Diseño de Mezcla Asfáltica

DEFINICIÓN DE MEZCLA ASFÁLTICA

• Es una combinación de agregados compuestos de Piedra, Arena y Finos que pasan la # 200) y un ligante asfáltico, para ser empleados en la conformación de la capa de rodadura de los pavimentos flexibles, previo transporte, extensión y compactación consiguientes.

Componentes de una mezcla asfáltica en caliente

PIEDRA CHANCADA TAMAÑOMAXIMO DE ¾”

ARENA GRUESA PASA MALLA N°8Y RETIENE MALLA N° 200

MATERIAL FINO PASA MALLA 200 LIMO-ARCILLA-CEMENTO-CAL CEMENTO ASFALTICO CALENTADO

A 150 MÁXIMO 180 °C

COMPOSICION DE LA MEZCLA ASFALTICA

• Las mezclas asfálticas están constituidas por Aproximadamente un 90 % de agregados de piedra y arena gruesa, un 5% de polvo mineral o filler que pasa la malla # 200 y otro 5% de ligante asfáltico.

• La calidad del ligante asfáltico y la cantidad de finos son los dos elementos que tienen una especial influencia tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total.

• En tanto la cantidad del asfalto, está en función de la granulometría de los agregados. Si estos tienen mucho finos se requerirá mayor cantidad de asfalto. Y contrariamente si tienen mayor cantidad de agregados gruesos, disminuirá la cantidad de asfalto,debido a la mayor o menor área superficial.

DIFERENCIAS DE DISEÑO ASFALTICO

• MUESTRAS PREPARADAS

MEZCLA ASFALTICA CONAGREGADOS CON MUCHOS FINOS

MEZCLA ASFALTICA CON CON MAYOR CANTIDAD DE AGREGADOS GRUESOS

TIPOS DE MEZCLA ASFALTICA•

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE• Se preparan en plantas especiales, donde el cemento asfáltico es

calentado a temperaturas elevadas, en el rango de 150 a180 °C. Los agregados se calientan a más de 100°C.

• La puesta en obra se realiza a una temperatura no menor de 110°C. menor a esta temperatura la mezcla se endura y en esa condición, ella no puede extenderse y menos compactarse adecuadamente. Se torna inservible

• MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO REBAJADOSEl ligante es asfalto puede ser conformado ya sea con adición de gasolina ó kerosene o petroleo diesel, los cuales calentados a una temperatura no menor a 60°C se mezcla con los agregados (Piedra y arena gruesa).

TIPOS DE MEZCLAS REBAJAS• L a mezcla que se fragua o endurece rápido, se le conoce

como Rapid cut. Para ello se emplea gasolina en un % aproximado del 20 al 40%, el que se mezcla con el asfalto y usualmente se le conoce como RC-250, RC-200, RC-120, etc. Su uso es común en parchados y conformación de carpetas asfálticas, donde no hay Asfalto en caliente.

• Igualmente la mezcla que se fragua o endurece a mediano tiempo, se le conoce como Medium cut Para ello se emplea Kerosene en un % aproximado entre 20% al 40%, el que se mezcla con el asfalto y usualmente se le conoce como MC-250, MC-200, Etc. Su uso se reduce a lugares donde se requiere que la mezcla penetre en fisuras o porosidades

Mezclas asfálticas rebajadas o en frío

• También, para el caso de que se requiera que la mezcla se fragua o endurece de manera lenta, se le conoce como Slow cut Para ello se emplea Petroleo en un 30%, el que se mezcla con el asfalto y usualmente se le conoce como SC-250, SC-200, etc. Su uso, se reduce más como tratamiento antipolvo.

• El uso de dichas mezclas se aplica a temperaturas mayores a 60°C.

CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA ASFALTICA

• El cemento asfáltico es un material visco-elástico por que exhibe simultáneamente características viscosas a altas temperaturas (mayor a 100 oC), el cemento asfáltico actúa casi como fluido viscoso.

• En tanto que a muy baja temperatura se comporta como un sólido elástico.

• A una temperatura intermedia, que es la condición prevista en el pavimento, el cemento asfáltico tiene características de ambos estados, un fluido viscoso y un sólido elástico.

CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA ASFALTICA• Al estar compuesto de moléculas orgánicas, el cemento asfáltico

reacciona con el oxigeno del medio ambiente. Esta reacción se denomina “oxidación”, y cambia la composición y la estructura de las moléculas de asfalto, haciendo más dura y frágil la estructura del asfalto dando origen al “endurecimiento por envejecimiento”.

• La oxidación se produce más rápidamente a altastemperaturas; es por ello que parte del endurecimiento ocurre durante el proceso de producción, cuando es necesario calentar la mezcla asfáltica para permitir la elaboración, mezclado y compactación.• Motivo por el cual no debe de calentarse el asfalto a más de

180°C.

REOLOGIA DE LA MEZCLA ASFLATICA

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TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

MEZCLA ASFÁLTICA EN FRÍO CON EMULSIÓN ASFÁLTICALa misma que viene a ser el mismo cemento asfáltico, al cual se le adiciona cierta cantidad de agua y un emulsivo químico, mezclados mediante un agitador especial, licua el asfalto y en esa condición puede ser mezclado con los agregados.El agente emulsivo, tiene la cualidad de cargar eléctricamente a cada molécula asfáltica y pueden ser aniónicas (carga negativa), catiónicas (carga positiva) y no aniónicas (carga neutra). Por esa esa condición se dispersan o se rechazan molecularmente, para estar en suspensión. Los agregados tiene carga eléctrica contraria y cuando se mezclan, el asfalto cubre rápidamente todas las superficies de los agregados, lográndose la cohesión de ambos elementos.

PLANTA DE MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE

• Componentes:• Tolva de Recepción de agregados.• Lanzallamas • Hornos giratorios donde se calientan los

agregados.• Tubería de alimentación de cemento asfáltico

calentado a > 150°C Mezcladora.• VER VIDEO

PLANTA DE ASFALTO EN CALIENTE

FUNDAMENTOS BASICOS EN ELDISEÑO DE MEZCLAS

• El deseo principal de lograr un adecuadodiseño, consiste fundamentalmente, en lograr la máxima densidad posible de la mezcla.

• Para ello un factor determinante es la granulometría del agregado a emplear, tamaño máximo del A.G. ¾».

• También el contenido de asfalto a utilizar. Ideal de 5 a 6 %

• Porcentaje de vacios.- ideal 3.5 %.• Estabilidad Marshall.- Estabilidad media o promedio

85%

FORMULAS EMPRIRICAS Del Instituto del Asfalto

• P = 4 R + 7S + 12F• Donde: P = Porcentaje de asfalto en peso sobre

el peso total de la mezcla.• R= % del agregado que pasa la # ¾ y retenida

enla # 8.• S= % del agregado que pasa la # 8 y retenida en

lamalla 200.• F= Porcentaje del agregado que pasa la malla 200

EJEMPLO DE MEZCLA ASFALTICA ENFRIO

• Determinar la cantidad de asfalto en galones que es necesario emplear en una mezcla asfáltica, donde el agregado a emplear tiene la siguiente garanulometría.

• Malla % que Pasa % que retiene.• ¾» 100• ½» 82 18• 3/8» 69 13• N° 4 55 14• N° 8 42 13% 58% (R)• N° 30 29 13• N° 50 21 8• N° 100 15 6• N° 200 8 7 34%(S)• Pasa # N° 200 8 8%(F)• Consecuentemente: P= 4x0.58+7x.34+12x.08 = 5.66%

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE ASFALTO EN FRIO RC-250 EN GALONES• Cantidad de asfalto necesario: 5.48%de peso sobre el

peso total de la mezcla• Referencias.• Peso de la mezcla asfáltica aprox.= 2,000 Kg/ m3.• Densidad del asfalto: 1.10• Equivalencia 1 Galón = 3.785 litros• Cant. de asfalto en Kg=0.0566x2,000 = 113.20 Kg/m3• Cant. De asfalto en Litros= 109.6/1.1 = 102.91 litros Cant.

de asfalto = 99.64/3.785= 26.33 Galones/m3• Cantidad de asfalto RC-250 = 26.33 x 1.30 = 34 Glns/m3 (

Con 30% adicional de gasolina)

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO MODERNO

• P = 0.035 a + 0.045 b + Xc + F •Donde:• a.- es el porcentaje del agregado que pasa la # ¾» y es

retenida enla # 8.• b.- es el porcentaje del agregado que pasa la # 8 y es

retenida enla # 200.• c.- es el porcentaje del agregado que pasa la # 200• Xc=0.18c, cuando 6 –10% pasa Tamiz Nº 200• Xc=0.15c, cuando 11 –15% pasa Tamiz Nº 200• Xc= 0.20c, cuando< 5% pasa Tamiz Nº 200• F = Factor de corrección por absorción.• El valor de F varía: Muy poroso= 2.0%. Muy liso= 0.7% .

Mediano=1%

Ejemplo de aplicación• Determinar la cantidad de asfalto en galones por m3 que es necesario

emplear en una mezcla asfáltica, donde el agregado a emplear tiene la siguiente granulometría. Método Instituto del Asfalto Moderno

• La textura del agregado grueso es bastante liso.• Malla % que Pasa % que retiene• ¾» 100• ½» 82 18• 3/8» 69 13• N° 4 55 14• N° 8 42 13 58% (a)• N° 30 29 13• N° 50 21 8• N° 100 15 6• N° 200 8(c) 7 34% (b)• a= 58 % b=34% c=10%• P=0.035x58+0.045x34+10x0.18+0.7=•P= 2.03+1.53+1.8+0.7=6.06%

METODO DE LAS AREAS SUPERFICIALES

Se basa bajo el concepto de cada partícula que forma parte delos agregados de una mezcla asfáltica, esté recubierta por unapelícula de asfalto de un espesor suficiente que permita una óptima adherencia.P= 2.65 x Area superficial x Indice asfático/Peso especifico del agregado.Donde: P= Porcentaje de asfalto en peso sobre el peso total de lamezcla.Área superficial de la suma de todas las partículas, en piescuadrados/ libra de peso.Indice Asfáltico, cantidad de asfalto de recubrimiento

COMPLEMENTO

• AREA EQUIVALENTE DE LAS PARTICULAS EN P2/LIBRA

• TAMIZ AREA EQUIVALENTE• Pasa # 3/4» y retiene # 10………….4 p2/libra

Pasa #8 y retiene # 40 15 «•Pasa # 40 y retiene # 200 80 «•Pas # 200 260 «

Ejemplo de aplicación

• •Determinar la cantidad de asfalto en galones por m3 que es necesario emplear enuna mezcla asfáltica, donde el agregado a emplear tiene la siguientegranulometría. La textura del agregado grueso es bastante es de tipo ordinario. Yel peso específico de los agregados es de 2.60•Malla % que Pasa % que retiene.•¾» 100•½» 82 18•3/8» 69 13•N° 4 55 14•N° 10 42 1358 % x4 = 232 p2/libra•N° 40 29 1313 %x15= 195•N° 50 21 8•N° 100 15 6•N° 200

• 8 %721 %x80= 16808% x260= 20804187/100=41.87

• Cálculo de aplicación•Area superficial = 41.87•Indice asfáltico según Abaco 5.09 =0.00126•P=(2.65x41.87x0.00126)/2.60 =0.0537 =5.37%

METODO MARSHALL para asfaltos en caliente

• •Determinado el % de asfalto según AreasSuperficiales5.37 %

• Se diseñan mezclas inferiores y superiores en 0.5% al valor determinado y C/u de ellas se someten a la carga para determinar sus resistencias en la prensa hidráulica y sus porcentajes de vacíos, graficándolas en el esquema adjunto.

Metodo Marshall para asfaltos encaliente

• •Según el ejemplo siguiente:•Porcentaje Resistencia % de vacios•P1 = 4.37 % 3,500 lbs 6%•P2= 4.87 % 4,600 « 5%•P3= 5.37 % 5,000 « 4%•P4 = 5.87 % 4,800 « 3 %•P5 = 6.37 % 4,200 « 2%•El porcentaje de asfalto

CRITERIO IMPORTANTEA menudo, la práctica actual del diseño de mezclas asfálticas, PRÁCTICAMENTE se limita a determinar el contenido de asfalto.Sin embargo, la técnica actual, comprende la necesidad de realizar una serie de análisis en donde se tomen en cuenta todas las variables que pueden influir directamente en el comportamiento de la mezcla asfáltica, tales como:• Características de los agregados• Clima.• Temperatura de la mezcla asfáltica.• Tipo de tráfico.

INFLUENCIA DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS AGREGADOS

• Los agregados aportan a la mezcla asfáltica resistencia y durabilidad.

• Los agregados conforman el esqueleto pétreo de soportabilidad DE LA MEZCLA ASFALTICA a las repetidas aplicaciones de carga que genera los vehículos.

• Los Agregados de textura rugosa, O ANGULAR, dan más resistencia que los redondeados.

• A pesar de que los agregados redondeados podría tener la misma resistencia interna de los agregados angulares, las partículas angulares TIENDEN A CERRARSE MÁS APRETADAMENTE, resultando una fuerte trabazón de las partículas entre sí.

• En tanto que a diferencia de lo que ocurre con las partículas redondeadas, éstos tienden a deslizarse unas sobre otras.

INFLUENCIAS DE LAS TEXTURAS DE LOS AGREGADOS EN LA CALIDAD DE LA MEZCLA ASFALTICA

MEZCLA CON AGREGADOS TRITURADOS O ANGULARESMAS APRETADOS

MEZCLA CON AGREGADOS REDONDEADOS O GRANULARES MÁS DISPERSOS

Angulo de reposo mayor, por lo tanto Mayor estabilidad. Angulo de fricción interna mayor

Angulo de reposo menor por lo tanto Menor estabilidad. Angulo de fricción interne menor.