-
INGENIERIA CIVIL
Factores Asociadoscon la Compacidad Finalde los Concretos
Asfalticos
Se reconoce universalmente el alto grade de dependencia delas
propiedades fundamentales que exhiben las capas deconcreto
asfaltico con su nivel de compacidad. por 10cualresulta importante
estudia los aspectos principales asocia-dos con la optimizaci6n de
esta caracterlstica. Resuitaparticularmente importante conocsr las
propiedades de losagregados en cuanto a su naturaleza. distribuci6n
granulo-rnetrica, tipo de lienante. forma de las partlculas. asl
comolas del asfalto en funci6n de su comportamiento reol6gico ylas
relaciones entre estes ingredientes. En raz6n de la natura-leza
terrnoptastica de las mezclas asfalticas. el control de
latemperatura y la evoluci6n de la misma por medio de lasdiversas
fases del proceso. resulta determinante en lacompacidad final.
Otros factores igualmente incidentes son:la programaci6n racional
de las actividades. los equiposempleados y la secuencia de la
compactaci6n.
Este documento pretende presentar algunas ideas sobreestes
aspectos que permiten mejorar las practicas construe-tivas
existentes con miras a optimizar el comportamiento delos pavimentos
flexibles.
JORGE TAMAYO T.ProfesorAsociado de la Facultad de
Ingenierfa.Universidad Nacional, Bogot6.CARLOS GUTIERREZ G.Profesor
Asistente de la Facultad de Ingenierfa.Universidad Nacional,
Bogot6.
18 Ingenieria e Investigaci6n
Todas las propiedades fundamentales de las mez-clas astalticas
estan fntimamente relacionadas conla compacidad presente la cual.
de acuerdo con lamayorfa de las especificaciones, debe
ubicarseentre el 95 y el 100%, de la densidad maximaobtenida en el
laboratorio. Un comportamientotfpico de las mezclas asfalticas
frente a la compac-taci6n de laboratorio se rnuestr a en la Figura
NQ 1.EI grado de cornpacidao de una mezcla asfaltica enservicio es
el resultado de la energfa asimiladadurante el proceso de
colocaci6n y compactaci6ri yde la aportada por el tlujo vehicular
normal; en laFigura NQ 2 se muestra una composici6n gratica dela
compactaci6n de mezclas asfalticas.La compactaci6n de mezclas asf
alticas presentacaracteristicas especiales en raz6n de la
naturalezaffsico-qufmica delligante, la cual condiciona en
altogrado la respuesta del material al proceso dedensificacion: en
mezclas asf alticas los esfuerzosque se oponen a los inducidos per
la compactaci6nestan en funci6n de la inercia que presenta
elmaterial. de la fricci6n inter e intrapartfculas y de
laresistencia viscosa debida a la presencia y compor-tamiento del
ligante.Sobre los componentes relacionados incide ungran numer o de
tactores. unos de naturalezaintrinseca, otros relacionados con
factores am bien-tales v, finalmente, los derivados de
accionesexter nas. como son: el rnezclado. la colocaci6n y
elproceso rnecanico de aplicaci6n de esfuerzos dedensificacion.
pero todos estan asociados con latemperatura de la mezcla.
FACTORES INTRINSECOSSe relacionan con la naturaleza y las
propiedades delos componentes de la mezcla. Hay facto res deorden
general como son la calidad de los rnaterialesy la uniformidad de
sus propiedades; los factoresespecfficos se refieren a cada
material. los cualespresentan las siguientes tendencias:a. Los para
metros del proceso de cornpactacion.
en especial la temperatura, estan afectadossensiblemente por la
consistencia y naturalezadel ligante; a menor penetraci6n 0
mayorviscosidad se requiere mayor temperatura decolocaci6n que
aquellos que presentan mayorpenetr acion y menor viscosidad. En la
Figura NQ3 se encuentra un comportamiento tfpico.
-
INGENIERIA CIVIL
3 o
242100
*E 240 ro 98-o s:-, ~Ol f>.0 \f>.\ :-"" 238 ~ 96c OSlOOJ
\lISC c
" t\f>.Jf>.."
'" 2/36 --- 0\10\ g 94_"':' ~~ SIOf>.c - 'f>.\lISCO I ClOJ
E 920 234 f>.L I 0u
I OJ
t"Q
9002.32 ~15I 88
, 0500 700 900 1100 1300 1500 1700
Temperatura de compacta CIon en oc
240
'"2>~ou
, '!;" .c
" ?f.-,,-,
"" '-',
E"Q
ci, 230""
C
~ 220c;;;
~~c 210o
4.0 5.5 7.060 6545 50% de hq ante
FIGURA 1. Curva de compactaci6n
b. Con respecto a los agregados. cuanto mascerrada sea la
distribucion qr anulornetrica ymayor el grado de angularidad. se
requieremayor energfa de cornpactacion: a mayor por-centaje de
finos mayor temperatura de com pac-tacion. A igual distribucion qr
anulornetrica serequiere mayor energia de cornpactacion cuan-do
aumenta el grado de angularidad de lasparticulas. tal como se
muestra en la Figura NQ4.
c. La incidencia del Ilenante se ve circunscrita a
lainterrelacion de este con elligante. permitiendobalancear su
cornportarruento al modificar lasproporciones de uno de los dos.
as! un excesode lIenante ofrece dificultades para el manejo yobliga
a un aumento en la temperatura decornpactacion.
d. La humedad presente en los agregados afectasensiblemente
propiedades fundamentales de lamezcla como la estabilidad y la
durabilidad; alestar hurnedos los agregados se debe aumentarla
temperatura y/o el tiempo de secado. 10 cualimplica un menor
rendimiento en la pr oducciony Ileva a los agregados y ligantes a
un desrnejo-ramiento en sus propiedades. Mezclas conagregados
hurnedos presentan poca estabilidady baja adherencia.
FIGURA 3. Influencia de Ie viacoaided del ligante en la
compacta-ci6n.
COMPACTACION
INICIAL INTERMEDIA FINAL POR' TRAFICOc'9u
'"
11rouc
*;;;0:100
% Oensidad de l.abor atono
FIGURA 2. Relaci6n entre la densidad de laboratorio y 18
resistencia8 la compactaci6n.
Para obtener los niveles de calidad esperados serequiere un
cabal conoc.rruento y car acterizacionde los factores intrlnsecos.
que permita identincarlas acetones 0 modificaciones por pr opiciar
en elproceso de pr oduccion y colocacion.
FACTORES AMBIENTALESSe analizan aquf los facto res debidos al
mediccircundante. diffciles de car actenzar y contr olar.a. La
condicion del pi so de tundacion. sobre el que
se va a colocar la mezcla. evaluada en terrninosde estabilidad.
cornpacidad. humedad y tempe-ratura; sobra advertir 10 funesta que
resulta unaprecariedad en cad a una de las caracterfsticascitadas;
en referencia a la temperatura del pisode fundacion. su magnitud
debe ser tenida encuenta al seleccionar la temperatura de
com-pactacion
b. La temperatura de la mezcla disminuye rapida-mente por el
contraste tan marcado que seestablece con la temperatura del medio
ambien-la anterior situacion se agudiza aun mas. con lapresencia y
velocidad del viento. En la figura NQ5 se muestra la incidencia de
condicionesambientales especfficas en el enfriamiento pro-gresivo
de la mezcla.
A. Gravas naturalesB.. Raca truurada
10(5)
,100(50)
20(101
30(15)
50(25)
Esfuerzo de compactaclon % (numero de gOlp8S)
FIGURA 4. Efectivided de Ie compactaci6n en funci6n de 18 clase
dematerial.
Ingenierla e Investigaci6n 19
-
INGENIERIA CIVIL
204
2?177
uu
-
150....,--- --,
INGENIERIA CIVIL
140
yrooro
~ 130Ev
>-
120
(1 10 20 30 40 50
FIGURA 7. Perdida de temperatura durante el transporte
calidad de la mezcla. pero sf debe ajustar se a unaproqr
arnacion detallada en donde se racionalice elusa del equipo y se
reduzcan al minima los tiemposde espera en planta y en el sitio de
obra.En la Figura NQ 7, se muestra un comportamientotloico. para
unas condiciones especlficas. de per di-da de temperatura en la
mezcla por tiempo detr ansporte. est a situacion no esta muy lejana
de laspracticas constructrvas nuestr as. en donde el trans-porte de
la mezcla se hace en forma descuidada y sepresentan demoras en
todas las actividades. Seobserva como en un tiempo de transporte de
unahora se puede Ilegar a producir una perdida detemperatura de
20°C, atectandose de esta forma lamanejabilidad y por consiguiente
la cornpacidad ylas propiedades asociadas con- ella
EXTENDIDO DE LA MEZCLACon el empleo de las modernas extendedor
as. lostiempos de esparcido de las mezclas astalticas sehan
reducido notablemente y se ha pr oducido unrnejor arniento en la
eficacia y rendirniento delequipo. 10 que se manifiesta en mejores
condicionesen: la homogeneidad, la uniformidad de los espeso-res y
la compactaci6n inicial aplicada por la
100~------_.----~--------___,
extendedora, la cuaillega a estar entre un 80 a 90%de la
cornpactacion final.51 bien en esta etapa no se producen
afectaciones ala mezcla sl se deben evitar las paradas de
laextendedora ya que quedan mezclas subcompacta-das que se enfrian
rapidarnente durante la pausa.EI Instituto del Asf alto. recomienda
las siguientestemperaturas de colocacion en funcion del espesorde
la carpeta y la temperatura de la capa subyacen-teo
so
CUADRO N!! 2
TEMPERATURAS MINIMAS DE COLOCACION EN °C
Temperatura Espesor de la carpeta en ems.de la capasubyacente °C
1.0 2.0 2.5 4.0 5.0 7.5 9,010.0
4.4 - 100 149 140 135 129 12410.0 - 15.5 149 146 138 132 127
12415.5-21.0 149 143 140 135 129 124 121210-266 149 143 140 137 132
129 124 12126.6 - 320 143 137 135 132 129 127 121 12132.0 137 135
132 129 127 124 121 121
ESPESOR DE LA CARPETA ASFALTICALa per dida de temperatura esta
en relacion directacon el espesor de la car peta. en razon de
lapropor cion de mezcla en contacto con el mediocircundante; en
conclusion. a menor espesor mayorrata de erifriarniento y mayor
dificultad paraalcanzar la cornpacidad requerida.
TIEMPO ENTRE EL EXTENDIDO Y LACOMPACTACION
No debiera presentarse. habitual mente, sin embar-go, dentro de
la pr actica usual adquiere magnitudesconsider ables dando lugar a
incidencias notables.La per dida de temperatura aumenta con el
tiempotranscurrido y depende del espesor de la carpeta
80
i;':"~ 60WQ
EOJ)
>-
40
~ 150.JuCQJx 120QJ
QJUV>
95~c
80roro
652!
e = 4.0roE:" 40OJro
e = 20 Q; 10Q.
EQJf-
2() "-- __ -, ,-- __ ---, -.-- ,---_-'
3010 20 40 50Tlempo (mlnutos)
FIGURA 8, Perdida de temperatura durante el extendido
Temperatura minima para dens.nc ac.on
Temp a b'. m lenle 30DeTemp. ambienle 120e
o 10 20 30 40 50 60 70 80 90Tiempo en minutos
FIGURA 9. Ratlls compa'rativas de enfriamiento despue. de
latlirminadora. Para varia. temperaturas ambientes, Espesor del
Mat,3.2 ems, (1 1/4'"
Ingenieria e Investigaci6n 21
-
INGENIERIA CIVIL
(Figura NQ 8) V de las condiciones ambientales(Figura NQ
9).Sobra advertir la importancia de reducir al minimaeste factor,
cuvos efectos pueden echar a piquetodos los cuidados aplicados en
las eta pas previas.
COMPACTACIONSi bien con la extendedbra se alcanza entre el 80
V90% de cornpactacion. esta etapa resulta ser laactividad mas
delicada e incidents por la granparticipacion del factor humane.
resultan practice-mente inutiles todos los esfuerzos e inver siones
quese hagan si no se aplica una cornpactacion adecua-da.Este tema
incluve los siguientes aspectos: a) Tiempominima para alcanzar la
cornpactacion. b) tempera-tura de cornpactacion. c) orden de
cornpactacion Vd) secuencia de la c mpactacion.
a) Tiempo para la eompaetaei6nLa cornpactacion debe inicidr se
inmediatamentehava pasado la extendedora V ejecutarse dentro deun
lapso muv pequerio: para lograrlo se requierealgo mas que contar
con los equipos apropiados Vpersonal idorieo. es necesario conocer
el comports-miento de la mezcla. cuando fluctuan uno 0 unos delos
factores incidentes V/o las tecnicas recomen-dadas no se pueden
aplicar cabal mente.Parte de ese conocimiento ha surgido de
investiga-ciones de campo V laboratorio. las que han permiti-do
formular recomendaciones como la que sepresenta a continuacion
sobre tiempos minimospara completar /a cornoactacion. publicada por
elInstituto del Asfalto.
CUADRO N23-
Espesordela 1.0 20 25 4.0 50 7.5 90 100carpeta (ernst).Tiernpo
maximo 4 6 8 12 15 15 15 15para completar la
Icompactaci6n despu8sdel exteridido (minutos)
Otro criterio que usual mente se sigue es el deaplicar toda la
cornpactacion antes de que latemperatura de la mezcla este por
debajo de los800C. igualmente hay qUlenes sostienen, con baseen
experiencias de campo, la dificultad de com pac-tar las mezclas
dentro de los prlmeros ocho minutosde colocada la mezcla.
b) Temperatura de eompaetaei6nLa temperatura de compactacion
depende funda-menta/mente del comportamiento de la mezcla a
loscambios termlcos, de la composlcion granulometri-ca, de la
viscosidad del ligante, de las condicionesdel medio circundante V
del equlpo empleado; laseleccion de la temperatura debe hacerse con
baseen tramos de prueba en doncje se reflejen realmentetodos los
aspectos de la tecnica por emplear en elsitio con el equipo humano
V mecanlco de que se
- disponga. SI se trabaja con una temperatura alta se
22 Ingenieria e Investigaci6n
pueden producir: abultarnientos. grietas. adheren-cias V
hundimientos en la mezcla. 0 quedaransuperficies abiertas de baja
compacidad con poca 0ninguna homogeneidad. cuando la temperatura
decornpactacion esta rnuv baja.La temperatura ds- cornpactacion
seleccionadadebe estar en consonancia con los requerimientosbasicos
que gobiernan la calidad de la mezcla.algunos de Ids cuales se han
formulado en parratosanteriores. Hav estudios que fijan la
temperaturaminima de cornpactacion por encima de los 100°CV otros
como las normas de California que hablan deempezar la cornpactacion
cuando la surna de latemperatura del aire V la de la mezcla esta
cornpren-dida entre 1480 V 1900, con un minima para lamezcla de
107°C.
e) Orden de eompaetaei6nEI orden usual de cornpactacion es el
siquiente:juntas tr ansversales. bordes exteriores. juntas long
i-tudinales V finalmente el cuerpo de la carpeta desdeel exterior
hacia el centro; de esta manera se dalugar a: un menor grado de
desplazamiento de lamezcla. mayor uniformidad en la
compacidad.rnejores acabados V mayor competencia de lamezcla
compactada. En general. este aspecto esaceptado V cumplido en forma
cabal.
d) Seeueneia del proeeso de eompaetaei6nAun se acepta la
realizacion de la cornpactacion entres etapas. aunque en la
practice resulta dificil
'separar la primera de la segunda.
1. Compactaci6n inicialCon ella se trata de dar mayor soporte a
lamezcla. asegurando un buen cierre. Para hacerlase plantea el
empleo preferencial de cilindros deruedas metalicas 0 compactador
de neurnati-cos de baja presion (2 a 3 K/cm2) 0 rodillosvibratorios
en tarnden. vibrando solo el segundorodillo en el sentido de avance
hacia la extende-dora. EI compactador de neurnaticos aplica
unamasado a la mezcla pero deja huellas dificilesde quitar.
2. Compactaci6n intermediaSe apllca para sellar la superficie V
terminar ladensificaclon de la mezcla; para realizarla setienen las
mismas alternativas de la compacta-cion inicial. pero con una
preferencia tradicionalpor el compactador de neumaticos de
altapresion (5 a 7 Vcm2) V ahora por los rodillosvibratorios en
tamden, vlbrando ambos rodillos.La preferencia por los neumaticos
radica en lamejor reparticion de p'resiones.
3. Compactaci6n finalCon ella se asegura el acabado V el cierre
total dela cara superior de la mezcla, debe efectuarsecon rodillos
lisos cuando la mezcla esta todaviacaliente V susceptible de ser
compactada Novale la pena hacerla cuando la mezcla esta fria.
-
INGENIERIA CIVIL
e) Aspectos inherentes al desplazamiento de losequipos de
compactaci6n
Frecuentemente se presentan algunas acciones queperjudican
notablemente la calidad de las mezclasastalticas. una muestra de
elias es la siguiente:
Entrada de los compactadores "en frio".Estacionamiento de los
compactadores sobrernezcla no totalmente compactada.Avance de los
compactadores con el rodillofrontal no motriz dirigido hacia la
extendedora.Deficiente humedecimiento de los rodillos yneurnaticos.
no se hace regularmente.Cambios en la direccion de
desplazamientohechos en forma subita 0 con el vibradorprendido.
f) Caracterfsticas de los equipos de compactaci6nEI equipo por
emplear debe cumplir una serie derequisitos entre los cuales se
incluye: desarrollo dela labor en el menor tiempo posible por la
rata deendurecimiento de la mezcla con el tiernpo. tr abajarcon
altas ternper aturas. no causar distorsionessuperficiales.
altacapacidad para aplicar cargas yesfuerzos que permitan el 100%
de desinficacion yversatilidad para empleo sobre diversas clases
demezclas asfalticas 0 materiales no asfalticos.En el mercado
actual se encuentran equipos conmuchas innovaciones. con las cuales
se puedeatender toda la labor de cornpactacion con una solaclase de
equipo; sin embargo, en la pr actica aunpredomina el empleo de mas
de una clase deequipo.
RODlllOS USOSLos mejores resultados se obtienen cuando seemplean
cilindros con el mayor diametr o posible. yaque de esta manera se
reduce la fuerza de tr accion:el accionamiento de rodillos
pequerios requiere unamayor fuerza de traccion y adicionalmente
causadesplazamiento y descornpactacion en la mezcla.En la Figura NQ
lOse muestra como unico metodaefectivo para disminuir la fuerza de
tr accion elaumento del diarnetr o del rodillo.Para rnejorar la
eficiencia del equipo y reducir eltiempo de cornpactacion resulta
conveniente au-mentar el ancho de los cilindros. Equipos
conrodillos de gran diarnetr o y gran ancho no gozan deaceptacion
en el mercado por su poca versatili-dad. La adherencia de la mezcla
al compactador sepuede obvlar aplicando un calentamiento previo
alequlpo.
COMPACTADORES DE NEUMATICOSSon muy versariles, variando su peso
total hasta 35toneladas y las presiones de contacto entre 2 y 7k/
cm2 A pesar de que las Ilantas son lisas, la mezclaalcanza a
adhemse: para mejorar este aspecto sedeben lIevar las Ilantas a una
temperatura superior alos 60°C con base en un calentamiento
previo.La presion de los neumaticos debe ser regulada deacuerdo con
la fase de compactaclon y a la compo-sic Ion de la mezcla; se
recomiendan presiones entre
VJ.0
LooI
-
1200
I1009
800
600
400-
200-
0co .~
, .~ eo .'" co co eo co .'" .'":0 "D "D "D "D "D "D "D "D "D "D
"D0
,0
, ,
-
INGENIERIA CIVIL
730
680
630
580
v;-~ 530-0
-
INGENIERIA CIVIL
Los resultados obtenidos estan acordes con 10presentado en la
referencia NQ 1. los cuales sepresentan en las Figuras Nos. 13 y
14.A manera de sfntesis de la lincidencia de lasternper aturas de
mezclado y cornpactacicn se tiene..
a. Una reduccion casi exponencial de la estabili-dad Marshall a
medida que disrninuve la tempe-ratura de cornpactacion: la perdida
de estabili-dad puede lIegar a ser hasta de un 100%.
b. Se presenta la misma tendencia cuando seanaliza el porcentaje
de vacfos .-quedando prac-ticamente inutilizable la mezcla cuando
sepresenta una pequeria disrninucion en la tempe-ratura de
cornpactacion.
c. La incidencia de la temperatura de mezclado esde menor grade
y su tendencia no es tandefinida.
RESUMEN DE PUNTOS PRINCIPALES
1. La compacidad que finalmente presenta unacarpeta asfaltica es
el reflejo de una serie deacciones de gran siqnificacion en las que
latemperatura de la mezcla determina el grade debeneficio por
obtener en cada una de elias.
2. En la compacidad final inciden los componentestanto en el
aspecto cualitativo como cuantitati-vo. los factores ambientales
vigentes durante lacolocacion y todo el proceso que va desde
elmezclado hasta la cornpactacion.
3. Si bien las pruebas habituales de evaluacion nodiscriminan el
sobr ecalentarniento de las mez-clas en el mezclado. esta
cornpletarnente acep-tada su nocividad; igualmente se reconocecomo
la mejor practice trabajar con la menortemperatura de mezclado
posible.
4. Se requiere racionalizar al maximo toda unaserie de labores
que usual mente caen dentro delterrenp del azar. como son: el
tiempo dernezclado. el transporte de la rnezcla. el extendi-
BIBLIOGRAFIA
1. Highway Research Board. State of the art. Compaction of
AsphaltPavements. 1972.
2 The Asphalt Institute Model construction specifications
forasphalt concrete and other plant types. Specification Series NQ1
(SS-lO). 1975
3. Tamayo Jorge. Gutierrez Carlos. Sensibilidad de la
estabilidadMarshall con las temperaturas de mezclado y
compactacion.
do de la mezcla y el inicio y desarrollo de lacornpactacion.
5. Merece una especial irnportancia todo el proce-so de
cornpactacion en aspectos tan fundamen-tales como son: equipo
empleado. orden ysecuencia de la cornpactacion y principalmentela
temperatura de cornpactacion. el cual esindudablernente el factor
que mas incide en lacompacidad final.
6. Es necesario Ilegar a evaluar el margen decompacidad por
alcanzar por accion del tr aficovehicular. con el objeto de no
propiciar deterio-ros estructurales en la carpeta
7. EI factor individual de mayor incidencia en lacompacidad de
las carpetas asfalticas es indu-dablemente la temperatura. la cual
condicioriatodas las iabor es de pr oduccion. colocacion
ycornpactacion y se manifiesta en dos de losparametres: primordial
lugar. la temperatura decornpactacion y segundo lugar. la
temperaturade mezclado
8. Por 10 planteado. la evaluacion de la compact-dad y de las
propiedades asociadas con ella.deben ajustarse a las pr acticas que
real mente seestan aplicando. por ejemplo. la elabor acion delos
probetas para las pruebas Marshall debenhacerse con mezcla en
identicas condicionesde temperatura a las que se tengan en
elmomenta de rrucrar se la cornpactacion 0 altiempo medic de la
ccrnpactacion
9. Igualmente deben intr oducir se rnoditicacionesen las
especificaciones de ccnstruccion. preci-sando en elias temperatura
maxima y minima demezclado. temperatura minima de compacta-cion.
equipo de cornpactacion para emplear ysecuencia del proceso de
cornpactacion
10 Muchos de los aspectos analizados merecen untratamiento de
mayor pr otundidad que permitacaracterizar toda la incidencia que
ellos ejercenen la cornpacidad y dernas propiedades
l.abor ator ro de Ensayo de Matenales. Uruver srdad
Nacional.1979
4. Hernandez J. Sanchez E. y Garcia C. lncrdencra de
lastemperaturas de mezclado y cornpactac.on en la estabihdad delos
concretos Tests de grado para optar al titulo de IngenleroCIvil
dirlglda par Tamayo Jorge. Unlversldad Naclonal deColom'bla.
1980.
Ingenieria e Investigaci6n 25