Dosificación de pavimentos

Estudiante: Daniel Trigo

Materia: Carreteras II

Docente: Ing. Luis Lazarte V.

Semestre: I - 14

Fecha de entrega: 23/05/14

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Cochabamba – BoliviaÍndice

1. Introducción………………………………………………………………………………... pag. 3

2. Metodo Marshall…………………………………………………………………………. pag. 3

2.1. Criterios de diseño para el método Marshall…………………….. pag. 7

3. Método del superpave………………………………….………………………………. pag.10

3.1. Criterios de diseño para el método Superpave………………….. pag.10

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1. Introducción:

En una mezcla asfáltica en caliente de pavimentación, el asfalto y el agregado son combinados en propiedades exactas. Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas de la mezcla, eventualmente, el desempeño de la misma como pavimento terminado. Existen varios métodos de diseño comúnmente utilizados para determinar las proporciones apropiadas de agregado y asfalto en una mezcla.

2. Método Marshall

El propósito del método Marshall es determinar el contenido optimo de asfalto para una combinación especifica de agregados. El método también provee información sobre propiedades de la mezcla asfáltica caliente, y establece densidades y contenidos óptimos de vacío que deben ser cumplidos durante la construcción del pavimento. El método puede ser usado para el diseño en laboratorio, como para el control de campo de mezclas asfálticas de penetración.

Características de la mezcla:

Densidad de la mezcla Vacíos de aire o simplemente vacíos Vacíos en el agregado mineral Contenido de asfalto

Criterio para mezclas

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Contenido Óptimo de Asfalto

Gráficos resultantes de los ensayos por el método Marshall

Densidad vs % de cemento asfaltico

Estabilidad vs % de cemento asfaltico

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Flujo vs % de cemento asfaltico

Porcentaje de vacíos con aire en la mezcla total vs el porcentaje de cemento asfaltico

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Porcentaje de vacíos en los agregados minerales vs el porcentaje de cemento asfaltico

Con estas gráficas, se determinan los contenidos de asfalto que correspondan a:

Estabilidad máxima.

Peso volumétrico máximo.

La mediana de los límites que se encuentran en la tabla 2.1 en el caso del

porcentaje de vacíos en la mezcla total (casi siempre 4%, a menos que se

especifique lo contrario)

El contenido óptimo de asfalto es el promedio de los tres contenidos anteriores. Luego

se localizan en las curvas la estabilidad, el flujo correspondiente, el porcentaje de

vacíos en la mezcla total y el agregado mineral; estos valores deben satisfacer las

normas mostradas en la primera tabla, de lo contrario se deben hacer ajustes a la

mezcla, hasta que se logren resultados satisfactorios.

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2.1. Criterios para el diseño por el método Marshall

El diseño de las mezclas asfálticas debe contar con un contenido óptimo de asfalto, que cumpla con los requisitos de diseño y que sea viablemente económico en su elaboración. Algunas de las propiedades que debe cumplir son las siguientes:

Suficiente estabilidad: la mezcla asfáltica está sometida a solicitaciones muy variables, las que inducen a una serie de esfuerzos de compresión, tensión o cortante. Esta mezcla debe soportar sin deformarse apreciablemente dichas solicitaciones.

Causas EfectosExceso de asfalto en la mezcla

Exudación y ahuellamiento

Exceso de arena en la mezcla

Consistencia blanda durante la compactación y por algún tiempo en el servicio. Dificultad en la compactación

Agregado de partículas redondeadas, escasa o ninguna cara fracturada

Exudación y ahuellamiento

Resistencia a las deformaciones plásticas: las solicitaciones a las que está sometida la mezcla pueden provocar deformaciones que no se recuperan con el tiempo. La deformación plástica se produce por una falla en las capas interiores de la estructura o por una mala dosificación de la mezcla, lo que ocasiona la aparición de roderas o ahuellamiento transversal y longitudinal, especialmente en los carriles de mayor circulación y puntos de estacionamiento o espera.

Resistencia a la fatiga: las mezclas asfálticas presentan buena estabilidad a la acción de cargas de tránsito aisladas. Con el tiempo y por la acción repetida de dichas cargas, el material puede fallar por fatiga.

Causas EfectosBajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatigaAlto contenido de vacíos durante el diseño de la mezcla

Envejecimiento prematuro del asfalto y posterior agrietamiento por fatiga

Deficiente compactación en campo

Envejecimiento del asfalto y posterior agrietamiento por fatiga

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Alto grado de impermeabilidad: las mezclas asfálticas que se colocan en la parte superior de una estructura de pavimento debe ser altamente impermeable para prevenir el paso del agua y el envejecimiento prematuro de la mezcla.

Causas EfectosBajo contenido de asfalto La película delgada de ligante será

la causa de envejecimiento prematuro y disgregación

Alto contenido de vacíos durante el diseño de la mezcla

El agua y el oxígeno penetran en el pavimento y causan oxidación y desintegración

Deficiente compactación en campo

Alto contenido de vacíos, permiten la infiltración del agua y disminuyen la estabilidad

Alta durabilidad: las mezclas asfálticas también será afectada por los rayos ultravioleta, aceites y carburantes. La durabilidad aumenta incrementando el contenido de asfalto, utilizando granulometrías densas y logrando altos grados de compactación en terreno.

Causas EfectosBajo contenido de asfalto Disgregación y sequedadAlto contenido de vacíos durante el diseño de la mezcla o por falta de compactación in situ

Envejecimiento prematuro de la película ligante, seguido por agrietamiento y disgregación

Deficiente compactación en campo

Denudación del agregado y tendencia a la disgregación.

Trabajabilidad: es la facilidad con que el asfalto y los agregados son mezclado y que una vez elaborada la mezcla puede ser extendida y compactada.

Causas EfectosSobre tamaños Superficie rugosa y mezcla difícil

de compactarExceso de agregado grueso Mezcla difícil de compactarBaja temperatura de mezclado

Mal cubrimiento de la partícula, poca durabilidad, superficie rugosa y dificultad en la compactación

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Alto contenido de arena Desplazamiento de las mezclas durante la compactación

Bajo contenido de llenante mineral o filler

Mezcla blanda y baja permeabilidad

Alto contenido de filler Mezcla seca y de difícil manejo, baja durabilidad

Economía: más que propiedad, es un criterio considerado en toda decisión de ingeniería.

El método Marshall busca cumplir con los requisitos anteriormente formulados, basado en mateirales competentes y un porcentaje óptimo de asfalto.

Resultados

La densidad aumenta con el contenido de asfalto hasta un máximo después del cual comienza a decrecer

La curva de estabilidad es similar al de la densidad, salvo que la máxima estabilidad ocurre normalmente a un contenido de asfalto ligeramente inferior al de la máxima densidad

Los valores de flujo aumentan con los incrementos en el contenido de asfalto El % de vacíos con el aire en la mezcla total disminuye al incrementar el

contenido de asfalto, tendiendo hacia un mínimo El % de vacíos en los agregados minerales disminuye al incrementarse el

contenido de asfalto, hasta alcanzar un mínimo a partir del cual comienza a aumentarBibliografía:

http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S1692 33242007000200007&script=sci_arttext

http: // www.ri.ues.edu.sv/1796/1/TESIS_FULL_CORR

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3. Método del Superpave:

Fue establecido por el Congreso de los Estados Unidos con un presupuesto de 150 millones de dólares en programas de investigación, a fin de mejorar el desempeño y duración de las carreteras volviéndolas más seguras tanto para automovilistas como para los trabajadores de las mismas.

Las pruebas Superpave para cementos asfálticos miden propiedades físicas que pueden estar directamente relacionadas con el desempeño en campo a través de principios ingenieriles.Las pruebas Superpave para cemento asfáltico, también son llevadas a temperaturas a las que se encuentran los pavimentos en servicio.El tema central de las especificaciones Superpave es la confianza sobre las pruebas del cemento asfáltico en condiciones que simulan las tres etapas críticas durante la vida del asfalto.

3.1. Criterios de diseño por el método de Superpave

Deformación permanente.El elevado número de aplicaciones de cargas (repetición de cargas) o la poca resistencia de la mezcla a resistir los esfuerzos cortantes inducidos al pavimento, puede dar origen a deformaciones permanentes (rutting). Características granulométricas apropiadas y asfaltos que actúen adecuadamente ante las temperaturas a las que esta expuesto un pavimento, son recomendados en SUPERPAVE, para controlar los problemas de deformación permanente.

Grietas por fatiga. Las grietas por fatiga son causadas en un pavimento por factores que ocurren simultáneamente, se pueden destacar: cargas pesadas repetidas, pobres características de drenaje del pavimento, alta deflexión del pavimento y mezclas asfálticas muy rígidas. Adicionalmente las grietas por fatigas son influenciadas por deficiencias en los métodos de diseño del pavimento y métodos inadecuados de construcción.

Grietas por temperatura. Este fenómeno es observado regularmente en zonas donde el clima genera temperaturas muy bajas. Las grietas por temperaturas pueden deberse a la utilización de ligantes asfálticos muy duros, los cuales son propensos a la contracción de la carpeta asfáltica, en tiempos fríos.

Estimación adecuada de cargas (ESALs)

Para esta actividad es importante destacar que la estimación del tráfico para propósitos de diseño de un pavimento, es el que se recomienda utilizar también para efectos de diseño de la mezcla asfáltica, para un proyecto específico. La información necesaria para la estimación del tráfico futuro debe ser recolectada de fuentes de todo

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crédito, o en su defecto, deberá ser investigada por la empresa responsable del diseño del pavimento. Una estimación deficiente del nivel de tráfico, conlleva tácitamente a deficientes diseños de los pavimentos y a la disminución del período de vida útil de los mismos. El daño que se produce en un pavimento por la aplicación de un eje de carga de 18 000 libras en forma repetida, llamado por su nombre en inglés ESALs (equivalent number of 18- kip single axel loads), constituye por el momento la herramienta básica para la estimación de las cargas a la que estará expuesto un pavimento. El nivel de tráfico estimado para propósitos de diseño, es convertido a un número equivalente de ejes de carga de 18,000 libras, los cuales constituyen las cargas a tomar en consideración para el diseño de los pavimentos. Como puede notarse, la estimación de los daños por la aplicación repetida de cargas es un trabajo sumamente delicado; habría que invertir una cantidad de recursos no cuantificables que volverían menos factibles los proyectos. SUPERPAVE recomienda la utilización de los resultados del AASHO Road test.

Especificaciones SUPERPAVE sobre agregados.Las especificaciones contenidas en SUPERPAVE sobre los agregados han sido subdivididas en propiedades concensadas y propiedades de fuente:

En las propiedades consensadas se consideran criterios para alcanzar un alto comportamiento de la mezcla; estas propiedades son:angularidad de los agregados finos, angularidad de los agregados gruesos, partículas planas y alargadas, y contenido de arcilla (medido por medio del ensayo de equivalente de arena). Las especificaciones establecen los criterios de evaluación en función del nivel de tráfico esperado, con lo cual se asegura racionalmente el buen comportamiento de la mezcla.

Las propiedades de fuente son aquellas que se utilizan para calificar la calidad de las fuentes de agregados; estas propiedades son: Dureza del agregado, Sanidad del agregado y Partículas frágiles y desmenuzables. SUPERPAVE recomienda que las entidades locales especifiquen requerimientos mínimos para un proyecto específico.

La granulometría de las mezclas:

Las características granulométricas de los agregados a utilizar en una mezcla asfáltica, son aspectos extremadamente importantes en SUPERPAVE. Para asegurar comportamientos apropiados de las mezclas debidas a los agregados, se recomienda la utilización de las cartas "exponente 0.45". Las especificaciones proporcionan puntos de control y zonas restringidas a utilizar en las cartas "exponente 0.45", que la granulometría de los agregados debe de cumplir.

Selección de la mezcla de diseño

Se recomienda como primer paso en la selección de la mezcla, pruebas previas del comportamiento de la granulometría de los agregados seleccionada, usando los conceptos ya estudiados. Para lo anterior se fabrican mezclas de prueba utilizando un contenido de asfalto estimado, que produciría un porcentaje de vacíos de aire en la

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mezcla del 4% aproximadamente; se recomienda la utilización de al menos tres granulometrías de trabajo.

Granulometría A: De Máxima Densidad. Granulometría B: Límite superior SUPERPAVE. Granulometría C: Límite inferior SUPERPAVE. Granulometría D: Más allá del Límite superior SUPERPAVE. Granulometría E: Más baja que el Límite inferior SUPERPAVE

Bibliografíahttp://www.camineros.com/docs/cam002.pdf

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