UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
Departamento de Ingeniería en Obras Civiles
CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN CALIENTE
PAULO ANTONIO GHIARDO CUTURRUFO
ÁMBAR MADELEINE RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ
Profesor Guía:
Eduardo Barra Rivera
Trabajo de Titulación presentado en
conformidad a los requisitos para obtener el
Título de Constructor Civil
Santiago – Chile
2017
© Paulo Antonio Ghiardo Cuturrufo, Ámbar Madeleine Rodríguez Fernández, 2017
Algunos derechos reservados. Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons AtribuciónNoComercial-SinDerivadas Chile 3.0. Sus condiciones de uso pueden ser revisadas en:
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/
Resumen
La presente memoria pretende dar a conocer los principales aspectos de la construcción
de pavimentos que utilizan mezclas asfálticas confeccionadas en caliente. Esencialmente esta
memoria posee un carácter descriptivo en el cual se describirá de forma general cada uno de los
distintos componentes de este tipo de pavimentos y sus distintos procesos, utilizando el Manual
de Carreteras y normativa vigente en Chile respeto a este tema.
El estudio de este tema, se realiza en base a la necesidad de generar un instructivo
práctico para los futuros profesionales que tengan acceso a esta memoria, pues en Chile no
existen instructivos prácticos que señalen los procesos constructivos en esta materia.
Palabras claves: Manual de Carreteras, Pavimentos, Mezclas asfálticas, instructivo
práctico.
i
Abstract
The present report pretends to present the main aspects of the construction of pavements
using asphalt mixtures made in hot. Essentially, this report has a descriptive character in which
each of the different components of this type of pavement and its different processes will be
described in a general way, using the Highway Manual and current regulations in Chile regarding
this topic.
The study of this topic is based on the need to generate a practical instruction for the
future professionals who have access to this memory, because in Chile there are no practical
instructions that point out the constructive processes in this matter.
Keywords: Highway Manual, Pavements, Asphalt mixtures, practical instructions.
ii
Dedicatorias
Dedicatoria Paulo
A mis padres que me han apoyado en todo momento y en todas las decisiones que he
tomado en el transcurso de mi vida.
A mi señora Margarita Cuevas Ibáñez por brindarme amor, cariño y comprensión. Por
apoyarme y motivarme en los momentos más difíciles.
A mi hija Isabella Ghiardo Cuevas por ser la fuente de mi motivación a la hora de
conseguir mis metas.
A mis hermanos y familia en general.
Dedicatoria Ámbar
A mis padres, que son mi ejemplo a seguir, los que se esforzaron día a día para que no
desistiera y me apoyaron en mis éxitos y fracasos.
A mi sobrino Renato, por quien me esfuerzo día a día, quien me da fuerzas para seguir
el camino que he elegido.
A mis hermanos, cuñadas y sobrinos.
iii
Agradecimientos
En primera instancia queremos agradecer a todos los profesores que hemos conocido a
lo largo de esta carrera, personas que con su sabiduría y conocimientos han aportado en nuestra
formación como profesionales, especialmente al Profesor Eduardo Barra quien nos ha guiado en
esta última etapa de desarrollo de nuestra memoria de titulación, con la cual finalmente podremos
obtener nuestro tan anhelado título.
A nuestros compañeros con los que se nos hizo más grato estudiar y con quienes nos
apoyábamos para no desistir, y seguir adelante a pesar de los triunfos y fracasos, lo importante
fue que nunca nos rendimos.
A nuestras familias, por su apoyo y comprensión, con los que sin su ayuda nunca
hubiésemos podido convertirnos en lo que somos ahora.
Y finalmente a nuestra querida Universidad de Santiago de Chile, quien nos brinda
nuevamente la posibilidad de egresar de una carrera impartida en esta gran casa de estudios,
con la cual podemos mencionar orgullosos que somos profesionales de la USACH.
Agradecimientos Paulo:
Agradezco a mi señora Margarita Cuevas Ibáñez, por el apoyo, comprensión y confianza
que me brindado en los momentos difíciles, por ser mi compañera y luchar todos los días a mi
lado.
A mi hija Isabella Ghiardo Cuevas por ser la principal motivación en mi vida.
A mis padres, por ser los inspiradores y motivadores en el transcurso de mi vida y por
mostrarme el camino a la superación.
A mis hermanos, por sus palabras y compañía.
A mis abuelos, por guiarme y apoyarme en todo momento.
A mi compañera Ambar Rodriguez, por apoyarme en momentos difíciles, por ser mi fiel
amiga a pesar de las diferencias que tenemos.
A todas las personas que hicieron posible este trabajo incluyendo profesores,
compañeros y colegas, a nuestro profesor Eduardo Barra por ser nuestro guía en este proceso.
iv
Agradecimientos Ámbar:
Agradezco a mi familia, por estar siempre apoyándome para que no desistiera, a pesar
de fracasar me dieron fuerzas para levantarme, no flaquear y seguir siempre adelante.
A mi madre y padre, quienes forjaron los cimientos de la persona que soy hoy y me
enseñaron que con perseverancia y esfuerzo todo se puede.
A mi sobrino Renato, quien es la persona por la que me esfuerzo día a día, para que vea
en mí un ejemplo a seguir y nunca desista de sus sueños.
A mis hermanos, sobrinos y cuñadas, por siempre brindar momentos de felicidad y apoyo.
A mi compañero y amigo, Paulo, por siempre estar ahí en los buenos y malos momentos,
con quien a pesar de nuestras diferencias nos hemos convertido en grandes amigos y hoy
nuevamente nos encontramos enfrentado este arduo trabajo, con el cual concluimos un nuevo
logro profesional.
A todas esas personas que estuvieron siempre para tender una mano, en los buenos y
malos momentos, muchas gracias de corazón.
v
Tabla de Contenido
RESUMEN…………………………………………………………………………………………...……..I
ABSTRACT………………………………………………………………………………………………...II
DEDICATORIA…………………………………………………………………………………………...III
AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………………………IV
TABLA DE CONTENIDO………………………………………………………….……………………..VI
ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………….…………………………..X
ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………………………………………XI
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………….1
Aspectos generales………………………………………………………………...………………..……1
Justificación del trabajo……………………………………………………………..…………………….1
Objetivos del trabajo………………………………………………………………….…………………...1
Objetivo General………………………………………………………….…………………………….…1
Objetivos Específicos……………………………………………………………………………………..1
Metodología a desarrollar………………………………………………………………………………...2
Alcances y limitaciones…………………………………………………………………………………...2
1
CAPÍTULO 1: PAVIMENTOS ASFÁLTICOS EN CALIENTE……………………………………4
1.1 Fundamentos teóricos del funcionamiento de los pavimentos asfálticos…………………4
1.1.1
Proceso de destilación del Petróleo………………………………………………….6
1.1.2
Materiales asfálticos o ligantes asfálticos…………………….……………………..7
1.1.2.1 Tipos de materiales asfálticos……………………………………………………7
1.1.3
1.1.2.1.1
Asfalto…………………………………………………….……………….7
1.1.2.1.2
Cemento asfáltico…………………………………..……………………8
1.1.2.1.3
Asfaltos cortados………………………………...………………………9
1.1.2.1.4
Emulsiones asfálticas…………………………………………...………9
Materiales Pétreos……………………………………………………………………10
1.2 Recubrimientos asfálticos…………………………………………………..…………………13
1.2.1
Riegos asfálticos………………………………………………………...……………14
1.2.2
Capas de protección………………………………………………………………….14
vi
1.2.3
Capas estructurales……………………...………………………………………..…15
1.2.3.1 Clasificación de acuerdo a su posición relativa…………...…………………..15
1.2.3.2 Clasificación de acuerdo a su granulometría………...………………………..16
1.2.3.3 Clasificación de acuerdo a la cantidad de huecos en la mezcla……………..17
1.2.3.4 Clasificación de acuerdo a su proceso constructivo……………....................17
1.3 Pavimentos……………………………………………………………………………………..18
1.3.1
Tipos de pavimentos…………………………………………………………………19
1.3.1.1 Pavimentos rígidos………………………………………………………………19
1.3.1.2 Pavimentos flexibles……………………………….…………………………….20
1.3.1.3 Pavimentos semiflexibles…………………………………….…………………20
1.4 Especificaciones generales de los materiales……………………………………………….21
1.4.1
Ensayo a los materiales asfálticos………………………………………………….21
1.4.1.1 Ensayo a los cementos asfálticos……………………………………...………21
1.4.1.1.1
Penetración…………………………………………………….……….21
1.4.1.1.2
Punto de inflamación……………………………………….………….22
1.4.1.1.3
Ductilidad…………………………………………………….………….23
1.4.1.1.4
Solubilidad………………………………………………………………23
1.4.1.1.5
Ensaye de la mancha……………………………….…………………24
1.4.1.1.6
Punto de ablandamiento……………………………...……………….24
1.4.1.1.7
Viscosidad………………………………………………………………25
1.4.1.1.8
Ensayo de la película delgada………………………………………..26
1.4.1.1.9
Ensayo de la película delgada rotatoria……………………………..26
1.4.1.1.10 Punto de rotura de Frass……………………………………….……..27
1.4.1.1.11 Determinación del peso específico…………………………………..27
1.4.2
Calidad de los áridos……………………………………………………..…………..27
1.4.2.1 Granulometría……………………………………………………………..……..27
1.4.2.2 Resistencia al desgaste…………………………………………………………27
1.4.2.3 Estabilidad o solidez…………………………………………………………….28
1.4.2.4 Limpieza y pureza……………………………………………………….………29
1.4.2.5 Rozamiento interno…………………………………………………...…………29
1.4.2.6 Propiedad superficial…………………………………………………..………..29
1.5 Equipos empleados en la producción de los materiales…….………………….…………30
1.5.1
Planta asfáltica de producción continua…………………………………..……….30
1.5.2
Plantas asfáltica de producción discontinua……………………………..………..32
1.5.3
Producción de materiales……………………………………………………...…….33
1.5.3.1 Almacenamiento de material………………………………………..………….34
1.5.3.2 Alimentación de agregados en frio…………………………………...………..35
1.5.3.3 Almacenaje del asfalto…………………………………………………………..35
vii
1.5.3.4 Dispositivos de dosificación del asfalto………………………………………...36
1.5.3.5 Sistema de alimentación de filler………………………………………..……...36
1.5.3.6 Secado y calentamiento………………………………………………………....37
1.5.3.7 Colector de polvo……………………………………………………………...…38
1.5.3.8 Cribas y tolvas de recepción en caliente…………………………………...…39
1.5.3.9 Almacenamiento de la mezcla asfáltica en caliente……………………..…..39
2
CAPÍTULO 2: CONTROL A LOS EQUIPOS EN EL PROCESO
DE CONSTRUCCIÓN………………………………………………………………………………40
2.1 Control a la superficie de apoyo del pavimento…………………………………….………..40
2.2 Control a la imprimación……………………………………………………………………….40
2.2.1
Maquinaria a utilizar en imprimación: Distribuidor de asfalto……………………..46
2.3 Control a la mezcla asfáltica en planta……………………………………………………….47
2.4 Control a la mezcla asfáltica en su transporte………………………………………………48
2.4.1
Maquinaria a utilizar en transporte de mezcla asfáltica en caliente:
Camión tolva o volquete…..……………………………………………….…………49
2.5 Control a la mezcla asfáltica en su colocación…………………………………..…………..50
2.5.1
Maquinaria a utilizar en la colocación de mezcla asfáltica en caliente:
Finisher o terminadora…..……………………………………………………...……51
2.6 Control a la compactación………………………………………………………………….….52
2.6.1
Maquinaria a utilizar en la compactación de mezcla asfáltica
en caliente.........................................................................................................54
2.6.1.1 Rodillo Tándem…………………………………………………………….…….54
2.6.1.2 Rodillo Neumático…………………….…………………………………...........55
2.7 Maquinaria para control de obra…………………………………………………….………..56
3
2.7.1
Termómetro de varilla……………………………………………………………..…56
2.7.2
Densímetro nuclear……………………………….………………………………….56
2.7.3
Densímetro no nuclear……………………………….………………………………58
CAPÍTULO 3: INFLUENCIA DE LOS FACTORES ESPECÍFICOS
EN LA PAVIMENTACIÓN……………………………………………………………………...…..59
3.1 Influencia del clima y temperatura ambiente…………………………………………………59
3.2 Influencia del clima, radiación solar y rayos ultravioleta………………………………...…61
3.3 Influencia de la temperatura en la compactación………………………..……………..……62
4
CAPÍTULO 4: ALCANCES AL PROCESO DE DOSIFICACIÓN………………………….……64
4.1 Procedimientos de dosificación de mezclas en caliente……………..……………….……65
4.1.1
Método Marshall…………………………………………………..…………………..65
4.1.2
Pruebas a las mezclas asfálticas compactadas……………...……………………68
4.2 Parámetros de dosificación…………………………………………………………….….….68
4.3 Aspectos de la dosificación incidentes en la construcción…………………………..……70
viii
5
CONCLUSION………………………………………………………………………………………74
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………..……75
ANEXOS………………………………………………………………………………………….………76
ix
Índice de Tablas
Tablas Capitulo 1
Tabla 1.1 Tamices normalizados………………….…………………………………………………..12
Tabla 1.2 Clasificación granulométrica de mezclas asfálticas…………………………………...…17
Tabla 1.3 Clasificación % huecos en la mezcla……………………………………………….………17
Tabla 1.4 Ciclo de funcionamiento en segundos, de planta asfáltica discontinua……………..…..33
Tablas Capitulo 2
Tabla 2.1 Especificaciones para asfaltos cortados tipo curado medio………………..…………….41
Tabla 2.2 Tiempo absorción asfalto en imprimación………………………………………….……..45
Tablas Capitulo 4
Tabla 4.1 Criterios para Ensayo Marshall……………………………………………………..……….69
Tabla 4.2 Criterios para Vacíos en agregado mineral………………………………………...………69
x
Índice de Figuras
Figuras Capitulo 1
Figura 1.1 Resumen de la Metodología…………………………………………………………….2
Figura 1.2 Lago de Guanoco…………………………………………………………………………4
Figura 1.3 Proceso de obtención del asfalto del petróleo…………………………………..…….6
Figura 1.4 Productos y temperatura típicos de destilación……………………………….………7
Figura 1.5 Gravas de canto rodado………………………………………………………………..11
Figura 1.6 Gravas de canto chancado…………………………………………………………….11
Figura 1.7 Curva granulométrica…………………………………………………………………...13
Figura 1.8 Estructura general de un pavimento flexible ……………………………...…………16
Figura 1.9 Estructura tipo de un Pavimento Flexible ………………….…………….………..…18
Figura 1.10 Estructura tipo de un pavimento rígido………………………………………..…….19
Figura 1.11 Sección trasversal pavimento semiflexible……………………………..…………..20
Figura 1.12 Sección trasversal pavimento flexible…………………………………………...…..21
Figura 1.13 Ensayo de penetración………………………………………………………………..22
Figura 1.14 Ensayo punto de inflamación…………………………………………………………22
Figura 1.15 Molde de briqueta para ensayo de ductilidad………………………………...…….23
Figura 1.16 Muestras negativas y positivas, ensayo de la mancha……………………………24
Figura 1.17 Aparato punto de ablandamiento…………………………………………………….25
Figura 1.18 Máquina de Los Ángeles………………………………………………………….…..28
Figura 1.19 Planta asfáltica de producción continúa…………………………………………….30
Figura 1.20 Planta de producción asfáltica discontinua…………………………………..……..32
Figura 1.21 Acopio agregados pétreos……………………………………………………...…….34
Figura 1.22 Alimentación agregados en frio……………………………………………………....35
Figura 1.23 Tanque almacenamiento asfalto……………………………………………………..36
xi
Figura 1.24 Sistema alimentación filler…………………………………………………………….37
Figura 1.25 Tambor secador………………………………………………………………………..37
Figura 1.26 Colector de Polvo………………………………………………………………………38
Figura 1.27: Silos de almacenamiento………………………………………………………….…39
Figuras Capitulo 2
Figura 2.1 Imprimación asfáltica……………………………………………………………….…..41
Figura 2.2 Distribuidor de asfalto…………………………………………………………………..43
Figura 2.3 Alturas de la barra regadora……………………………………………………….…..44
Figura 2.4 Distribuidor de asfalto…………………………………………………………………..46
Figura 2.5 Partes del distribuidor de asfalto………………………………………………...…….47
Figura 2.6: Camión Tolva……………………………………………………………………………50
Figura 2.7 Finisher…………………………………………………………………………………...51
Figura 2.8 Rodillo Tándem……………………………………………………………………….…55
Figura 2.9: Rodillo neumático………………………………………………………………………55
Figura 2.10 Termómetro de varilla……………………………………………………...………….56
Figura 2.11 Densímetro nuclear………………………………………………………………...….57
Figura 2.12 Densímetro no nuclear…………………………………………………………..……58
Figuras Capitulo 3
Figura 3.1 Deterioro de pavimentos………………………………..………………………………60
Figura 3.2 Gráfico perdida temperatura de pavimento asfáltico en
caliente en su transporte…………………………………………………………………………….62
Figura 3.3: Gráfico temperatura de compactación vs.
Tiempo de compactación……………………………………………………………………..…….63
Figuras Capitulo 4
Figura 4.1 Distribución de presiones en el pavimento…………………….……………………..64
xii
Figura 4.2 Aparato Marshall……………………………………………………………………...…66
Figura 4.3 Probetas…………………………………………………………………………….……67
Figura 4.4 Ejemplo gráficos Estabilidad vs % Asfalto, densidad vs % Asfalto y
Huecos de aire vs % Asfalto……………………………………………………………………..…67
Figura 4.5 Ahuellamiento……………………………………………………………………………70
Figura 4.6 Exudación………………………………………………………………………….…….71
Figura 4.7 Desintegración del asfalto……………………………………………………….……..71
xiii
Introducción
Aspectos Generales
Con el presente trabajo se pretende dar respuesta a las inquietudes de los futuros
profesionales que se formen en nuestra universidad, dando así a conocer un tema que en nuestro
país no posee grandes fuentes de información. Por lo que, se pretende ayudar y guiar a los futuros
profesionales sirviendo así como texto guía en lo que refiere pavimentos asfálticos en caliente.
Justificación del trabajo
Durante el estudio de nuestra carrera nos vamos dando cuenta que los materiales de
apoyo son de vital importancia para entender las distintas materias que se nos imparten, como
estudiantes nos enfocamos en recopilar información desde internet, encontrándonos siempre con
material de origen extranjero que muchas veces no es aplicable a la manera en que se construye
en Chile.
La literatura técnica de construcción es muy escasa en nuestro país, por lo que con el
desarrollo de esta memoria de título buscamos ser un aporte para los futuros estudiantes que
acoja nuestra casa de estudios, enfocándonos principalmente en los distintos aspectos de la
construcción de pavimentos que han empleado mezclas asfálticas en caliente, tema del cual no
existe gran información en nuestro país.
Objetivos del Trabajo
Objetivo General
Describir e identificar las principales etapas y aspectos necesarios para la construcción
de pavimentos asfálticos en caliente.
Objetivos Específicos
-
Descripción de la maquinaria de construcción asfáltica y sus condiciones de uso.
-
Descripción de los factores a considerar para un buen resultado de los pavimentos
asfálticos en caliente.
-
Influencia de la dosificación de la mezcla asfáltica en la construcción.
-
Describir e identificar los distintos componentes de una mezcla asfáltica en caliente.
-
Identificar los aspectos necesarios para reconocer una mezcla asfáltica en caliente en
mal estado.
-
Dar a conocer los distintos usos que se les puede dar a las mezclas asfálticas en caliente.
1
Metodología a Desarrollar
Figura 1.1. Resumen de Metodología
Fuente: Elaboración Propia.
La presente memoria de titulación, estará enfocada inicialmente en dar a conocer los
conceptos básicos que tienen relación con los pavimentos. Esta información permitirá entender y
comprender de manera más efectiva los distintos puntos que se abordaran en este trabajo.
Una vez comprendidos los conceptos básicos con la revisión de bibliografía, se tratarán
los aspectos más teóricos y complejos en lo que refiere a pavimentos, por lo que no solo se dará
a conocer que son los pavimentos asfálticos en caliente, sino todo el proceso que conlleva su
fabricación, colocación y mantenimiento.
Finalmente, se expondrán las conclusiones y recomendaciones que se obtuvieron del
material, en sus etapas de fabricación y construcción considerando la normativa vigente hoy en
Chile.
Alcances y limitaciones
El presente trabajo de titulación abordará lo que respecta al tema de pavimentos
asfálticos en caliente, abarcando los siguientes puntos:
-
Materiales componentes
-
Maquinarias necesarias para su fabricación y colocación en terreno
2
-
Controles necesarios a los equipos en su proceso de colocación.
-
Influencia de los factores climáticos en su proceso de colocación y fabricación.
-
Dosificación de mezclas en caliente.
Los puntos anteriores serán realizados en base a la normativa vigente en Chile, por lo que
en esta memoria la normativa es de carácter referencial.
Esta memoria se enfocará esencialmente en pavimentos asfálticos en caliente, por lo que no
se abarcará temas respectivos a mecánica de suelos.
No se indicarán los costos de construcción de pavimentos asfálticos en caliente en Chile, ni
de los materiales y/o maquinarias necesarias para la ejecución de estos.
3
1 Pavimentos asfálticos en caliente
En el presente capítulo se abordarán los conceptos básicos necesarios para entender qué
son los pavimentos asfálticos en general, abordando sus características y propiedades, el cual
estará enfocado principalmente en los pavimentos asfálticos en caliente.
1.1
Fundamentos teóricos del funcionamiento de los pavimentos
asfálticos
La American Society for Testing and Materials, ASTM, define al asfalto como “un material
cementante, de color oscuro y de consistencia variable, cuya rigidez depende de la temperatura
en que se encuentre. A temperatura ambiente el asfalto es sólido a semisólido, y cuando su
temperatura se eleva se vuelve líquido, esta condición permite que los agregados sean cubiertos
completamente, durante la mezcla. El asfalto usado en pavimentación, generalmente llamado
cemento asfáltico, a altas temperaturas (135ºC) es poco rígido, condición que permite que se
adhiere fácilmente a las partículas del agregado y, por lo tanto, es un excelente cemento que une
los agregados en mezclas en caliente. El cemento asfáltico también es usado como
impermeabilizante y no es afectado por los ácidos, los álcalis (bases) o las sales. Esto significa
que un pavimento de concreto asfáltico construido adecuadamente es impermeable y resistente
a muchos tipos de daño químico”. [1]
Figura 1.2. Lago de Guanoco
Fuente: A.2013, 07. El lago de asfalto de Guanoco, uno de los grandes olvidos del siglo
XX. Obtenido 11, 2017, de https://tropaoriente.wordpress.com/2013/07/08/el-lago-de-asfalto-deguanoco-uno-de-los-grandes-olvido-del-siglo-xx/
Asphalt Institute 1992. “Principios de Construcción de pavimentos de mezcla asfáltica en caliente”. Serie de
manuales N°22 (MS-22). [1]
4
El asfalto es un material y/o sustancia que se puede encontrar en yacimientos naturales,
como aquel que se encuentra en el lago de Guanoco en Venezuela, el más grande de Sudamérica
con una superficie aproximada de 4,2 km2, o de manera sintética como destilado de petróleo. En
Chile se utiliza el asfalto que se obtiene en el proceso del destilado del petróleo.
El gran auge del asfalto en obras viales se observa a principios del siglo XIX, debido a la
aparición del automóvil con neumáticos y la explotación del petróleo que comenzó a realizarse
de forma masiva. El primero de estos hechos impulso a los usuarios a exigir mejoras en los
caminos para así poder circular de una manera más rápida sin dañar sus automóviles, en tanto,
el segundo de estos hechos facilitó que se pudiesen producir asfaltos de distintos tipos para el
uso vial, es así como alrededor de 1870 comenzaron a aparecer las primeras mezclas asfálticas
en caliente en el mercado
El petróleo en su forma natural, se denomina “petróleo crudo”, el cual está constituido por
una gran cantidad de hidrocarburos. Entre estos, encontramos materiales solidos como el asfalto
y gases como el metano. El petróleo crudo se puede clasificar como:
-
Crudos de base parafínica: Contiene mayoritariamente parafina y casi de nada de
material asfáltico. Con estos se obtienen generalmente gasolinas de bajos octanos,
parafina y aceites lubricantes. Se caracterizan por su color claro y ser muy líquidos.
-
Crudos de base nafténica o asfáltica: Al contrario de los crudos de base parafínica,
estos contienen en su mayoría material asfáltico y casi nada de parafina. Son
principalmente de color negruzco.
-
Crudos de base mixta o aromática: Contienen parafina, asfalto e hidrocarburos
aromáticos.
Para la fabricación de asfalto para pavimentos, se utilizan generalmente los destilados
obtenidos de los crudos nafténicos y aromáticos.
A simple vista, se pueden distinguir dos características en el asfalto, su viscosidad y el
color negruzco que posee, pero además podemos señalar características que no se observan a
simple vista, entre las cuales mencionamos las siguientes:
-
Material altamente impermeable, característica que evita que las aguas lluvias ingresen
en el pavimento.
Es adhesivo y cohesivo, lo que permite que las distintas capas del pavimento se adhieran o junten
de una forma correcta.
5
1.1.1
Proceso de destilación del Petróleo
El petróleo en su forma natural, se denomina “petróleo crudo”, el cual está constituido por
una gran cantidad de hidrocarburos. Entre estos, encontramos materiales solidos como el asfalto
y gases como el metano. El petróleo crudo se puede clasificar como:
-
Crudos de base parafínica: Contiene mayoritariamente parafina y casi de nada de
material asfáltico. Con estos se obtienen generalmente gasolinas de bajos octanos,
parafina y aceites lubricantes. Se caracterizan por su color claro y ser muy líquidos.
-
Crudos de base nafténica o asfáltica: Al contrario de los crudos de base parafínica, estos
contienen en su mayoría material asfáltico y casi nada de parafina. Son principalmente
de color negruzco.
-
Crudos de base mixta o aromática: Contienen parafina, asfalto e hidrocarburos
aromáticos.
Para la fabricación de asfalto para pavimentos, se utilizan generalmente los destilados
obtenidos de los crudos nafténicos y aromáticos.
-
A simple vista, se pueden distinguir dos características en el asfalto, su viscosidad y el
color negruzco que posee, pero además podemos señalar características que no se
observan a simple vista, entre las cuales mencionamos las siguientes:
-
Material altamente impermeable, característica que evita que las aguas lluvias ingresen
en el pavimento.
-
Es adhesivo y cohesivo, lo que permite que las distintas capas del pavimento se adhieran
o junten de una forma correcta.
Figura 1.3: Proceso de obtención de asfalto del petróleo.
Fuente: A.2006, 09. Jorge Marcelo Silva Friederichsen. Curso de Laboratoristas Viales Clase
B-2006: “Curso de ligantes asfálticos, sellos de juntas y ensayes especiales a agregados.
6
Factores como temperatura, presión y tiempo en el proceso de destilación, influyen en la
mayor o menor dureza del asfalto.
Los materiales que componen los pavimentos asfálticos en caliente son desarrollados en base a
combinaciones de materiales pétreos y materiales asfálticos. Como se ha nombrado en apartados
anteriores, los pavimentos asfálticos están compuestos por una serie de capas las cuales difieren
en espesores, estos últimos se determinar en base a las solicitaciones a las que serán sometidos
estos pavimentos.
En la mezcla asfáltica los materiales pétreos quedan cubiertos en su totalidad por una película de
material ligante.
1.1.2
Materiales Asfálticos o Ligantes Asfálticos
Los materiales asfálticos que componen una mezcla asfáltica en caliente son el Asfalto y el
Cemento asfáltico. A modo informativo se señalaran dos tipos adicionales de materiales asfálticos
que son los asfaltos cortados y las emulsiones asfálticas, los cuales no son utilizados en los
pavimentos asfálticos en caliente, pero sirven de conocimiento para el lector.
1.1.2.1 Tipos de materiales asfálticos
1.1.2.1.1 Asfalto
Figura 1.4: Productos y Temperatura típicos de destilación.
Fuente: A, 2012. El Asfalto. Obtenido 03, 2018. De
http://asfaltoenobracivil.blogspot.cl/2012/07/definicion.html
7
Es un material que presenta grandes propiedades impermeables, poder de adherencia y
gran resistencia a los esfuerzos. Es generalmente de color oscuro compuesto por hidrocarburos
y se puede presentar de forma líquida, semisólida o sólida.
Las características que se mencionaron con anterioridad hacen del asfalto un material
ideal para el desplazamiento de los vehículos.
En la figura 1.4 es posible observar la temperatura de destilación de los distintos
productos derivados del petróleo.
1.1.2.1.2 Cemento Asfáltico
El cemento asfáltico se denomina por las letras CA y en Chile, se clasifican de acuerdo a
la viscosidad absoluta (propiedad de los fluidos que indica la resistencia que estos ofrecen al
movimiento de sus partículas cuando son sometidos a esfuerzo cortante) que presentan a los
60°C.
Para las mezclas asfálticas en caliente se deben utilizar cementos asfálticos del tipo o
grado CA-24 ó CA-14, para saber cuál de estos utilizar se debe considerar las condiciones
climáticas y el tránsito del lugar en donde serán utilizados, por lo que el CA-24 se utiliza en zonas
cálidas y templadas y el CA-14 se usa en zonas frías.
El principal uso de los cementos asfálticos es para pavimentación, y esto se debe a que posee
características que hacen de él el material ideal para esto, dentro de las cuales se destacan las
siguientes:
-
Es un material viscoso, por lo que al ser vertido en algún lugar este no se derrama de la
manera en que lo haría un líquido.
-
Es altamente impermeable, pues debe evitar que las aguas lluvias penetren en el
pavimento.
-
Es flexible.
-
Tiene propiedades aglomerantes, lo que indica que puede unir partes o secciones de una
o varias sustancias, lo que hace de él un material adhesivo.
-
Es resistente a ácidos, sales y álcalis
-
Tiene propiedades termoplásticas, se ablanda a medida que se va calentando.
Se pueden distinguir distintos grados de cementos asfálticos, de acuerdo a su rango de
penetración, entre los cuales se destacan los siguientes:
-
CA 40-50, es utilizado en rellenos de juntas y grietas.
-
CA 60-70, utilizado para la construcción de bases binder y carpetas de rodado.
-
CA 120-150: Se utiliza para tratamientos superficiales.
Algunas consideraciones a tener en cuenta para la aplicación de los cementos asfálticos son
las siguientes:
-
No debe aplicarse cuando hay lluvia o amenaza de esta.
-
No debe aplicarse sobre superficies húmedas.
8
-
No debe aplicarse a temperatura ambiente bajo los 10°C
-
Su transporte, almacenamiento y aplicación, debe generarse en condiciones adecuadas
cuidando siempre la temperatura del CA.
-
No se debe almacenar a temperaturas superiores a los 160°C.
1.1.2.1.3 Asfaltos cortados
Son asfaltos de carácter líquido, los cuales se fabrican a partir de cementos asfálticos diluidos
y mezclados con solventes derivados del petróleo, tales como bencina, kerosene, etc.
La
velocidad de curado, clasifica a los asfaltos cortados de la siguiente manera:
-
RC, en ingles se les denomina “Rapid Curing” ó curado rápido. El solvente utilizado para
este tipo es la gasolina. Este tipo de asfalto cortado se usa generalmente para riegos de
liga, mezclas asfálticas abiertas, bases asfálticas, entre otros.
-
MC, en ingles se les denomina “Medium Curing” ó curado medio. El solvente utilizado
para este tipo de asfalto cortado es la parafina o el kerosene. Es utilizado generalmente
como imprimante en bases estabilizadas.
-
SC, en ingles se les denomina “Slow Curing” ó curado lento. El solvente utilizado para
este tipo de asfalto cortado es aceite poco volátil, que en la actualidad ya no se utiliza.
Las siglas RC, MC y SC, están acompañadas de un número el cual indica la viscosidad
cinemática expresada en centistokes, del asfalto cortado, entre los cuales se pueden señalar:
MC-30, MC-70, RC-250, etc. esto que indica que a mayor número, más viscoso es el asfalto
cortado.
Se deben tener en cuenta los siguientes puntos al momento de utilizar asfaltos cortados:
-
No se deben emplear con lluvia o amenaza de esta
-
No se deben emplea a temperaturas inferiores a 10°C
1.1.2.1.4 Emulsiones asfálticas
Son mezclas o combinaciones heterogéneas de dos o más líquidos que no se mezclan
entre sí, y que al mezclarse con sustancias llamadas emulsiones formar una mezcla más estable,
por lo que gracias a un agente emulsificante es posible mezclar asfalto y agua.
Al mezclar una emulsión con materiales pétreos, se produce un desequilibrio eléctrico lo que
se denomina quiebre de la emulsión, es decir, el asfalto se une al material pétreo y debido a esta
acción el agua se evapora o escurre, produciéndose una separación entre ambos elementos.
Los quiebres de emulsiones, pueden ocurrir de manera instantánea o en forma lenta, por lo
que de acuerdo a la velocidad en que esta ocurre, se clasifican en:
9
-
RS “Rapid Setting” o emulsiones asfálticas de quiebre rápido
-
MS “Medium Setting” o emulsiones asfálticas de quiebre medio
-
SS “Slow Setting” o emulsiones asfálticas de quiebre lento
Las emulsiones asfálticas presentan un color café antes de producirse el quiebre y posterior
a este son de color negro.
Los áridos presentan polaridad negativa o positiva, por lo que, para tener una buena
adherencia, la emulsión debe tener afinidad eléctrica con el árido. Con lo anterior, se puede
señalar que existen dos tipos de emulsiones de acuerdo a su carga eléctrica:
a) Emulsiones asfálticas aniónicas: Son aquellas emulsiones asfálticas que están cargadas
negativamente, y que poseen afinidad con áridos cargados positivamente. Estas emulsiones, se
designan por las letras RS, MS o SS señaladas anteriormente.
b) Emulsiones asfálticas catiónicas: Son aquellas emulsiones asfálticas cargadas
positivamente, y que poseen afinidad con áridos de carga negativa. Estas emulsiones se
designan por las letras RS, MS o SS, al igual que las anteriores, pero se les antepone una letra
C, así por ejemplo se tienen emulsiones asfálticas del tipo CSS-1, la que significa que se tiene
una emulsión catiónica de quiebre lento. El número que acompaña a estas letras indica el grado
de viscosidad de la emulsión.
En Chile, por lo general los áridos son iónicamente negativos, por lo que las emulsiones
asfálticas catiónicas son las que se utilizan con más frecuencia. Estas deben cumplir con las
especificaciones técnicas descritas en el volumen 8 del Manual de Carreteras.
1.1.3
Materiales Pétreos
El árido presente en una mezcla asfáltica, constituye más del 90% de la mezcla, siendo
así, el esqueleto que debe soportar y resistir a las cargas del tránsito.
Generalmente se pueden distinguir en la naturaleza arenas o gravas de canto rodado y
chancados visualmente. Aquellas de canto rodado se encuentran habitualmente en lechos de ríos
y las podemos reconocer pos su forma redonda libre de aristas vivas. En tanto el material
chancado posee sus aristas vivas y surge generalmente de la explotación de canteras rocosas
que posteriormente son procesadas en plantas trituradoras.
Los áridos son materiales pétreos compuestos de partículas de distinto tamaño y
habitualmente se dividen en tres fracciones que son grava, gravilla y arena.
10
Figura 1.5: Gravas de canto rodado
Fuente: Canto rodado negro de grosor 25-40 mm. Obtenido 03, 2018. De
http://www.leroymerlin.es/fp/15731023/canto-rodado-negro-de-grosor-25-40-mm-arisac-cantorodado-negro
Figura 1.6: Gravas de canto chancado
Fuente: Productos Transymaq. Obtenido 01, 2018.
De http://transymaq.com/productos.php?codsec=&pagini=6
Los áridos se clasifican según su tamaño y en la práctica estos tamaños se dividen en grava
y arena, cuyas definiciones podemos señalar a continuación según lo que indica la norma NCh
163 Of 79:
a) Arena o agregados finos: áridos que pasan por el tamiz de abertura nominal de
5mm y es retenido en el de 0.80mm o N°200.
11
b) Grava o agregados gruesos: áridos que pasan quedan retenidos en el tamiz n°4.
c) Árido Total (árido combinado): árido resultante de la combinación de arena(s) y
grava(s) en proporciones definidas por el estudio de dosificación.
De acuerdo al material retenido en el tamiz, podemos señalar las siguientes definiciones
respecto a tamaño de abertura de los tamices:
-
Tamaño máximo absoluto: abertura del tamiz normalizado que deja pasar el 100% de
material.
-
Tamaño Máximo nominal: abertura del tamiz normalizado inferior, el que se encuentra
a continuación del tamaño máximo absoluto.
Los áridos están constituidos por partículas de distintos tamaños, conformando así un grupo
de partículas que al ser ordenadas por tamaño decreciente da origen a lo que conocemos como
granulometría. Existen dos tipos de granulometría, abierta y cerrada; la primera de estas
corresponde a áridos bien graduados, en tanto las granulometrías cerradas, corresponden a
áridos uniformes y con escaso material fino.
Para calcular la granulometría, se debe tomar una muestra representativa del material y
pasarla por una serie de tamices los cuales se encuentran en orden decreciente. Los tamices
para áridos se encuentran normalizados según la NCh 165 y se denominan por su abertura en
mm, aunque los utilizados son los de la serie ASTM pues son estos los que se encuentran
disponibles en el mercado, por lo que podemos ver la correspondencia de tamices en la tabla 1.1.
Arena
Norma
Grava
ASTM
# 100
#50
#30
#16
#8
#4
#3/8"
#1/2"
3/4"
1"
1 1/2"
2"
2 1/2 "
mm
0.15
0.3
0.6
1.18
2.36
4.75
9.5
12.5
19
25
38.1
50
63
0.160
0.315
0.630
1.250
2.5
5.0
10
12.5
20
25
40
50
63
NCh
mm
Tabla 1.1. Tamices normalizados
Fuente: A. 1977. NCh 165. Of77. Áridos para morteros y hormigones – Tamizado y
determinación de granulometría. Obtenido 12, 2017, de
http://www.enciclopediadelaconstruccion.cl/wp-content/uploads/2017/02/NCh-165-OF-77%C3%81ridos-para-morteros-y-hormigones-Tamizado-y-determinaci%C3%B3n-de-lagranulometr%C3%ADa.pdf
La granulometría se registra en una curva representativa, que indica la cantidad relativa
de los distintos tamaños de partículas que se pueden obtener dentro de una muestra de áridos,
representando así, la distribución porcentual de los distintos tamaños de partículas de la mezcla
de áridos con respecto a la masa total de la muestra analizada. En la figura Nº 1.7, se observa la
curva granulométrica en cuyo eje horizontal se encuentran representadas las aberturas de los
tamices normalizados en escala logarítmica y en el eje vertical, los porcentajes de la muestra del
árido que pasaron por cada uno de los tamices.
12
Figura 1.7: Curva granulométrica
Fuente: A.2010, 06. Curva Granulométrica. Obtenido 01, 2018, de
https://pt.slideshare.net/tecnicoenconstruccion/curva-granulomtrica
Al representar la curva granulométrica en el grafico obtenemos también la banda
granulométrica, con la cual es posible parametrizar el material obtenido, mostrándonos así la
zona en que se encuentra este. También se obtiene la banda de trabajo, la cual está contenida
en la banda granulométrica y se obtiene al fijar nuevas tolerancias, para así el material este de
acuerdo a estos parámetros de trabajo no afectando la calidad de este.
Para las mezclas asfálticas, se han de tener en cuenta las siguientes consideraciones:
-
Fracción Gruesa o agregados gruesos: Se le llama así a la fracción retenida en el
tamiz 2.5 mm (ASTM #8).
-
Fracción Fina o agregados finos: Se le llama así a la fracción de muestra que pasa por
el tamiz 2.5mm (ASTM # 8) y queda retenida en el tamiz de 0.08mm (ASTM # 200).
-
Polvo mineral (Filler): Es el material fino que pasa por los tamices de 0.63mm (ASTM
#30) y 0.08 (ASTM #200).
1.2
Recubrimientos asfálticos
Son tratamientos de protección de algún tipo de ligante asfáltico que se realizan a las distintas
capas de los pavimentos, pero por si mismos no constituyen un pavimento, son generalmente
aplicaciones delgadas y uniformes. Estos pueden ser agrupados de acuerdo a sus funciones en
los siguientes tipos:
13
-
Riegos Asfálticos
-
Capas de protección
-
Capas estructurales
1.2.1
Riegos asfálticos
Este tipo de aplicaciones se realizan a pavimentos existentes, alguna de sus capas o sobre
el suelo de algún producto asfáltico. Dentro de los riegos asfálticos, los más utilizados son los
siguientes:
a) Matapolvo: Su función es unir las partículas de polvo. Se realiza con asfalto líquido o
aceite quemado.
b) Sello negro: Se les denomina también riegos de neblina o “fog seal”. Se aplica una
emulsión asfáltica diluida, generalmente sobre pavimentos asfálticos existentes para
rejuvenecerlos, impermeabilizarlos y evitar el desprendimiento de áridos de estos.
c) Imprimación: es un riego con asfalto de baja viscosidad se aplica con el fin de preparar
la superficie bituminosa para recibir el tratamiento asfáltico, y funciona como ligante entre
base y carpeta asfáltica.
d) Riego de liga o “tack coat”: es un riego con asfalto líquido el cual se utiliza para adherir
una capa asfáltica existente o que se confeccionó anteriormente con una nueva. Al igual
que la imprimación, este riego actúa como ligante, favoreciendo el trabajo entre las capas
y evitando que se produzcan desplazamientos entre estas que afecten el pavimento. Es
de vital importancia que el riego de liga sea aplicado correctamente, cuidando que el
espesor de la capa no sea excesivo para así evitar exudación del asfalto.
1.2.2
Capas de protección
Son tratamientos que protegen el pavimento impermeabilizándolo, otorgándole resistencia
frente al desgaste o haciéndolos antideslizantes. Al no poseer un espesor considerable, estos
tratamientos del tipo sello o mezcla, no aportan estructura al pavimento.
Dentro de las capas de protección, las más utilizadas son las que se indican a continuación:
a) Sellos de arena: Son tratamientos que se realizan sobre la superficie de un pavimento
existente en el cual se aplica un riego de asfalto, el cual es recubierto posteriormente con
una capa de arena.
b) Tratamientos superficiales: Son tratamientos que se utilizan sobre bases estabilizadas
o pavimentos existentes, en los cuales se aplica alternadamente un riego de asfalto y otro
de gravilla. Estos tratamientos pueden ser simples, una capa de riego de asfalto y otra
de gravilla; dobles, al tratamiento simple se le añade nuevamente un riego de asfalto y
otro de gravilla, cuidando que el tamaño máximo de esta segunda aplicación sea de la
mitad de la primera aplicación; y triples en donde nuevamente se añade un riego de
14
asfalto y otro de gravilla. El espesor de este tratamiento es del tamaño máximo del árido
que se emplea, su función es dar resistencia, haciendo las superficies del pavimento
impermeables y antideslizantes.
c) Lechadas asfálticas: también llamadas Slurry Seal. Son consideradas como morteros
asfálticos debido a que son producto de la mezcla de arenas bien graduadas, filler (polvo
mineral), emulsión y agua. Entre sus funciones está la de impermeabilizar, rejuvenecer
el pavimento, mejorar la resistencia al deslizamiento, sellar grietas en la superficie y
detener los procesos erosivos del pavimento.
d) Capas de fricción: tienen como objetivo evitar que los vehículos resbalen o patinen
cuando se enfrentan a climas lluviosos o nevazones. Son mezclas de agregados pétreos
con asfalto confeccionado en caliente, los cuales se agregan en espesores pequeños
sobre pavimentos existentes.
1.2.3
Capas estructurales
Son mezclas entre un producto asfáltico y materiales pétreos graduados. Su estructura es
resistente a las acciones del tránsito y esto se debe a las características de sus componentes, la
forma constructiva y el espesor de la mezcla. Su clasificación se realiza en base a los siguientes
parámetros:
-
Posición relativa.
-
Granulometría.
-
Huecos.
-
Proceso constructivo.
1.2.3.1 Clasificación de acuerdo a su posición relativa
Esta clasificación se realiza en base a las capas que poseen los distintos tipos de
pavimentos, ya sean flexibles, semiflexibles o rígidos. Así, por ejemplo, en la figura 1.12 que
presenta la sección transversal de un pavimento flexible, en el cual se observan las siguientes
capas:
-
Carpeta de rodadura: capa superior la cual se encuentra en contacto directo con el
tránsito.
-
Capa intermedia o binder: Sirve de unión entre la carpeta de rodadura y capa asfáltica.
Está formada por asfalto, grava y arena.
-
Capa base: Construida a base de agregados los cuales pueden o no estar estabilizados.
-
Capas granulares: se utilizan generalmente gravas y/o partículas de agregado grueso,
cuya función principal es favorecer el drenaje en el pavimento y controlan la deformación
de este.
15
-
Subrasante: línea horizontal que indica el término del terreno natural y el comienzo de
la construcción del pavimento.
-
Terreno natural: terreno que se encuentra en su estado natural, si posee buenas
condiciones para construcción de pavimentos o de lo contrario se le aplica mejoramiento,
para así este sea apto para construir sobre él. El mejoramiento se puede observar al
remover material vegetal, compactar el suelo, mejorar su calidad añadiendo material
granular u otro que mejore las propiedades del suelo.
Figura 1.8: Estructura
general de un
pavimento flexible
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
1.2.3.2 Clasificación de acuerdo a su granulometría
Se definen en base a la cantidad de material que pasa por el tamiz N°8.
16
Tipo de Graduación
Porcentaje que pasa
por el tamiz N°8
Abierta
5-20
Gruesa
20-35
Semi Densa
28-42
Densa
35-50
Fina
> 50
Tabla 1.2: Clasificación granulométrica
de mezclas asfálticas
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
1.2.3.3 Clasificación de acuerdo a la cantidad de huecos en la mezcla
Se clasifican de acuerdo al porcentaje de huecos con aire en la mezcla.
Tipo de Mezcla
Huecos
Abierta
> 6%
Semi densa ó densa
≤ 6%
Tabla 1.3: Clasificación % huecos en la
mezcla
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
1.2.3.4 Clasificación de acuerdo a su proceso constructivo
Existen diferentes tipos de mezclas asfálticas las cuales se definen de acuerdo al lugar en
donde estas son fabricadas. Según lo anterior se tienen:
-
Mezclas In situ: Se mezclan en obra utilizando motoniveladoras, en la misma superficie
en la que se está construyendo el camino o en lugares cercano a esta. Son
confeccionadas con material pétreo y asfáltico.
-
Mezclas en planta: Como su nombre lo indica, este tipo de mezcla son desarrolladas en
plantas especializadas para esto. Pueden ser mezclas en planta en frio o mezclas en
planta en caliente. La primera de estas se confecciona con material pétreo y material
asfáltico líquido, este último se calienta a una temperatura que es generalmente baja. En
17
tanto, las mezclas en caliente se generan al juntar material pétreo y cemento asfáltico,
los cuales deben ser calentados a temperaturas comprendidas entre los 135°C y 165°C.
1.3
Pavimentos
Para poder construir una calle, camino, pasaje u otro, es necesario cumplir con una serie de
etapas previas a la construcción tales como:
a) Planeamiento: Proceso en el cual se decide cómo y cuándo construir, reparar y/o
mejorar un camino, proceso que nace en base a una necesidad existente.
b) Proyecto: Una vez decidido como, cuando y donde desarrollar el proyecto de
pavimentación, se deberá realizar un estudio de ingeniería que conste de
especificaciones
técnicas,
planos,
análisis
de
laboratorio,
obligaciones
administrativas, entre otros, los cuales nos guiarán en el proceso constructivo.
c) Construcción: En este punto se deberán llevar a cabo actividades tales como
movimiento de tierra, mejoramiento de terreno si el terreno no cumple con los
requisitos del proyecto, análisis de laboratorios, preparación de materiales, en fin,
todos aquellos procesos que son necesarios para la construcción del pavimento los
cuales están basados en el estudio de ingeniería previo.
d) Conservación: Tal y como su nombre lo indica todo proyecto después de su puesta
en servicio requiere de cierto mantenimiento para prevenir el deterioro con el paso
del tiempo, el uso, los factores climáticos y otros agentes que puedan dañar su
estructura. Con lo anterior se deberá programar y/o coordinar actividades que
prevengan y alarguen la duración del pavimento.
Figura 1.9. Estructura tipo de un
Pavimento Flexible
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
18
Para que los pavimentos construidos se mantengan con el paso del tiempo es necesario
desarrollar un buen proyecto de ingeniería y llevarlo a cabo de una manera responsable
cumpliendo fielmente todo el proceso que se nos indica.
Mencionado el proceso previo a la construcción, se puede señalar que los pavimentos,
son un conjunto de capas horizontales de distintos materiales, los cuales son compactados y
colocados entre el movimiento de tierra terminado (subrasante) y el camino terminado o superficie
de rodamiento (rasante).
Los pavimentos han de ser capaces de soportar el transito circulante, los fenómenos
climáticos que se presentan en las distintas épocas del año, transmitir los esfuerzos que se
generan en la superficie a la subrasante de manera que esta no se deforme o ceda ante los
esfuerzos a los que es sometida, proporcionar adherencia entre el vehículo y el pavimento ante
los distintos climas.
1.3.1
Tipos de pavimentos
1.3.1.1 Pavimentos rígidos
Son aquellos pavimentos que están compuestos en su parte superior por una losa de
hormigón el que puede o no llevar armadura de acero, posterior a esta capa viene la subbase la
cual puede o no ser estabilizada con cemento o asfalto, luego encontramos la subrasante la cual
puede ser compactada y finalmente el terreno natural.
Los pavimentos rígidos tienen una vida útil de alrededor de 30 años en algunos casos
llegando hasta los 50 años, requieren de mantenimiento mínimo el cual se efectúa generalmente
en las juntas siendo la reparación de estos difícil. Se utilizan generalmente para la construcción
de caminos
Figura 1.10. Estructura tipo de un pavimento Rígido
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
19
1.3.1.2 Pavimentos flexibles
Figura 1.11: Sección transversal
Pavimento flexible
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
Son aquellos pavimentos que están constituidos por varias capas compuestas por
materiales bituminosos. Estos tipos de pavimentos, tal y como su nombre lo indica son flexibles,
y esto se debe a que las cargas del tránsito circulante sobre el no deforman el terreno natural,
gracias a la flexibilidad de las capas intermedias que posee, generalmente las solicitaciones de
este tipo de pavimento van en decrecimiento desde la rasante, es decir, a medida que aumenta
la profundidad, disminuyen las solicitaciones de las capas, por lo que se pueden colocar capas
de menor resistencia a medida que se alcance mayor profundidad.
Los pavimentos flexibles tienen una vida útil comprendida entre 10 y 20 años, siempre y
cuando se realice un mantenimiento constante que permita cumplir con este periodo de tiempo.
Dentro de este tipo de pavimentos encontramos a los pavimentos asfálticos en caliente.
1.3.1.3 Pavimentos semiflexibles
Este tipo de pavimentos es una combinación de los pavimentos nombrados
anteriormente, se caracterizan por poseer una carpeta de rodadura asfáltica como capa flexible
y grava de cemento como base estabilizada, capa rígida.
20
Figura 1.12: Sección transversal
Pavimento semiflexible
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
1.4
Especificaciones generales de los materiales
Esta sección se enfocará en los ensayos que se realizan a los materiales utilizados para
la realización de pavimentos. Se señalará a modo informativo, cada una de las normas que rigen
estos ensayos.
1.4.1
Ensayos a los materiales asfálticos
Los materiales asfálticos son sometidos a ensayos normalizados para verificar su calidad,
comportamiento, u otras características. En los próximos puntos se mencionaran los ensayos que
se realizan a los cementos asfálticos, asfaltos cortados y las emulsiones asfálticas.
1.4.1.1 Ensayo a los cementos asfálticos
1.4.1.1.1 Penetración
Este ensayo mide la dureza del cemento asfáltico, a través de un equipo denominado
penetrómetro a 25°C. El ensayo consiste en hacer penetrar una aguja normalizada de 100g
durante 5 segundos en el cemento asfáltico como se muestra en la figura. En este se lee la
profundidad de penetración de la aguja en ese tiempo, y este nos indica que tan duro es este
material, lo que permite clasificarlo en distintos grados.
21
Este ensayo se observa en las normas AASHTO T-49, ASTM D-5 y LNV 34-84.
Figura 1.13: Ensayo de penetración
Fuente: A.2018, 09. Asfalto. Obtenido 12, 2017, http://ingenieriaenconstruccionua.blogspot.cl/2008/09/asfaltos.html
1.4.1.1.2 Punto de inflamación
Se realiza con un equipo normalizado llamado copa Cleveland, e indica la temperatura
en la que el cemento asfáltico se calienta sin inflamarse cuando está en presencia de una llama,
así se pasa una llama sobre la superficie en ciertos intervalos de tiempo.
Figura 1.14: Ensayo punto de
inflamación
Fuente: Punto de inflamación de Cleveland. Obtenido 01, 2018, de
http://www.laboratorioevanheslp.com/asfálticos.html
22
Cuando el asfalto se calienta libera vapores que son combustibles, por lo que el punto de
inflamación es el punto en el cual el asfalto puede ser calentado de manera segura, sin que se
produzca inflamación instantánea.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-48, ASTM D-92 y LNV 36-84.
1.4.1.1.3
Ductilidad
Figura 1.15: Molde de briqueta
para ensayo de ductilidad
Fuente: Equipo para pruebas de Ductilidad. Obtenido 01, 2018, de
http://www.utest.com.tr/es/26080/Equipo-para-Pruebas-de-Ductilidad
Un material es dúctil cuando admite grandes deformaciones y no pierde su resistencia,
por lo que ensayo mide la resistencia que tiene el cemento asfáltico a la ruptura por alargamiento.
Este ensayo se realiza con un ductilímetro, el ensayo en si consta de sumergir una briqueta
normalizada al interior de baño de agua a 25°C la cual está sujeta con dos mordazas, una de las
cuales se mueve a una velocidad de 5 cm/min. La muestra se corta a unos determinados
centímetros lo cual se define como ductilidad.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-51, ASTM D-113 y LNV 35-84.
1.4.1.1.4
Solubilidad
Este ensayo que mide el grado de pureza que poseen los cementos asfálticos. Para que
este se realice, se deben disolver aproximadamente 2gr de cemento asfáltico en 100 gr de
solvente; se puede utilizar disolfuro de carbono, tetracloruro de carbono (CCl 4) o tricloroetileno
(C2HCl3) pues el asfalto es soluble en estos solventes, y luego se filtra en un crisol de porcelana
o Gooch, con asbesto. La cantidad que es retenida en el filtro debe ser pesada y se expresa en
porcentaje en relación a la muestra original, esto indica el porcentaje soluble en el solvente
utilizado.
23
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-44, ASTM D-4 y LNV 37-84.
1.4.1.1.5
Ensaye de la mancha
Figura 1.16: Muestras negativas y
positivas, ensayo de la mancha
Fuente: Ensayo de la mancha. Obtenido 01, 2018, de
https://es.scribd.com/document/221419586/TRABAJO-Ensayo-de-La-Mancha-Asfaltos
Es un ensayo que permite determinar la relación de asfaltenos y maltenos, que se
encuentran en una determinada muestra de cemento asfáltico. Para realizar el ensayo se tomar
una muestra de cemento asfáltico de 2 gr y preparar una mezcla de 10,2 ml de Xilol-heptano en
distintas proporciones. Esta mezcla se calienta en agua en ebullición hasta que el asfalto se
disuelva por completo, luego la mezcla se deja en reposo y finalmente se coloca a 32°C por un
periodo de 15 minutos, trascurrido este tiempo se revuelve la mezcla con una varilla y se deja
caer una gota de cada una de las muestras en papel fieltro. Se formarán dos manchas cafés, si
esta posee un núcleo oscuro, la muestra es positiva; en tanto, si es homogénea la muestra es
negativa. El núcleo desaparece a medida que el porcentaje de Xilol-heptano aumenta,
determinándose así el porcentaje máximo de Xilol-heptano.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-102 y LNV 25-84.
1.4.1.1.6 Punto de ablandamiento
El punto de ablandamiento del asfalto se determina mediante el método de anillo y bola,
en cual se debe llenar con asfalto un anillo, este es suspendido en un baño de agua y al centro
de la muestra, se coloca una bola de acero de la cual se conocen previamente su masa y
dimensiones. Posterior a esto, se procede a calentar la temperatura del agua de manera gradual,
así cuando la bola alcanza una placa que está situada bajo el anillo, se anota la temperatura que
24
se obtiene y esta es la que se define como punto de ablandamiento del asfalto. Las dimensiones
del anillo y la bola de acero son normalizadas.
Figura 1.17: Aparato punto de
ablandamiento
Fuente: Aparato punto de ablandamiento. Obtenido 01, 2018, de http://cotecno.cl/nuestrosproductos/aparato-de-punto-de-ablandamiento-4-lugar/
El propósito de este ensayo es determinar el punto en donde el material bituminoso, en
este caso el asfalto, fluye cuando es sometido a altas temperaturas.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-53, ASTM D-36 y LNV 48-86.
1.4.1.1.7
Viscosidad
El ensayo de viscosidad mide la fluidez o consistencia de los asfaltos a temperaturas
normales, es decir, a temperaturas en que este se aplica.
Existen tres tipos de ensayos de viscosidad, los cuales se explican a continuación:
a) Viscosidad Saybolt-Furol: En este ensayo se emplea el viscosímetro Saybolt con
orificio Furol. Consiste en colocar una determinada cantidad de betún asfáltico en un tubo
normalizado con tapón, este debe ser calentado a temperaturas superiores a los 100°C
para así determinar la viscosidad de este material, por lo que el viscosímetro se llena con
algún tipo de aceite para así alcanzar estas temperaturas. Una vez el material alcanzo la
temperatura deseada, se quita el tapón y se miden los segundos que demoran en pasar
60ml de material por el orificio de Furol. Entre más viscoso el material, más tiempo se
demora en pasar por este orificio. Los valores que se obtienen se expresan como
segundos Saybolt-Furol (SSF)
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-72, ASTM E102 y LNV 39-84.
25
b) Viscosidad Cinemática: Este ensayo se mide con viscosímetro de tubo capilar de cristal.
Debido a la gran variedad en viscosidades de los asfaltos es necesario tener varios de
estos viscosímetros con tubo capilares de distinto tamaño, así al igual que en el proceso
anterior se mide el tiempo en que fluye un determinado volumen de material, bajo
condiciones de temperatura y altura de líquido controladas. La viscosidad cinemática se
mide en centistokes (1CST= 10-2 cm2/seg).
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-201, ASTM D-445 y LNV 40-84.
c) Viscosidad Absoluta: Este ensayo se realiza a una temperatura controlada de 60°C, y
mide el tiempo en que un determinado volumen de material es succionado a través de un
tubo capilar mediante vacío (300mm de Hg). La viscosidad es calculada multiplicando el
factor de calibración del viscosímetro por el tiempo de flujo en segundos, esta se expresa
en poises. (1 Poise = 1gr / cm*seg = 1 dina * seg / cm2).
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-202 y LNV 41-84.
1.4.1.1.8
Ensayo de la película delgada
En un horno ventilado a 163°C, se coloca una muestra de cemento asfáltico de 50gr y
3mm de espesor durante 5 horas. Al transcurrir este tiempo, se pesa la muestra y se determina
cuanta masa se perdió en relación a la muestra original y se expresa en porcentaje. A esta
muestra se le determina nuevamente penetración, ductilidad y viscosidad, así la diferencia que
existe entre los valores obtenidos inicialmente y los obtenidos luego del proceso de
calentamiento, indican el grado de endurecimiento que alcanzo la muestra en dicho periodo.
Este ensayo sirve para medir el grado de endurecimiento que posee el asfalto al ser
calentado y mezclado en planta.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T179 y ASTM D 1754.
1.4.1.1.9
Ensayo de la película delgada rotatoria
Al igual que en el ensayo anterior se busca el grado de endurecimiento, en la cual solo
difiere el procedimiento utilizado. Así, en este ensayo se calienta el material asfáltico en un horno
a 163°C durante un tiempo de 75 min inyectando aire controlado. Al transcurrir este tiempo se
determina cuanta masa perdió el material en comparación con la que ingreso, y se expresa en
porcentaje. A esta muestra se le determina nuevamente penetración y ductilidad, así la diferencia
que existe entre los valores obtenidos inicialmente y los obtenidos luego del proceso de
calentamiento, indican el grado de endurecimiento que alcanzo la muestra en dicho periodo.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-240 y LNV 33-84.
26
1.4.1.1.10 Punto de rotura de Fraass
Este ensayo determina la temperatura en la cual el asfalto se transforma en un material
quebradizo al perder su condición elástica, en esto no hay cambio de estado, pues el proceso
ocurre a una temperatura definida. En una cámara de frio a una temperatura que va
descendiendo, se coloca una película fina de material asfáltico la cual es sometida a ciclos
sucesivos de flexión. El punto de rotura de Fraass se observa en la temperatura a la cual el
material presenta la primera rotura o fisura.
1.4.1.1.11 Determinación del Peso Específico
Es la relación que se obtiene entre el peso de un volumen dado de asfalto y el peso de
un volumen igual de agua, a una temperatura determinada. Debido a que los asfaltos cortados
llevan variados solventes en distintos porcentajes, es necesario conocer cada uno de los pesos
específicos de estos elementos para la dosificación en obra, para estos materiales se utiliza un
picnómetro para determinar su peso específico.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-43, ASTM D-70 y LNV 16-84.
1.4.2
Calidad de los áridos
Los áridos presentes en las mezclas asfálticas deben cumplir cierto tipo de requisitos o
funciones, las cuales se detallarán en los siguientes puntos.
1.4.2.1 Granulometría
La granulometría es de vital importancia a la hora de realizar una mezcla asfáltica, pues
gracias a este procedimiento podemos conocer cuál es el material más adecuado a utilizar de
acuerdo a las necesidades del proyecto, pues es de este proceso que depende la estabilidad de
la mezcla. Las granulometrías cerradas, al ser constituida por áridos bien graduados son más
estables para ser usadas en mezclas asfálticas, bases y sub bases.
1.4.2.2 Resistencia al desgaste
Los áridos deben poseer la resistencia adecuada para soportar las distintas fuerzas a las
que son sometidos, como por ejemplo el transito que circula sobre el pavimento una vez se pone
en servicio. El ensayo llamado, Desgaste de los ángeles, es el que mide la resistencia al desgaste
de las gravas de densidad comprendida entre 2000 y 3000 kg/m3, a través de una maquina
denominada “Los Ángeles”.
La máquina de Los Ángeles, está constituida por un tambor cilíndrico de acero con una
abertura y un depósito en el cual se voltea el material una vez terminado el ensayo. El desgaste
27
se calcula como la diferencia de peso entre el material original y su peso al final del ensayo,
expresado en porcentaje. A este valor se le denomina coeficiente de desgaste de los Ángeles.
Figura 1.18: Máquina de Los Ángeles.
Fuente: A.2012, 11. Materiales I: El balasto. Obtenido 01, 2018, de
https://davidalgarateperales.wordpress.com/2012/11/10/materiales-i-el-balasto/
Con los resultados que se obtienen, se puede señalar lo siguiente:
-
Áridos de mala calidad: Aquellos con coeficiente de desgaste superior a 50.
-
Áridos de buena calidad: Aquellos con coeficiente de desgaste inferiores a 20. Ideales
para capas de rodadura que soporten tránsito pesado.
Por lo general, se puede decir que coeficientes superiores a 50 corresponden a áridos de
mala calidad, no aptos para la construcción de capas de firme. Coeficientes inferiores a 20
corresponden a áridos con resistencia al desgaste suficiente para cualquier posible aplicación, y
en particular, para capas de rodadura bituminosas que hayan de soportar tráfico pesado.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-96, ASTM C-131, NCh 1369 Of 79 y LNV
74-84.
1.4.2.3 Estabilidad o solidez
La estabilidad, es la resistencia que presentan los materiales frente a los agentes
atmosféricos a los que será sometido, así por ejemplo tenemos el caso de las piedras las cuales
se quiebran o pierden parte de su masa al ser sometidas a variaciones de temperatura, lluvia,
nieve, entre otros. La resistencia a la desintegración se mida a través del “Método de los sulfatos”,
el cual se observa en la NCh 1328 Of 77.
28
La desintegración que presentan los áridos se puede medir a través del Método de los
sulfatos, el cual se realiza utilizando sulfato de sodio o magnesio. Es necesario elegir una de
estas soluciones para la realización del ensayo, pues entre si no son comparables los resultados.
Este ensayo se observa en la norma AASHTO T-104, ASTM C-88, NCh 1328 Of 77 y
LNV 74-84.
1.4.2.4 Limpieza y pureza
La limpieza y pureza de los materiales por lo general se puede observar a simple vista,
pero hay veces en que es necesario realizar un tamizado por vía húmeda. Son impurezas aquellos
materiales que pueden afectar la resistencia del pavimento tales como materia orgánica, terrones
de arcillas u otro material extraño. También es posible realizar el ensayo de equivalente de arena
según la NCh 1325 Of 2010, con el cual se puede determinar las proporciones de arena real en
la muestra y la de las impurezas presentes en esta.
1.4.2.5 Rozamiento interno
Debido a la textura y forma de las piedras, estas poseen la capacidad de evitar el
movimiento de una con respecto a otra, al ser sometidas a las cargas de tránsito, asi el material
chancado debido a su forma, posee mejor rozamiento interno que el material rodado, esto es
gracias a la textura, forma y capacidad que poseen estas de encajarse las unas con las otras.
1.4.2.6 Propiedad superficial
Los áridos utilizados para mezclas asfálticas deben poseer la capacidad de evitar la
disgregación en la mezcla, es decir, evitar que lo elementos se separen. Con esto podemos
señalar que tenemos áridos hidrófobos (tienen afinidad con el asfalto, pues repelen el agua) y
áridos hidrófilos (áridos que no tienen afinidad con el asfalto, pues absorben agua), es por este
motivo que la adherencia entre agregados y asfaltos es posible determinarlas con:
-
Método Estático para áridos gruesos: El ensayo describe si existe o no desprendimiento
de asfalto, al someter agregado grueso y asfalto a una determinada cantidad de agua en
un tiempo estimado. Al finalizar este tiempo, aun con la mezcla bajo agua, se observa si
existe desprendimiento de asfalto y si este desprendimiento es superior o no al 95%.
La descripción de este ensayo se puede observar en el Manual de carreteras volumen
8.302.29.
-
Método Riedel-Weber para arenas: Este ensayo determina el grado de adherencia entre
agregado fino y asfalto, al someter esta mezcla a la acción de solución de carbonato
sódico en concentraciones indicadas en LNV 10-86.
29
1.5
Equipos empleados en la producción de los materiales
Para la producción de mezcla asfáltica en caliente, es necesario saber la dosis exacta de
agregados pétreos y asfalto (dosificación), que conformaran la mezcla, la cual se producirá en
plantas asfálticas acondicionadas para ello.
Es posible clasificar las plantas asfálticas de acuerdo su sistema de producción en plantas
continuas y discontinuas, y a su vez estas pueden ser móviles y/o estacionarias, dependiendo la
utilización de estas de acuerdo a la envergadura del proyecto y los requerimientos de la obra.
La diferencia principal entre las plantas asfálticas continuas y discontinuas, está presente en
el método de dosificación, debido a que en la primera de estas se debe mantener una dosificación
continua de los materiales, en tanto en la planta discontinua los materiales deben ser pesados
cada vez que se inicia la producción o amasada.
El rendimiento productivo de las plantas depende de la capacidad de estas, produciendo las
más pequeñas 10 Ton/hora y las más grandes 250 Ton/hora.
1.5.1
Planta asfáltica de producción continúa
Figura 1.19: Planta asfáltica de producción continúa
Fuente: Plantas de Asfalto Continuas – ARCEN. Obtenido 03, 2018, de
http://crete.com.co/plantas-de-asfalto-continuas-arcen/
30
Las plantas de mezclas asfálticas de producción continua controlan por flujo o volumen
las dosis de agregados pétreos que salen de las tolvas de alimentación, por lo que mantiene una
dosificación continua de materiales.
En la figura 1.19, se muestra una planta asfáltica de producción continua, cuyos principales
componentes son los siguientes:
-
Tolva de alimentación del agregado en frío
-
Compuerta de alimentación y elevador del agregado en frío
-
Mezclador de tambor
-
Colector de polvo y chimenea de escape
-
Elevador del material en caliente
-
Depósito de cemento asfáltico en caliente
-
Unidad de cribado que separa los agregados
-
Tolvas calientes
-
Depósito de relleno mineral
-
Cuba de pesado de asfalto
-
Cabina de control
Este tipo de plantas de producción obedecen a un proceso continuo de la elaboración de
pavimento asfáltico en caliente, proceso que cosiste en los siguientes pasos:
-
En primera instancia se tienen las tolvas o silos alimentadores, que separan los áridos en
tres o cuatro fracciones los agregados en frio. Esta clasificación de material, se realiza
en base a las necesidades del proyecto que se esté ejecutando.
-
Una vez separadas las partículas grandes de las de tamaño medio, estos se desplazan
por la cinta transportadora que se encuentra bajo las tolvas. En la salida de las tolvas, se
controla el flujo de material, con lo que es posible combinar la cantidad deseada de estos,
en base a la granulometría que se desea para el proyecto.
-
Una vez dosificado el agregado en frio que proviene de las tolvas, pasa a un tambor
giratorio en donde se secan y calientan los agregados a una temperatura de alrededor
de 160°C.
-
Desde el tambor giratorio, los agregados son llevados a unas cribas en donde se clasifica
nuevamente el material y se almacenan en nuevas tolvas. Aquí nuevamente se dosifica
en flujo de pétreos y pasa al mezclador.
-
En el mezclador se adiciona a los agregados el cemento asfáltico, este último a una
temperatura entre los 160°C y 165°C.
-
Cuando se tiene la mezcla del pavimento asfáltico en caliente, el material es transportado
a través del trasportador de arrastre hacia la tolva, para así ser trasladado a obra.
El proceso anterior es controlado desde la caseta de control, la cual controla el
funcionamiento de la planta.
31
1.5.2
Planta asfáltica de producción discontinua
Las plantas de producción discontinuas de mezcla asfáltica en caliente, se utilizan
generalmente en la producción de asfaltos de gran dureza.
En la figura 1.20, se muestra una planta asfáltica de producción discontinua, cuyos
principales componentes son los siguientes:
-
Tolva de alimentación del agregado en frío
-
Compuerta de alimentación y elevador del agregado en frío
-
Secador, colector de polvo y chimenea de escape
-
Elevador del material en caliente
-
Unidad de mezclado o amasadora
-
Depósito de cemento asfáltico en caliente
-
Unidad de cribado que separa los agregados
-
Tolvas calientes
-
Caja pesadora
-
Depósito de relleno mineral
-
Cuba de pesado de asfalto
Figura 1.20: Planta de producción asfáltica discontinua
Fuente: A.2014, 12. “3D Video of LB3000 asphalt mixing plant”. Obtenido 11, 2017, de
https://www.youtube.com/watch?v=oF1QIq00q08
32
Los elementos mencionados anteriormente, trabajan en conjunto para el proceso de
producción de la mezcla, este proceso de producción se detalla a continuación:
-
La planta posee tolvas alimentadoras las cuales almacenan el agregado en frio y lo llevan
a través de bandas transportadoras, que se encuentran bajo este, al secador rotatorio
donde se produce la descarga el material.
-
Una vez en el secador rotatorio, el material es desprendido de polvo y gases con los
colectores de gases y la chimenea de escape respectivamente.
El secador rotatorio se encarga de secar y calentar el material para así llevarlo a tolvas
que lo almacenaran temporalmente.
-
En un tanque de almacenamiento se encuentra almacenado el cemento asfáltico caliente,
desde donde este es bombeado para ser pesado y luego descargado en la mezcladora.
-
Tanto los agregados, el cemento asfáltico y el relleno mineral, son descargados en la
cámara mezcladora, la cual amasara la mezcla logrando la homogeneidad entre sus
componentes.
-
Luego de ser mezclada, la mezcla asfáltica puede ser almacenada en silos o ser
descargada en el camión para su despacho a obra.
En cuanto al tiempo de mezclado, este debe ser tal, para que agregados queden cubiertos
con material bituminoso, lográndose entre ellos una mezcla homogénea y uniforme.
Generalmente el tiempo de mezclado es de alrededor de 1 minuto.
Tabla 1.4: Ciclo de funcionamiento en
segundos, de planta asfáltica discontinua.
Fuente: A.2010, 01. Plantas asfálticas (semana 4-2). Obtenido 03, 2018, de
https://es.slideshare.net/UCGcertificacionvial/plantas-asfltica-semana-42
1.5.3
Producción de materiales
A pesar de existir dos tipos de plantas asfálticas estas poseen operaciones muy
similares, las cuales se describirán en los siguientes puntos.
33
1.5.3.1 Almacenamiento de material
Para evitar que los materiales a utilizar se mezclen entre sí y se contaminen estos se colocan
en tolvas o sectores de acopio, debido a que las mezclas asfálticas en caliente son procesos que
requieren de gran cantidad de material, se debe contar con buenas reservas de estos elementos,
en sectores cercanos a la planta. Así para el acopio los distintos materiales se deben tener en
cuenta las siguientes consideraciones:
-
Para evitar segregación en los agregados se debe mantener el material adecuadamente
acopiado (forma cónica).
Figura 1.21: Acopio agregados pétreos.
Fuente: Agregados pétreos de uso vial. Obtenido 03, 2018, de
https://serservid.blogspot.cl/2016/03/agregados-petreos-de-uso-vial.html
-
Para agregados de partículas de diferentes tamaños el acopio del material deberá
realizarse por capas, así se evita la segregación por gravedad.
-
Los agregados serán removidos de los sectores de acopio en forma casi vertical con
ayuda de un tractor, para evitar la segregación.
-
Cada uno de los procesos a los que son sometidos los agregados, ya sea en su
producción, acopio o manejo han de estar sometidos a controles de calidad, los cuales
proporcionen un registro de que el material utilizado cumple con lo estipulado para cada
proyecto.
-
El relleno mineral será almacenado en depósitos, bolsas o silos, para así evitar su
exposición a los agentes climáticos que pueden afectar sus propiedades.
34
1.5.3.2 Alimentación de agregados en frio
Las tolvas de alimentación de los agregados, sirven para separar los agregados en
distintas fracciones, con estas se puede controlar la cantidad de cada uno de estos que son
requeridos para las distintas mezclas de acuerdo a la dosificación especificada por el proyecto a
construir.
En las plantas asfálticas estos sistemas de alimentación pueden ser:
-
Tolvas descubiertas con distintos compartimientos, como en la Figura 1.20.
-
Túneles que se sitúan bajo los sectores de acopio de los distintos materiales
-
Grandes tolvas.
Figura 1.22: Alimentación agregados en frio
Fuente: Unidad de alimentación de agregados. Obtenido 03, 2018, de
http://www.eprequipment.com/catalogo/planta-completa-modelo-topdeuce/unidad-dealimentaci%C3%B3n-de-agregados
Al producir la carga de las tolvas con los agregados se deben tomar las precauciones
pertinentes que reduzcan la segregación y degradación de estos.
1.5.3.3 Almacenaje del Asfalto
Para el almacenaje de asfalto, cada planta debe contar con tanques de gran capacidad
de almacenamiento, los cuales deben contar con un sistema que permita calentar el producto y
serpentines de circulación de vapor. Los tanques de almacenaje deberán contar con lo siguiente:
-
Poseer dispositivos que indiquen la temperatura del asfalto al interior de estos.
35
-
Contar con capacidad de reserva de material (al menos 1 día de reserva).
-
Sistema de circulación que permita caudal uniforme, conservación de temperatura y
capacidad de aislamiento térmico del material.
-
Válvulas para muestreo de material.
Figura 1.23: Tanque almacenamiento asfalto
Fuente: Tanque térmico para asfalto. Obtenido 03, 2018, de
http://www.immsac.pe/index.php?p=10&idprod=17&idc=1&idsc=14
1.5.3.4 Dispositivos de dosificación de asfalto
Los equipos con los que deben contar las plantas asfálticas para la correcta dosificación
de los materiales son los siguientes:
-
Balanzas de pesaje
-
Equipos de medición y calibración del asfalto.
-
Termómetros o equipos de medición de temperatura.
Cada uno de estos elementos deberá contar con sistemas de medición y control exactos, ya
sea de peso, volumen o temperatura.
1.5.3.5 Sistema de alimentación de filler
El filler mineral necesario para la producción de la mezcla asfáltica en caliente será
provisto a través de un sistema de alimentación que posea capacidad de almacenamiento de por
lo menos un día de producción en la planta, para esto será necesario un alimentador y dosificador
de este material en planta, tal y como se observa en la Figura 1.22. Para evitar que la humedad
provoque grumos en el filler, se deberá contar con un riguroso procedimiento de limpieza en la
tolva del filler, así al término de cada faena esta deberá ser vaciada y secada.
36
Figura 1.24: Sistema alimentación filler
Fuente: A. 2013, 12. Plantas asfálticas de pavimento. Obtenido 03, 2018, de
https://es.slideshare.net/OrlandoAngelAyalaMauricio/plantas-asfálticas-de-pavimento
1.5.3.6 Secado y calentamiento
Figura 1.25: Tambor secador
Fuente: A 2015, 02. El secado y calentamiento de los áridos en la fabricación de mezclas
asfálticas. Obtenido 03, 2018, de http://paveing.blogspot.cl/2015/02/secado-y-calentamiento-delos-aridos.html
Al salir los agregados de las tolvas frías son descargados en el secador. Esta máquina
cumple dos funciones principales, las que son:
- Remover la humedad del agregado
- Elevar la temperatura de este al nivel deseado para la mezcla asfáltica.
37
El calentamiento de los áridos se realiza en el tambor secador y en el quemador que se
encuentra en uno de los extremos del tambor quemador según muestra la Figura 1.23, es el
encargado de elevar la temperatura de estos.
La temperatura del agregado es elevada en esta máquina para así el betún adquiera la
viscosidad la viscosidad deseada para el proyecto. La viscosidad está comprendida entre 150
centistokes y 300 centistokes para betunes convencionales, y si son betunes modificados el
fabricante deberá indicar la viscosidad.
La eliminación de la humedad de los agregados se produce generalmente a una
temperatura de 100°C y esta permite que la mezcla no presente problemas de adhesión con el
betún.
La maquinaria debe poseer un sensor de temperatura de los áridos inmediatamente a la
salida del tambor secador, para así regular las condiciones de temperatura y humedad de estos
de forma automática.
Debido al gran consumo de combustible esta suele ser la operación más costosa de una
planta asfáltica.
1.5.3.7 Colector de Polvo
El colector de polvo arrastra las partículas de polvo que se producen en los procesos de
alimentación y mezclado a través de unos ventiladores, el material que se recolecta puede ser
desechado en piscinas construidas para esto o devuelto a la mezcladora.
Figura 1.26: Colector de Polvo
Fuente: A. 2013, 12. Plantas asfálticas de pavimento. Obtenido 03, 2018, de
https://es.slideshare.net/OrlandoAngelAyalaMauricio/plantas-asfálticas-de-pavimento
38
1.5.3.8 Cribas y tolvas de recepción en caliente
Las cribas presentes en la planta de mezcla asfáltica deben tamizar los agregados que
provienen del secador y separar estos, de acuerdo a la graduación requerida, por esto debe tener
un tamaño que permita la máxima alimentación de las tolvas.
Las tolvas en caliente se utilizan para contener el agregado caliente y cribado según los
tamaños en que ha sido separado.
1.5.3.9 Almacenamiento de la mezcla asfáltica en caliente
Una vez realizada la mezcla asfáltica en caliente, esta es llevada por medio de cintas
transportadoras o elevadoras a los silos de almacenamiento, los que es su parte inferior poseen
una parte de descarga, en donde son cargados los camiones que llevan la mezcla asfáltica en
caliente a terreno.
Figura 1.27: Silos de almacenamiento
Fuente: Equipos de elaboración de mezclas asfálticas en caliente con tecnología de punta
ASTEC. Obtenido 03, 2018, de http://www.dimaq-sa.com/astec.html
39
2 Control a los equipos en su proceso de construcción
2.1
Control a la superficie de apoyo del pavimento
Previo a cualquier trabajo de colocación de la mezcla asfáltica en caliente, se debe verificar
que el proceso de imprimación sobre la capa granular haya sido realizado. En el caso de
encontrarnos en un proceso de recapado, se debe verificar que se haya realizado el riego de liga
para así se produzca de manera correcta la adherencia entre pavimento antiguo y pavimento
nuevo.
Cada proyecto a realizar posee una dosificación distinta, por lo que antes de iniciar cualquier
mezcla se debe tener claro las especificaciones y requerimientos necesarios para la fabricación
de la mezcla asfáltica en caliente.
Luego de realizar el proceso de imprimación se debe verificar lo siguiente:
-
Verificar que la imprimación se haya realizado de manera correcta, corrigiendo los
sectores deficientes si fuese necesario.
-
Proceder con un soplado enérgico sobre la base imprimada, para eliminar las partículas
sueltas o de polvo que hayan quedado sobre esta.
Una vez realizado lo anterior se puede proceder con la aplicación de capa de pavimento
asfáltico.
2.2
Control a la imprimación
La imprimación es un riego de asfalto que tiene por objetivo impermeabilizar, evitar la
capilaridad, es decir, evitar que el agua suba o baje al estar en contacto el pavimento con el agua,
cubrir y ligar partículas sueltas y funcionar como adhesivo entre las distintas capas del pavimento
(base o subbase y la capa superior).
La imprimación sirve para:
-
Sellar e impermeabilizar la superficie a tratar
-
Lograr adherencia entre capas a imprimar.
En el caso de la imprimación el control está enfocado básicamente en la tasa de riego del
asfalto que se coloque en terreno, cuidando así que sea la que se ha especificado para el
proyecto.
Existe también la imprimación reforzada en la cual se realiza una imprimación sobre material
granular, luego se aplica un riego con asfalto cortado o emulsión, en donde sobre esta última se
aplica una capa de arena uniformemente distribuida, lo cual es compactado con rodillo neumático.
40
Figura 2.1: Imprimación asfáltica.
Fuente: A.2016. Imprimaciones asfálticas. Obtenido 02, 2018, de
http://www.grupotdm.com/soluciones-pavimentacion-imprimacion-asfáltica.php#
Los asfaltos a utilizar en imprimación son asfaltos cortados de curado medio (MC) y de
baja viscosidad. En este caso los asfaltos de baja viscosidad son MC30 o MC70, según lo
indicado en la tabla 2.1. (Viscosidad cinemática medida en centistokes a 60°C)
Tabla 2.1: Especificaciones para asfaltos cortados
tipo curado medio
Fuente: Manual de carreteras Volumen N°8 “Especificaciones y método de muestreo, ensaye y
control”, Chile, Edición 2017, 346p.
41
Según lo observado en la tabla 2.1, las bases más abiertas son aquellas que presentan
una viscosidad más elevada y son utilizadas en climas más calurosos, en tanto, las se utilizan las
bases de menor viscosidad cuando estamos en presencia de bases que contengan sales en el
agua que se utiliza para su preparación. También se puede observar que los asfaltos cortados
que se utilicen para imprimación, no deberán sobrepasar el 30% de Xilol en el ensaye de la
mancha con heptano-xilol
Los materiales a utilizar deberán ajustarse a lo descrito en el Manual de Carreteras,
teniendo en consideración además los siguientes puntos:
-
Las muestras de asfalto que se envíen a laboratorio han de ser tomadas en el momento
de la descarga del material, inmediato a ser recepcionado en planta, en donde estas sean
almacenados o en el sitio de la faena.
-
El número de muestras necesarias, masa y volumen de estas depende del material
asfáltico a utilizar.
-
Envase a utilizar para muestras de asfaltos cortados: lata de boca angosta con tapa
rosca.
-
Envase a utilizar para muestras de emulsiones: recipiente plástico de boca ancha con
tapa rosca.
-
Envases a utilizar para muestreo han de ser nuevos, limpios, secos y herméticos.
Deberán entregarse debidamente rotulados (obra, empresa, proveedor, fecha, tipo, etc.)
-
Muestras para emulsiones han de protegerse contra el congelamiento.
-
El almacenamiento de asfalto ha de hacerse en estanques cerrados (metálicos, de
hormigón armado o de fibra de vidrio).
En el trabajo de imprimación se ha de tener en cuenta que cada uno de los elementos a
utilizar en este proceso sean los adecuados, cumplan con la normativa vigente y se encuentren
aptos para ser utilizados.
Para el almacenamiento de asfalto que se utiliza para imprimación se deberán tener en
cuenta lo siguiente:
-
El almacenamiento del asfalto ha de efectuarse en estanques cerrados metálicos, de
hormigón armado o fibra de vidrio. Estos elementos deberán encontrarse limpios y en
buenas condiciones.
-
De ser necesario los estanques de almacenamiento deberán poseer equipos que puedan
calentar el asfalto.
-
Las emulsiones antes de ser cargadas en el camión deberán agitarse y ser homogéneas.
Los camiones y/o maquinarias encargadas de distribuir el asfaltos deberán estar
acondicionadas para tal proceso, como por ejemplo poseer contenedores montados sobre estos
42
los cuales estén provistos de un sistema como tuberías y motobombas que permitas calentar el
asfalto que distribuyan.
Figura 2.2: Distribuidor de asfalto
Fuente: Distribuidor de asfalto Etnyre Black Topper. Obtenido 03, 2018, de
http://www.fatoslagroup.com/es/distribuidores-de-asfalto/etnyre/distribuidor-de-asfalto-etnyreblack-topper
Para asegurar que el proceso de imprimación y/o riego de material sobre la superficie a
imprimar sea el adecuado, el contratista deberá tener en consideración lo siguiente:
-
La presión de trabajo del equipo que distribuye el asfalto ha de mantenerse constante
durante todo el proceso.
-
Previo a la realización del riego, barra y boquillas han de ser calentadas a la temperatura
de riego requerido.
-
La barra de regadora presente en el camión contiene boquillas que son los elementos
por los cuales el asfalto se distribuye. Ancho de abanico de riego ha de ser igual en cada
una de las boquillas, las cuales forman un ángulo con la barra comprendido entre 15 ° y
30 °.
-
La altura que debe tener la barra regadora respecto a la superficie a imprimar, deberá ser
tal que permita un traslape uniforme entre boquillas, tal y como se observa en la imagen
B y D de la Fig. 2.3. En tanto en la imagen A y C de la Fig. 2.3, se observa que quedan
superficies de riego sin asfalto o con más asfalto del necesario respectivamente.
-
El distribuidor de asfalto se desplazara de manera tal, que el riego sea aplicado a una
velocidad constante. Si solo es necesario regar un sector determinado, es posible cerrar
algunas boquillas para así regar una zona reducida.
43
Figura 2.3: Alturas de la barra regadora.
Fuente: A.2013, 11. Asfaltos Obtenido 02, 2018, de
https://es.slideshare.net/RafaelTutaVera/asfalto-28716640
-
La temperatura del asfalto será controlada por medio de termómetros.
-
La temperatura de aplicación del asfalto será la que permita trabajar con viscosidades
entre 20 y 120 centistokes.
-
Para que el riego posea un corte perfecto en inicio y término de la pasada de este, se
debe colocar una lona, cartón o madera en estos puntos del riego. Este elemento deberá
tener un ancho mínimo de 0.80m.
-
La tasa de riego se podrá medir con la ayuda de bandejas metálicas, estas deben ser
colocadas a lo lardo del tramo que se regará. Cada una de las bandejas mide alrededor
de 30x30 cm y son colocadas cada 30 o 50 metros. Inicialmente se conoce el peso de
cada uno de estos elementos, por lo que una vez realizado el riego se calcula la cantidad
de asfalto por la diferencia de peso.
La fórmula para conocer el asfalto regado es la siguiente:
Asfalto regado = masa bandeja con asfalto – masa bandeja sola
Superficie de la bandeja
-
Cuando la imprimación se realiza en lugares transitables, se debe realizar inicialmente
en una de la mitades (ancho) de la calzada, así los tramos restantes solo podrán
realizarse una vez la primera imprimación se encuentre transitable.
-
Los asfaltos cortados deberán ser calentados a una temperatura inferior a su punto de
inflamación.
La imprimación podrá efectuarse siempre y cuando se cumplan con los siguientes parámetros
atmosféricos y/o de temperatura:
-
No se debe efectuar con lluvia o neblina.
44
-
Temperatura atmosférica debe ser igual o superior a 10°C, pero si se trata de emulsión
imprimante esta temperatura debe ser igual o superior a 5°C.
-
Temperatura de superficie a imprimar no inferior a 10°C pero si se trata de emulsión
imprimante esta temperatura debe ser igual o superior a 5°C.
La superficie a imprimar deberá cumplir con las siguientes recomendaciones:
-
Humedad de la base debe ser de a lo menos un 50% de la humedad óptima, si el material
a imprimar posee finos cohesivos
-
Humedad de base a subbase se medirá a entre los 5 y mm, superiores al tratarse de
asfaltos cortados tipo MC.
-
Al utilizar emulsiones no hay limitaciones en humedad de los materiales a imprimar.
-
La superficie a imprimar deberá estar libre de material suelto, partículas, material
orgánico, etc.
-
Cantidad de asfalto a colocar fluctúa entre 0,8 y 1,5 kg/m2, lo cual se establecerá con un
tramo de prueba y debe posee una penetración mínima de 5mm en asfaltos cortados y
3mm para emulsiones, el tiempo de absorción se observa en la tabla 2.3
Si la imprimación seca en menos de 6hr, se deberá verificar características y dosis de la
imprimación así como también el terreno que se está imprimando.
Tiempo absorción y
secado
Ambiente
6 a 12 hrs
Calurosos
12 a 24 hrs
Frescos
24 a 48 hrs
Frios y húmedos
Tabla 2.2: Tiempo absorción
asfalto en imprimación
Fuente: Manual de carreteras Volumen N°8 “Especificaciones y método de muestreo,
ensaye y control”, Chile, Edición 2017.
-
Residuo asfáltico en terreno ha de ser mínimo de un 35% al usar emulsión imprimante.
-
Si no se adquiere la imprimación requerida del proyecto, se deberá a imprimar con la
base compactada hasta alcanzar el 90% D.M.C.S
Al proceder con la imprimación se deberán tener los siguientes cuidados con la superficie y
alrededores:
-
Dar protección a toda estructura aledaña, ya sea instalaciones públicas o privadas o
especies vegetales, para evitar ensuciarlas y así incurrir en gastos extras si esto llegase
a ocurrir pues se tendrán que limpiar.
45
-
Las superficies imprimadas no deberán presentar deformaciones, suciedad, hoyos y otros
hasta que se realice la aplicación de la siguiente capa.
-
Las capas posteriores a la imprimación solo podrán realizarse una vez esta haya curado
o quebrado según el material utilizado. (asfalto cortado o emulsión)
2.2.1
Maquinaria a utilizar en imprimación: Distribuidor de asfalto
Figura 2.4: Distribuidor de asfalto
Fuente: Riegos de imprimación. Obtenido 03, 2018, de http://padegua.com/servicios/asfalto/
Es un equipo diseñado para distribuir el asfalto de manera uniforme en la superficie de riego,
uniformidad que debe mantener en todo el proceso de vaciado del tanque, aun cuando se enfrente
a pendientes, cambios de velocidad y dirección.
El distribuidor de asfalto es un camión que consta de lo siguiente:
-
Un tambor o estanque que posee un sistema de calentamiento, para calentar el aire o
aceite que circula por las tuberías que se encuentran en el interior de este.
-
Placas rompeolas las que controlan el movimiento del líquido al interior del estanque.
-
Termómetro blindado en uno de los costados que sirve para controlar la temperatura del
material asfáltico.
-
Motobomba que permite mover desde los materiales asfálticos aplicados en frio más
ligeros hasta los cementos asfálticos aplicados en caliente que poseen una mayor
viscosidad.
En la parte trasera consta de una barra de riego con boquillas que permiten distribuir el asfalto
a una determinada presión. Esta barra posee su propio sistema de circulación lo que evita que
las boquillas se tapen y mantiene circulando el asfalto cuando se detiene el riego de material.
46
Figura 2.5: Partes del distribuidor de asfalto
Fuente: A.2013, 11. Asfaltos. Obtenido 02, 2018, de
https://es.slideshare.net/RafaelTutaVera/asfalto-28716640
El sistema de circulación, controlado por la motobomba permite realizar las siguientes
operaciones:
-
Llenado de estanque
-
Circulación de asfalto entre estanque y barra de riego
-
Da presión para el regado a barra y pistola manual, esta última utilizada en remates y
superficies pequeñas.
-
2.3
Devuelve el asfalto desde la barra regadora al estanque.
Control a la mezcla asfáltica en planta
Según los requerimientos que posea el proyecto, la producción de la mezcla asfáltica será
realizada en plantas de tambor, continuas o discontinuas. Estas instalaciones deberán estar
acondicionadas para fabricar el material de manera óptima, por lo que deberán contar con
balanzas de precisión, unidades de graduación de áridos, tolvas de almacenamiento de árido
caliente, recolector de finos, entre otros elementos.
La mezcla asfáltica solo estará en condiciones de ser confeccionada una vez se conozca la
dosificación de la mezcla para el proyecto específico.
Tal y como se mencionó en el apartado 1.5, para la producción de mezcla asfáltica en caliente
es necesario que esta se fabrique en plantas continuas o discontinuas, siendo la primera de estas
la más común.
El contratista será el encargado de entregar al Inspector Fiscal, material informativos que
indique a lo menos lo siguiente:
47
-
Plan de trabajo a desarrollar, indicando equipos de los cuales se dispone, cantidad y
características de estos.
-
Organigrama jerárquico en el cual se indique cada una de las funciones a desarrollar por
parte de los trabajadores, así como también las responsabilidades de estos.
Una vez se entreguen estos procedimientos y/o indicaciones básicas y necesarias para el
inspector fiscal, en el proceso de producción de la mezcla asfáltica, se deberán efectuar los
siguientes controles o contar con la información que se detalla a continuación:
-
Control con el árido en frio que ingresa a la planta, este debe cumplir con las
especificaciones del proyecto y con los tamaños requeridos.
-
Al salir del secador giratorio, la humedad de los áridos no debe exceder el 0.5% en peso
-
Se debe conocer la temperatura de los áridos a la salida del secador, el asfalto cuando
entra al mezclador y temperatura final del producto fabricado.
-
A la salida del secador, la temperatura de los áridos deberá fluctuar entre 150° C y 175
°C; y entre 100°C y 120°C en el caso de graduación abierta en mezclas asfálticas en
caliente.
-
Proporción y granulometría de la mezcla de asfalto en caliente, para mezclas de
granulometrías densas o gruesas se deben extraer a lo menos muestras de tres silos de
almacenamiento, en tanto para mezclas de granulometrías finas o abiertas se deberán
extraer muestras de dos silos de almacenamiento.
-
El cemento asfáltico que es mezclado deberá tener una temperatura de acuerdo a la
viscosidad requerida del proyecto.
-
Cantidad de asfalto incorporada a la mezcla y la reacción de este con los áridos que
ingresan al mezclador
-
Homogeneidad de la mezcla que se produce entre los áridos y el asfalto
-
Al salir del mezclador la muestra debe poseer una temperatura de acuerdo a la viscosidad
requerida del proyecto.
Se deberá inspeccionar si las instalaciones de la planta cumplen con todos los equipos
necesarios para la fabricación de la mezcla asfáltica en caliente así como también como son
almacenados los materiales utilizados para la producción de este elemento.
2.4
Control a la mezcla asfáltica en su transporte
La mezcla asfáltica es transportada a terreno en camiones tolvas, los cuales cuentan con un
gran depósito en su parte trasera, acondicionado especialmente para el transporte de estas
mezclas y áridos. Como todo medio de transporte debe tener al día documentación y revisiones,
que indiquen que el camión se encuentra en perfecto estado para circular, transportar material y
vaciar este último en terreno.
48
Se deben tener en cuenta los siguientes puntos a la hora de realizar el transporte del material
a obra:
-
Aplicar lubricante en el deposito trasero del camión, esto es para evitar que la mezcla se
adhiera al depósito trasero del camión
-
Con la mezcla depositada en el camión, esta se debe proteger con una carpa que evite
el enfriamiento de la mezcla en su transporte.
-
El camión tendrá que ser capaz de mantener la temperatura de la mezcla en todo su
transporte.
-
Si se ha transportado material previamente, se debe tener especial cuidado en limpiar y
lavar el camión, para así no exista contaminación de materiales entre el material
transportado previamente y el que se transportara.
-
El proceso de carga de material desde el silo al camión deberá realizarse de forma
homogénea.
-
Se deberán extraer muestras del material, las cuales serán analizadas por personal
calidad de laboratorio correspondiente, a modo de control de calidad del material que se
despacha.
-
No se podrá transportar el material a bajas temperaturas pues esto haría imposible la
colocación del material en terreno, lo cual incurriría en pérdidas materiales
-
Al llegar a faena, el camión deberá vaciar el material a velocidad constante y lentamente
sobre una Finisher o terminadora autopropulsada, la cual será la encargada de verter
este elemento en terreno previamente imprimado.
2.4.1
Maquinaria a utilizar en transporte de mezcla asfáltica en caliente: Camión
tolva o volquete
Este tipo de camiones sirve para transportar áridos y mezclas asfálticas gracias al gran
depósito metálico que se encuentra en su parte trasera.
Gracias al sistema hidráulico capaz de elevar el depósito metálico, es que es posible verter
el material en la Finisher para luego ser colocado en la superficie imprimada.
49
Figura 2.6: Camión Tolva
Fuente: Remolques especializados. Obtenido 03, 2018, de
http://yellowdeck.com/es/product/specialty-trailers/
2.5
Control a la mezcla asfáltica en su colocación
Una vez la mezcla asfáltica se encuentra en condiciones de ser llevada a obra, esta se carga
en el camión y así una vez esta llegue a su lugar de destino, se proceder a controlar lo siguiente:
-
La superficie sobre la cual será vertida la mezcla debe estar previamente preparada, ya
sea imprimada o con riego asfáltico.
-
Superficie deberá estar seca o ligeramente húmeda
-
Verificar que todo equipo y maquinaria a utilizar para el proceso de colocación de la
mezcla se encuentre en óptimas condiciones.
-
Conocer la temperatura con la cual la mezcla sale de la planta, pues esta no puede
superar los 170°C, pues esto provocaría que al habilitar el transito la mezcla se pierda su
consistencia separándose.
-
Al llegar a la cancha la temperatura de la mezcla debe ser de superior a 140°C.
-
Para la colocación de la mezcla asfáltica se debe tener en cuenta el clima que acontecerá
en el lugar de colocación, así se debe considerar lo siguiente:
a) No exista amenaza de lluvia y la temperatura debe ser ascendiente desde los 5°C
b) Temperatura en descenso desde los 10°C, se deben tomar precauciones para evitar
que la mezcla se enfríe generando problemas de compactación
-
Maquinaria para pavimentación o Finisher se encuentre en óptimas condiciones.
50
-
Al extender la mezcla asfáltica sobre la superficie, se debe esperar la temperatura de
compactación la cual debe comprender entre los 100°C y 110°C para carpetas o capas
de espesores iguales o superiores a 5cm. La temperatura ha de ser aquella que impida
que la mezcla se desplace con el paso del rodillo compactador.
-
Una vez obtenida la temperatura de compactación, se debe compactar con rodillo
metálico liso, proceso que se realizara desde los bordes al centro.
-
Para obtener la compactación mínima especificada del proyecto, se debe compactar con
rodillo neumático.
-
En obra se deberá contar también con equipos menores tales como rastrillos, palas,
carretillas, medidores manuales de espesor de las capas de pavimento, entre otros.
2.5.1
Maquinaria a utilizar la colocación de la mezcla asfáltica en caliente:
Finisher o terminadora
Figura 2.7: Finisher
Fuente: Nuevo Pavimentadoras de asfalto. Obtenido 03, 2018, de
https://www.finning.com/es_AR/products/new/equipment/asphalt-pavers/wheel-asphaltpavers/18185236.html#
La Finisher o terminadora es la máquina que se encarga de distribuir el asfalto, la cual
está montada sobre ruedas u orugas.
La velocidad con que aplica la mezcla sobre el terreno imprimado, varía entre 1km/hr y
10Km/hr.
La Finisher posee dos unidades principales, que se detallaran a continuación:
51
a) Unidad tractora: Posee una tolva que recibe el material que deposita el camión tolva, el
cual es llevado por una cinta transportadora a la parte posterior de la maquinaria.
Posee además tornillos helicoidales, los que distribuyen la mezcla en el ancho de la
pavimentación y controles de operación, los que pueden estar colocados en ambos lados
de la máquina.
b) Unidad enrasadora: Consta de una placa que alisadora que permite calentar la mezcla,
una regla vibradora que facilita la colocación, regulación y espesor de la mezcla asfáltica
en caliente.
Esta maquinaria es operada por lo general por dos personas, uno que conduce la máquina,
regulando la alimentación de material y la velocidad y otro que va en la parte posterior, el cual se
encarga de controlar el espesor de la capa de mezcla.
2.6
Control a la compactación
En la compactación las partículas compactadas están obligadas a entrar en contacto las unas
con las otras debido a que mediante este proceso disminuyen los espacios de aire entre las
partículas por la acción de la vibración mecánica de la maquinaria que se utiliza. La compactación
es uno de los procesos más importantes a realizar, pues es de este proceso que depende la
calidad final de la mezcla asfáltica, es así como, con este proceso se trata de alcanzar una
densidad tal que garantice que la mezcla asfáltica en caliente posea la durabilidad prevista del
proyecto y no posea irregularidades en su extensión.
Una vez extendida, nivelada y libre de imperfecciones este la mezcla sobre la superficie,
se procede a compactar hasta alcanzar una densidad no inferior al 97% de la densidad Marshall
calculada mediante el método 8.302.40 expresado en el volumen 8 del manual de carreteras, en
el cual se calcula la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación plástica.
La temperatura de compactación para mezclas asfálticas en caliente ha de ser superior
a 120°C, cuidando que no se produzcan grietas a la superficie, así cantidad, peso y tipo de rodillo
a aplica sobre la mezcla deberá ser tal que permita alcanzar la compactación requerida de
proyecto en el tiempo en que la mezcla es trabajable.
La compactación se realiza manteniendo el siguiente orden:
-
Juntas transversales
-
Juntas longitudinales
-
Borde exterior
-
Zonas más bajas hacia más altas
-
Zonas de difícil acceso, mediante pisones manuales mecánicos o alisadores.
52
La compactación se realizará de forma lenta y uniforme, cuidando siempre de eliminar toda
marca de rodillo y alcanzar la densidad especificada. No se podrán realizar cambios de la
velocidad o dirección, sobre la capa que se esté compactando, cuidando siempre que las ruedas
se encuentren húmedas para evitar así la adherencia de la mezcla a estas.
Si llegase a quedar material suelto, contaminado o defectuoso sobre la superficie, una vez
este frio ha de retirarse, al igual que la mezcla que se encuentre en exceso, una vez retirado el
material defectuoso se procede a colocar una nueva mezcla asfáltica en caliente en donde sea
necesario y luego se deberá compactar el área circundante a esta.
Se deberán tener en cuenta los siguientes aspectos durante el proceso de colocación y
compactación de las mezclas asfálticas en caliente:
-
Superficie a tratar ha de estar limpia, seca y no contaminada por ningún material extraño.
-
Compactación se realizará siempre y cuando la temperatura de la mezcla asfáltica este
comprendida entre 120°c y 140°C, para compactación de capas con un espesor superior
a 5cm.
-
Compactación se realizará a menos de 110°C, siempre y cuando se compacten capas
de menos de 5cm.
-
Si se compactan mezclas con asfalto modificado o multigrado, se deberá tener en
consideración las indicaciones del proveedor para compactar.
-
Se controlará la compactación especificada por medio de densímetro nuclear.
-
Se permitirá extracción de muestras solo para recepción, a no ser que el Inspector Fiscal
autorice al contratista a extraer testigos por dosificación, para calibrar el equipo nuclear,
las cuales no sobrepasaran las 5 muestras.
-
Una vez terminada la superficie esta no deberá presentar segregación de material,
fisuras, deformaciones, o algún tipo de imperfección.
Algunos de los factores que influyen el proceso de compactación de la mezcla asfáltica son
los siguientes:
-
Tamaño y forma de los áridos, hará que cada mezcla presente un comportamiento
distinto al ser compactado lo que puede dificultar este proceso.
-
La compactación se realizará en base al acabado superficial que se realice.
-
No se deberá utilizar en exceso el betún asfáltico, pues el exceso de este material podría
provocar inestabilidad en la mezcla.
-
Entre más filler posea la mezcla, mayor dificultad de compactación habrá en esta, debido
a que este actúa como estabilizante del betún.
-
El espesor de la capa compactada ha de estar indicado por proyecto.
-
Se debe tener en consideración la temperatura de la mezcla asfáltica, pues esta se enfría
rápidamente debido a que su temperatura es superior al ambiente.
53
La maquinaria a utilizar para compactar dependerá del tipo de mezcla y espesor de esta,
aunque por lo general, se realiza una cancha de prueba en la cual se determina el número de
pasadas necesarias para alcanzar la densidad deseada, según el tipo de compactador que se
utilice.
Para este proceso se utilizan diferentes equipos, siendo el más común combinar un
compactador de neumáticos y compactador de llanta metálica; el primero de estos hace que la
mezcla sea más homogénea sacando todo aire de esta y el segundo corrige todo tipo de marcas
que puede haber dejado el primero. Existe el rodillo mixto neumático-vibrante que cumple con las
ventajas de las dos máquinas.
2.6.1
Maquinaria a utilizar en la compactación de la mezcla asfáltica en caliente
Para la compactación de la mezcla asfáltica en caliente, así como de las distintas capas
presentes en la estructura de un pavimento se utilizan maquinarias capaces de lograr las
densidades que especifica el proyecto, logrando obtener gracias a esto la máxima resistencia.
Las maquinarias utilizadas para la compactación de la mezcla asfáltica en caliente son el rodillo
tándem y el rodillo neumático.
En el proceso de compactación se pueden distinguir tres etapas:
-
Rodillado inicial, aquí se obtiene la compactación de la mezcla requerida. Se realiza con
rodillos lisos y sin vibrar.
-
Rodillado intermedio, aquí se termina de compactar la capa y la sella. Se realiza con
rodillos neumáticos.
-
Rodillado final, es para eliminar las marcas y huellas que pueden haber quedado de los
procesos anteriores. Se realiza con rodillos lisos, en donde si la capa es muy delgada no
es conveniente vibrar.
2.6.1.1 Rodillo Tándem
Los rodillos Tándem o lisos, son aquellos en ambos ejes llevan ruedas que son cilindros
metálicos como muestra la Figura 2.4 o en uno de sus ejes una rueda de cilindro metálico y en la
otra ruedas neumáticas.
Para la compactación de mezclas asfálticas en caliente debe poseer un peso estático
entre 5 y 16 toneladas. Para evitar que la mezcla se adhiera al compactador metálico, este debe
estar provisto por una barra regadora que lo moje de forma constante y suave.
54
Figura 2.8: Rodillo Tándem
Fuente: A.2016, 02. La compactación de las mezclas Asfálticas. Obtenido 02, 2018, de
http://victoryepes.blogs.upv.es/2016/02/18/la-compactacion-de-las-mezclas-asfálticas/
2.6.1.2 Rodillo Neumático
Figura 2.9: Rodillo neumático
Fuente: Compactadores CW34. Obtenido 03, 2018, de
https://www.cat.com/es_US/products/new/equipment/compactors/pneumaticrollers/18350755.html
Este tipo de compactador posee dos filas de 3 a 6 ruedas, las cuales ejercen una presión de
compactación elevada sobre el pavimento asfáltico en caliente permitiendo capas de espesores
considerables. La textura de los neumáticos da rugosidad al pavimento que permite buena
adherencia con capas posteriores.
55
Para la compactación de mezclas asfálticas en caliente debe poseer un peso estático de entre
6 a 20 toneladas. La presión de inflado optima se deberá determinar en una cancha de prueba,
así los rodillos no dejaran huellas sobre la capa compactada.
La presión de inflado varía entre 40 y 80 libras/pulg 2, esto está sujeto a la temperatura, tipo
de mezcla y capa que se esté compactando.
Generalmente la mezcla tiene a adherirse a los neumáticos en el comienzo de la faena debido
a que estos no han alcanzado una temperatura de equilibrio, por lo que se deberá contar con
raspadores que eviten que el material se adhiera y pegue a estas.
2.7
Maquinaria para control de obra
2.7.1
Termómetro de varilla
Figura 2.10: Termómetro de varilla
Fuente: A.2015, 06. Controles y muestro de mezclas asfálticas. Obtenido 02, 2018, de
http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Contrs%20y%20mues
treo%20en%20terreno%20de%20MAC%20Junio%202015.pdf
Este tipo de termómetros digital se utiliza para medir la temperatura de la mezcla asfáltica
y concreto. Su longitud va desde los 15 cm a 30 cm y puede medir temperaturas desde -50°C a
300°C.
2.7.2
Densímetro nuclear
El densímetro nuclear es un equipo que mide la densidad, humedad y compactación de
los suelos, hormigón y asfalto.
El densímetro nuclear emite radiaciones gamma, con las cuales atraviesa las muestras a
analizar y con la diferencia de flujos entre lo que entra y se devuelve al equipo, se obtiene la
densidad de la muestra.
56
Figura 2.11: Densímetro nuclear
Fuente: A.2015, 06. Roban peligroso densímetro nuclear en Maipú. Obtenido 02, 2018, de
http://www.adnradio.cl/noticias/nacional/roban-peligroso-densimetro-nuclear-enmaipu/20171017/nota/3611392.aspx
Para manipular y operar un densímetro nuclear, se debe tener autorización del ministerio de
salud y además cumplir con los siguientes requisitos:
-
Curso de protección radiológica
-
Licencia de operación de densímetro nuclear
-
Poseer un dosímetro personal, el cual es capaz de medir las radiaciones emitidas por
este aparato.
-
Portar equipos de protección personal, tales como casco, zapatos de seguridad, guantes,
etc.
-
El densímetro nuclear deberá ser siempre guardado dentro de su caja de tránsito, la cual
es provista con el equipo por el fabricante de esta máquina.
-
Se almacenan en bunkers construidos con albañilería confinada y ladrillo fiscal.
-
El transporte de esta maquinaria debe efectuarse en camionetas autorizadas por
SEREMI de salud, las cuales deben tener en su parte trasera una caja metálica recubierta
con plomo. Esta caja debe estar anclada al vehículo y cerrada con candado. En su interior
el densímetro se guardará con la caja provista por el fabricante de la máquina.
Debido a que estos equipos son solo operables por personal calificado y autorizado, ante el
robo o pérdida de este se debe dar aviso a las autoridades competentes como responsable de
Seguridad Radiológica o jefe de laboratorio regional.
57
2.7.3
Densímetro no nuclear
El densímetro no nuclear es un equipo que mide la densidad en pavimentos de mezcla
asfáltica en caliente mediante la impedancia o resistencia eléctrica, así el campo eléctrico varía
en función de la densidad de la muestra.
Cuando la mezcla asfáltica es compactada, cambia el volumen de aire presente en esta,
debido a que con este proceso aumenta la densidad y disminuyen los huecos de aire, lo que
produce un cambio en la señal del equipo, lo que indica que la densidad que se obtiene se debe
corregir por un valor de referencia, que se obtiene con un testigo de asfalto.
Figura 2.12: Densímetro
no nuclear
Fuente: A.2015, 07. Laboratorio Nacional de Vialidad, Densímetro no nuclear. Obtenido 02,
2018, de http://www.adnradio.cl/noticias/nacional/roban-peligroso-densimetro-nuclear-enmaipu/20171017/nota/3611392.aspx
Las ventajas de este equipo es que el operario o manipulador de este, no se necesita
permisos o licencias especiales para materiales radiactivos, por lo que puede ser manipulado por
cualquier persona que maneje el equipo.
58
3 Influencia de los factores específicos en la pavimentación
Los pavimentos asfálticos en caliente, al igual que todo tipo de pavimentos son susceptibles
a los distintos factores climáticos, de temperatura u otros, que se presentan en la superficie en
que son aplicados, por lo que en el presente capítulo se indicaran los factores a los que esta
expuestos estos pavimentos.
3.1
Influencia del clima y temperatura ambiente.
Los asfaltos son materiales termoplásticos, lo que indica que al disminuir la temperatura estos
se vuelven más duros y al aumentar la temperatura se vuelven más blandos o líquidos.
Para la fabricación de mezclas asfálticas en caliente se utilizan dos tipos de cementos asfálticos
CA 14 y CA 24.
Las empresas que producen CA en Chile, están normadas de acuerdo a lo indicado por
el Laboratorio Nacional de Vialidad, SERVIU y la NCh 2440 y clasificados mediante la viscosidad
absoluta que presentan a los 60°C.
Si la mezcla asfáltica a utilizar se requiere en zonas cálidas o templadas, es necesario utilizar
la del tipo CA 24, en tanto si se utiliza en zonas frías se debe usar el del tipo CA14. Algunos de
los requerimientos de estas CA son los siguientes:
-
Para la producción de mezcla asfáltica en caliente, ha de utilizarse entre 140 y 155°C.
-
Se utiliza generalmente desde Puerto Montt hacia el norte, para CA 24.
-
Se utiliza generalmente desde Puerto Montt al Sur, para CA 14.
-
La temperatura de almacenado no debe exceder los 163°C.
-
Al transportarse el material asfáltico debe tener perdida de temperatura de entre 2 a 3°C
por hora.
-
La densidad varía entre los 0,952 g/cm3 a su temperatura habitual de descarga (130°C)
a 0,942 g/cm3 a su temperatura habitual de mezclado (150°C), para CA24.
La mezcla asfáltica en caliente es producida con CA 24 o CA 14 entre los 140°C y 170°C, y
el cemento asfáltico a utilizar para la mezcla se elige según la zona de aplicación de la mezcla.
Una vez que se tiene la mezcla asfáltica en caliente producida en planta y se procede a llevar
a terreno para ser vertida en este, se puede indicar que no se puede pavimentar cuando:
-
Las superficies en que se debe verter la mezcla se encuentra congelada
-
Cuando exista bruma o lluvia.
-
Temperatura atmosférica inferior a 5°C
-
Camiones que presenten mezcla con temperatura inferior a 120°C
59
-
Al comenzar la compactación la mezcla no puede presentar una temperatura inferior a
110°C, pues la temperatura ideal para este proceso es entre los 110°C y 140°C.
-
No se puede pavimentar cuando las superficies se encuentren congeladas
Cuando no se realiza bien el proceso de pavimentación, se producen ciertas imperfecciones
en el pavimento las cuales podemos observar con el transcurso del tiempo, tales como:
-
Ondulaciones superficiales
-
Surcos o huellas
-
Grietas
-
Desintegración de la capa superficial, etc.
Uno de los principales factores que afecta al pavimento es el agua, así en pavimentos que
han sido mal sellados el agua se infiltra al interior de este provocando daños, deformando o
quebrándolo.
Figura 3.1: Deterioro de pavimentos
Fuente: Imprimaciones asfálticas. Obtenido 02, 2018, de
http://www.construmatica.com/construpedia/Patolog%C3%ADas_en_Pavimentos_Asf%C3%A1lt
icos
Cuando estamos en presencia de regiones de carácter fría, el agua y las heladas son
frecuentes por lo que si se produce congelamiento en los pavimentos habrá cambios de volumen,
lo que puede llegar a ocasionar fallas irreparables al momento de descongelarse.
Si el pavimento asfáltico en caliente ha sido mal diseñado o no posee un buen sistema
de drenaje y evacuación de aguas, el exceso de esta puede dañarlos y producir accidentes
Algunas de las afecciones que podemos observar en los pavimentos asfálticos en caliente
debido a los cambios de temperatura son los siguientes:
60
-
Deterioro debido a exposición a calentamiento prolongado
-
Incremento de costos de reparación, mantención y construcción, debido a que debe
realizarse de manera más frecuente.
-
Inundaciones, erosiones y saturación por el efecto del agua.
-
Incremento de la humedad, provocando desprendimiento de sus componentes.
-
Congelamiento aumenta la rigidez provocando grietas.
-
Temperaturas matutinas, provocan tensión térmica que provoca grietas.
-
Altas temperaturas hacen deformable la estructura
La mayoría de estas afecciones se debe a que los pavimentos asfálticos en caliente, están
expuestos a variados condiciones climáticas a lo largo de nuestro país gracias al calentamiento
global.
Son factores que influyen también en la durabilidad de los pavimentos el tránsito, la topografía
del terreno, los materiales, tránsito vehicular en grandes volúmenes al estar mojado o en
presencia de temperaturas elevadas, vehículos pesados, etc.
3.2
Influencia del clima, radiación solar y rayos ultravioleta
Para indicar como afectan la radiación solar y los rayos ultra violeta a los pavimentos
asfálticos en caliente, es necesario explicar estos conceptos.
La radiación solar, son las radiaciones que emite el sol de forma electromagnética, la cual
viaja a la tierra a través de ondas que transportan energía, cierta parte de esta energía es
absorbida por la capa de ozono, las nubes, gases u otros elementos presentes en la atmosfera y
otra se refleja o llega directamente a la superficie terrestre. En tanto los rayos ultravioleta o UV,
son un tipo de radiación que forma parte de los rayos del sol la cual es absorbida por la atmosfera,
pero llega a la tierra debido al agujero presente en la capa de ozono.
Como se sabe la radiación solar y los rayos UV, son dañinos para la salud de las personas
pues provocan daños en la piel, cáncer u otras afecciones y así como afectan a nuestro
organismo, también afectan a las construcciones deteriorándolas al estar expuestas a estas
radiaciones.
Con los eventos climáticos que ocurren en nuestro planeta debido al calentamiento global,
vemos como nuestras carreteras se deterioran debido a las lluvias, sequias, tsunamis, olas de
calor, heladas u otros, lo que provoca lo siguiente que se deba invertir frecuentemente en
mantención y reparación de estos, pues las afecciones climáticas aceleran el deterioro de los
pavimentos asfálticos no solo calientes sino que de todo tipo.
Al estar los pavimentos expuestos excesivamente a rayos UV, se observan los siguientes
cambios en pavimentos asfálticos en caliente:
-
Genera el endurecimiento de este.
61
-
A mayor tiempo de exposición a los rayos UV la vida útil de la mezcla disminuye
-
Se convierte en una estructura menos resistente a la deformación
-
El material envejece de manera más rápida
3.3
Influencia de la temperatura en la compactación
Como se sabe, la temperatura de la mezcla asfáltica varía desde que es producida en
planta y vaciada en un camión trasportador del material, hasta que llega a terreno, se descarga
en la Finisher y se procede con el proceso de compactación, tal y como se muestra en la Figura
3.2. Estas diferencias de temperatura que se producen en los distintos procesos, generan
segregación de la mezcla, ondulaciones y cambios en las propiedades mecánicas y dinámicas
de la mezcla asfáltica en caliente.
Figura 3.2: Gráfico perdida temperatura de
pavimento asfaltico en caliente en su transporte
Fuente: Compactación de mezclas asfálticas. Obtenido 03, 2018, de
http://studylib.es/doc/4750695/compactaci%C3%B3n-de-mezclas-asf%C3%A1lticas
La temperatura de compactación tiene grandes incidencias en las deformaciones plásticas
que puede presentar los pavimentos asfálticos en caliente, así si la temperatura de compactación
disminuye las deformaciones aumentan.
Para lograr una compactación óptima se debe tener en consideración lo siguiente:
-
Temperatura de compactación entregada según la dosificación, la cual debe variar entre
110°C a 130°C
62
-
Controlar la temperatura de la mezcla, pues si esta baja demasiado no será posible lograr
la compactación para la densidad de terreno deseada.
-
La mezcla deberá tener una temperatura comprendida entre 110°C y 140°C cuando sea
compactada.
-
En caso de tener mezclas de espesores inferiores a 5cm o mezclas con granulometrías
abiertas, se podrá compactar a temperaturas de mezcla inferior a 110°C.
Figura 3.3: Gráfico temperatura de compactación
vs. Tiempo de compactación
Fuente: Compactación de mezclas asfálticas. Obtenido 03, 2018, de
http://studylib.es/doc/4750695/compactaci%C3%B3n-de-mezclas-asf%C3%A1lticas
La Figura 3.3, muestra un ejemplo en donde el tiempo de viaje de la mezcla asfáltica en
caliente desde la planta a terreno fue de alrededor de 20 a 30 min, aquí se observa la temperatura
de la mezcla durante la compactación y el descenso que tiene esta en un intervalo de tiempo a
distintas temperaturas ambientes. Con este grafico se puede concluir que a menor temperatura
ambiente el tiempo de compactación es más corto y a mayor temperatura la compactación es
más lenta, pero la temperatura de compactación desciende de manera más rápida al enfrentarse
a temperaturas ambiente más bajas.
No solo la temperatura de la mezcla asfáltica en caliente es la que afecta a la compactación
sino también factores como la humedad, el viento, temperatura bajo la mezcla y la temperatura
ambiente.
63
4 Alcances al proceso de dosificación
Con la dosificación de mezclas asfálticas en caliente es posible establecer la proporción
adecuada de los materiales que la componen, lo que permite establecer el mejor diseño en base
al uso que se le dará a este.
Como se logró observar en el primer capítulo de esta memoria, los pavimentos flexibles se
encuentran construidos por varias capas, cuya cantidad y porcentaje utilizado de estas en la
estructura final (pavimento), se establece en base a los siguientes aspectos:
-
Características de transito al cual estará expuesto
-
Clima que se presenta en el lugar
-
Suelo de Subrasante, etc.
Figura 4.1: Distribución de presiones en el pavimento
Fuente: Esfuerzo y deformaciones en pavimentos flexibles. Obtenido 03, 2018, de
https://www.slideshare.net/RibBrian/0400-esfuerzos-y-deformaciones-en-pavimentos-flexibles
Como se observa en la figura 4.1 distribución de las presiones en un pavimento flexible,
la presión disminuye a medida que aumenta la profundidad, por lo que el pavimento transmite el
peso o carga desde la superficie a la subrasante, lo que indica que la calidad de las capas que
conforman la estructura puede ir disminuyendo en función de la profundidad.
Los requisitos que se han tener en consideración para que el pavimento actúe de forma
adecuada ante las distintas solicitaciones a las que es sometido, son los siguientes:
-
Estabilidad
64
-
Durabilidad
-
Flexibilidad
-
Resistencia a la fatiga
-
Resistencia al deslizamiento
-
Impermeabilidad
-
Trabajabilidad
Estos requisitos básicos indican que se debe dosificar sin comprometer la estabilidad de la
mezcla, con la cantidad de asfalto más elevada posible, pero estos no es lo único que se debe
considerar, sino también la granulometría y calidad de los áridos, el contenido que tenga la mezcla
de asfalto y el ligante asfáltico que se utilizara, todo esto dependiendo del uso y factores a los
que se exponga el pavimento asfáltico en caliente.
A continuación se analizaran los aspectos que se deben tener en consideración para realizar
la dosificación de mezclas asfálticas en caliente, como los procedimientos a seguir, los
parámetros que se deben establecer para la realización de estos, entre otros.
4.1
Procedimientos de dosificación de mezclas en caliente
Pétreos, asfalto y vacíos de aire, son los componentes de una mezcla asfáltica para
pavimentos, estos materiales de acuerdo a la proporción en que se usen son beneficiosos o no
para el pavimento asfáltico a construir, así por ejemplo se tiene lo siguiente:
-
Las piedras de mayor tamaño (chancadas), dan resistencia a la estructura contra la
deformación, soportando de mejor manera las cargas del tránsito.
-
El volumen de asfalto varía en base a la temperatura, por lo que el pavimento asfáltico
en caliente puede seguir densificando una vez habilitado su uso.
-
Exceso de aire en la mezcla la hace inestable y permeable.
-
La mezcla asfáltica sigue compactándose por efecto del tránsito.
Los métodos de dosificación dependen del tipo de mezcla a utilizar (Fría o caliente; abierta o
cerrada; gruesa o fina), debido a que este trabajo de titulación se enfoca en pavimentos asfálticos
en caliente, solo se detallará el Método Marshall utilizado para este tipo de mezclas.
4.1.1
Método Marshall
El método Marshall fue desarrollado por Bruce Marshall, el cual solo se aplica en mezclas
asfálticas en caliente de graduación cerrada con agregados iguale o inferiores a 25mm, es
aplicable para diseño en laboratorio así como también, en el control de terreno.
El equipo que se utiliza para la realización de este ensayo es el siguiente:
-
Moldes de probetas
-
Martillo de compactación
65
-
Baño de agua con termostato
-
Horno (T° mínima 200°C)
-
Máquina de compresión
Figura 4.2: Aparato Marshall
Fuente: Máquina para Pruebas de Estabilidad Marshall, Automática. Obtenido 03, 2018, de
http://www.utest.com.tr/es/26055/M-quina-para-Pruebas-de-Estabilidad-Marshall-Autom-tica
El procedimiento a seguir para el método de dosificación es el siguiente:
-
Determinar densidad de agregados, asfalto y mezcla compactada.
-
Preparar de 3 a 5 probetas, las cuales contendrán el mismo contenido de asfalto, el
cual variara entre probetas en un 0,5% en peso con respecto del agregado.
-
Con el martillo de compactación se procede a compactar las probetas con 75 golpes.
-
Se determina en las probetas densidad de compactación, volumen y densidad
máxima de la mezcla.
-
Se da un baño de agua a 60°C durante 30 min a las probetas.
-
Se procede a ensayar las probetas en la máquina de Marshall al transcurrir los 30
minutos.
66
Figura 4.3: Probetas
Fuente: Equipo para la elaboración de núcleos de prueba (Método Marshall). Obtenido 03,
2018, de http://www.cuevadelcivil.com/2015/04/equipo-para-la-elaboracion-de-nucleos.html
Cuando las probetas se ensayan en la máquina de Marshall, estas son comprimidas y se
obtiene la estabilidad de Marshall (carga máxima a la rotura) y la fluidez (deformación vertical)
para la carga máxima expresada en 0,25mm.
Figura 4.4: Ejemplo gráficos Estabilidad vs % Asfalto, densidad vs % Asfalto y
Huecos de aire vs % Asfalto
Fuente: A.2015, 06. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente. Obtenido 12,
2017, de http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%
20Asf%C3%A1lticas.pdf
Para analizar los resultados se deben descartar las resultados erróneos, así se promedian
los valores de estabilidad, fluidez, densidad, absorción, huecos de la mezcla y vacíos del
67
agregado mineral, con los cuales se construye un gráfico de cada uno de estos elementos vs el
% de asfalto.
Con los gráficos es posible obtener el % óptimo de asfalto de diseño, este se calcula con los
promedios contenidos de asfalto correspondiente a los máximos de: estabilidad, densidad y
huecos de aire.
Si se desea obtener mayor información relacionada a cálculos y/o procedimiento del método
Marshall es posible consultar las Norma ASTM D-1559, AASHTO T-245-82 o el Manual de
Carreteras Volumen 8.
Con estas pruebas es posible conocer las características mecánicas y volumétricas de
las mezclas asfálticas.
Se establece una tolerancia de ±0,3 %.
4.1.2
Pruebas a las mezclas asfálticas compactadas
El método de Marshall nos permite realizar tres tipos de pruebas:
-
Determinación de la gravedad específica: se puede realizar una vez enfriada la
muestra y existen dos normas para realizarla ASTM D1188 en la cual se emplea parafina
o ASTM D2726 donde se satura la mezcla seca.
-
Prueba de estabilidad y flujo: Se realiza sumergiendo la muestra a baño maría (60°C)
durante 30 a 40 min. Luego se somete a una carga hasta que se produzca la falla, así los
Newton necesarios para obtener la falla se conocen como el valor de estabilidad de
Marshall.
Es la diferencia de flujos inicial y final que se registra con un medidor de flujo, esta se
registra cuando se desarrolla la prueba de estabilidad.
-
Análisis de densidad y vacíos: Se debe realizar para cada una de las probetas, por lo
que al obtener la gravedad específica de los componentes se calculan los % de vacíos
en el agregado mineral y asfalto.
4.2
Parámetros de dosificación
Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta al establecer los parámetros de
dosificación, los cuales se fijan en base al uso final que tendrá el pavimento.
En la tabla 4.1 se pueden observar los criterios a tener en cuenta para los parámetros de
dosificación del ensayo Marshall en base a transito medio y pesado, en base al periodo de uso u
operación del pavimento asfáltico en caliente.
68
TRÁNSITO PESADO
CAPA
RODADURA
INTERMEDIA
Compactación
(Golpes/Cara)
INTERMEDIA
Min. 5500
Min. 6500
8 - 16.
3 - 5.
BASE
50
Min. 8000
Fluídez (0,25 mm)
V.A.M (%)
RODADURA
75
Estabilidad (N)
Huecos mezcla (%)
TRÁNSITO MEDIO
BASE
Min. 5000
8 - 18.
3 - 8.
3 - 5.
Según Tamaño Max. Nominal
3 - 8.
Según Tamaño Max. Nominal
Tabla 4.1: Criterios para Ensayo Marshall
Fuente: Apuntes, tecnología de la pavimentación asfáltica. Eduardo Barra. Versión 2.0
La mezcla asfáltica estará bien diseñada si los parámetros expuestos en la tabla 4.1 se
cumplen, si esto no es así, se deberá rediseñar la mezcla o realizar los ajustes pertinentes que
permitan ajustarse a lo establecido en esta tabla.
V.A.M (%)
(Mínimo)
Tamaño Máximo Nóminal
mm
U.S
2,5
1,25
N° 16
21
2,50
N° 8
18
5,00
N° 4
16
10,00
3/8"
15
12,50
1/2"
14
19,00
3/4"
13
25,00
1"
Tabla 4.2: Criterios para Vacíos
en agregado mineral
Fuente: Apuntes, tecnología de la pavimentación asfáltica. Eduardo Barra. Versión 2.0
El contenido de asfalto óptimo tendrá ciertas tolerancias en base a la capa en donde sea
utilizado, así se obtiene lo siguiente:
-
Capa de rodadura, ± 0,3 % tolerancia
-
Capa intermedia y/o base, ± 0,5 % tolerancia
Al realizar el diseño de mezclas asfálticas se debe tener en cuenta que no siempre se
encontrara una que cumpla con los criterios de diseño en primera instancia, es por este motivo
que cada una de las pruebas que se realiza sirve de guía para las siguientes, hasta encontrar lo
establecido.
69
4.3
Aspectos de la dosificación incidentes en la construcción
Una mezcla asfáltica en caliente debe ser diseñada, producida y colocada de manera tal que
sus propiedades contribuyan a la calidad del pavimento, estas propiedades son; estabilidad,
durabilidad, impermeabilidad, Trabajabilidad, flexibilidad, resistencia a la fatiga y deslizamiento.
El asfalto debe ser capaz de mantener su forma aun cuando sea sometido a cargas repetidas
(acción del tránsito sobre el), esta estabilidad se logra gracias a la cohesión que proporciona el
ligante asfáltico y la fricción interna entre los agregados. Si el pavimento asfáltico posee una baja
calidad nos encontraremos frente a lo siguiente:
-
Exceso de asfalto, producirá ondulaciones, Ahuellaminetos y exudación
-
Exceso de arena (tamaño medio), hará que el pavimento presente baja resistencia y
dificultad en la compactación.
-
Material redondeado, provocara ahuellamiento y canalización.
Figura 4.5: Ahuellamiento
Fuente: A, 2011. Fenómeno del ahuellamiento. Vía Calle 80, Bogotá, Colombia. Obtenido 03,
2018, de https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Fenomeno-del-ahuellamiento-Via-Calle80-Bogota-Colombia_fig1_267844248
El pavimento asfáltico en caliente ha de ser capaz de resistir a las acciones del clima y
tránsito, por lo que la durabilidad de la mezcla se mejora con lo siguiente:
-
Utilizando la mayor cantidad de asfalto posible, lo que permitiría que este no envejezca
o endurezca de manera tan rápida, además sella los vacíos lo que permite que el aire y
agua no penetren en la estructura.
-
Graduación de agregado densa que le de resistencia.
70
-
Diseño y compactación le permitan ser lo más impermeable posible.
Figura 4.6: Exudación
Fuente: A, 2014. Tipos de Fallas en Pavimento Flexible. Obtenido 03, 2018, de
http://fallasenpavimentoflexible.blogspot.cl/2014/05/tipos-de-fallas-en-pavimento-flexible.html
Figura 4.5: Desintegración
del asfalto
Fuente: Desintegración del pavimento. Obtenido 03, 2018, de
http://www.arqhys.com/construccion/pavimento-desintegracion.html
En tanto nos encontramos frente a una mezcla de poca o baja durabilidad, cuando:
-
El contenido de asfalto es bajo lo que provoca endurecimiento rápido y desintegración
por perdida de agregado.
-
Alto contenido de vacíos ya sea por mal diseño o falla en el proceso de compactación,
esto provoca endurecimiento temprano, agrietamiento y desintegración.
-
Agregados que captan agua con facilidad provocando que las partículas de asfalto se
separen del agregado.
71
La impermeabilidad del pavimento depende directamente del tamaño de los vacíos, por lo
que cuando la mezcla es demasiado permeable ocurren las siguientes fallas:
-
Bajo contenido de asfalto, causa envejecimiento prematuro y desintegración de la mezcla
asfáltica en caliente.
-
Alto contenido de vacíos permite que agua y aire se introduzcan en el pavimento
provocando oxidación y desintegración.
-
Cuando no se compacta adecuadamente, habrá gran cantidad de vacíos en el pavimento
provocando que el agua de lluvias u otros se infiltre y se produzca poca estabilidad en el
pavimento.
La mezcla asfáltica debe ser trabajable, es decir, no debe presentar grandes dificultades al
momento de colocarla y compactarla, esto facilita su colocación en lugares como tapas de
alcantarillado, curvas pronunciadas u otros, donde por lo general se requiere colocar y expandir
esta mezcla manualmente. Estamos en presente de un pavimento asfáltico en caliente con mala
Trabajabilidad cuando:
-
Nos encontramos frente a una superficie áspera debido a que el tamaño máximo de la
partícula es grande
-
La compactación se dificulta debido a que el agregado es demasiado grueso
-
La mezcla presenta baja temperatura, no permite compactar, provoca una superficie
áspera y la mezcla no tiene gran duración.
-
Arena de la mezcla es de tamaño medio, provoca que la esta se desplace bajo la
compactadora.
-
Bajo contenido de relleno mineral hace a la mezcla demasiado permeable.
-
Alto contenido de relleno mineral provoca una mezcla viscosa, poco manejable y durable.
Debido a que los pavimentos asfálticos se asientan debido a las cargas y se expanden debido
a que el suelo lo hace, es necesario que posean gran flexibilidad que permita que se acomoden
sin agrietarse, así una mezcla asfáltica en caliente es flexible cuando posee granulometría abierta
con alto contenido de asfalto en ella.
Una de las cualidades de los pavimentos asfálticos es que deben tener gran resistencia a la
fatiga, lo que implica que al ser sometidos a cargas reiterativas posee gran resistencia a la flexión,
los vacíos y la viscosidad de la mezcla asfáltica son grandes responsables de esta resistencia.
Así cuando el porcentaje de vacíos en la mezcla aumenta su resistencia a la fatiga disminuye,
por lo que se puede señalar las causas y efectos que contribuyen a una mala resistencia a la
fatiga del pavimento asfáltico en caliente a continuación:
-
Se produce agrietamiento por fatiga cuando en la mezcla hay bajo contenido de asfalto
-
La mezcla presenta envejecimiento temprano y agrietamiento por fatiga, cuando hay gran
cantidad de vacíos en el diseño de esta y cuando hay fallas en la compactación.
72
-
Se produce demasiada flexión lo que provoca agrietamiento cuando el espesor del
pavimento no es el adecuado para las solicitaciones a las cuales ha sido expuesto.
Cuando no encontramos frente a una superficie de pavimento mojada es necesario que el
neumático se adhiera a este evitando que se produzca deslizamiento o resbale, a esto se le llama
resistencia al deslizamiento. Esta resistencia se mide en terreno con una rueda normalizada a
una velocidad de 65 km/hr, bajo condiciones de humedad en la superficie del pavimento
controladas. Así, estamos frente a un pavimento con poca resistencia al deslizamiento cuando se
tiene:
-
Exceso de asfalto
-
Pavimento liso provocado por un agregado mal graduado
Los aspectos que se mencionaron con anterioridad, se originan debido a un mal diseño de la
mezcla en su dosificación, por lo que para que al ser puesto en terreno un pavimento asfáltico en
caliente debe siempre poseer la dosificación adecuada, lo cual evitara o aminorar las fallas que
se mencionaron.
73
Conclusión
Cada día vemos como la conectividad en Chile va aumentando a pesar de las distancias
geográficas entre extremos, hoy en día la pavimentación es de gran importancia pues une y
conecta sectores y comunidades en horas, a las que antes solo se podía acceder en semanas.
Los pavimentos asfálticos en caliente cumplen un rol importante en este proceso de
conectividad, pues al ser rápidos de construir, tener gran duración y bajo mantenimiento son de
los más escogidos para estas faenas. Para realizar un buen proceso constructivo es necesario
cumplir con lo especificado en el desarrollo de esta memoria y regirnos por las leyes y normas
vigentes en nuestro país para su desarrollo.
Con base en la información entregada en la presente memoria se pueden entregar las
siguientes recomendaciones en base a la información expuesta:
-
Los pavimentos asfálticos en caliente han de ser construidos en base a la dosificación
del proyecto.
-
La mezcla en planta deberá cumplir con las temperaturas expuestas para cada uno de
los materiales componentes, para así no se altere ni afecte la colocación y durabilidad
del pavimento.
-
Se deberá tener especial cuidado con la temperatura y agentes climáticos que puedan
afectar al pavimento asfáltico ya sea en su producción, colocación o compactación.
-
La normativa expuesta en el desarrollo de esta memoria es de carácter informativo, pues
está sujeta a actualizaciones, pero busca servir de consulta para cada uno de los
procesos y/o ensayos en los que se han mencionado.
-
La maquinaria expuesta en cada uno de los procedimientos ya sea en transporte,
colocación, fabricación, etc., es la ideal a utilizar en cada uno de estos proceso.
Como todo proceso constructivo, es de vital importancia que se utilicen todos los medios de
control e inspección necesarios para un correcto funcionamiento y fabricación de estos
pavimentos, pues si llegase a fallar una de las tantas partes del proceso, se podrían incurrir en lo
siguiente:
-
Reconstrucción del pavimento
-
Pérdida de vidas humadas por mal estado de la estructura
-
Corta vida útil del pavimento asfáltico en caliente, produciendo gastos innecesarios en
reparaciones, etc.
La normativa y procedimientos constructivos, han sido desarrollados para que los
profesionales sean capaces de utilizarlos, seguirlos y mejorarlos, pero nunca para que sean
empeorados.
74
Bibliografía
1. “Manual de Carreteras”. Dirección de Vialidad, MOP. Edición 2017
2. Asphalt Institute 1991. “Tecnología del Asfalto y Prácticas de Construcción, Guía para
Instructores” Edición traducida por la Comisión permanente del Asdalto de Argentina y
autorizada si reimpresión al ICHAS (Instituto Chileno del Asfalto). ISBN-950-630-001-1.
3. Martin, J. Rogers; Wallace, Hugh A. 1963. “Pavimentos Asflatricos2. Editorial Aguilar, 2°
edición. Madrid.
4. Asphalt Institute 1992. “Principios de Construcción de pavimentos de mezcla asfáltica en
caliente”. Serie de manuales N°22 (MS-22).
5. Silva Friederichsen, Jorge Marcelo. Curso de Laboratoristas Viales Clase B-2006. “Curso de
ligantes asfálticos, sellos de juntas y ensayes especiales a agregados”.
6. Zúñiga C, Rosa. Laboratorio nacional de vialidad: Mezcla Asfáltica en caliente [En línea]
20015.
[Citado
en:
Diciembre
de
2017.]
Disponible
en:
http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%20Asf%
C3%A1lticas.pdf
7. Instituto Nacional de Normalización, Normativa Chilena de Construcción. NCh 165. Of77.
Áridos para morteros y hormigones – Tamizado y determinación de granulometría.
75
Anexos
Anexos A: Mezclas Asfálticas en caliente
Anexos A.1: Requisitos para la fracción gruesa
Anexos A.2: Requisitos para la fracción fina
76
Anexos A.3: Granulometría del Filler
Anexos A.4: Requisitos áridos combinados
Anexos A.5: Granulometría de áridos: granulometría densa.
77
Anexos A.6: Granulometría de áridos: granulometría semidensa.
Anexos A.7: Granulometría de áridos: granulometría gruesa.
78
Anexos A.8: Granulometría de áridos: granulometría abierta.
Anexos A.9: Granulometría de áridos: granulometría fina.
79