45 cm en 1 m2
Lo que significa 0,0145 m3/m2 ó 14,5 kg/m2
Cálculo de la cantidad de ligante:Eb = 0,20* C* ALD Para el ejemplo C = 0,70 (tabla)Eb = 0,20 * 0,70 * 0,31” = 0,0434” ó 0,0011 m3/m2 ó 1,10 L/m2
RESPUESTA: Cantidad de agregado: 14,5 kg/m2
Cantidad de ligante: 1,10 L/m2
2 El siguiente problema nos muestra como calcular el agregado de tamaño medio sin necesidad de trazar la curva granulométrica del agregado en la figura III.2.
Calcular el tamaño del tamiz teórico por el cual debería pasar el 50 % del material (agregado de tamaño medio) si el agregado tiene la siguiente granulometría.
SOLUCIÓN: Mediante una interpolación de los datos de la granulometría podemos
calcular el tamiz correspondiente al 50% del material que pasa. Tamiz % que pasa
½” (0,5”) 90⅜” (0,375”) 25
Si x = 50% que pasa Interpolando tenemos: Aumento de % Aumento de tamaño en pulgadas
90 - 25 = 65 ½” – ⅜” = 0,125” 50 - 25 = 25 = x”
Tamaño del tamiz = 0,375” + 0,048” = 0,423”
RESPUESTA:El tamiz correspondiente al 50% que pasa es de 0,423 pulgadas.
3 El siguiente problema nos enseña como calcular la cantidad de agregado y de ligante según el método de Hanson. Sin necesidad de trazar la curva granulométrica del agregado.
Dimensionar un tratamiento superficial simple para un camino que tiene un tráfico de 1200 vehículos por día, el agregado utilizado es pedregullo de cuarzo triturado y tiene un Índice de Cubicidad de 30%.
Tamiz % que pasa
1” 100
¾” 85
½” 35
⅜” 5
No. 3 0
SOLUCIÓN: De los datos de la granulometría podemos calcular el tamiz correspondiente al agregado de tamaño medio
(50% que pasa) ¾” - 85 Si x = 50% que pasa
½” - 35 Interpolando tenemos: x = 0,58”Del gráfico de la figura III.3Utilizando un agregado de tamaño medio igual a 0,58”Índice de Cubicidad igual a 30 %El valor del agregado de dimensión media mínima es: ALD = 0,37”
Cálculo de la cantidad de agregado: Es = 1,84 * ALD remplazando: Es = 1,84 * 0,37” = 0,681” ó 1,73 cmEsto significa 1,73 cm en 1 m2 ó 0,0173 m3/m2 ó 17,3 L/m2
Cálculo de la cantidad de ligante:
Eb = 0.20 * C * ALDComo el agregado es pedregullo de cuarzo triturado de la tabla III.4 tenemos: C = 75%
Eb = 0,2 * 0,75 * 0,37” = 0,0555” ó 0,00141 m Esto significa 0,00141 m3/m2 ó 1,41 L/m2
RESPUESTA:Cantidad de agregado 17,3 L/m2Cantidad de ligante 1,41 L/m2
PROBLEMAS PROPUESTOS PROBLEMA 1.El objetivo del problema es calcular la cantidad de agregado y de ligante según el método de Hanson. Teniendo como datos el volumen de tráfico y la granulometría del agregado.Dimensionar un tratamiento superficial simple para un camino que tiene un tráfico de 200 vehículos por día, el agregado disponible en la zona tiene un Índice de Cubicidad de 25% y la granulometría siguiente:
Para la solución se utilizara la Figura III.3 para hallar el valor del agregado de dimensión media mínima y la Tabla III.4 para el factor de la cantidad de ligante.
PROBLEMA 2.
El objetivo del problema es calcular la cantidad de agregado y de ligante según el método de Hanson. Teniendo como datos el volumen de tráfico y el tipo de agregado y su granulometría respectiva.Dimensionar un tratamiento superficial simple, mediante el Método de Hanson, para un camino que tiene un tráfico de 1350 vehículos por día, el agregado utilizado es piedra triturada y tiene un Índice de Cubicidad de 45%.La granulometría del agregado es la siguiente:
Para la solución se utilizara la figura III.3 para hallar el valor del agregado de dimensión media mínima y la tabla III.4 para el factor de la cantidad de ligante.
MÉTODO
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
Para la aplicación de este método destinado a la dosificación de tratamientos superficiales simples, dobles y triples, se han establecido las siguientes condiciones:
1 Se aplica a la dosificación de tratamientos superficiales simples, dobles y triples.
2 La base de la superficie donde se aplicará el tratamiento, debe ser lo suficientemente estable para impedir que las partículas del
agregado penetren en su interior, por efecto de la compactación o el tráfico vehicular posterior.
3 No debe existir exceso de material bituminoso sobre la base, después de la imprimación.
4 La cantidad de agregados se expresa en volumen de material suelto, los materiales bituminosos en volumen de cemento asfáltico, reducido a 15,5 ºC.
DE
PODESTA
Y
TAGLE
