diseÑo de pavimentos mod ii

FELIX FERNANDEZ

Firmado digitalmente por FELIX FERNANDEZ Nombre de reconocimiento (DN): cn=FELIX FERNANDEZ, c=VE, o=BC A, ou=ARQUITECTURA Motivo: APORTE A CONTROL DE DOCUMENTO Fecha: 2012.01.25 22:51:36 -04'00'

Universidad Santa Mara Facultad de Ingeniera y Arquitectura A it t

Universidad Catlica Andrs Bello Facultad de Ingeniera

APUNTES DE PAVIMENTOSVolumen 2 Mezclas asflticasmateriales y diseoIng. Gustavo Corredor M.Incluye Captulos sobre Ramcodes en mezclas asflticas por el Ing. Freddy Snchez Leal de la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda, de Coro y Asfaltos Modificados por los Ingenieros R. Adrin Nosetti y Hugo Bianchetto De la Universidad de la Plata en Argentina.

Edicin E Edi i Enero 2005 (Revisin Abril 2008)

Agradecimientos: A los Ingenieros R. Adrin Nosetti y Hugo Bianchetto, del Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera Vial (LaPIV) de la Universidad de la Plata, Argentina, por su desinteresada y detallada revisin de la versin original de este Volumen 2 de los Apuntes de Pavimentos, que permiti realizar correcciones de edicin y la inclusin de una serie de comentarios complementarios a los temas tratados, que indudablemente enriquecieron su contenido Al Ing. Freddy Snchez Leal por su generosidad al aceptar la invitacin para que se incluyese el Captulo de Ramcodes en Mezclas Asflticas, en el cual presenta su nueva metodologa para el diseo y control de calidad de las mezclas asflticas. A los Ingenieros R. Adrin Nosetti y Hugo Bianchetto, del Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera Vial (LaPIV) de la Universidad de la Plata, Argentina, por habernos permitido incluir el Captulo referente a Asfaltos Modificados, en el cual se discute el tema, por mas novedoso en Venezuela, de la nueva generacin de ligantes y mezclas asflticas especiales. Es un verdadero honor haber podido contar con la colaboracin de los Ingenieros Snchez, Nosetti y Bianchetto en la preparacin de esta nueva versin del Volumen 2 de los Apuntes de Pavimentos. A las Compaas Constructoras Arpigra C.A. y Eica C.A. por habernos permitido tomar parte de su tiempo en la preparacin de estos Apuntes de Pavimentos.

Gustavo Corredor M. Caracas, enero 2005

ApuntesdePavimentosVolumen2 Captulo1Aspectosgenerales,especificacionesy ensayosenasfaltos Edicindeabrilde2008

Aspectos generales, especificaciones y ensayos en asfaltos _______________________________________________________________________________

I. Breve historia del asfalto en Venezuela El petrleo ha estado ligado a toda nuestra historia escrita: ya durante la Conquista y la Colonia muchos historiadores y cronistas hicieron referencia al lquido que brotaba en distintas partes del territorio y que los indgenas llamaban mene. Abundaba al norte del Orinoco, en los alrededores de Maracaibo y en algunas regiones orientales. Alejandro de Humboldt y Aim Bonpland, en su viaje de 1800, hicieron por primera vez una lista de los depsitos naturales de asfalto en la costa que va desde Maracaibo hasta la isla de Trinidad. En 1839 el Dr. Jos Mara Vargas hizo un anlisis de una muestra de petrleo que le fue enviada desde Trujillo, y present un informe al Gobierno sobre sus investigaciones. En 1865 el Gobernador del Zulia, General Jorge Sutherland, otorga la primera Concesin a un americano llamado Camilo Ferrand, pero ste la perdi porque despus de un ao no haba podido explotarla. Pero no es el Zulia en donde realmente comienza la explotacin del petrleo, sino en el Tchira, y quizs por causa del destino. En el ao 1875 un terremoto sacude a este Estado, y en una hacienda cercana a la poblacin de Rubio, propiedad de Manuel Antonio Pulido, llamada La Alquitrana, brota petrleo. Ya en el Estado conocan unos cerros en los cuales encontraban una mezcla de la tierra mezclada con un material pegajoso, que llamaban alquitrn. Todava hoy en da se explota esta mezcla de suelo y asfalto, casualmente en el Prstamo La Alquitrana, cerca de San Cristbal. El seor Pulido, ante el descubrimiento del petrleo en su hacienda, comienza las gestiones para obtener la Concesin de parte del Gobierno Regional. Tres aos mas tarde, especficamente el 3 de Septiembre de 1878, el Gobierno del Gran Estado de Los Andes, le otorga la Concesin que llaman Cien minas de asfalto. Con la Concesin ya en su poder, el seor Pulido el 12 de octubre de ese mismo ao, celebra con Jos Antonio Bald, Carlos Gonzlez Bona, Ramn Mara Maldonado, Jos Gregorio Villafae y Pedro Rafael Rincones, un contrato de sociedad privado que resulta en la Compaa Minera Petrolia del Tchira. Pedro R. Rincones viaja en 1879 a Estados Unidos a buscar los equipos necesarios para la explotacin. En el ao 1883 llega al Tchira el taladro de perforacin que bautizan con el nombre de La Alquitrana, y el 12 de abril de ese ao se descubre el primer pozo de petrleo crudo en Venezuela, pozo al que llaman Eureka, y que alcanza una profundidad de 60 metros. El Gelogo Anbal Martnez, en un artculo sobre este tema escribe lo siguiente: Petrolia no fue una aventura romntica ni es un recuerdo emocionado. Antes bien, fue una accin firme y decidida, de innegable originalidad y visin magnfica, emprendida cuando aun no se haban cumplido dos dcadas de que arrancara en Titusville, Pennsylvania, la industria petrolera americana. Esta empresa fue ntegramente venezolana: el capital de 11.200 venezolanos los aportaron de la siguiente manera: 4.800 en terrenos por Pulido, 1.600 en efectivo por Bald, Maldonado, Gonzlez y Villafae; Rincones fue solo socio industrial.1-1


La Petrolia realiz todas las operaciones de una petrolera de hoy en da: explor, refin, mercade, y lleg a desarrollar sus recursos humanos. Sus actividades de exploracin comenzaron con simples excavaciones de hasta 15 metros de profundidad, en las que se recoga el petrleo que manaba lentamente, luego lleg a perforar pozos mas profundos, que hoy en da pudieran ser llamados de avanzada. Refin petrleo crudo del tipo liviano, en una primitiva unidad de destilacin por cargas, de 2.000 litros diarios de capacidad. El mercadeo fue tanto local en toda la regin tachirense como internacional, al exportar sus productos a la vecina Colombia. Los recursos humanos los haba desarrollado cuando en 1879, en el viaje de Rincones a los Estados Unidos, fue aprovechado para estudiar la industria. Durante 50 aos 1878 a 1928 estuvo operando activamente como una industria petrolera. La nueva gente de Petrolia intent, desde 1928 hasta 1934, revivir las operaciones, pero no tuvieron xito. Los derechos de explotacin de Petrolia expiraron el 8 de abril de 1934, y el Presidente de Venezuela en aquel momento, Juan Vicente Gmez, no los renov. Despus de Petrolia las Concesiones fueron dndose a un ritmo acelerado: la compaa Caribbean Petroleum Co., que perteneca a la holandesa-britnica Shell, encontr petrleo en el pozo Zumaque 1, en el campo de Mene Grande, y comenz su produccin en julio del ao 1914. Esta fecha marca el inicio de la explotacin a grandes volmenes en la cuenca petrolfera del Lago de Maracaibo. El 14 de diciembre de 1922, cerca de Cabimas, la Venezuelan Oil Concessions, tambin de la Shell, perfor el pozo Barrosos 2, que estuvo arrojando cerca de 100.000 barrilles diarios, durante nueve das. Este hecho llam la atencin mundial sobre el enorme potencial petrolero venezolano. De all en adelante es historia conocida, que cambi el curso de nuestro destino como pas. II. Las ventajas del asfalto Los materiales asflticos son de especial inters para los ingenieros de vialidad, debido a que son cementantes, se adhieren fcilmente, son impermeables y muy durables. Son substancias que imparten flexibilidad a la mezcla que forman con los agregados minerales con los que son usualmente combinados. Son altamente resistentes a la accin de la mayora de los cidos, lcalis y sales. Son slidos o semislidos a temperatura ambiente, pero alcanzan altos grados de fluidez a las temperaturas de aplicacin en el rango de los 135C a los 170C. El cambio de consistencia con la variacin de la temperatura es una de las propiedades fundamentales de los asfaltos y se denomina termoplasticidad. Otra manera de hacer variar la consistencia de los asfaltos es a travs de la mezcla con algunos solventes derivados del petrleo, o por procesos de emulsificacin en agua. Los materiales de pavimentacin son los alquitranes (derivados del carbn mineral) y los asfaltos derivados del petrleo. Los primeros no tienen

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aplicacin actualmente, pero los asfaltos, por el contrario, cada da se emplean con mayor profusin en la construccin de carreteras. Los asfaltos son componentes naturales de la mayora de los petrleos en los cuales existen en solucin, y pueden ser refinados o naturales. En el caso de los refinados, los crudos del petrleo se procesan industrialmente para separar las diversas fracciones (cortes) y recuperar los asfaltos. La Figura 1 muestra un esquema de una planta de refinacin, por eso llamada refinera, y los varios productos que en ella se obtienen.

Figura1: Esquema de operacin de una refinera por destilacin y la cadena de productos refinados

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En algunos casos la naturaleza ha logrado este proceso de "refinacin" y se han formado depsitos naturales de asfalto, tal como el del "Lago Guanoco" en el estado Sucre y el Pitch Lake en la isla de Trinidad. Algunos de estos depsitos naturales estn prcticamente libres de materias extraas y pueden ser usados en pavimentacin casi sin tratamiento adicional alguno. El asfalto del Lago Guanoco fue explotado entre los aos 1888 y 1934 y es considerado el depsito de asfalto natural ms grande del mundo. Tiene una extensin de 3 km de Norte a Sur y 1.5 km de Este a Oeste, con una profundidad variable entre los 1.2 y 3 m. Durante su explotacin, exista una refinera en las cercanas del lago, cuya funcin era solo la de eliminar el contenido de agua del asfalto extrado en el lago, debido a la gran pureza del material natural, y se construyo un ferrocarril de 13 km de longitud, para llevar el asfalto al ro Guanoco, en donde era cargado a los barcos para su transporte al exterior. Con este asfalto se pavimentaron algunas calles de las ciudades de Detroit y Washington en los Estados Unidos.

Figura 2: Explotacin manual en el lago de Guanoco, 1890.

En el caso del Lago de Guanoco, aun cuando se dispone de unas reservas cuantiosas de este asfalto natural, no se procesa por razones de que habra que hacer grandes inversiones para lograr introducirlo en el mercado nacional y mundial, que no se justifican ante la capacidad de produccin de las refineras ya en operacin en Venezuela. Del Pitch Lake, por el contrario, si se obtienen productos que van al mercado local en Trinidad, y mundial, especialmente en Inglaterra. Este asfalto natural de Trinidad se emplea hoy en da, con mucho xito, como un modificador de otros asfaltos de pavimentacin, ya que mejora las propiedades de los asfaltos directamente obtenidos del proceso de refinacin.

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IV. Definiciones Las definiciones principales que es necesario conocer son las siguientes: Petrleo Material natural de consistencia viscosa, formado por una mezcla de compuestos de hidrgeno y carbono, con contenidos variables de azufre, nitrgeno y oxgeno Bitumen Mezcla de hidrocarburos, de origen natural o volcnico, o una combinacin de ambos procesos, frecuentemente acompaados de derivados no-metlicos que pueden ser gaseosos, lquidos, semislidos o slidos, y que son totalmente solubles en bisulfuro de carbono. Asfaltos Materiales cementantes, de color marrn oscuro a negro, de consistencia slida, semislida o lquida, en los cuales los principales componentes son los bitmenes, y que son obtenidos como residuo en la refinacin del petrleo, o en forma natural. La cantidad de asfalto que puede ser obtenida de un crudo es muy variable, y es funcin del "Grado API (American Petroleum Institute) del crudo. Mientras menor sea el Grado API, mas pesado ser el crudo y mayor ser el contenido de asfalto de pavimentacin. El Grado API es una medida arbitraria de la densidad de un crudo a 60F, o de un derivado del crudo a esta misma temperatura, y se obtiene de la siguiente expresin:

Grado API = (141.5 /Gb) 131.5siendo Gb la Gravedad Especfica del material a 60F (15.5C). Como referencia el Grado API del agua es 10. Los asfaltos tienen un Grado API entre 5 y 10, mientras que las gasolinas tienen un Grado API cercano a 55. La Figura 3 muestra las proporciones de las diferentes fracciones de los crudos venezolanos.

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Figura3: Composicin de los diferentes crudos venezolanos y la Gravedad API

V. Procesos de refinacin del petrleo Existen tres procesos industriales para separar los diferentes componentes del petrleo crudo: Refinacin por Destilacin (Vapor y vaco) Este es el mtodo de refinacin ms comn en todo el mundo, y el nico empleado en Venezuela. Este mtodo se utiliza principalmente en los crudos de base asfltica. Consiste en someter el crudo a ciertas condiciones de temperatura, tanto a la presin baromtrica normal, como en vaco; el cambio que se opera en el petrleo procesado es fsico, razn por la cual puede producirse una recombinacin de las diferentes fracciones (cortes) en las cuales el crudo fue inicialmente separado. La Figura 4 muestra el esquema de fabricacin de los productos asflticos en el Complejo de Refinacin de Paraguan (CRP) propiedad de Petrleos de Venezuela (Pdvsa), ubicada en la costa Noroeste del Estado Falcn, en las cercanas de la ciudad de Punto Fijo, la cual es la refinera mas grande del mundo, por ser la integracin de dos grandes refineras: Amuay y Cardn. En esta figura se sealan los asfaltos como uno de los productos derivados del petrleo.

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Figura 4: Diagrama de fabricacin de los productos asflticos en el CRP

En Venezuela existe otra refinera, en la ciudad de Maracaibo, Estado Zulia, llamada refinera Bajo Grande, que procesa y comercializa uno de los crudos mas reconocidos por la calidad de sus asfaltos. En el oriente del pas, en Puerto La Cruz, Estado Anzotegui, en la Refinera de El Chaure, se almacena y comercializan los productos asflticos que son transportados desde el CRP. En las restantes refineras de Venezuela (El Palito, San Tom, Anaco, El Toreo) ni se refinan ni comercializan asfaltos de pavimentacin. Los tipos de asfalto obtenidos del material residual dependen de las siguientes variables: variables del proceso temperatura cantidad de vapor presin cantidad de reflujo tiempo y velocidad del flujo variable del material gravedad API del crudo

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En la Figura 5 se presentan las temperaturas a las cuales se separan los diferentes componentes de un crudo, llamadas fracciones o cortes, esta ltima manera de llamarlas es la traduccin de su nombre en ingls (cut).

Figura 5: Temperaturas aproximadas se separacin de las fracciones de un crudo

Refinacin por Extraccin por Solvente (De-asfaltado por Propano) Este mtodo es empleado principalmente en crudos de base parafnica, o base mixta, a los cuales sera muy difcil fraccionarlos en sus diferentes componentes por el mtodo de Destilacin, a menos que fuese a altas temperaturas, lo cual producira asfaltos con propiedades no deseables en la pavimentacin. La separacin se logra por modificaciones del peso molecular del crudo, unido a un grado relativamente bajo de reacciones qumicas, pero sin aplicar temperaturas excesivas, debido al efecto de la solubilidad del crudo en proceso en solventes del tipo del propano. El proceso se realiza en una "torre de extraccin", a la cual se inyecta propano, en una proporcin de 6 partes, por una del asfalto previamente reducido en la "torre atmosfrica", o de vaco, segn sea el tipo de crudo. Se precipitan al fondo de la torre de extraccin las fracciones no-solubles en el propano (residuo), y se separan las fracciones solubles (aceites). El residuo es

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destilado posteriormente para eliminar el propano, obtenindose finalmente el asfalto. Este mtodo produce asfaltos ms duros que los obtenidos por la destilacin simple, razn por la cual debe recurrirse al mezclado con un asfalto ms blando para obtener la penetracin deseada. Refinacin por Craking Los cambios en el crudo se operan por efecto de las altas temperaturas y presiones a las que se somete el crudo, siendo estos cambios de tipo qumico. Los productos de refinacin obtenidos por este mtodo no son utilizables para pavimentacin, ya que se obtienen asfaltos excesivamente duros. Tipos de asfaltos de pavimentacin Los asfaltos de pavimentacin que pueden obtenerse comercialmente en el mercado nacional son los productos directos de la refinacin, que pueden clasificarse como: cementos asflticos y asfaltos lquidos; pero tambin pueden ser comercializados como asfaltos emulsionados, o simplemente emulsiones, las cuales, en el caso venezolano, son procesadas por industrias privadas, al mezclar un cemento asfltico con un agente emulsificante y con agua. Cementos asflticos (CA) Son el producto directo de la refinacin, y tal como son producidos son empleados en la pavimentacin de carreteras. Se clasifican tradicionalmente en varios tipos, o grados, en funcin de su "penetracin o viscosidad", de acuerdo a lo indicado en la tabla siguiente:Tabla 1 Clasificacin de los cementos asflticos en funcin de su

Penetracin Viscosidad 40 - 50 (ms duro) AC-40 60 - 70 AC-20 85 - 100 AC-10 120 - 150 AC- 5 200 - 300 (ms blando) AC-2,5 En Venezuela hasta el ao 1995 se identificaban los CA en funcin de su penetracin, pero desde esa fecha se modific la Norma COVENIN 1670, y se cambi su denominacin a la clasificacin por viscosidad. Solo se comercializan los tipos A-20 y A-30, y en ciertas ocasiones, por pedidos especiales tambin un asfalto Tipo A-40, con las propiedades fsicas que se indican en la Tabla 1.1-9


Los cementos asflticos deben ser calentados a temperaturas relativamente altas (alrededor de los 150 C) con el fin de lograr un grado de fluidez que permita su adecuado manejo en planta (bombeo y mezclado), y en obra (extendido y compactacin). Como tambin en obra se calientan los agregados a esta misma temperatura en plantas especialmente diseadas para este fin, las mezclas asflticas que se obtienen a partir de los CA se denominan mezclas en caliente o mezclas en planta en caliente. La Figura 6 presenta los niveles de consumo de cementos asflticos para pavimentacin a nivel nacional. Si se considera que el CA es aproximadamente el 5% del total del peso de una mezcla en caliente, se deriva que el promedio de toneladas que se colocan sobre nuestras carreteras, autopistas, calles, avenidas y aeropuertos alcanza aproximadamente a los 6 millones de toneladas por ao.

Figura 6: Niveles de consumo de cemento asfltico en Venezuela Fuente: Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS)

Especificaciones de calidad para los cementos asflticos Las "Normas venezolanas para construccin de carreteras", conocidas como COVENIN 2000-87, han sido establecidas por la Comisin Venezolana de Normas Industriales (COVENIN), organismo adscrito a SENCAMER servicio a su vez dependiente del Ministerio de Produccin y Comercio que tiene bajo su responsabilidad todo lo referente a la normalizacin a nivel nacional. En el la Tabla 1 se transcribe la Norma COVENIN 1670-95, en la cual se indican las especificaciones de calidad vigentes para los cementos asflticos a ser comercializados en Venezuela, la cual define los tipos de asfalto en funcin de1-10


su viscosidad absoluta entre 100; as un asfalto A-20 significa un CA de viscosidad 2000 poise. Las Tablas 2 y 3 corresponden a la ltimas especificaciones del Instituto del Asfalto Americano (IDA), ya sea en funcin de la viscosidad original de la muestra (Tabla 2), o de la viscosidad despus del ensayo en estufa de pelcula delgada para los asfaltos envejecidos en laboratorio (Tabla 3), y que refleja un criterio ms tcnico para el establecimiento de las propiedades de los cementos asflticos, ya que ella representa las condiciones del material para el momento en que comenzar a prestar su servicio sobre la va, es decir despus de haber sido trabajado en planta y mezclado con los agregados.Tabla 1 Especificacin COVENIN 1670-95 para cementos asflticos de pavimentacin

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Aspectos generales, especificaciones y ensayos en asfaltos _______________________________________________________________________________ Tabla 2 Especificaciones ASTM (D3381-83) para cementos asflticos clasificados en funcin a la viscosidad de la muestra original a 60

(Fuente: "Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements", Instituto del Asfallto. Publicacin MS-22, 1983)

Tabla 3 Especificaciones ASTM (D3381-83) para cementos asflticos clasificados en funcin a la viscosidad de la muestra envejecida mediante el ensayo en Estufa Pelcula Delgada Rodante (TFROT)

(Fuente: "Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements", Instituto del Asfallto. Publicacin MS-22, 1983)

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Asfaltos diluidos (cut-backs) Si un C.A. es mezclado con uno de los solventes que han sido previamente extrados de un crudo en la torre de destilacin durante el proceso de refinacin (llamado por eso un corte o cut), se obtiene un asfalto diluido, precisamente por esto llamado cut-back, pero tambin denominados asfaltos lquidos, o asfaltos rebajados. En funcin del tipo de cemento asfltico que sirva de base para la mezcla, y del tipo de solvente que se emple, se obtienen: (1) Asfaltos diluidos de curado rpido (RC), cuando el C.A. es de penetracin 80/120 y el solvente es nafta o gasolina (2) Asfaltos diluidos de curado medio (MC) , cuando el C.A. es de penetracin 120/250 y el solvente es kerosene (3) Asfaltos diluidos de curado lento (SC), cuando el C.A. es de penetracin 200/300 y el solvente es un gasleo, ya sea el gasoil o el diesel. El trmino curado, que identifica a estos asfaltos se refiere al proceso de ganancia en viscosidad del material que ha sido aplicado, como consecuencia de la evaporacin del solvente. La facilidad o rapidez de esta evaporacin hace, en consecuencia, que sean identificados como de curado rpido, medio o lento (por slow en ingls). La rata de curado, por otra parte, tambin es funcin de la temperatura ambiente, cantidad de asfalto diluido aplicado y velocidad del viento. Los asfaltos diluidos pueden ser de consistencia 30, 70, 250, 800 3.000, correspondiendo este nmero al resultado del ensayo de viscosidad SayboltFurol (ASTM D244), cuya unidad de medida es el segundo. Un asfalto de viscosidad 70 es, en consecuencia, mucho ms fluido que un asfalto 3.000. La viscosidad resultante es funcin del tipo y porcentaje de C.A. que sea empleado. Y de la cantidad y tipo del solvente con el que sea mezclado el C.A. El RC-250, por ejemplo, contiene aproximadamente un 75% de C.A de penetracin 85/100. y un 25% de solvente, y un RC-3000 contiene un 85% del mismo tipo de C.A. pero un 15% de nafta. En Venezuela, por razones de comercializacin y desde que comenz la utilizacin de asfaltos diluidos (1942), solo se produce un tipo de RC, especficamente el RC-250 que anteriormente era llamado RC-2 y aun se le conoce deesta manera por aquellos profesionales y prcticos de pavimentacin con largos aos de experiencia y no se produce ningn MC ni SC. Como algunas aplicaciones en

carreteras particularmente los riegos de imprimacin 1 requieren asfaltos deEl riego de imprimacin es la aplicacin de una pelcula de solo asfalto diluido sobre una superficie no tratada ni con asfalto ni cemento, ya sea una base o sub-base granular o sobre la misma sub-rasante. El equipo mediante el cual se aplica se denomina camin distribuidor de asfalto. La cantidad de aplicacin vara entre 0.90 y 2.2 l/m2, en funcin del tipo de superficie sobre la cual se aplique el riego. 1-131


estos tipos por su mayor tiempo de curado, en Venezuela se ha resuelto este problema recurriendo a ligar el RC-250 con kerosene, o mas comnmente con gasoil, ya que este ltimo solvente siempre se encuentra disponible en una planta de asfalto por ser el combustible empleado para la propia planta y para los otros equipos de pavimentacin y/o los camiones en los cuales se transporta la mezcla en caliente. El RC-250 puro, sin ligar, se aplica como un riego en cantidades entre 0.15 y 0.35 l/m2, dejando una pelcula muy ligera sobre la superficie de una mezcla asfltica, sobre un suelocemento o sobre un pavimento de concreto hidrulico, el cual se denomina riego de adherencia , y su temperatura de aplicacin ya sea como riego o en mezclas se encuentra entre los 45 y 60C, por lo cual, cuando se emplean para ser mezclados con agregados normalmente arenas y gravas de ro se obtienen las llamadas mezclas en fro. Asfaltos emulsificados Un material de pavimentacin que ha tomado casi universalmente 2 el lugar de los asfaltos diluidos es conocido como asfalto emulsificado, emulsin asfltica o simplemente emulsin. Este material es una mezcla de C.A. y agua. Como estos dos componentes no son miscibles, se recurre a la incorporacin de un tercer elemento, llamado agente emulsificante que permite que la mezcla asfalto aguaemulsificante sea posible y estable. Los emulsificantes son agentes tensoactivos o surfactantes provenientes de los jabones, arcillas o resinas, y son productos patentados. Si se representa esquemticamente una emulsin se puede decir que existen dos fases, una discontinua o dispersa y la otra continua o dispersante. En funcin de estas fases se producen emulsiones directas o inversas. En las emulsiones directas, tambin llamadas aceite en agua, la fase dispersa es el betn y la continua el agua; en las inversas (agua en aceite), la fase discontinua es el agua y la continua el betn. (Ver Figura 7). Las emulsiones habitualmente utilizadas en el mbito vial son del tipo directa.

Venezuela es uno de los pocos pases en los que las emulsiones no han tenido una aplicacin masiva, debido fundamentalmente a que no se ha vencido la cultura del asfalto RC-250 y que por no haber una demanda suficiente, tampoco hay una oferta adecuada. Otra razn radica en que, por no ser producidos por Pdvsa sino por empresas manufactureras privadas, su precio es mayor al del RC-250 y las mezclas con ellas producidas mas costosas. Por estas razones, los contratistas del asfalto no estn muy convencidos de las ventajas de las emulsiones y no estimulan su empleo. 1-14

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Agua fase continua Betn fase dispersaEMULSION DIRECTA

Betn fase continua Agua fase dispersa

EMULSION INVERSA

Figura 7: Esquema de Emulsin directas y emulsin Inversa

Por el tamao de partcula de la fase dispersa las emulsiones asflticas son sistemas coloidales. Siendo el betn un material hidrfobo, para que este sistema se encuentre en equilibrio requiere de un emulgente; el mismo posee una cadena hidrocarbonada que tiene dos extremos, uno de ellos posee afinidad con el glbulo de asfalto y constituye la parte lipoflica y el otro extremo est asociada a un grupo que tiene afinidad con el agua (hidroflico). En la superficie interfacial del glbulo de asfalto y el agua, las fuerzas de enlace no estn compensadas y poseen cargas libres en la superficie, por el tamao de partcula las fuerzas superficiales predominan sobre las gravitatorias. Estas cargas libres las compensa el emulgente. A todo el conjunto de glbulo de asfalto y emulgente se lo denomina micela. Para lograr la mezcla se introduce el C.A. a un molino coloidal donde literalmente este material es molido en glbulos muy pequeos (de dimetro cercano a 0,0001 cm), y que al salir del molino son cubiertos por el emulsificante de tal manera que flotan en el agua sin agruparse nuevamente. Cuando los glbulos se unen pasan a formar una masa mas viscosa, y este proceso de agrupamiento de glbulos (o coagulacin) conduce a un incremento de viscosidad del lquido, se denomina rotura de la emulsin.

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La velocidad con que se logra la rotura (setting en ingls) depende fundamentalmente del tipo de emulsin. Se fabrican emulsiones de rotura rpida (RS), de rotura media (MS) y de rotura lenta (SS). Las emulsiones RS alcanzan su rotura por el simple contacto entre el material asfltico y la superficie sobre la cual se aplican, ya sea un pavimento como en el caso de los riegos, o sobre los granos gruesos de un agregado en el caso de una mezcla en preparacin. Las sales y el PH del agregado producen alteraciones dielctricas que desbalancean el equilibrio de la emulsin. Normalmente los emulsificantes de las RS son jabones formados por soda custica del agua emulsificada y los cidos naturales del asfalto. Este tipo de emulsin se emplea principalmente como riego de adherencia. Las emulsiones MS rompen por el contacto entre el agregado fino y la emulsin y se completa por la friccin generada durante el proceso de mezcla agregadoemulsin. Los emulsificantes son jabones preformados de algunas resinas y cidos grasos. Las emulsiones SS, por ltimo, inician su proceso de coagulacin (rotura) principalmente por la evaporacin del agua que forma la emulsin, la cual se completa por el proceso de mezclado con el agregado. Los emulsificantes comunes son sub-productos resinosos de la madera o protenas animales. Una caracterstica importante de las emulsiones es que se preparan con una carga dielctrica de signo contrario al del agregado con que sern mezclados; as se encuentran las llamadas cidas o catinicas (+), y las denominadas alcalinas o aninicas (-). Las emulsiones aninicas (-) (Figura 8) tienen como emulgente los jabones, oleatos o resinas de sodio o potasio, etc., que producen sobre la superficie del glbulo de asfalto una carga elctrica negativa, por lo cual la adherencia con los agregados ptreos no es tan efectiva dado que la mayora de ellos (granitos, etc.) de origen silceo estn tambin cargados electronegativamente. Estas emulsiones no comienzan a romper hasta que una porcin sustancial del agua se haya evaporado, y las partculas del betn tengan la posibilidad de unirse y depositarse sobre el agregado ptreo.

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R

COO R

R

COO R COO

Glbulo de Betn

-

R R COO R

COO

-

-

CH3 (CH2)16 COOcadena hidrocarbonada que se orienta dentro del betn

Figura 8: Micela de emulsin aninica

Las catinicas (+) (Figura 9), tienen como emulsionante compuestos de amonio cuaternario o aminas, que confieren al glbulo de asfalto una carga positiva. Estas emulsiones rompen principalmente por adsorcin del agente emulsionante sobre la superficie del agregado ptreo. (generalmente cargada negativamente).

NH3 R

+NH3 R

+ +NH

R

R3

R R NH3

NH3

+ +

+

Figura 9 :Micela de emulsin catinica

As, una emulsin aninica ser fabricada con un emulgente que carga negativamente al glbulo o miscela de asfalto, y se mezclar mas fcilmente con un agregado de carga positiva, tales como la caliza y la dolomita. Por el contrario, una emulsin catinica est cargada positivamente, y con ellas se logra buena adhesividad con cualquier tipo de rido, aun con agregados de carga negativa, como son las gravas de ro, que contienen altos porcentajes de slice y cuarzo. Se fabrican tambin emulsiones no-inicas, sin carga elctrica, pero no tienen aplicaciones en pavimentacin.

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La crisis petrolera del ao 1973 hizo que el mercado se orientase hacia las emulsiones por razones netamente econmicas, pues los asfaltos diluidos requieren para su fabricacin de productos altamente necesarios y escasos en el mercado como las gasolinas, kerosenes y gas oil. En la dcada del noventa se fortalece la industria de las emulsiones debido a una mayor toma de conciencia ambiental puesto que los asfaltos diluidos producen un impacto ambiental negativo al evaporar solventes orgnicos al medio ambiente. El principal campo de aplicacin de las emulsiones en Venezuela, para la fecha actual (2004) es como riego de adherencia, en reciclaje en sitio en fro y como sello de lechada asfltica (slurry seal). VI. Ensayos normalizados de calidad de los cementos asflticos A continuacin se describen brevemente los ensayos exigidos en la Norma COVENIN 1670-95: Ensayo de penetracin Permite determinar la dureza o consistencia relativa de los cementos asflticos, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente en una muestra de asfalto, en unas condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. El ensayo ha sido normalizado por la Asociacin Americana de Ensayos y Materiales (ASTM) bajo el cdigo ASTM D5, y consiste bsicamente en colocar una muestra del ligante en un recipiente de volumen normalizado hasta alcanzar la temperatura de referencia, apoyar sobre la muestra la aguja y dejarla penetrar durante un tiempo determinado. La profundidad de penetracin se mide en dcimas de milmetro. El ensayo convencional se ejecuta a una temperatura de 25 C, la carga aplicada aguja + pesa + vstago es de 100 gramos, y el tiempo de aplicacin de la carga es de 5 segundos (Figura 10). Ya que puede ejecutarse este ensayo bajo otras condiciones, al reportar los resultados, siempre deben indicarse en cuales condiciones de temperatura, carga y tiempo se ejecut el ensayo. Es evidente que mientras ms blando es el tipo de ligante, mayor ser la penetracin de la aguja. Este ensayo ha acompaado la tecnologa del asfalto desde que fue desarrollado en el ao 1888 y perfeccionado en el ao 1910. Los cementos asflticos que sean identificados en base a este ensayo, se clasifican dentro de uno de los grupos siguientes: 40/50, 60/70, 85/100, 120/150 y 200/300, en funcin del valor de penetracin que resulte del ensayo.

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Figura 10 Ensayo de penetracin a 25C, 100 g y 5 seg.

La clasificacin de los CA por penetracin tiene como ventaja el que este ensayo se ejecuta a aproximadamente la temperatura promedio anual que alcanza un CA a lo largo del ao (25C), cuando est formando parte de una mezcla de pavimentacin. Sin embargo ha sido sustituido por otros sistemas de clasificacin, por ser el ensayo de penetracin totalmente emprico ya que la rata de corte a la cual se somete la muestra durante el ensayo es muy diferente a la que sucede realmente en obra. Ensayos de viscosidad Los ensayos de viscosidad permiten determinar el grado de fluidez de un material asfltico a una temperatura determinada. Puede medirse por varios ensayos, siendo los ms comunes los de: Viscosidad Cinemtica o Viscosidad Absoluta. Viscosidad Cinemtica o Absoluta Las especificaciones de construccin actuales exigen una cierta fluidez de los asfaltos a temperaturas de 60C, o de 135C. En el caso de los cementos asflticos se ha establecido la temperatura de 60C, ya que ella representa la que ser alcanzada por el pavimento durante su vida de servicio. La temperatura de 135C permitir aproximar la viscosidad de los cementos asflticos en las etapas de mezclado y compactacin. Al conocer la viscosidad de estos asfaltos, a estas temperaturas, se podr determinar si el ligante propuesto es adecuado, o no, para el pavimento bajo el cual servir.1-19


El ensayo de viscosidad ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D445. En el caso de que se ejecute a 60C se emplea un "viscosmetro de tubo capilar" (Figura 11), el cual consiste en un tubo de vidrio que permite medir la velocidad de flujo de la muestra de ligante. Los tipos ms comunes de viscosmetro son los de vaco del Instituto del Asfalto, y de vaco de Cannon-Manning (Figura 12). Estos tubos capilares se calibran mediante el empleo de aceites especiales, y se obtiene para cada uno de ellos una "constante de calibracin", o "factor de calibracin". Este factor es suministrado directamente por la casa que fabrica los viscosmetros.

Figura 11: Viscosmetro de tubo capilar en un bao de temperatura constante

(12.a) (12.b) Figura 12: Viscosmetros de vaco. (129.a): del Instituto del Asfalto (12.b): de Cannon-Manning

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El viscosmetro se monta en un bao de agua a y se calienta hasta alcanzar la temperatura constante de 60C. Una muestra de asfalto, calentada hasta la misma temperatura, se vaca en el extremo ancho del tubo capilar, y se mantiene en el bao a 60C durante cierto tiempo el cual debe ser mayor de un minuto- para garantizar que se alcanza exactamente la temperatura exigida en el ensayo. Debido a que los cementos asflticos son muy viscosos a la temperatura de 60C, es necesario aplicar un vaco parcial en el extremo delgado del tubo viscosmetro para que comience el flujo de la muestra de ligante. Una vez que el cemento asfltico comienza a fluir, se mide, mediante un cronmetro, el tiempo que tarda en pasar por dos de las marcas del viscosmetro. Al multiplicar ese tiempo por el "factor de calibracin", se obtiene la viscosidad en "poises", que es la unidad patrn de medicin de la viscosidad absoluta, ya que se emple un vaco parcial durante el ensayo. Como se observa de la Figura 12.a, el viscosmetro del Instituto del Asfalto ha sido diseado con varias marcas para medir el tiempo de flujo; seleccionando el par apropiado se puede emplear el mismo viscosmetro para asfaltos con una amplia variacin de consistencia. En el caso de viscosmetros Cannon-Manning es necesario disponer de varios tubos, cada uno ser aplicable a un tipo de asfalto determinado. Cuando se ejecuta el ensayo a la temperatura de 135C, y debido a que a esa temperatura los cementos asflticos son mucho menos viscosos, ellos pueden fluir fcilmente sin que sea necesario aplicar el vaco parcial, es decir fluyen simplemente bajo la fuerza de gravedad. Se emplea, en consecuencia un tipo de viscosmetro diferente, siendo el de uso ms comn el "Zeitfuchs de brazos cruzados" (Figura 13), el cual es tambin calibrado por el fabricante mediante el empleo de aceites especiales. Por otra parte, ya que el ensayo se ejecuta a 135 C, no puede emplearse agua para calentar la muestra y el equipo; se emplean aceites de color muy claro que faciliten la observacin del proceso. El procedimiento de ensayo es similar al descrito anteriormente, pero se aplica una pequea presin en la parte gruesa del tubo para que la muestra comience a fluir. Cuando el asfalto pasa entre las dos marcas del tubo, se mide el tiempo que tarda en hacerlo. Este lapso, en segundos, se multiplica por el "factor de calibracin" del viscosmetro que se haya empleado, y se obtendr la viscosidad cinemtica, que se mide en "centistokes cSt".

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Figura 13: Tubo capilar de brazos cruzados y viscosmetro de gravedad

Es necesario recordar que las medidas de viscosidad para 135C y para 60C, se expresan en centistokes (cSt) y poises (P) respectivamente. En el ensayo de viscosidad cinemtica, la gravedad induce el flujo (resultados en centistokes), y la velocidad de flujo a travs del tubo depende de la densidad del material. En el ensayo de viscosidad absoluta, los resultados se dan en poises, y el flujo a travs del tubo se induce por medio de un vaco parcial, siendo despreciables los efectos de la fuerza de gravedad. Estas unidades centistokes y poisespueden ser convertidas una en otra aplicando, simplemente, un factor que es funcin de la densidad del lquido ensayado. Ensayo de Punto de Inflamacin El punto de inflamacin de un material asfltico se define como la temperatura ms baja a la cual se separan, en suficiente concentracin, los componentes voltiles del material, como para que se inflamen en presencia de una llama externa. Esta temperatura, en los cementos asflticos, como en cualquier otro ligante asfltico, permite determinar la temperatura a la cual pueden manejarse y almacenarse sin peligro de inflamacin. Esta es una informacin importante, ya que los asfaltos deben ser calentados a temperaturas relativamente elevadas, con el fin de reducir su viscosidad y permitir que puedan ser bombeados de un sitio a otro. El ensayo ms frecuente para determinar el punto de inflamacin es el de la "Copa abierta Cleveland", el cual ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D92. En algunas oportunidades se emplea el procedimiento PenskyMartens (ASTM D93) con el mismo propsito de determinar el punto de inflamacin.

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El procedimiento bsico en el ensayo Cleveland consiste en ir calentando gradualmente una muestra de asfalto en una copa de bronce (Figura 14). Al llegarse a una temperatura aproximada de 10C por debajo de la temperatura de punto de inflamacin esperada, se pasa peridicamente una pequea llama sobre la superficie de la muestra; se registra la temperatura de la muestra en el momento que se presenta la inflamacin de los vapores que libera la muestra ante el paso de la llama de ensayo, esta temperatura es el "punto de inflamacin" de esa muestra. Los cementos asflticos tienen un punto de inflamacin superior a los 232C, mientras que un asfalto diluido este valor es tan bajo como 45C.

(14.a) (14.b) Figura 14. Equipos de determinacin del punto de inflamacin: (14.a): Copa abierta Cleveland. (COC) (14.b): Copa Pensky-Martens

Ensayo en Estufa de Pelcula Delgada (TFOT 3) Este ensayo, uno de los de mayor importancia en la actualidad, no persigue proporcionar algn resultado directo excepto la prdida por calentamientosino reproducir las condiciones de temperatura y tiempo de manejo a las cuales los cementos asflticos sern sometidos realmente en una planta de asfalto. Estas condiciones producen un endurecimiento del cemento asfltico, y sus efectos sobre el ligante se miden por la relacin entre algunas propiedades "antes" y "despus" del ensayo; estas relaciones son empleadas para medir el envejecimiento que el material sufrir, a corto plazo, durante las etapas de preparacin de la mezcla en planta (almacenamiento del ligante y mezclado del ligante con el agregado), y de transporte, extendido y compactacin de la mezcla.3

TFOT por sus siglas en ingls: Thin Film Oven Test. 1-23


El ensayo TFOT consiste en colocar una muestra de un peso determinado (50 g) en un recipiente cilndrico de 13,97 cm. de dimetro, con un fondo plano, en forma tal que el espesor del material sea de aproximadamente 3 mm (Figura 15). La muestra se coloca sobre un soporte giratorio dentro de un horno y se mantiene a una temperatura de 163C -que representa la temperatura a la cual se calienta el asfalto en una planta de mezclado durante un lapso de 5 horas que corresponde al tiempo que se estima que un material asfltico podr recircular dentro de la planta antes de ser mezclado con los agregados. La muestra que ha sido artificialmente envejecida se somete a los ensayos convencionales de viscosidad y/o penetracin. Este mtodo ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D-1754.

Figura 15: Ensayo en Estufa de Pelcula Delgada (TFOT)

En algunos estados del oeste de los Estados Unidos se emplea el "Ensayo en Estufa de Pelcula Delgada Rodante (TFROT 4)" (ASTM D-2872) que consiste en una modificacin del equipo y procedimiento del TFOT an cuando el propsito del ensayo es el mismo. Este mtodo se ejecuta en un horno especialmente diseado, dentro del cual se colocan unos frascos de vidrio semejante a "tubos de ensayo" que contienen las muestras de material a ensayar (Figura 16). Los tubos se colocan horizontalmente dentro del horno y se ponen a girar y rotar. La temperatura de ensayo se mantiene a 163C. Mediante la rotacin del tubo se logra exponer directamente todo el volumen del material a la temperatura de ensayo. Adicionalmente, una vez durante cada rotacin, el tubo pasa frente a un chorro de aire caliente que permite remover cualquier vapor que se haya acumulado dentro de l. Las ventajas del procedimiento TFROT sobre el TFOT son que permite acomodar un mayor nmero de muestras dentro del horno, y que requiere un menor tiempo de ensayo (tan solo 75 minutos) para alcanzar el mismo grado de endurecimiento que en el TFOT.4

TFROT por sus siglas en ingls Thin Film Rolling Oven Test. 1-24


Figura 16: Ensayo en Estufa Rodante de Pelcula Delgada (TFROT)

Ensayo de Ductilidad La ductilidad es una medida de cuanto puede alargarse o estirarse una muestra de cemento asfltico antes de que se rompa en dos partes. Esta propiedad se mide mediante un ensayo de "estiramiento" en el cual una briqueta del cemento asfltico se alarga a una velocidad y temperatura determinada. El estiramiento se mantiene hasta que el hilo que se va formando se parta en dos (Figura 17). La longitud del hilo en el momento de rotura, en centmetros, se define como la ductilidad de la muestra ensayada. Este mtodo ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D-113. Es ms importante la existencia de la ductilidad que el valor directamente obtenido en el ensayo. Los materiales asflticos con ductilidad tienen mejores propiedades cementantes que aquellos sin esta propiedad.

Figura 17: Ensayo de Ductilidad

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Ensayo de Solubilidad El ensayo de solubilidad determina la pureza del cemento asfltico. La parte soluble en bisulfuro de carbono o en tricloroetileno que es menos peligroso en su manejo en laboratorio representa los constituyentes activos de cementacin; slo los materiales inertes como sales, carbn libre o contaminantes inorgnicos son insolubles. Este mtodo ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D-2042 y consiste en disolver aproximadamente 2 gr de muestra en 100 ml de solvente. Esta solucin se filtra a travs de una lmina de asbesto colocada dentro de un crisol de porcelana (crisol Gooch). Se pesa el material retenido por el filtro y se le expresa como un porcentaje de la muestra original, obtenindose por diferencia el porcentaje soluble en bisulfuro (Figura 18).

Figura 18: Ensayo de Solubilidad en Bisulfuro de Carbono

Ensayo de Punto de Ablandamiento Los asfaltos, tal como ha sido sealado en los ensayos de viscosidad, se reblandecen a temperaturas diferentes. El "punto de ablandamiento" se determina por el procedimiento de "anillo y bola" que consiste en llenar de asfalto un anillo de latn de dimensiones determinadas. La muestra as preparada se suspende en un bao de agua, y sobre el centro del anillo se coloca una bola de acero de dimensiones y peso especificados. A continuacin se calienta el bao de agua a una rata de incremento determinada, y se anota la temperatura a la cual la bola de acero toca una barra de acero que est colocada a 2,54 cm por debajo de la posicin inicial del anillo (Figura 19). Esta temperatura se define como el "Punto de Ablandamiento" de la muestra ensayada y es tambin una medida de la consistencia del ligante.

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Figura 19: Ensayo de Punto de Ablandamiento

Este ensayo ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D-2398, y es empleado fundamentalmente para conocer el grado o ndice de susceptibilidad que un material tiene ante las variaciones de temperatura. Posteriormente se har referencia a esta propiedad de los materiales asflticos. Ensayo de Peso Especfico (Gravedad Especfica) El valor del peso especfico del cemento asfltico no forma parte de las especificaciones para estos materiales, pero debe ser determinado ya que se requiere para efectuar las correcciones de volumen cuando se manipula a temperaturas elevadas, y ms importante an para el clculo de la densidad y vacos de las mezclas asflticas. El peso especfico se define como la relacin del peso de un volumen determinado de material y el peso de un volumen igual de agua, ambos volmenes a una misma temperatura. Este ensayo ha sido normalizado por la ASTM bajo el nmero D-70, y se determina el peso que la muestra de cemento asfltico alcanza dentro de un frasco de vidrio llamado picnmetro que tiene un volumen conocido (Figura 20). El peso especfico se determina a temperaturas de 15,5C para efectos de clculos volumtricos en las transacciones comerciales, y a 25C para clculos de vacos en las mezclas asflticas; es el valor a esta ltima temperatura el que interesa al Ingeniero de Pavimentos.

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Figura 20: Ensayo de Gravedad Especfica del Cemento Asfltico

Ensayo de Mancha El propsito de este ensayo es determinar si un C.A. ha sido daado debido a sobrecalentamiento, durante su proceso de refinacin. Como esta posibilidad es muy remota, por los controles que actualmente se emplean en las refineras, normalmente no se incluye como parte de las especificaciones. Este ensayo es una forma simple de cromatografa por papel, ya que consiste en una inspeccin visual de la mancha dejada sobre un papel filtro, de una muestra de C.A. disuelto en un solvente estndar, corrientemente nafta. Si la mancha dejada sobre el papel es uniforme y de un calor marrn, el ensayo se reporta como negativo y el material es aceptable. Si en el centro de la mancha, por el contrario, aparece una zona circular de color negro, el resultado del ensayo se reporta como positivo y la muestra debe ser rechazada (Figura 21). La validez del resultado de este ensayo ha sido siempre discutida, y debe sealarse que no debe ejecutarse el ensayo sobre muestras recuperadas (extradas) de una mezcla asfltica.

Figura 21: Posibles resultados en el ensayo de la Mancha Olifensis (negativo (lado izquierdo) y positivo (lado derecho)

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Valores tpicos de las propiedades fsicas de los asfaltos de penetracin producidos por la industria petrolera nacional La Figura 22 muestra, como ejemplo, los valores de resultados de los ensayos ejecutados sobre una muestra de cemento asfltico venezolano tipo A-20, tal como los reporta la industria petrolera nacional en los Certificados de Calidad que son entregados a un comprador cada vez que se despacha una gandola con estos productos, y son una garanta de la calidad del producto que Pdvsa suministra en sus refineras del CRP y/o de Bajo Grande.

Figura 22: Modelo de Certificado de calidad que debe acompaar cada despacho de Cemento Asfltico de acuerdo a la norma venezolana 1-29


VII. Los nuevos ensayos y criterios Superpave Los ensayos fsicos que se ejecutan sobre los C.A., y las especificaciones correspondientes, tienen una serie de limitaciones: (a). Algunos ensayos, como los de penetracin, punto de ablandamiento y ductilidad, son empricos y no tienen ninguna relacin directa con el comportamiento de las mezclas en el pavimento. (b) Los ensayos son ejecutados a una temperatura fija, y no toman en consideracin las diferencias climticas en que un mismo material pueda ser utilizado en regiones distintas. (c) No cubren los rangos probables de variaciones de temperatura a los que puede estar sometido el material asfltico a lo largo de su tiempo de servicio. (d) Consideran solo los efectos de envejecimiento a corto plazo, tal como lo hace el ensayo de TFROT, en el cual la muestra se somete a un condicionamiento de cinco horas, que asemeja el manejo en una planta de asfalto. Estos ensayos no reproducen, sin embargo, los efectos del clima a lo largo del periodo de servicio de un pavimento. (e) No se incluyen ensayos y especificaciones para asfaltos modificados, que son productos que han venido ganando aceptacin en los ltimos aos. (f) Los cementos asflticos pueden tener diferentes temperaturas y caractersticas de desempeo, dentro de un mismo sistema de clasificacin, ya sea por penetracin o viscosidad. Reconociendo las limitaciones anteriores en las normas y ensayos actuales, se inicio un programa de investigacin en el ano 1987, con una duracin de cinco aos y una inversin de 50 MM de US$, como una parte del Programa de Investigacin Estratgica en Carreteras (SHRP por sus siglas en ingles). En el campo de los materiales y mezclas asflticas se persegua el desarrollar ensayos con sustento cientfico y especificaciones relacionadas con el desempeo a lo largo del tiempo de servicio en obra. Como resultado de este esfuerzo investigativo, surge el llamado Sistema Superpave as denominado por su acronismo de las palabras inglesas SUperior PERforming Asphalt PAVEments y el cual ha sido registrado como nombre propio por la FHWA. Las caractersticas sobresalientes de Superpave son: (a) Los ensayos y normas son aplicables tanto a los cementos asflticos directamente producidos en las refineras, llamados asfaltos vrgenes, como a los asfaltos a los que se les incorpore un modificador. El trmino que se aplica para cubrir ambos tipos de materiales es el de ligante y,1-30


dentro del Sistema Superpave, se identifican con las siglas PG tomadas de las palabras inglesas PERFOMANCE GRADE. (b) El criterio, o propiedad, a ser normado permanece constante y vara la temperatura a la cual debe ser satisfecho este criterio. (c) Las propiedades fsicas medidas en los ligantes Superpave estn directamente relacionadas con comportamiento en campo a travs de principios de ingeniera. (d) Se contempla el rango total de temperaturas a la cual estar sometido el ligante en funcin de las condiciones climticas y periodo de servicio. (e) La especificacin Superpave requiere que el ligante sea ensayado a tres condiciones o etapas de trabajo (e-1) condicin del ligante al salir de la refinera y que debe ser transportado y almacenado, antes de ser mezclado con el agregado; (e-2) condicin del ligante durante el proceso de manejo en planta y mezclado con el agregado (envejecimiento a corto plazo); y (e-3) condicin del ligante durante su vida de servicio, es decir, a partir de su colocacin y compactacin en la carretera. (f) Los ensayos y especificaciones estn dirigidos a controlar tres tipos de fallas especficas de las mezclas asflticas: (f-1) deformacin permanente a altas temperaturas; (f-2) agrietamiento por fatiga a temperaturas intermedias; y (f-3) agrietamiento trmico a bajas temperaturas. (g) Las unidades empleadas en los ensayos y especificaciones estn de acuerdo a lo indicado en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Los ensayos Superpave La Tabla 4 resume los diferentes ensayos Superpave sobre el ligante asfltico, sus propsitos y los parmetros de comportamiento con los que estn asociados.Tabla 4 Resumen de los ensayos Superpave sobre los ligantes asflticosEnsayo Propsito Parm etro de com portam iento Ninguno

Seguridad industrial durante la operacin de la Punto de Inflamacin Copa Abierta Cleveland planta de asfalto Viscosmetro rotacional (RV) Medicin de las propiedades del ligante a altas temperaturas durante la etapa de construccin Simulacin del envejecimiento del ligante durante las etapas iniciales de mezclado, transporte y colocacin Simulacin del envejecimiento del ligante a lo largo de la vida de servicio, una vez que la capa asfltica ha sido puesta en servicio Medicin de las propiedades del ligante a temperaturas medias y altas durante la vida de servicio Medicin de las propiedades del ligante a temperaturas bajas durante la vida de servicio Medicin de las propiedades del ligante a temperaturas bajas durante la vida de servicio

Temperaturas de bombeo y mezclado

Pelcula delgada rodante en estufa (TFROT)

Resistencia al envejecimiento durante la construccin de la capa asfltica

Cmara de envejecimiento a presin (PAV)

Resistencia al envejecimiento durante la vida de servicio de la capa asfltica

Remetro de corte directo (DSR)

Resistencia a la deformacin permanente (ahuellamiento) y agrietamiento por fatiga Resistencia al agrietamiento por fatiga trmica Resistencia al agrietamiento por fatiga trmica

Remetro de viga a flexin (BBR)

Ensayo de tensin directa (DTT)

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A continuacin se describen los nuevos ensayos Superpave: Ensayo de Punto de Inflamacin en Copa Abierta Cleveland (COC) Este ensayo ya fue anteriormente descrito y se mantiene en la especificacin Superpave como medida de seguridad industrial ya que en toda planta de asfalto existen dos puntos de llama (caldera de aceite trmico y quemador o soplete del tambor secador), y permite conocer la temperatura mnima para la inflamacin en presencia de una llama externa. La especificacin Superpave establece un mnimo de 230C para todos los tipos de ligantes. Ensayo de viscosmetro rotacional (RV) La especificacin Superpave ha adoptado este ensayo con el fin de determinar la viscosidad de los ligantes a las temperaturas de trabajo siempre mayores a los 100 C , con el fin de asegurarse de que el ligante este suficientemente fluido como para ser bombeado con facilidad y para permitir un adecuado mezclado y cubrimiento del agregado. Este ensayo se ha escogido ya que permite ensayar asfaltos vrgenes modificados, que por su alta viscosidad no pueden ser ensayados en viscosmetros capilares, como los que han sido anteriormente descritos. La especificacin Superpave establece un mximo de viscosidad de 3 Pa-s a una temperatura de 135C, siendo esta temperatura la mnima de mezclado en las normas de construccin de mezclas en planta en caliente. El ensayo ha sido normalizado por la ASTM bajo el cdigo D 4402 (Viscosidad Brookfield); la Figura 23 presenta el principio de operacin del viscosmetro rotacional.

Figura 23: Principio de funcionamiento del viscosmetro rotacional

El equipo aplica una torsin para mantener una velocidad rotacional constante de 20 rpm en un cilindro vertical mientras la muestra se mantiene a una temperatura de 135C. Esta torsin esta directamente relacionada con la viscosidad de la muestra, la cual es leda directamente en la pantalla del viscosmetro, tal como se muestra en la Figura 24.

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Figura 24: Diagrama esquemtico del Viscosmetro Brookfield

Ensayo de envejecimiento en TFROT El ensayo TFROT (ASTM D2872), que ya ha sido descrito anteriormente, se incluye como parte de la metodologa Superpave con el fin de simular el envejecimiento a corto plazo que sufre un ligante durante el tiempo en que circula caliente por las tuberas y tanques de una planta de mezclado (unas cinco horas), y posteriormente durante el tiempo en que es mezclado con el agregado (cercano a un minuto). El ensayo de TFROT fue seleccionado ya que permite exponer continuamente el ligante al calor y a la corriente de aire caliente durante su movimiento de rotacin dentro del equipo; por otra parte, permite, gracias a este movimiento rotacional de la muestra, el que, en caso de emplear modificadores de ligante, el que estos se mantengan dispersos en el asfalto, sin formar una capa o piel que evite el envejecimiento uniforme de la totalidad de la muestra bajo ensayo. Las muestras de asfalto condicionado por TFROT sern posteriormente sometidas al ensayo de DSR. En las especificaciones Superpave se indica adicionalmente, en cuanto al residuo del material sometido al TFROT, el que la perdida de masa no exceda el 1%. Ensayo de Envejecimiento en Cmara a Presin (PAV) Este ensayo fue incluido como parte de Superpave con el fin de simular el proceso de envejecimiento al que estar sometido un ligante asfltico durante un lapso estimado entre 5 y 10 aos de su vida de servicio como parte del pavimento. El ensayo se ejecuta sobre las muestras que ya han sido sometidas al ensayo de TFROT, ya que un ligante antes de ser colocado, como parte de la mezcla en el pavimento, ha sufrido un envejecimiento previo durante su calentamiento y mezclado en planta.

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El equipo de PAV consiste de un cilindro metalico que permite aplicar aire a presin hasta alcanzar los 2070 kPa, a un grupo de muestras que se colocan dentro de una rejilla (bastidor) a la temperatura de ensayo, la cual puede ser de 90C, 100C o 110C, y la cual se debe mantener durante un periodo de 20 horas. Luego de este lapso las muestras se colocan dentro de un horno, a una temperatura de 163C, durante 30 minutos, con el fin de eliminar cualquier aire que haya podido quedar atrapado dentro de la muestra. Las muestras que han sido condicionadas con el PAV son posteriormente sometidas a ensayos de DSR, BBR y DDT, tal como se comentara mas adelante. La Figura 25 muestra un corte esquemtico de una cmara PAV.

Figura 25: Equipo de Cmara de Envejecimiento a Presin (PAV)

Ensayo de Remetro de Viga a Flexin (BBR) Debido a la alta rigidez de un ligante a bajas temperaturas, puede sufrir agrietamiento por temperatura, aun cuando no estuviese sometido al paso de las cargas, especialmente cuando la cada de temperatura es muy brusca. A medida que el pavimento se contrae, comienzan a generarse esfuerzos dentro de la estructura del pavimento, que pueden exceder la capacidad de relajacin de la mezcla asfltica, y el pavimento se agrieta como el medio para aliviar los esfuerzos internos. El equipo de BBR es un aparato simple que mide cuanto puede deformarse un ligante sometido a una carga constante cuando se encuentra a bajas temperaturas y se comporta como un slido elstico. El principio de operacin se ilustra en la Figura 26, y consiste en someter a una muestra, con las dimensiones de una pequea muestra prismtica (viga), a una carga en su1-34


punto medio durante un tiempo de cuatro minutos. El sistema de medicin registra la carga y la deflexin de la viga y se calcula su resistencia a la fluencia (creep) y la rata de deformacin.

Figura 26: Equipo de Remetro de Viga a Flexin (BBR)

Debido a las condiciones climticas de Venezuela, bajo las cuales no suceden bajas temperaturas, no se considera necesario profundizar en el sentido de este ensayo. Ensayo de Tensin Directa (DTT) Diversos estudios relacionados con el comportamiento de los asfaltos a bajas temperaturas han demostrado una buena correlacin entre su rigidez y el alargamiento que este soporta antes de romperse. Los asfaltos que soportan un considerable alargamiento son denominados dctiles, mientras que los que se rompen con poco alargamiento son llamados frgiles. Es importante que un ligante soporte un mnimo de alargamiento. Generalmente los asfaltos mas viscosos son mas frgiles y los menos viscosos mas dctiles. La Figura 27 ilustra en forma esquemtica el ensayo DDT, que es ejecutado a las temperaturas en que el ligante tiene un comportamiento frgil, es decir en el rango entre 0C y -36C. El ensayo se ejecuta sobre muestras previamente condicionadas (envejecidas) por TFROT y PAV. Al igual que el ensayo BBR, debido a las condiciones climticas de Venezuela, bajo las cuales no suceden bajas temperaturas, no se considera necesario profundizar en el sentido de este ensayo.

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Figura 27: Esquema del Ensayo de Tensin Directa (DDT)

Ensayo de remetro de corte directo (DSR) En este ensayo, conocido tambin como remetro dinmico de corte, se emplean equipos que han sido utilizados durante muchos aos en la industria del plstico y sirve para evaluar el comportamiento del ligante en funcin del tiempo de carga y la temperatura de aplicacin. El DSR es usado para evaluar las propiedades reolgicas (comportamiento viscoso y elstico) a temperaturas intermedias y altas, en funcin de los siguientes parmetros: (a) Modulo complejo de corte (G*) y (b) ngulo de fase (-delta). El Modulo Complejo (G*) puede ser considerado como la resistencia total del ligante a ser deformado cuando este es sometido a un esfuerzo cortante repetitivo. El G* consiste de dos componentes: el Mdulo de almacenamiento (G) o su parte elstica (recuperable) y el Mdulo de perdida (G) o su componente viscoso (no recuperable). El ngulo de fase () es un indicador de la cantidad relativa de deformacin recuperable y no recuperable. Tal como se muestra en la Figura 28, los ligantes se comportan como slidos elsticos cuando estn a muy bajas temperaturas (G), pero a altas temperaturas (muy por arriba de las temperaturas que alcanzan en un pavimento en una carretera) se comportan como fluidos viscosos (G). A las temperaturas que puede alcanzar en un pavimento, en consecuencia, el ligante se comporta como un material visco-elstico que, cuando es cargado, parte de su deformacin ser recuperable y otra parte no lo ser.

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Figura28:Componentes del Modulo Complejo (G*)

El principio de operacin del DSR es muy simple: el ligante es colocado entre una placa fija y otra que oscila. Cuando se aplica un movimiento de giro (torsin) a la placa oscilante, esta se mueve del punto A al punto B (Figura 29). Del punto B regresa hasta el punto C, pasando nuevamente por A. Del punto C, finalmente regresa al punto A. El movimiento total comprende un ciclo de oscilacin. Si ocurriesen dos ciclos en un segundo la frecuencia de oscilacin seria de dos ciclos por segundo o dos hertz (Hz). Todos los ensayos Superpave son ejecutados a una frecuencia de 1.59 Hz, lo que es equivalente a 10 radianes por segundo, y que a su vez representa un vehculo viajando a una velocidad aproximada de 90 kph.

Figura 29: Equipo DSR

La relacin entre el esfuerzo aplicado () y la deformacin resultante () se emplea para calcular el valor de G*:1-37


G* = max / maxEl tiempo transcurrido entre la carga aplicada y la deformacin resultante corresponde al ngulo de fase (). Para un material perfectamente elstico, sucede una respuesta instantnea y, por lo tanto, el valor de es cero. Cuando se ensaya un lquido viscoso, tal como un cemento asfltico muy caliente, no hay muy poca recuperacin de la deformacin y el tiempo de fase es muy largo; en este caso se aproxima a los 90 grados. Tal como ha sido mencionado, los ligantes asflticos a las temperaturas de trabajo muestran un comportamiento esfuerzo-deformacin comprendido entre estos dos extremos.

Figura 30: Respuesta esfuerzo-deformacin de un material viscoelstico

El equipo DSR se emplea en la especificacin Superpave para medir las propiedades de los ligantes a temperaturas de servicio mximas e intermedias. El valor para la temperatura mxima de ensayo se determina promediando las mas altas temperaturas del pavimento durante lapsos de siete das continuos, y se toma el promedio mximo resultante. La temperatura intermedia se fija en un promedio aproximado entre la mxima temperatura alta y la temperatura mnima, siendo esta el menor valor de temperatura que alcanza el pavimento en el sitio en que ser colocado. La medicin de los valores de G* y se efectan tres veces con el equipo DSR: en sus condiciones de (1) ligante original (no envejecido), (2) envejecido en TFROT y por ultimo (3) envejecido en el equipo PAV. Las muestras de ligante original y envejecido en TFROT se ensayan a la temperatura mxima para determinar su habilidad para resistir la deformacin permanente o1-38


ahuellamiento. Las muestras condicionadas mediante el PAV se ensayan a la temperatura intermedia para determinar la capacidad del ligante para resistir el agrietamiento por fatiga. Tipos de ligantes segn el Grado PG La Tabla 5 presenta los tipos de ligantes PG de acuerdo al Sistema Superpave y en la Tabla 8 se detallan los requisitos fsicos establecidos en la especificacin AASHTO MP1-93 para cada Grado PG.Tabla 5 Grados de ligante PG

Tipo de ligante

PG-XXYY PG-XXYY PG-XXYY PG-XXYY PG-XXYY PG-XXYY PG-XXYY

Temperatura mxima (C ) 46 52 58 64 70 76 82

Temperaturas mnimas (C ) 34, 40, 46 10, 16, 22, 28, 34, 40, 46 16, 22, 28, 34, 40 10, 16, 22, 28, 34, 40 10, 16, 22, 28, 34, 40 10, 16, 22, 28, 34 10, 16, 22, 28, 34

Nota: los caracteres XX y YY corresponden a la mxima y mnima temperatura de trabajo en el pavimento esperado en el sitio de trabajo.

Para determinar las temperaturas mximas y mnimas en el sitio de la obra, para as definir el tipo de Grado PG, y por lo tanto las temperaturas alta, intermedia y baja para la ejecucin de los ensayos, Superpave propone disponer de una base de datos de temperatura del aire lo suficientemente amplia, con un mnimo de 20 aos de registro, en el sitio de proyecto y definir para cada ano los siete (7) das continuos de mayor temperatura. El promedio que resulte ms alto se toma como la mxima temperatura del aire. La temperatura mnima, por otra parte, se toma como la menor temperatura durante los aos de registro. La temperatura intermedia se establece como el promedio aritmtico de la mxima y mnima temperatura, y a este promedio se le suman 4C. Las nuevas especificaciones Superpave, sin embargo, estn basadas en las temperaturas del pavimento y no en las del aire. La temperatura mxima de diseo esta definida a una profundidad de 20 mm por debajo de la superficie del pavimento, y la mnima se toma en su superficie. Utilizando distintas metodologas y modelos existentes, Superpave desarrollo las siguientes ecuaciones para correlacionar las temperaturas del pavimento con las temperaturas del aire:1-39


(a) Temperatura mxima (T20mm) T20mm = (Taire 0.00618 * Lat 2 + 0.2289 * Lat + 42.2) * (0.9545) 17.78 Donde: T20mm = temperatura mxima a una profundidad de 20 mm del pavimento (C) Taire = promedio de las mximas temperaturas del aire durante 7 das continuos (C) Lat = Latitud geogrfica del proyecto en grados

(b) Temperatura mnima (Tsuperf)Tsuperf = 0.859 * Taire + 1.7 Donde: Tsuperf = temperatura mnima de diseo en la superficie (C) Taire = Temperatura mnima del aire (C) Se incluye, adems, un procedimiento para mejorar la confiabilidad en la seleccin del ligante, el cual consiste en afectar las temperaturas del aire, tanto la mxima como la mnima en el valor de dos veces la desviacin estndar, con lo cual se introduce una confiabilidad estadstica del 98%. Segn algunos investigadores este nivel de confianza implica valores muy conservadores en el proceso de seleccin del tipo de ligante. Adicionalmente, las temperaturas mximas y mnimas de los Grados PG especificados por Superpave deben ser iguales o mayores a las calculadas para 50% de confiabilidad (valores promedios) o 98% de confianza, lo que significa que, segn el criterio empleado, de no cumplirse con un determinado grado, ser necesario seleccionar el Grado PG inmediatamente superior, lo que en la practica significa que se incrementara en 6 C las temperaturas, ya que los Grados PG mostrados en la Tabla 5 varan de seis en seis grados, tanto para temperaturas mximas como para las mnimas. Adicionalmente Superpave recomienda que en climas muy calidos, transito pesado a muy baja velocidad (como en los accesos a los peajes o alcabalas), o en vas con un muy alto numero de repeticiones de ejes equivalentes de diseo (mas de 30 millones), se incremente en uno o dos Grados PG la temperatura mxima del ligante.

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Es importante sealar que el Sistema Superpave advierte que la seleccin del tipo de ligante, siguiendo los criterios anteriormente expuestos, no representa una garanta del buen comportamiento del pavimento, ya que la fatiga es muy dependiente de la carga vehicular y de la estructura del pavimento. La deformacin permanente de una mezcla, por otra parte, esta directamente relacionada con su capacidad para absorber los esfuerzos, lo que depende en gran parte de la interrelacin asfalto-agregado, y de las propiedades mismas del agregado que sea empleado en la mezcla asfltica. Puede concluirse, finalmente, que la seleccin de un tipo de Grado PG comprende una serie de factores que el Ingeniero de Pavimentos debe considerar para la prediccin del posible comportamiento del pavimento. La Especificacin Superpave La especificacin Superpave para los ligantes asflticos parte del principio de que las propiedades establecidas para un ensayo permanecen constantes independientemente del tipo de ligante PG propuesto o seleccionado, pero que la temperatura a la cual debe ser obtenida cambia de grado a grado de ligante, dependiendo del rango de temperaturas que caracterizan el clima en el lugar en que el ligante PG vaya a ser empleado. Los ligantes, en consecuencia, son denominados no solo como PG, sino que su identificacin se complementa con dos pares de dgitos: el primer par corresponde a la temperatura mxima a la cual ha de trabajar el pavimento, y el segundo par, precedido de un signo negativo (), significa la temperatura mnima que se espera que alcance el pavimento en este sitio de trabajo. As, un ligante PG-6428 debe ser empleado en un sitio en el cual las temperaturas mximas y mnimas esperadas por el pavimento varen entre los +64 C y los ()28 C. Tal como ha sido sealado, la Especificacin Superpave (AASHTO MP1-93) esta relacionada con el comportamiento del pavimento, por lo cual esta dirigida a atender los tres parmetros principales que caracterizan su desempeo: (a) deformacin permanente o ahuellamiento; (b) agrietamiento por fatiga y (c) agrietamiento por baja temperatura o fatiga trmica. Adicionalmente incluye aspectos relacionados con seguridad, bombeo y manejo, y evala el aspecto del envejecimiento a corto y largo plazo. El parmetro de deformacin permanente (ahuellamiento) Para que un ligante presente una adecuada resistencia al ahuellamiento, se requiere que posea tanto un alto valor de Modulo Complejo (G*) como un bajo Angulo de fase (). A un mayor G* corresponde una mayor rigidez del ligante, y en consecuencia mayor ser su resistencia al ahuellamiento. Por otra parte, un menor significa que el ligante tendr mayor elasticidad, es decir podr recuperar la deformacin que le sea generada por una carga aplicada.

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Las determinaciones de G* y se realizan a altas temperaturas, tanto a las muestras de ligante original como a las envejecidas por TFROT. Las muestras bajo esta ultima condicin representan al ligante en sus momentos iniciales del periodo de comportamiento, es decir inmediatamente despus de haber sido ya colocada y compactada la mezcla en la carretera y en el momento exactamente antes de que comience su posible envejecimiento por estar en servicio. Ya que por el envejecimiento sobre la va se incrementa la rigidez del asfalto (aspecto que ser comentado al tratar sobre la qumica de los asfaltos), se mejora su capacidad de resistir el ahuellamiento. El ensayar los ligantes en el momento inmediatamente anterior al inicio de su vida de servicio es, por lo tanto, critico en cuanto a su resistencia a la deformacin permanente. La especificacin ha establecido el ensayo de DSR sobre el ligante original (antes del TFROT) como una medida de seguridad para aquellos ligantes cuyos residuos del TFROT no indiquen la realidad de su envejecimiento durante las etapas de manejo y mezclado en planta y su transporte, extendido y compactacin en obra. La Especificacin Superpave incorpora el criterio de resistencia a la deformacin permanente por medio de la expresin G*/sen, y los valores indicados son de al menos 1.00 kPa para el ligante original y un mnimo de 2.20 kPa despus que haya sido envejecido en el TFROT. Ambas determinaciones deben ser ejecutadas a la mxima temperatura de trabajo. El primer limite fue establecido por los investigadores SHRP en base al buen desempeo que estaban presentando los C.A. del tipo A-10 a temperaturas moderadas (de hasta 60C) y que, ensayados al DSR en su condicin original, resultaron con valores mnimos de G*/sen de 1.0 kPa. El criterio de un mnimo valor de 2.20 kPa para G*/sen fue establecido, por otra parte, en funcin de que estos mismos AC-10 presentaban un ndice de Envejecimiento (viscosidad despus de TFROT / viscosidad original) entre 2 y 2.5, es decir que se volvan entre 2 y 2,5 veces mas rgidos cuando fueron envejecidos en el TFROT. Para fijar este valor de 2.20 kPa se tomo el valor promedio del rango observado. El parmetro de resistencia al agrietamiento por fatiga La Especificacin Superpave incorpora un factor de fatiga por medio de la expresin G* x sen, y establece un mximo de 5000 kPa para las muestras que han sido condicionadas tanto en el TFROT como en el PAV. El ensayo se ejecuta a una temperatura que representa la temperatura intermedia de servicio del pavimento. La especificacin original haba fijado un mximo de 3000 kPa para el criterio de G* x sen, sin embargo, ante el hecho de que mas de la mitad de los 42 ligantes analizados durante la investigacin Superpave no pudo satisfacer esta exigencia, el Grupo de Investigadores decidi incrementar este valor a 5000 kPa hasta tanto se dispusiese de mayor numero de resultados. El valor de 5000 kPa

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pareci, por otra parte razonable, ya que el 85% de las 42 muestras de ligante si cumplieron con este nuevo limite. Aplicacin en Venezuela de las Especificaciones Superpave En el ao 1996 los Ingenieros Jugo y Urbez adelantaron una investigacin referente a la implementacin de la Especificacin Superpave para el caso venezolano 5. En esta investigacin seleccionaron cuatro zonas del pas que comprendiesen diferentes elevaciones sobre el nivel del mar, y con latitudes extremas dentro de nuestra geografa. Las zonas seleccionadas fueron: La Colonia Tovar, Estado Aragua Coro, Estado Falcn Maracaibo, Estado Zulia, y Puerto Ayacucho, Estado Amazonas La Tabla 6 resume las caractersticas geogrficas de estas zonas:Tabla 6 Caractersticas geogrficas de las zonas analizadas Temperatura mxima absoluta (C) Desviacin Promedio estndar Temperatura mnima absoluta (C) Desviacin Promedio estndar

Zona

Latitud (grados)

Altitud (msnm)

Colonia Tovar Coro Maracaibo Pto. Ayacucho

10 11 10 5

1.790 20 66 100

24.1 38.2 37.0 37.0

1.03 1.36 1.15 1.62

7.1 19.9 20.0 19.7

1.60 1.19 0.93 0.95

Los resultados de la investigacin, siguiendo la metodologa Superpave, indican que los Grados PG son iguales para niveles de confianza de 50 y 98%, -debido a la baja variabilidad de las temperaturas que se registran en Venezuela- y que la temperatura mxima de nuestros pavimentos podr alcanzar aproximadamente los 63C, y las mnimas estarn en el orden de los 5C, por lo cual un ligante PG 64 corresponde a la especificacin por temperatura mxima y es un valor adecuado para la escogencia del tipo de asfalto a ser empleado comnmente en Venezuela. Con respecto al Grado PG bajo por temperaturas mnimas, estas no son criticas, por no alcanzar en ningn caso el valor menor de (-) 10 C que indica Superpave. Como era de esperar, por otra parte, las temperaturas del aire, tanto mximas como mnimas, se ven mas afectadas por la altura sobre el nivel del mar que por la latitud.

Jugo y Urbaez: Las nuevas especificaciones Superpave para ligantes asfalticos y su posible uso en Venezuela, Boletn Tecnico del INVEAS, Ao 2, Publicacin N. 9, Septiembre de 1996. 1-43

5


La investigacin recomienda que para las zonas altas del pas, con temperaturas mximas moderadas, sean recomendables los Grados PG-58 y PG-64. Para las zonas bajas de mayor temperatura son recomendables los Grados PG-64 y PG70. Estos mismos grados (PG-64 y PG-70) son los recomendables para carreteras en que se esperen grandes cargas y/o alto numero de repeticiones de ejes equivalentes. Como se observa, el Grado PG-64 es comn para todas las zonas geogrficas de Venezuela y debe ser, en consecuencia, el que debiera ser empleado para la generalidad de nuestras carreteras. Los Grados PG de los asfaltos venezolanos La Tabla 7 resume las caractersticas de viscosidad y penetracin de los asfaltos venezolanos, as como su correspondiente Grado PG. Como se observa de esta tabla, la gran mayora de nuestros asfaltos cumplen con los requisitos Superpave para las zonas geogrficas de Venezuela y que fueron discutidos en la investigacin de Jugo&Urbaez. Esta tabla permite afirmar, por otra parte, la excelente calidad de nuestros asfaltos ya que en algunos crudos pueden obtenerse asfaltos de Grado PG-70 directamente de la refinera, sin tener que acudir al recurso de la adicin de modificadores de ligante, del tipo polmero o similar, lo que se traduce en un buen comportamiento en servicio tanto a altas como a bajas temperaturas.Tabla 7 Grados PG de los asfaltos venezolanos

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Aspectos generales, especificaciones y ensayos en asfaltos _______________________________________________________________________________ Tabla 8 Especificaciones Superpave para ligantes segn su Grado PG

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VIII. Informacin complementaria Evolucin de los Costos de los materiales asflticos en Venezuela En Venezuela, quizs por ser un pas productor de petrleo, se haba venido subsidiando el precio interno de los productos derivados del crudo, entre ellos el de los asfaltos de pavimentacin. Durante ms de 20 aos el precio de los cementos asflticos estuvo en la cifra de 60,00 Bs/ton (14 US$/ton), y el de los asfaltos lquidos diluidos en los 75,00 Bs/ton (17 US$/ton). Para esa poca la tonelada de asfalto de pavimentacin en USA se ubicaba en los 185 US$/ton. Para la industria petrolera nacional, por otra parte, el negocio del asfalto para consumo nacional no significaba un ingreso importante, por los bajos volmenes demandados por los empresarios de pavimentacin. Mientras el Bolvar se mantuvo a 4,30 por US$, no era tan atractiva la exportacin de productos terminados en los cuales los asfaltos fueran insumos importantes -pinturas impermeabilizantes, mantos asflticos, tejas asflticas, etc. El cambio de paridad entre el bolvar y el US$ que ocurre en el ao 1983, hace cambiar esa orientacin, y la industria petrolera nacional, con el fin de evitar una exportacin masiva, segn la Resolucin N 610, de fecha 17/10/83, dictada por el Ministerio de Minas, fija dos tipos de precios: uno para consumo nacional y otro para exportacin. Tales precios eran: Para consumo nacional: Cementos asflticos en 175,00 Bs/ton (13.83 US$/ton) Asfaltos diluidos en 180,00 Bs/ton (14.22 US$/ton) Para exportacin de productos terminados en los cuales se utilicen los materiales asflticos como insumos Cualquier producto con un precio de 695,00 Bs/ton (54.94 US $/ton) (Este valor es semejante al costo de produccin para esa fecha) Con motivo de las medidas de ajuste tomadas por el ejecutivo nacional en el mes de febrero de 1989, el precio de los productos de pavimentacin se dobla y se coloca en los 350,00 Bs/ton para los cementos asflticos y en los 360,00 Bs/ton para los asfaltos diluidos, sin embargo los precios en US$ seguan siendo excesivamente bajos en funcin de la paridad cambiaria para ese momento (38.68 Bs/US$), por lo cual los precios en US$ eran de 9.05 y 9.31 dlares por tonelada para los C.A. y los diluidos, respectivamente. A partir de ese momento los precios unitarios de los productos asflticos de pavimentacin cambian en funcin de las variaciones de la paridad cambiaria entre el bolvar y el dlar.

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As, entre los aos 1989 y 1999, cuando el bolvar pasa del orden de los 40 a los 680 por US$, la tonelada de cemento asfltico se ubica en un promedio de 80 US$, y su precio en bolvares va variando paralelo al cambio entre el bolvar y el dlar. Entre los aos 2000 y 2002 el bolvar se cotiza desde los 670 a los 1.400 unidades por dlar, y la tonelada de cemento asfltico varia entre los 85 y 125 dlares por tonelada, alcanzando su mximo valor en el mes de julio de 2000 cuando el bolvar se cotizaba a 687 por dlar. En el mes de octubre del 2002 el precio se ubica en 213M bolvares por tonelada (150 US$) y este precio se mantiene en bolvares hasta junio de 2004 cuando cambia a 325M Bs/ton (169 US$/ton). En este ultimo ao se produjo un nuevo incremento, aun cuando el bolvar se ha mantenido, al menos oficialmente en una paridad de 1.920 por US$, cuando en el mes de octubre alcanza los 352 MBs/ton (183 (US$/ton). El asfalto diluido, por su parte, se ubicaba en los 178 US$/ton para octubre de 2002, y dos aos mas tarde alcanza la cifra de 225 US$/ton. La Tabla 9 resume la variacin promedio de los precios unitarios promedios de las mezclas asflticas en caliente en el mercado venezolano de la pavimentacin.Tabla 9 Evolucin de los precios de mezcla asfltica en caliente

Periodo 1960-1983 1983-1989 1989-1999 1999-2003 2003-2004 2004-2006 2004-2008

Precio en US$/ton 10.50 54.25 62.17 45.00 38.50 69.76 88.73

A partir del ao 2006 se observa un incremento importante en los precios de las mezclas asflticas, como consecuencia del aumento en los precios de los agregados. El precio del material as

diseÑo de pavimentos mod ii

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