capitulo 4 diseño de mezclas abiertas en frío

CAPTULO IV

DISEO DE MEZCLAS

ABIERTAS EN FRO

Asfaltos De Centroamrica Universidad De El Salvador

Captulo IV _____________ Diseo de Mezclas Abiertas En Fro 60

4.1 CRITERIOS PARA ELECCIN DEL MTODO DE DISEO

Existen variedad de mtodos de ensayo para caracterizacin y prueba de

mezclas, algunos mas reconocidos que otros, mas sin embargo, todos tienen

sustento tcnico en experiencias vividas, investigaciones as como prueba y error.

De hecho, todos los mtodos existentes se han forjado a base de prueba y error y

analizando las tendencias en los resultados, y aplicando tecnologas nuevas que

han ido surgiendo para perfeccionar mtodos y tcnicas de ensayos en materiales.

An hoy en da, las normas internacionales se siguen actualizando y editando,

segn las experiencias actuales, realizadas segn las condiciones de la poca

moderna.

Debido a que todos los mtodos cuentan con un respaldo tcnico-bibliogrfico

extenso y muy nutrido, el principal criterio para escoger un mtodo de diseo es la

disponibilidad del instrumental necesario para cumplir al pie de la letra los ensayos

que dicho mtodo solicite como necesarios para dar un dictamen.

4.2 MTODO DE DISEO A UTILIZAR

Atendiendo este criterio, se plante la utilizacin del mtodo propuesto por la

ATEB (Asociacin Tcnica de Emulsiones Bituminosas) con sede en Madrid,

Espaa, el cul fue analizado, y se lleg a la conclusin que efectivamente el

equipo de Laboratorio de ASFALCA, estaba capacitado para solventar la ejecucin

de los ensayos que dicho mtodo solicita.

4.2.1 MTODO DE LA ASOCIACIN TCNICA DE EMULSIONES

BITUMINOSAS (ATEB)

El mtodo se resume en la utilizacin de briquetas tipo Marshall usadas en el

mtodo con el mismo nombre, con la salvedad que no son ensayadas en el

aparato Marshall, sino en el tambor giratorio de Los ngeles, tanto en seco como

en hmedo, una representando la accin abrasiva del trfico, y la otra

reproduciendo la accin o influencia del agua en el desempeo de la mezcla,

midiendo de esta manera su cohesin y su desempeo terico.



4.2.1.1 NORMAS INTERNACIONALES APLICABLES AL MTODO

Desde finales del siglo XIX, a raz de la revolucin industrial, la gran industria se

dio cuenta que era necesario controlar la calidad de los productos que se

generaban en sus planteles, de una manera mas ordenada y efectiva.

Se dieron cuenta que con la creacin de estndares de produccin, era una

manera amigable de trabajar en conjunto, an con las empresas con las que

competan.

Este movimiento llego a tomar tal fuerza, que llego el momento que la empresa

que no se adhera a los estndares convencionales de produccin, comenzaron a

quedar fuera del mercado, debido a la incompatibilidad de los componentes que

ofrecan.

Cuando las ciudades llegaron a ser ms sofisticadas y sus infraestructuras ms

complejas, pareci evidente que para garantizar la seguridad de los habitantes de

la ciudad sera necesario establecer un nico conjunto de normas nacionales.

En 1904, un fuego arras el stano del edificio de John E. Hurst & Company

Building, una compaa de Baltimore. Despus de alcanzar a la estructura entera,

el fuego se expandi de edificio en edificio hasta cubrir un rea que abarcaba 80

manzanas de la ciudad. Para ayudar a combatir las llamas, los refuerzos de Nueva

York, Filadelfia y Washington, DC, respondieron inmediatamente, pero no fueron

de utilidad. Sus mangueras no pudieron conectarse porque no caban en las

salidas de los hidrantes de Baltimore.

Se vieron forzados a mirar impotentemente como se extendan las llamas, el fuego

destruy, aproximadamente, 2,500 edificios y dur ms de 30 horas.

Era evidente que se deba desarrollar una nueva norma nacional para prevenir

casos semejantes en el futuro.

Hasta entonces, cada municipio tena su propio conjunto de normas para el equipo

de bomberos.

Como resultado, se investigaron unos 600 acoplamientos de mangueras de todo el

pas, y un ao despus se cre una norma nacional para asegurar la uniformidad

en el equipo antifuegos y la seguridad de los estadounidenses en todo el pas.



Por sta y otras razones, al igual que por otros casos similares dados en Europa,

estas naciones decidieron tambin establecer normas de produccin, aplicadas y

sobre todo adaptadas a necesidades y condiciones de estos pases, que es de

todos conocido que las condiciones americanas con las europeas, difieren en

parte por la condicin climatolgica, por su estratigrafa, necesaria para la

explotacin de minerales, topografa, vegetacin y fauna entre otros.

A partir del ao 1920 en adelante, cuando todos estos planteamientos de

normatizacin haban madurado, y a partir del auge de la exportacin e

importacin por medios martimos y areos, surgi la idea de crear analogas entre

normativas americanas y europeas a fin de crear un tipo de estndar mundial, que

actualmente funciona en nuestros das, en los albores del siglo XXI.

A continuacin se presenta una resea histrica del nacimiento de las normas que

rigen el mtodo de diseo abordado, para que sirva de referencia y sustentacin al

mismo.

En cada paso se har la referencia y correspondencia a la norma vlida para ello.

4.2.1.1.1 NORMAS ASTM

ASTM o ASTM International es el organismo de normalizacin de productos de los

Estados Unidos de Amrica.

Fue fundado el 16 de mayo de 1898, como American Section of the International

Association for Testing Materials por iniciativa de Charles Benjamin Dudley,

entonces responsable del (diramos hoy) Control Calidad de Pennsylvanya

Railroad, quien tuvo la iniciativa de hacer que los hasta entonces rivales

ferrocarriles y las fundiciones de acero coordinaran sus controles de calidad.

Algunos aos antes se haba fundado la International Association for Testing

Materials (IATM), y justamente el 16 de junio de 1898 los setenta miembros de la

IATM se reunieron en Filadelfia para fundar la seccin americana de la

organizacin.

En 1902, la seccin americana se constituye como organizacin autnoma con el

nombre de: American Society for Testing Materials, que se volver universalmente

conocida en el mundo tcnico como ASTM.



Charles Benjamn Dudley fue, naturalmente, el primer presidente de la ASTM.

El campo de accin de la ASTM se fue ampliando en el tiempo, pasando a tratar

no solo de los materiales ferroviarios, sino todos los tipos de materiales,

abarcando un espectro muy amplio, comprendiendo los revestimientos y los

mismos procesos de tratamiento.

El desarrollo de la normatizacin en los aos 1923 al 1930 llev a un gran

desarrollo de la ASTM (de la cual por ejemplo Henry Ford fue miembro).

El campo de aplicacin se ampli, y en el curso de la segunda guerra mundial la

ASTM tuvo un rol importante en la definicin de los materiales, consiguiendo

conciliar las dificultades blicas con las exigencias de calidad de la produccin en

masa.

Era por lo tanto natural un cierto reconocimiento de esta expansin y en 1961

ASTM fue redefinida como American Society for Testing and Materials, habiendo

sido ampliado tambin su objetivo.

A partir de ese momento la cobertura de la ASTM, adems de cubrir los

tradicionales materiales de construccin, pas a ocuparse de los materiales y

equipos ms variados, como las muestras metalogrficas, cascos para

motociclistas, equipos deportivos, etc.

En el 2001 la ASTM asume su nombre actual: ASTM International como testimonio

del inters internacional que actualmente han alcanzado las tcnicas de

normalizacin.

La mayora de normas utilizadas en el mtodo de diseo de la ATEB, son normas

europeas, debido a que el mtodo es espaol, mas sin embargo es necesario

revisar las correspondencias entre ellas como un respaldo, y algunas otras que

son ms claramente descritas en las normas americanas, han servido para

revisin de los procedimientos.

4.2.1.1.2 NORMAS UNE

Las Normas UNE son documentos elaborados por la AENOR (Asociacin

Espaola de Normalizacin y Certificacin), que contienen especificaciones



tcnicas para una actividad o producto y que han sido consensuadas entre todas

las partes involucradas.

Son un conjunto de normas tecnolgicas creadas por los Comits Tcnicos de

Normalizacin (CTN) Espaoles, de los que forman parte todas las entidades y

agentes implicados e interesados en los trabajos del comit. Por regla general

estos comits suelen estar formados por la AENOR, fabricantes, consumidores y

usuarios, administracin, laboratorios y centros de investigacin relacionados con

el procedimiento que se est normando.

La AENOR es una institucin espaola, privada, independiente, sin fines de lucro,

que contribuye, mediante el desarrollo de actividades de normalizacin y

certificacin, a mejorar la calidad en las empresas, sus productos y servicios, as

como a proteger el medio ambiente y, con ello, el bienestar de la sociedad.

Est reconocida en los mbitos eurozonstico, comunitario e internacional para el

desarrollo de sus actividades, y acreditada por distintos organismos de

acreditacin.

El mtodo abordado en este documento, es de una Institucin de origen espaol,

como lo es la Asociacin Tcnica de Emulsiones Bituminosas ATEB, por lo que

gran parte, casi en su totalidad, las normas de referencia y ensayo de los distintos

procesos, son parte de las normas UNE, no obstante, como se menciono

anteriormente, no son normas absolutas, sino son consensuadas entre los

participantes e implicados en los distintos procesos, en base a experiencias

colectivas e individuales, por lo cul se revisan tambin las correspondencias con

normas americanas.

4.2.1.1.3 NORMAS NLT

Las normas NLT son las normas del CEDEX (Centro de Estudios y

Experimentacin de Obras Pblicas Espaol) y aparecen en el ao 1958 (previo

encargo realizado por la Direccin General de Carreteras y Caminos Vecinales de

Espaa el 21-02-58) en el que se aprueban las primeras el 31 de diciembre de

1958.



Posteriormente, en el ao 1963, se publica la segunda edicin de las normas, en

el ao 1973 aparece la tercera edicin (cuyas normas fueron aprobadas por el

Director General de Carreteras de Espaa), le sigue la edicin de 1986 y as

sucesivamente hasta nuestros das.

En la actualidad, las normas NLT estn dejando paso a las UNE y la encomiable

labor realizada por el CEDEX la realizan los Comits, Subcomits y dems

interesados competentes de AENOR.

Desde su creacin, el CEDEX fue concebido como organismo de asistencia

tcnica de alto nivel, en el campo de la ingeniera civil y el medio ambiente.

Esta funcin se encamina principalmente a la prestacin del apoyo tcnico

demandado por los Ministerios de Fomento y de Medio Ambiente y Medio Rural y

Marino, que no excluye el servicio dado a otras instituciones, pblicas y privadas,

nacionales o extranjeras.

El apoyo tecnolgico realizado se materializa en actuaciones concretas,

concertadas bajo convenio, que se desarrollan desde sus distintos Centros y

Laboratorios.

Esta normativa al igual que las UNE, tiene orgenes europeos por lo cual es

abordado por el mtodo de diseo que se ha escogido para el diseo de mezcla

en este documento.

4.3 REQUISITOS TCNICOS MATERIALES A UTILIZAR

4.3.1 AGREGADOS PTREOS

Los agregados fueron obtenidos de los acopios de ECON S.A. de C.V. empresa

quin amablemente permiti tomar una muestra de sus pilas para la realizacin de

este proyecto.

stos a su vez fueron suministrados por La Cantera S.A. de C.V. ubicada en la

ciudad de San Diego, Municipio de La libertad.

Segn informacin vertida por personal tcnico de laboratorio de ECON, los

agregados son de origen basltico segn anlisis realizados en el momento de la

compra.



El mtodo ATEB exige que los agregados cumplan determinadas caractersticas,

haciendo nfasis en los gruesos, con respecto a tamao, forma y resistencia que

garantice el ptimo desempeo de la mezcla, los cules a continuacin se citan:

4.3.1.1 GRANULOMETRA (ASTM C-33)

Para estudiar de manera precisa y formular la combinacin adecuada segn los

husos granulomtricos exigidos por el mtodo ATEB, se realizo el ensayo de

Granulometra a los agregados gruesos y finos, obteniendo muestras de cada uno

desde los acopios, mediante lo descrito en la norma ASTM D3665 y D-75,

tomando material de zonas aleatorias para obtener una muestra representativa, lo

cual fue de una carretillada.

A continuacin, de esta muestra, se obtuvo una nueva muestra representativa mas

pequea, reducindola por medio del cuarteo segn la norma ASTM C-702, que

consiste en vaciar en una zona limpia y lo ms lisa posible el material ptreo,

recogerlo nuevamente y hacer una nueva pila, depositando palada por palada

para hacer un pequeo montculo.

Teniendo este montculo, se comienza a extender el material de arriba hacia

abajo, en otras palabras, el montculo se aplasta hasta llevarlo a una capa mas o

menos uniforme y de unos diez centmetros de altura aproximadamente.

Seguidamente, se parte el material en cuatro partes, como una pizza, y se

obtiene como muestra, dos de los cuatro cuartos que estn opuestos por el

vrtice, cualquiera de los dos pares, y se desechan los otros dos.

Fue necesario valerse de una escoba y una brocha para recoger las partculas

mas finas, que son parte de la granulometra del material.

Se realizo este proceso hasta reducir la muestra hasta llevarla aproximadamente

al peso deseado, mayor que los mnimos de que exige la norma.

Luego se procedi a secarlas a 60C hasta conseguir peso constante, el cul fue

de 5602.0 grs. para el grueso y 1324.30 grs. para el fino, y seguidamente se

tamizaron en las mallas ASTM equivalentes a los tamices UNE que indica el

mtodo ATEB.

Las tablas 4.1 y 4.2 presentan los resultados:



GRAVA BASLTICA 3/4"

PESO INICIAL: 5602 grs.

TAMIZ RETENIDO (gr.) % RETENIDO RET ACUMULADO % PASANTE

(3/4) 8 0,001 0,001 0,999

(1/2) 2262 0,401 0,402 0,598

(3/8) 1575 0,283 0,685 0,315

#4 1606 0,288 0,973 0,027

#8 84 0,015 0,988 0,012

#200 54 0,010 0,998 0,002

Plato 13 0,002 1,000 0,000

5602 1,000

Tabla 4.1 Granulometra de Agregados Gruesos

ARENA TRITURADA

PESO INICIAL: 1324,3 grs.

TAMIZ RETENIDO (gr.) % RETENIDO RET ACUMULADO % PASANTE

#4 67 0,051 0,051 0,949

#8 357.3 0,267 0,318 0,682

#16 292 0,221 0,539 0,461

#30 211 0,160 0,699 0,301

#50 151 0,114 0,813 0,187

#100 176 0,133 0,947 0,053

#200 48 0,036 0,983 0,017

Plato 22 0,017 1,000 0,000

1324.3 1,000

Tabla 4.2 Granulometra de Agregados Finos



Luego de analizar la granulometra de los agregados, se procede a combinarlos

tericamente por porcentajes que permitan encontrar la combinacin exacta por

peso de agregados, y encajarlos en el huso AF-12. Se uso esta banda, debido a

que la NLT-352 limita el agregado a un tamao mximo de 25 mm. A continuacin

se presentan en la tabla 4.3, extrado del Mtodo ATEB:

Tabla 4.3. Husos Granulomtricos para Mezclas Abiertas en Fro segn el Mtodo ATEB

Para lograr una curva granulomtrica que encaje dentro del huso establecido, se

estableci a prueba y error que los agregados fueran dispuestos en un 95% de

grava de y slo un 5% de arena triturada. Se muestran a continuacin su

anlisis granulomtrico y en la tabla 4.4, un resumen de la informacin

recopilada y a continuacin en la grfica 4.1, la curva granulomtrica resultante:

Tabla 4.4 Combinacin Terica de Agregados Ptreos Gruesos y Finos



100

62

35

75

0,3

100,00

60,00

30,00

6,00

0,00 0,00

100,00

85,00

55,00

24,00

5,002,00

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,101,0010,00100,00

TAMAO DE LA PARTICULA, mm

% PASA

Grfica 4.1 Curva Granulomtrica de Combinacin Terica de Agregados Ptreos

4.3.1.2 DESGASTE DE LOS NGELES (NLT 149)

Como se trata de una mezcla para carpeta de rodamiento, el mtodo exige 20%

mximo de coeficiente de los ngeles, expresado en porcentaje de prdida en

masa.

Los agregados fueron sometidos a ensayo, mediante lo dispuesto en la norma

NLT 149 Resistencia al desgaste de los ridos por medio de la mquina de Los

ngeles en los laboratorios de la empresa Ingenieros Civiles y Asociados ICIA

S.A. de C.V., a solicitud de ASFALCA, dada la imposibilidad de realizarlos en el

laboratorio propio, debido a la falta de las esferas descritas en los numerales 2.3.1

y 2.3.2 de la citada norma, la cul puede consultarse en los anexos de este

documento, as como el certificado emitido por la realizacin de este ensayo.

La muestra presento un peso inicial de 5000 grs. y con un peso retenido en el

tamiz #12 de 4072.0 grs. y un 18.6% de perdida por desgaste el resultado fue

satisfactorio.



4.3.1.3 NDICE DE LAJAS (UNE-EN 933-3)

Agregados con alto porcentaje de lajas hacen que el rozamiento interno sea bajo y

por lo tanto la calidad estructural de la mezcla tambin sea baja. Debern, por

tanto, cumplir con un mximo de 30% de contenidos de partculas de forma lajosa,

lo que quiere decir plana y alargada, con apariencia laminar. Para calcular este

ndice se utilizo el procedimiento descrito en la norma UNE-EN 933 en la cul se

prepar una muestra de 5000 grs. atendiendo los mnimos permitidos, y se puso a

secar en horno hasta lograr peso constante de 4879.9 grs. es decir hasta que

pierda toda el contenido de humedad. Seguidamente el material se pas por los

tamices ASTM equivalentes segn la banda AF-12 de manera similar con que se

hizo para la granulometra, descartando todo el material pasante del tamiz #4, y

separando las fracciones granulomtricas y tomando los pesos de cada una.

Acto seguido estas fracciones, se hacen pasar por los tamices de barra

correspondientes a la mitad de la medida nominal del tamiz superior de cada

fraccin granulomtrica como se puede observar en la fotografa 4.1, y verificar el

peso pasante de la criba., por fracciones primeramente, y despus totalizar.

Se obtuvieron los siguientes pesos:

Material pasante en las cuatro cribas (Pc) = 328.6 grs.

Material retenido en las cribas (Rc) = 4356.1 grs.

Y mediante la operacin (Pc/Rc)*100 = (328.6 / 4356.1)*100 = 7.54% de ndice de

Lajas, el cul fue satisfactorio y lgico debido a que el material proviene de

trituracin.

Fotografa 4.1 Colocacin del material sobre el tamiz de barra para el cribado



4.3.1.4 CARAS DE FRACTURA (UNE-EN 933-5)

Para lograr un buen rozamiento interno, que permita un desempeo por friccin

aceptable, el mtodo solicita que los agregados tengan un mnimo de 90% de

partculas con una o ms caras fracturadas, es decir que no sean lisas, que

permitan traccin mecnica entre ellas, que ayude la cohesin en la mezcla.

Para tal fin, se utilizo la metodologa descrita en la norma UNE-EN 933-5,

preparando una muestra de 4000 grs. atendiendo al mnimo permitido y

ponindola a secar en horno hasta lograr peso constante, el cul se registro en

3902.9 grs.

Teniendo esto, se procedi a tamizar la muestra entre los tamices ASTM

equivalentes segn la banda AF-12, descartando el pasante de la malla No. 4 y

separando cada fraccin granulomtrica.

Luego se tom cada fraccin, se extendi en una superficie lisa y limpia, sobre la

que se escogieron manualmente las partculas redondeadas, y despus las que

presentaron caras de fractura, ponindolas a parte y tomando el peso de estas

dos nuevas fracciones.

Se obtuvieron los siguientes pesos:

Partculas Redondeadas (Pr) = 58.54 grs.

Partculas con Caras de Fractura (Cf) = 3843.29 grs.

Y mediante la operacin (1 (Pr/Cf))*100 = (1 (58.54/3843.29))*100 = 98.48%

de partculas con caras de fractura, el cul fue satisfactorio.

4.4 LIGANTE ASFLTICO

Por ser una mezcla en fro, el ligante asfltico que ha de utilizarse debe ser una

emulsin asfltica que sea compatible a las condiciones de los agregados con los

que se cuentan.

En el captulo III, se enumeran los criterios necesarios para elegir una emulsin

segn la mineraloga del agregado ptreo, ms sin embargo la fuente recomienda

el uso de emulsiones catinicas para uso en mezclas en fro, y tambin el MS -19

recomienda especficamente una CMS 2h una CMS 2 para mezclas con

granulometras abiertas y compactadas en fro, para mezclas hechas en campo, y



segn instrucciones vertidas por el equipo de laboratorio de ASFALCA, la

manufactura de la mezcla para briqueta segn la NLT 362 equivale a una mezcla

hecha en sitio

4.4.1 PORCENTAJE PTIMO TERICO DE ASFALTO

Es necesario calcular el porcentaje terico ptimo de ligante, que nos servir como

frmula de trabajo, para la realizacin de los ensayos.

sta se calcula en base a la ecuacin presentada en el mtodo ATEB, que es

como sigue:

Br = (K/100) x (1.5A + 2.5B + 4C + 6D + 9E +12F)

Donde:

Br = Contenido Optimo Terico

K = Coeficiente de riqueza (K=1 en capas de rodadura)

A = % agregados retenidos en el tamiz 19mm

B = % agregados que pasa por el tamiz 19mm y se retiene en el de 12.5mm

C= % agregados que pasa por el tamiz 12.5 mm y se retiene en el de 9.50mm

D = % agregados que pasa por el tamiz 9.50 mm y se retiene en el de 4.76 mm

E = % agregados que pasa por el tamiz 4.76 mm y se retiene en el de 2.36 mm

F = % agregados que pasa por el tamiz 0.075 mm

Sustituyendo segn la tabla 4.4 se obtiene:

Br = (1/100)(1.5(100)+2.5(62)+4(35)+6(7)+9(5)+12(0.3)) = 2.97 = 3%

Teniendo este valor se realizo una briqueta de prueba, la cul no fue satisfactoria

debido a que la pobre inyeccin de emulsin, segn la experiencia no fue

suficiente para lograr un buen desempeo de la mezcla, ni fue satisfactorio el

ensayo de envuelta segn la NLT-149, en la cul se observ una clara

desenvuelta de agregados, por lo que el equipo de ASFALCA recomend que este

valor sea tomado como un mnimo y partir de este valor hacia arriba, por lo que se

llego al convenio de evaluar puntos de residuo asfltico de 3%, 4%, 5%, 6% y 7%.



4.4.2 EMULSIN ASFLTICA A UTILIZAR

Se tomar como referencia la tabla 5.1 del mtodo MS-19 Usos Bsicos para

Emulsiones Asflticas, editado por la AEMA (Asphalt Emulsion Manufacture

Association), la cual se presenta parte de ella a continuacin como Tabla 4.5. para

respaldar la emulsin asfltica que la ATEB recomienda en el diseo:

Tabla 4.5 Tabla 5.1 del MS-19

En la fila nmero 5, Open Graded Aggregate, el que hace referencia a mezclas

con granulometras abiertas como es el caso, recomienda bien una CMS-2 una

CMS-2h, se optar por la CMS-2h a recomendacin del equipo multidisciplinario

de ASFALCA.

4.4.3 PROPIEDADES DE LA CMS-2H

Es necesario hacer los ensayos de caracterizacin y calidad para determinar que

efectivamente la emulsin cumple con las especificaciones requeridas por el

mtodo ATEB.

Se utilizaron tres galones muestras de un mismo tanque para la realizacin de

todos los ensayos, para la caracterizacin y para la hechura de las briquetas.

En primera instancia se realizan los ensayos a la emulsin y despus al residuo

asfltico resultante.



Los ensayos hechos a la emulsin segn la norma ASTM D-244 fueron descritos

en el captulo II, y fueron comparados con las especificaciones tcnicas para

emulsiones asflticas solicitadas en el mtodo ATEB, y se muestran a

continuacin en la tabla 4.6:

Ensayo Norma Resultado

Residuo por Destilacin ASTM D244 65.96% Residuo por Evaporacin ASTM D244 65.32% Viscosidad Saybolt Furol ASTM D244 59 Sedimentacin ASTM D244 2.72% Almacenamiento ASTM D244 0.84% Solub. en Tricloroetileno ASTM D-2042 99.90% Penetracin ASTM D-5 58 dMM Punto de Ablandamiento ASTM D-36 51C

Ductilidad ASTM D-11 48 cm. Tabla 4.6 Resultados de Ensayo de Caracterizacin y Calidad a Emulsin CMS-2h

4.5 PRUEBAS A LA MEZCLA

Las mezclas abiertas en fro se disean a partir de briquetas cilndricas tipo

Marshall, confeccionadas como se describe en la norma de ensayo NLT 352

Caracterizacin de las mezclas bituminosas abiertas por medio del ensayo

cntabro de perdida por desgaste . En general, el nmero mnimo de briquetas

para fabricar es de tres por cada mezcla, ms se realizarn cuatro, para

realizar simultneamente el ensayo segn la NLT 362 Efecto del agua sobre la

cohesin en mezclas bituminosas. En este caso se realizaran ocho briquetas

por cada punto de asfalto, cuatro para ensayar en seco y cuatro para ensayar

en hmedo, segn las disposiciones de las normas correspondientes.

4.5.1 PREPARACIN Y FABRICACIN DE BRIQUETAS PARA ENSAYO

En primera instancia fue necesario el cuarteo del material ptreo, para reducir la

muestra hasta el peso deseado, material que ser extrado del acopio en sus

condiciones naturales, ya que la presencia de agua puede an mejorar la

trabajabilidad de la mezcla.

Se realiz una primer briqueta de prueba con el porcentaje de agregado que se

determin en la combinacin de agregados.



Segn recomendaciones de laboratoristas de ASFALCA se realizo una briqueta de

prueba con un peso de 1000 grs., utilizando 950 grs. de grava de y 50 grs. de

arena triturada, obteniendo una briqueta de dimensiones promedio de altura de

101.4 mm y 61.3 mm de dimetro, lo cul fue satisfactorio por estar dentro de la

tolerancia establecida segn la ASTM D 1559 para briquetas tipo Marshall.

Teniendo estos pesos establecidos, se realizo el pesaje de las 40 revolturas o

bachadas como se les llama en la jerga del laboratorio, que no es ms que

preparar 40 veces los 1000 grs. combinados, y tenerlos listos para la elaboracin

de la mezcla que servir para construir todas las briquetas necesarias.

4.5.2 ELABORACIN DE LA MEZCLA

Teniendo listo todas las bachadas se procede al clculo del contenido de emulsin

necesario para cada punto de asfalto, porque es de dejar bien claro que no es lo

mismo contenido de emulsin que de asfalto, puesto que en una emulsin, para

efectos prcticos, se considera como 40% de contenido de agua, y slo el otro

60% es asfalto.

Los contenidos de emulsin para cada punto de Asfalto son los siguientes:

Para 3% = (0.03/0.6)*1000 = 50 grs. de emulsin

Para 4% = (0.04/0.6)*1000 = 66.7 grs. de emulsin


Para 6% = (0.06/0.6)*1000 = 100 grs. de emulsin


Ya teniendo estos datos, se procedi a depositar la bachada en un cazo limpio y

con un tamao adecuado para su envoltura.

Luego se pone en la bscula el cazo ms los agregados y se procede a destarar la

bscula, es decir a calibrarla con este peso encima, como se aprecia en la

fotografa 4.2 y se procedi a vaciar la emulsin hasta haber depositado el peso

adecuado segn el punto de asfalto especificado, como se ve en la fotografa 4.3.



Seguidamente, valindose de una cuchara metlica, se procedi a revolver la

mezcla, hasta lograr total envoltura de los agregados, y a que la emulsin rompa.

Para apreciar visualmente la ruptura de la emulsin se observ que la mezcla

perdiese el brillo caracterstico de la emulsin fresca, y que no se observasen

depsitos lquidos en el fondo del cazo, tal y como se observa en la fotografa 4.4.

Fotografas 4.2 y 4.3. Colocacin de Agregados en la bscula y posterior depositacin de la emulsin por peso

4.5.3 COLOCACIN Y COMPACTACIN

Teniendo la mezcla lista, se procedi a preparar el molde tipo Marshall, colocando

en su fondo un filtro de papel parafinado, para que la mezcla no hiciera contacto

directo ni con el molde, ni con el martillo Marshall, y no se pegasen como se

observa en la fotografa 4.4. Acto seguido se deposita la mezcla en el molde,

utilizando la cuchara metlica, se hace ingresar la mezcla por pocos, tratando de

acomodarla de manera de distribuirla uniformemente, como se observa en la

fotografa 4.5. Al depositar toda la mezcla, se le coloc otro filtro de papel

parafinado sobre la superficie, y se dispuso a compactar en el martillo mecnico

Marshall segn especificaciones NLT-159 Resistencia a la deformacin plstica

de Mezclas Bituminosas, y se golpe 50 golpes por cara segn especificaciones

NLT 362, como se observa en la fotografa 4.6.

Fotografas 4.4 y 4.5 Colocacin del filtro de papel parafinado y colocacin de la mezcla en el molde Marshall



4.5.4 CURADO DE LAS BRIQUETAS

Despus de compactadas, las briquetas se colocaron an con el molde y

apoyadas sobre su base en un horno a 75C, cmo lo especifica el mtodo ATEB,

durante 48 horas para su curado inicial, como se observa en la fotografa 4.7.

Terminado este tiempo, se subi la temperatura hasta 90C, y se mantuvo durante

120 horas ms, como lo especifica el mtodo ATEB. Al terminar este periodo, se

sacaron las probetas y se dejaron enfriar durante 2 horas, para desenmoldarse

posteriormente, como se observa en la fotografa 4.8 y 4.9.El proceso de clculo

de peso y volmenes puede realizarse desde que las briquetas se han enfriado a

temperatura ambiente.

Fotografas 4.6 y 4.7. Colocacin y Compactacin de Briquetas en el Martillo Marshall y Posterior Curado en Horno

Fotografas 4.8 y 4.9 Enfriado de las briquetas en molde, y posterior desenmoldado a travs del gato hidrulico



4.5.5 CALCULO DE PESO Y VOLUMEN DE LOS ESPECIMENES

Luego de desenmoldar las briquetas, se procedi a pesarlas una a una, por medio

de una balanza digital.

Seguidamente se procedi a determinar sus medidas geomtricas por medio de

un pie de rey o Vernier como se aprecia en las fotografas 4.10 y 4.11.

Se midieron cuatro alturas y cuatro dimetros por cada briqueta para obtener un

promedio de stas dimensiones.

Estas medidas son necesarias para determinar el volumen aparente de la

briqueta.

En la tabla 4.7 se presentan los resultados obtenidos de las briquetas que habran

de ensayarse en Cntabro en seco:

PUNTO DE

ASFALTO BRIQUETA

PROMEDIO VOLUMEN (mm3)

PESO (grs) ALTURA

(mm) DIMETRO (mm)

3%

A 61,8 101,5 500047,73 1006,4

B 62,0 101,8 504635,90 1009,3

C 61,9 101,7 502938,23 1004,6

D 62,4 101,3 502713,27 1007,3

4%

A 61,8 101,9 504200,64 1009,2

B 61,7 101,7 501004,89 1003,2

C 61,6 102,7 509870,45 1004,2

D 61,7 101,9 503385,11 1002,8

5%

A 61,3 102,1 501678,74 1009,2

B 63,1 101,6 511881,15 1003,4

C 62,5 101,3 503922,20 1007,3

D 62,4 101,9 508686,04 1010,9

6%

A 61,6 101,6 499006,69 1012,9

B 61,8 101,7 502020,30 1009,1

C 61,6 101,5 498024,88 1007,3

D 61,4 101,8 499451,17 1008,8

7%

A 61,9 101,8 503927,78 1015,3

B 62,4 101,6 505695,25 1012,9 C 61,9 101,8 503927,78 1009,1

D 62,4 102,1 510684,81 1010,3 Tabla 4.7 Resultados de Peso y Volumen para Briquetas para Ensayo de Cntabro en Seco



Fotografas 4.10 y 4.11 Determinacin geomtrica de dimensiones de las briquetas

4.5.6 DETERMINACIN DE LA DENSIDAD BULK

El procedimiento para obtener la densidad relativa aparente o densidad bulk

consiste en dividir el peso de la briqueta por su volumen.

El volumen se determina por medida geomtrica de la briqueta ya que es una

mezcla abierta.

El volumen a utilizar es el obtenido en base a las medidas obtenidas con el pie

de rey, por lo que la densidad relativa aparente de las briquetas se obtiene de la

siguiente forma:

DENSIDAD BULK = A / ( ( pi*d2/4 ) * h )

Donde:

A= masa en g de la muestra seca pesada en aire.

d= dimetro de la muestra en mm

h= altura de la muestra en mm.

En la tabla 4.8 se muestran los resultados obtenidos por cada briqueta.

4.5.7 DETERMINACIN DE LA GRAVEDAD ESPECFICA MXIMA TERICA

RICE

Este procedimiento est basado en la norma ASTM D 2041-00 Standard

Test Method for Theoretical Maximum Specific Gravity and Density of

Bituminous Paving Mixtures y es realizado para cada porcentaje de asfalto.



Para realizar el ensayo RICE se prepar un peso de 2,000 grs. de mezcla

asfltica segn el procedimiento del literal 4.5.2. Una vez la muestra haya

sido mezclada y la emulsin ha roto, se deja curar la mezcla durante 24 horas

sobre una superficie plana procurando que la mezcla quede extendida. Trascurrido

este tiempo, las partculas de la mezcla asfltica se separan con las manos,

teniendo cuidado de no fracturar el agregado. Se obtuvo un peso seco de la

mezcla de 1500 g de la mezcla desmenuzada, designando a este peso como

A. Luego es colocada en un picnmetro y se aade el agua suficiente a una

temperatura de ambiente para cubrir completamente la muestra dentro del

picnmetro como se observa en la fotografa 4.12. Se coloca en la boca del frasco

un tapn que selle el picnmetro. Teniendo sellado el picnmetro, se procedi a

agitarlo, de manera que saliera todo el aire contenido en la muestra. Cuando todo

el aire ha salido de la muestra, se procedi a llenar de agua el picnmetro hasta la

marca de aforo como se aprecia en la fotografa 4.13, y se pes el picnmetro

aforado ms la mezcla y se denomina este peso como E. Se pesa el

picnmetro aforado slo con agua y se designa como peso D.Para obtener la

densidad RICE se realiz el siguiente clculo:

Gmm = A / (A+D-E) Donde: Gmm = Gravedad especifica mxima de la mezcla. A = Masa de la muestra seca en aire. D = Masa del picnmetro aforado con agua. E = Masa del picnmetro aforado con agua ms la muestra. En la tabla 4.8 se muestran los resultados obtenidos por cada briqueta.

Fotografas 4.12 y 4.13 Mezcla Cubierta de agua para agitacin, y picnmetro aforado con la muestra incluida



4.5.8 DETERMINACIN DEL PORCENTAJE DE VACOS

Por tratarse de una mezcla abierta, el porcentaje de vacos esperados es de un

12% mnimo y un 20% mximo segn la clasificacin descrita en el captulo II. Los

huecos de una mezcla compactada representan la diferencia entre el

volumen aparente de la mezcla y el volumen terico ocupado por el asfalto y los

agregados. Esta diferencia, por unidad de volumen aparente se obtiene

mediante la expresin:

% VACOS = ( 1 (DENSIDAD BULK / GMM )) * 100

En la tabla 4.8 se muestran los resultados obtenidos por cada briqueta.

PUNTO DE

ASFALTO BRIQUETA

DENSIDAD BULK (gr/cm3)

GRAVEDAD ESPECFICA

PORCENTAJE DE VACOS

3%

A 2,013 2,445 17,68

B 2,000 2,445 18,20

C 1,997 2,445 18,30

D 2,004 2,445 18,05

4%

A 2,002 2,417 17,19

B 2,002 2,417 17,15

C 1,970 2,417 18,51

D 1,992 2,417 17,58

5%

A 2,012 2,397 16,08 B 1,960 2,397 18,22

C 1,999 2,397 16,61

D 1,987 2,397 17,09

6%

A 2,030 2,373 14,46

B 2,010 2,373 15,29

C 2,023 2,373 14,77

D 2,020 2,373 14,88

7%

A 2,015 2,355 14,45

B 2,003 2,355 14,95 C 2,002 2,355 14,97

D 1,978 2,355 15,99 Tabla 4.8 Resultados de Densidad Bulk, Gravedad Especfica Mxima y Porcentaje de Vacos



4.5.9 DETERMINACIN DEL DESEMPEO DE LA COHESIVIDAD DE LA

MEZCLA

Para el ensayo de cohesin, basado en la norma espaola NLT 352

Caracterizacin de mezclas bituminosas abiertas por medio del ensayo

cntabro de perdidas por desgaste, se fabricaron 4 briquetas por cada

contenido de asfalto dando un total de 20, que se mantuvieron curando en

horno de 7 das en total, y luego a temperatura ambiente durante 7 das ms.

Si bien el mtodo Cntabro establece que slo es necesario el curado en horno,

se considera que ste tiempo mejor el desempeo de la mezcla, partiendo del

principio que la cohesin es mayor al curarse completamente la briqueta, por lo

que este tiempo sirvi para que cualquier residuo de agua desapareciera,

mejorando su desempeo.

El ensayo permiti valorar la resistencia a la disgregacin de la mezcla,

ante los efectos abrasivos y de succin originados por el trfico.

Para realizar el ensayo, se tom una a una las briquetas, y se procedi a

determinar y registrar su peso.

Acto seguido se introdujo la briqueta dentro de la mquina de Los ngeles, segn

especificaciones descritas en la norma ASTM C-131, y sin la carga abrasiva de

las esferas, se hizo girar el tambor a la velocidad indicada en la ASTM C-131 de

30 RPM, por un perodo de 200 vueltas, como lo indica la NLT 352.

Al terminar las revoluciones se sac la briqueta y se determin el peso que sta

present al salir del tambor.

Se realiz el proceso para cada una de las briquetas, y para determinar el

porcentaje de prdida por desgaste se utiliz la siguiente expresin:

% PERDIDA POR DESGASTE = 1 - ( PESO FINAL / PESO INICIAL )

Segn el criterio utilizado para determinar el porcentaje ptimo de ligante, la

perdida por desgaste no debe exceder el 20%. Los resultados obtenidos para

Cntabro Seco, por cada uno de los puntos de asfalto ensayados se presentan en

la tabla 4.9.



Tabla 4.9 Resultados Ensayo de Cohesin en Briquetas. Cntabro en Seco

4.5.10 DETERMINACIN DEL EFECTO DEL AGUA EN LA ADHESIVIDAD DE

LA MEZCLA

Para determinar el efecto de desenvuelta producido por el agua, se compara los

resultados obtenidos de realizar la prueba de ensayo cntabro mantenidas al

aire, contra los resultados de las briquetas, fabricadas con los mismos

porcentajes de ligante y misma granulometra, pero que han sido mantenidas en

agua durante cierto tiempo antes del ensayo.

El ensayo esta basado en la norma espaola NLT 362 Efecto del agua sobre la

cohesin de mezclas bituminosas de granulometra abierta, mediante el

ensayo cntabro de perdida por desgaste.

PUNTO DE

ASFALTO BRIQUETA

PESO INICIAL (grs.)

PESO FINAL (grs.)

% DESGASTE

3%

A 1006,4 810,35 19,48 B 1009,3 783,82 22,34 C 1004,6 799,76 20,39 D 1007,3 832,53 17,35

4%

A 1009,2 853,18 15,46 B 1003,2 869,47 13,33 C 1004,2 834,19 16,93 D 1002,8 804,55 19,77

5%

A 1009,2 885,88 12,22 B 1003,4 828,31 17,45 C 1007,3 896,09 11,04 D 1010,9 864,93 14,44

6%

A 1012,9 917,18 9,45 B 1009,1 905,26 10,29 C 1007,3 927,42 7,93 D 1008,8 926,78 8,13

7%

A 1015,3 960,98 5,35 B 1012,9 943,11 6,89 C 1009,1 908,49 9,97 D 1010,3 935,03 7,45



Se realizaron 4 briquetas por cada contenido de asfalto y se les sumergi 24

horas en agua a temperatura ambiente, y posterior curado al aire por 24 horas.

Se sigui el mismo procedimiento de ensayo descrito en el numeral 4.5.9, para el

ensayo de Cntabro en seco y los resultados se presentan en la tabla 4.10. Segn

el criterio utilizado para determinar el porcentaje ptimo de ligante, la perdida por

desgaste en Cntabro hmedo no debe exceder el 40%.

Tabla 4.10 Resultados de Ensayo Efecto del Agua sobre la Cohesin de la Mezcla

Se muestra a continuacin en la tabla 4.11 el comparativo de desgaste en

cntabro hmedo y en seco, donde se observa que las briquetas que fueron

sometidas a inmersin, sufrieron ms desgaste que las que estuvieron a

temperatura ambiente.

PUNTO DE

ASFALTO BRIQUETA

PESO INICIAL (grs.)

PESO FINAL (grs.)

% DESGASTE

3%

A 1004,6 725,52 27,78 B 1012,8 756,16 25,34 C 1007,6 704,92 30,04 D 1014,9 676,53 33,34

4%

A 1021,2 778,36 23,78 B 1005,3 740,40 26,35 C 1004,1 823,66 17,97 D 1007,3 803,72 20,21

5%

A 1009,3 834,29 17,34 B 1017,7 858,63 15,63 C 1018,8 862,41 15,35 D 1019,3 826,96 18,87

6%

A 1013,3 876,81 13,47 B 1009,8 889,33 11,93 C 1015,3 910,32 10,34 D 1008,9 884,60 12,32

7%

A 1009,6 940,44 6,85 B 1006,3 929,32 7,65 C 1010,4 926,13 8,34 D 1009,1 907,38 10,08



Por otro lado se aprecia que a medida que aumenta el contenido de asfalto, el

efecto del agua en la mezcla se ve disminuido, como se ve en el grfico 4.2.

PUNTO DE

ASFALTO

% DESGASTE EN SECO

% DESGASTE HMEDO

DIFERENCIA

3% 19,89 29,13 9,24 4% 16,37 22,08 5,71 5% 13,79 16,81 3,02 6% 8,95 12,02 3,07 7% 7,42 8,23 0,81 Tabla 4.11 Cuadro Comparativo de Desgaste Cntabro Seco-Hmedo

Grfico 4.2 Comparativo del Desgaste en Cntabro Seco-Hmedo

4.5.11 ELECCIN DEL PORCENTAJE PTIMO DE LIGANTE

Con los datos obtenidos en los numerales 4.5.6, 4.5.8, 4.5.9 y 4.5.10, se procede

a graficar las relaciones Densidad Bulk, Porcentaje de Vacos y Prdida por

Desgaste a 200 revoluciones versus contenido de ligante asfltico.

Grfica 4.3 Densidad Bulk Vrs Contenido de Asfalto



Grfica 4.4 Porcentaje de Vacos Vrs Contenido de Asfalto

Grfica 4.5 Porcentaje de Prdida por Desgaste a 200 Revoluciones Vrs Contenido de Asfalto

El porcentaje ptimo ser calculado como el promedio de los siguientes

criteriosy:

El porcentaje de asfalto, de la grfica 4.3, que posea la mayor densidad

BULK posible.

El porcentaje de asfalto, de la grfica 4.4, que posea el mnimo

porcentaje de vacos dentro del rango 12% mnimo y un 20% mximo.

El porcentaje de asfalto, de la grfica 4.5, que posea un mximo de 20 %

de perdida por desgaste al someterse a las 200 revoluciones en la

Mquina de los ngeles. _____________________________

yTrabajo de Graduacin Diseo de Mezclas Semicalientes Drenantes UES-ASFALCA Lesser Linares, Rebeca Morn, Ral Peate, EL Salvador, 2010.



En la tabla 4.12 se resume el dato que proviene de cada grfica, y el promedio de

stas:

PORCENTAJE PTIMO

DENSIDAD BULK 6% % DE VACOS 6%

PRDIDA POR DESGASTE 3%

PROMEDIO 5% Tabla 4.12 Clculo del Porcentaje ptimo de Asfalto

El porcentaje de asfalto para el diseo de mezcla es de: 5%. Este valor tiene que

ser comparado con el porcentaje de ligante que tenga un mnimo de prdida

por desgaste, en la prueba de cntabro en hmedo de 40%. Si el porcentaje

obtenido no cumpliese, se deber optar por el contenido de ligante que satisfaga

el parmetro mencionado. Las prdidas por desgaste a 200 revoluciones de la

prueba de efecto del agua sobre la mezcla se presentan en la grfica 4.7.

Grfica 4.6 Porcentaje de Prdidas por Desgaste a 200 Revoluciones en Briquetas Sometidas a Inmersin

Se puede observar que el porcentaje ptimo por promedio de 5% posee una

prdida al desgaste en adhesividad menor del 40%, con un valor de 16.80%, por

lo que podemos dar como satisfactorio el valor de 5% de ligante como el ptimo

para la mezcla asfltica abierta en fro.

capitulo 4 diseño de mezclas abiertas en frío

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