formulac mezclas asf córdoba octubre 2007
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Convenio DNV-CPA
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALESCONVENCIONALES
Dirección Nacional de VialidadDirección Nacional de Vialidad
Convenio DNV-CPA, 2007
Córdoba Córdoba –– octubre 2007octubre 2007
Ing. Jorge A. Páramo
Convenio DNV-CPA
Mezcla Mezcla semidensasemidensa
Mezcla de granulometría Mezcla de granulometría discontinuadiscontinua
Convenio DNV-CPA, 2007
Mezcla densaMezcla densa
Convenio DNV-CPA
Convenio DNV-CPA, 2007
Convenio DNV-CPA
• Las propiedades de la mezcla son dependientes de las proporciones en volumen de sus componentes
á
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS Conceptos Generales
Convenio DNV-CPA, 2007
• No obstante, por razones prácticas, la producción se realiza con proporciones en peso– Es necesario considerar los pesos específicos
y eventualmente realizar correcciones*
Convenio DNV-CPA
Conceptos Generales
• La determinación de la granulometría de los agregados debe hacerse por vías seca y húmeda
Granulometría
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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p y• Vía seca, para conformar las muestras representativas• Vía húmeda, para el cálculo de la dosificación de áridos• La diferencia de ambas granulometrías se manifiesta
claramente en los materiales pasantes por el tamiz 40, (0,42 mm)
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• ¿Qué son?• ¿Por qué son importantes?• ¿Cómo se calculan?
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
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Convenio DNV-CPA
¿Qué son las propiedades volumétricas?
Son las propiedades físicas que ayudan a interpretar como se desempeñará una mezcla
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
• Vacíos de Aire “V”• Vacíos del Agregado Mineral “VAM”• Vacíos del Agregado Mineral ocupados por
Asfalto “RBV” (Relación Betún Vacíos)
como se desempeñará una mezcla
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¿Por qué son importantes las Propiedades Volumétricas?
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
• Son las mejores herramientas disponibles para proveer información empírica, sobre el desempeño de la mezcla en servicio
Convenio DNV-CPA
¿Cómo se calculan?
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
Convenio DNV-CPA
Vacíos de Aire en la Mezcla
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
• Son los espacios de la mezcla ocupados por aire• Se requieren para dar lugar a la expansión del cemento
asfáltico• En la dosificación de la mezcla los vacíos de aire deben
ocupar un volumen de entre 3 y 5 %
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Conceptos sobre el VAM
• El mínimo de VAM se establece para obtener el volumen necesario para alojar alrededor de 4 % de vacíos de airey un espesor adecuado de película de ligante que provea
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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y un espesor adecuado de película de ligante que provea durabilidad a la mezcla
• Las mezclas con bajos VAM, son muy sensibles en sus propiedades frente a pequeños cambios del contenido de asfalto
• El VAM es preponderantemente afectado por la fracción que pasa el tamiz 200
Convenio DNV-CPA
V.A.M. mínimos en función del TMN
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Es conveniente que el VAM no supere
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Convenio DNV-CPA, 2007
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13
15
17
19
1,18 2,36 4,75 9,5 12,5 19 25 37,5 50
Tamaño máximo nominal (mm)
VA
M (%
) en más del 2 %, el mínimo requerido
por el tamaño máximo de agregado
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Vacíos ocupados por Asfalto (Relación Betún Vacíos)
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• Es la proporción de los Vacíos del Agregado Mineral (VAM) que son ocupados por el cemento asfáltico
(Relación Betún Vacíos)
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Vacíos ocupados por Asfalto (RBV)
Vacíos de aire V
Volumen de asfalto efectivo CA
VAM
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Volumen de agregados RBV = CA / VAM (%)
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Relación Betún Vacíos Vs Tránsito
80
85
cíos
(%)
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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60
65
70
75
0,3 1 3 10 30 100 300
Tránsito N x 10^6
Rela
ción
Bet
ún V
ac
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Efectos sobre las características de la mezcla
• VAM:– Muy bajos – insuficiente asfalto para recubrir las partículas
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Muy bajos insuficiente asfalto para recubrir las partículas– Muy alto – resultará en contenido de asfalto elevado, dando
inestabilidad a la mezcla perdiendo resistencia a las deformaciones permanentes
• Vacíos de Aire– Muy bajos – exhudación– Muy altos – peladuras y desintegración de la mezcla
*
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Conceptos sobre contenido de asfalto efectivo y absorción
• La absorción del asfalto por los agregados resulta crítica en la determinación del contenido de asfalto.
• Debe adicionarse suficiente cemento asfáltico para compensar la
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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D a c onars suf c nt c m nto asfá t co para comp nsar a absorción y recubrir las partículas con un espesor adecuado de ligante
• Aparece el concepto de contenido total de ligante y asfalto efectivo
• El contenido de asfalto efectivo es el volumen de asfalto no absorbido por los agregados. Éste forma una película que vincula los agregados
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• Es la aptitud de resistir el envejecimiento del ligante por oxidación y alteración de su composición a lo largo del
Conceptos sobre durabilidad de la mezcla
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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oxidación y alteración de su composición a lo largo del tiempo
• Debe asociarse también a la resistencia de los agregados pétreos a degradarse
• La afectan la acción medioambiental, el tránsito o la combinación de ambos
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¿Cómo mejorar la durabilidad?
– Con el empleo de la máxima cantidad de ligante ibl
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posible– Con el empleo de agregados resistentes – Con el empleo de cal o filler calcáreo– Diseñando y compactando la mezcla para obtener la
máxima impermeabilidad al agua y al aire
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• Las granulometrías densamente graduadas con agregados resistentes, contribuyen de dos maneras a la durabilidad:
Conceptos sobre durabilidad de la mezcla
Relaciones VolumétricasFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• La granulometría densa contribuye a dotar de mayores contactos entre agregados. Ello mejora la impermeabilidad
• Los agregados resistentes soportan mejor la degradación bajo tránsito
• La insuficiente durabilidad es la causa de diversos tipos de fallas en el pavimento
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Relaciones Volumétricas
Previsiones en el cálculo de la Relación Filler Betún
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La relación filler – betún debe calcularse sobre el asfalto efectivo, descontando el asfalto absorbido
Convenio DNV-CPAConceptos sobre durabilidad
de la mezcla
Asfalto envejecido
Espesor de película de asfaltoPoro incomunicado
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Agregado pétreo
Asfalto que conserva sus propiedades
Poro comunicado
Asfalto alterado
Poro comunicado con absorción diferencial de asfalto
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Procedimiento de ensayo Marshall
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Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
• Ensayo de compresión diametral semi confinado sobre probetas cilíndricas
• La probeta se lleva a rotura deformándola a 50,8 mm por minuto a 60 ºC de temperatura
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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p p• La carga de rotura se denomina Estabilidad y la
deformación Fluencia• Es aplicable sólo a mezclas asfálticas con agregados de
tamaño máximo ≤ 25 mm• Uso para el diseño en laboratorio como en el control
de producción en obra
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Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
• El moldeo de probetas se realiza compactando la mezcla en cilindros, aplicando golpes en toda la superficie y en ambas caras
• Es usual aplicar 50 o 75 golpes por cara
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• Es usual aplicar 50 o 75 golpes por cara• 75 golpes por cara produce 0,1 a 0,5 % menos de aire
que compactando a 50 golpes• En tanto que la cantidad de cemento asfáltico se
reduce entre 0,1 a 0,3 %
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
Criterio
CostosPropiedades
Constituyentes
Agregado grueso
Optimización de Variables
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Dosificación
Propiedades Mecánicas
Puesta en obra
Durabilidad
Otros Factores
Agregado grueso
Agregado Fino
Filler Cemento Asfáltico
Aditivos
“Mezcla Óptima”
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Procedimiento Marshall
• Estabilidad Marshall• Fluencia Marshall
D id d M h ll ( ífi t )
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• Densidad Marshall (peso específico aparente)• Vacíos de aire• Vacíos del Agregado Mineral (VAM)• Relación Betún Vacíos
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Procedimiento Marshall
Selección de materiales
A d ét C t fálti
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• Agregados pétreos– Tamaño máximo– Huso granulométrico– Tipo de filler
• Cemento asfáltico– Tipo– Viscosidad
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Procedimiento Marshall
Conceptos sobre Temperaturas de Mezclado y Compactación
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• Las temperaturas de compactación y mezclado debe ajustarse a las recomendaciones del proveedor del cemento asfáltico, determinada a partir de la curva de viscosidad – temperatura
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
scos
idad
(cP) Rango de
temperaturas de mezclado
155 – 170 ºC
162 ºC120 ºCRango de
temperaturas de
compactación128 - 150 ºC
Final de la compactación2000
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Conceptos sobre Temperaturas de Mezclado y Compactación
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Temperatura (ºC)
Vi
170280
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Procedimiento Marshall
Criterios para la adopción del porcentaje de Criterios para la adopción del porcentaje de
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Criterios para la adopción del porcentaje de Criterios para la adopción del porcentaje de liganteligante
Empleando resultados del ensayo MarshallEmpleando resultados del ensayo Marshall
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
VACIOS
5,0
5,5
6,0
1º Vacíos de
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3,0
3,5
4,0
4,5
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
1 Vacíos de Aire
4,65
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V. A. M.
15,40
15,60
2º Vacíos del A d
Procedimiento MarshallFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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14,60
14,80
15,00
15,20
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
AgregadoMineral
4,65
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
R. B. V.
80
85
3º Relación
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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60
65
70
75
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
3 Relación Betún - Vacíos
4,65
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
Verificación Est bilid d
ESTABILIDAD
1,150
1,200
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Estabilidad Marshall
1,000
1,050
1,100
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
4,65
Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
FLUENCIA
0,38
0,40
Verificación Fl i
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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0,30
0,32
0,34
0,36
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
Fluencia Marshall
4,65
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Convenio DNV-CPAProcedimiento Marshall
DENSIDAD
2,420
2,430
2,440
2,450
Verificación Densidad
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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2,350
2,360
2,370
2,380
2,390
2,400
2,410
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,25
% ASFALTO
Densidad Marshall
4,65
Convenio DNV-CPA
ad ad
Óptimo de asfalto para máxima estabilidad
Contenido de asfalto adoptado
Curva de estabilidad
Curva de durabilidad
Contenido de asfalto para la máxima
Contenido de AsfaltoFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Esta
bilid
aDur
abilida
Contenido de asfalto
Mínima estabilidad requerida por las cargas del tránsito
máxima durabilidad
Tolerancia
Convenio DNV-CPA
Verificaciones sobre la mezcla adoptada
• Una vez seleccionado el contenido de asfalto, deben realizarse comprobaciones adicionales sobre la mezcla
Aspectos ComplementariosFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• Resistencia conservada (acción del agua sobre la mezcla)• Resistencia a las deformaciones permanentes (ensayo
de rueda cargada – wheel tracking test)• Compactabilidad de la mezcla (determinación del índice
de compactabilidad)
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Aspectos Complementarios
Resistencia conservada
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• Pérdida de cohesión que se produce por la acción del agua sobre la cohesión de mezclas asfálticas
• Ensayo de inmersión - tracción por compresión diametral
Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Ensayo de susceptibilidad al
agua
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agua
Tracción por compresión diametral
Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
• Se obtiene un índice numérico de la pérdida de cohesiónproducida al comparar las resistencias a tracción por compresión diametral, entre probetas mantenidas al aire y probetas duplicadas sometidas a la acción del agua por un
Resistencia conservada
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probetas duplicadas sometidas a la acción del agua por un tiempo y a una temperatura dada
• Al solo efecto de poner de manifiesto de un modo más directo la acción del agua sobre la mezcla, el moldeo de las probetas se efectúa con un tenor mínimo de vacíos de aire de 7 %, con independencia de los vacíos con que fue dosificada y se coloque la mezcla
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Aspectos Complementarios
Conceptos sobre estabilidad de la mezcla
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• Es la aptitud de la mezcla para resistir las deformaciones bajo carga
• La estabilidad Marshall en cambio es la máxima carga que se puede registrar en el ensayo de rotura
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Aspectos Complementarios
ó
Conceptos sobre deformación permanente
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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• Definida la dosificación de la mezcla, debe verificarse su capacidad para resistir las deformaciones permanentes que le impone el tránsito
• Ensayo de rueda cargada (Wheel Tracking Test)
Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Ensayo de rueda cargada
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Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Ensayo de rueda cargadaFORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Ensayo de rueda cargada
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• Consiste en someter una probeta de mezcla asfáltica, al paso alternativo de una rueda en condiciones determinadas de presión y temperatura, midiéndose periódicamente la profundidad de la deformación producida
Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
• Las especificaciones españolas exigen:
Ensayo de rueda cargada
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• Velocidad de deformación entre 15 y 20 µm en el período 105 a 120 minutos
• Estabilidad dinámica: Deformación para un número determinado de pasadas de la rueda, (ej. Nº pasadas para deformar un milímetro)
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Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
• Mediante un índice se expresa la aptitud de la mezcla
Conceptos sobre índice de compactabilidad
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Mediante un índice se expresa la aptitud de la mezcla para ser densificada bajo el esfuerzo de compactación adoptado para la dosificación
• Se calcula relacionando las densificaciones de probetas moldeadas con diferentes energías de compactación
Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Compactabilidad de la mezcla
FORMULACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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Convenio DNV-CPAAspectos Complementarios
Conceptos sobre índice de compactabilidad
log n/n´Ic = -------
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Dn – Dn´
• n = Nº de golpes empleado en la dosificación• n´ = Nº menor de golpes• Dn y Dn´ = densidades alcanzadas para cada energía
Ic menor a 6: Mezclas difíciles de compactar