Una de las características de las mezclas asfálticas y propiedades fundamentales es el pleno conocimiento de su modulo de elasticidad dinámico a cortos tiempos de aplicación de carga (stiffness). Con la relación stiffness el método distingue dos tipos de mezclas; la s1, que son mezclas de alta rigidez con contenidos promedios de agregado, asfalto y de vacíos. Las mezclas del tipo S2 son mezclas de baja  rigidez, abiertas que tienen contenido de asfalto bajo y un alto contenido de vacíos.

En cuanto la fatiga, el método distingue dos tipos de mezclas; la F1 que tienen alta resistencia y la F2 que posee baja resistencia.

1. Determinar el índice de penetración y la temperatura T800 de los diferentes  asfaltos empleados. Conocidas las diferentes penetraciones del asfalto y con la ayuda de la gráfica de Heukelon (figura 52) se determina su T800 y su índice de penetración.

Figura 12. Nomograma para calcular el índice de penetración y la temperatura T800

Fuente. Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

1. Una vez ya conocido su índice de penetración de cada uno de los asfaltos, 0,2 colombiano y 0,35 venezolano y su  T800 (temperatura a una penetración a 800decimas mm) el cual dio, 49°C y 54°C respectivamente. Se determina el tiempo de aplicación de carga SHELL el cual es de 0,02sg que corresponde a una velocidad del vehículo de 50-60 Km/hora.
2. Se indaga sobre la diferencias de temperatura emplearse esto se halla; ΔT= T800- TMezcla, en Colombia se posee un clima tropical y con su factor de ponderación por año se determina el TMezclade 28,3°C. Establecido los 2 valores se calcula el ΔT que es igual a:
3. ΔT= 49 – 28,3 = 20,7°C  (colombiano)
4. ΔT= 54 – 28,3 = 25,7°C (venezolano)

Figura 13.Nomograma de Van Der Poel para determinar el modulo dinámico  (stiffness) del asfalto

Fuente: Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

1. Con los datos determinados del ΔT se entra a la grafica de Van Der Poel (figura 53). partiendo desde la parte inferior con un tiempo de aplicación de carga de 0,02seg, uniendo ese punto con ΔT= 20,7° y 25,7°C respectivamente y prolongando hasta IP= 0,2 y 0,35 a partir de este punto se proyecta paralelamente a las curvas hasta alcanzarla parte superior donde se lee un stiffness del asfalto de:

MódulodeelasticidaddinámicadelasfaltoColombiano=5 X106N/m2

MódulodeelasticidaddinámicadelasfaltoVenezolano=7 X106N/m2

1. Determinación del stiffness de la mezcla asfáltica. Se emplea la grafica de heukelom (figura 54), es necesario conocer además del stiffness del asfalto, la composición volumétrica de la mezcla asfáltica de acuerdo con el diseño en el laboratorio.

Dosificación

Agregados          77%

Asfalto              5%

Aire                   18%

Se entra a la grafica partiendo del stiffness de cada uno de los asfaltos, para el colombiano de 5x106N/m2y el venezolano de 7x106N/m2 y con el volumen de asfalto correspondiente para las 2 muestras de 5%, se traza la paralela hasta interceptar la línea del volumen del agregado de 77% se proyecta la línea y se obtiene el stiffnes de la mezcla de:

MódulodeelasticidaddinámicadelamezclaColombiana=7 X108N/m2

MódulodeelasticidaddinámicadelamezclaVenezolana=8  X108N/m2

Figura 14. Nomograma para el cálculo de modulo dinámico (stiffness) de la mezcla asfáltica

Fuente: Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

1. Identificación del código de rigidez de la mezcla (tipo S1 o S2).

Por medio de la figura 55, se entra con el stiffness de los dos asfaltos, 5 X106N/m2 colombiano y 7X106N/m2venezolano y el stiffnes de la mezcla de los diferentes asfaltos 7 X108N/m2 colombiano y 8 X108N/m2 venezolano, se observa para determinar cuál de los puntos tiene mayor confluencia al acercase a la curva.

Se observa para los dos asfalto colombiano y venezolano que el punto de fluencia se halla más cerca de la curva S2, son mezclas de baja  rigidez, abiertas que tienen contenido de asfalto bajo y un alto contenido de vacíos. Por consiguiente este es el tipo de mezcla que hay que adoptar.

Figura 15. Relación entre la rigidez de la mezcla y la rigidez del asfalto

Fuente: Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

1. Determinación de la deformación máxima admisible especifica de tracción en la fibra interior de las capas asfálticas.

Para determinar la deformación máxima admisible se emplea la figura 56,  se entra en ella con el stiffness de la mezcla colombiana 7 X108N/m2 y el venezolano 8 X108N/m2. Con un volumen de asfalto del 5%, se prolonga la línea que los une hasta el marco del cuadro, de allí se traza una horizontal hasta hallar la recta que corresponde al tránsito expresado como N ( 5 X106 ejes equivalente de 8,2 toneladas). Se traza una vertical hasta hallar en la abscisa inferior la deformación horizontal por tracción que es respectivamente:

εT=3 X10-4asfaltoColombiano.

εT=2 X10-4asfaltovenezolano.

Figura 16.Nomograma de fatiga para determinación εFAT de la mezcla en función de Sm y Vb

Fuente: Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

Identificación del código de fatiga de la mezcla.

Con las figuras 57 y 58, en ambas graficas se busca el punto de confluencia entre el stiffness de las dos mezclas 7 X108N/m2 colombiano y 7 X108N/m2 venezolano y la deformación por tracción de cada uno, εT=3 X10-4asfaltoColombiano, εT=2 X10-4asfaltovenezolano.

En la figura 57, que corresponde al tipo F1, el punto de confluencia para el asfalto colombiano pertenece a N=5 X107 ejes equivalentes de 8,2 toneladas y para el venezolano pertenece aN=5 X108 ejes equivalentes.

En la figura 58, que corresponde al tipo F2, el punto de confluencia para el asfalto colombiano pertenece a N=5 X106 ejes equivalentes de 8,2 toneladas y para el venezolano pertenece a N=5 X107 ejes equivalentes.

Se adopta un F2 para los dos asfaltos tanto colombiano como venezolano ya que queda más cerca al dato del ejemplo de que es N=5 X106 ejes equivalente de 8,2 toneladas.

         Figura 17. Característica de fatiga F1               Figura 18. Característica de fatiga F2

Fuente: Alfonso Montejo, ingeniería de pavimento para carreteras.

Identificación del código total de la mezcla.

Teniendo en cuanta los resultados obtenidos en la sección 6 y 8, se concluye que las dos diferentes mezclas, colombiana y venezolana son de tipo S2-F2, mezclas de baja  rigidez, abiertas que tienen contenido de asfalto bajo, un alto contenido de vacíos y una baja resistencia. Al código hay que adicionarle el tipo de asfalto empleado con base en la penetración obtenida que es de 68.4 para el colombiano y 65.3 para el venezolano a 25°C, para el cual se adopta el valor 50 (solo existe la elección entre 50 o 100) ya que está más próximo y se obtiene un código de mezcla; S2-F2-50.

Cántabro.En el análisis de los resultados obtenidos del ensayo de cántabro en condiciones secas y húmedas, se registraron comportamientos lineales y parabólicos, con algunas dispersiones poco significativas. Con base en los comportamientos de la mezcla para cada tipo de asfalto se determinaron unas fórmulas de trabajo, que representan la línea de tendencia de perdidas por desgaste de la Mezcla Drenante de acuerdo al porcentaje de asfalto y a las condiciones presentadas. La siguiente es la fórmula de trabajo que simula el comportamiento lineal de una Mezcla Drenante con asfalto Barrancabermeja 60-70, en condiciones secas.

P=0,1641CA2-7,9167CA+45,23   ;   R2=0,9911

P=Pérdidas por desgaste (%)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación .

Fórmula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Boscán A-20, en condiciones secas.

P=-0,2079CA2-1,4659CA+22,257   ;  R2=0,994

P=Pérdidas por desgaste (%)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

A continuación la fórmula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Barrancabermeja 60-70, en condiciones húmedas.

P=-5,3916CA2+26,262CA+63,923   ;   R2=0,9236

P=Pérdidas por desgaste (%)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

Fórmula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Boscán A-20, en condiciones húmedas.

P=-3,4983CA2+2,7318CA+132,08   ;   R2=0,9861

P=Pérdidas por desgaste (%)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

Tracción Indirecta

El análisis de los resultados obtenidos del ensayo de Tracción Indirecta en condiciones secas y húmedas, registro tendencias de acuerdo a los porcentajes y a las condiciones a las cuales fueron sometidas las briquetas. De esta manera se determinaron unas formulas de trabajo que modelan linealmente la resistencia de la Mezcla Drenante de acuerdo al tipo de asfalto, el porcentaje y las condiciones a las cuales fueron sometidas.

La siguiente es la fórmula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Barrancabermeja 60-70, en condiciones secas.

R=-0,979CA2+10,327CA-24,377   ;   R2=0,9351

R=Resistencia (Kg/cm²)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

Formula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Boscán A-20, en condiciones secas.

R=0,5046CA²-6,0482CA+20,96   ;   R2=0,9699

R=Resistencia (Kg/cm²)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

A continuación la formula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Barrancabermeja 60-70, en condiciones húmedas.

R=-0,7816CA2+8,4351CA-20,437   ;   R2=0,9226

R=Resistencia (Kg/cm²)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

Fórmula de trabajo que simula el comportamiento de una Mezcla Drenante con asfalto Boscán A-20, en condiciones húmedas.

R=-0,0157CA2-0,1494CA+3,0744   ;   R2=0,9993

R=Resistencia (Kg/cm²)

CA=Cemento Asfáltico (%)

R²=Confiabilidad de la ecuación

Próximo capitulo: DETERMINACIÓN DEL MODULO DINÁMICO DEL ASFALTO Y DEL TIPO DE MEZCLA ASFÁLTICA (CÓDIGO)

Tabla 12. Gravedad Específica de Bulk para el CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Tabla 13. Gravedad Específica Máxima Teórica para el CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Con base en estos resultados, y en la norma INV 736-07 (Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas compactadas densas y abiertas), que relaciona ambos datos se calculó el porcentaje de vacíos de cada briqueta, los resultados fueron los siguientes.

Gráfico 34.Diagrama de dispersión porcentaje de vacíos por briqueta del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En general presenta poca dispersión entre los datos, tiene un comportamiento descendente conforme aumenta la dosificación de asfalto.

Gráfico 35.Diagrama de dispersión porcentaje de vacíos por briqueta del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las briquetas presentaron comportamientos similares, sin mucha dispersión y una tendencia lineal descendente al aumentar el porcentaje de asfalto.

Gráfico 36.Diagrama de dispersión porcentaje de vacíos por briqueta del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El porcentaje de vacíos evidentemente para ambas diseños de mezcla presenta un carácter descendente, el aumento en la dosificación de asfalto ocupa los vacíos con aire de la mezcla conforme mas cantidad se le adicione; el asfalto colombiano 60-70, presentó mayor porosidad para los porcentajes de 4.5% y 5.5%, con cerca del 1% mayor con respecto al venezolano A-20; contrario fue el comportamiento en 5.5% y 6.0%, donde el asfalto Boscán presento levemente porcentajes mayores de vacíos. Dentro de los rangos de clasificación de mezclas asfálticas, el diseño de mezcla drenante cumple con los vacíos, estando entre los rangos de 18% y 20%.

RELACIÓN DE ENSAYOS

En el análisis de la investigación es importante contrastar también los resultados obtenidos en el ensayo realizado, respecto a otras características de diseño, ya sea la del agregado pétreo, del cemento asfáltico o de la misma mezcla, que condicionan e direccionan los resultados de otros valores ensayados. A continuación los diagramas.

Gráfico 37.Diagrama de relación % Vacíos vs Perdidas por desgaste en Cántabro Seco.

Fuente: Presentación propia de los autores.

La gráfica muestra dos líneas suavizadas de comportamiento ascendente; el asfalto Barrancabermeja 60-70 marca los límites superiores e inferiores del diagrama, debido a que tiene mayores diferencias entre desgaste mínimo y el máximo de la mezcla. El asfalto Boscán A-20 tienen valores de perdidas más cercanos entre sí, y presenta perdidas menores a porcentajes más altos de vacíos entre 16.5% y 18.5%.

Gráfico 38.Diagrama de relación % Vacíos vs Perdidas por desgaste en Cántabro Húmedo.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las dos curvas presentan un comportamiento ascendente, una de forma relativamente lineal, y la otra de forma asintótica en direcciones opuestas. En general se observa una relación directa entre los vacíos y las pérdidas por desgaste,con valores menores a medida que se disminuye el porcentaje de vacíos; ambos asfaltos manejan límites superiores e inferiores similares, con la diferencia que el 60-70 tiene menos desgaste con porcentajes de vacíos inferiores a 16.5%, y el A-20 presenta menores pérdidas para valores superiores al mismo valor.

Para reducir la porosidad en una mezcla asfáltica drenante es necesario reducir el porcentaje de finos, pero esto disminuye también la cohesión y la resistencia a la disgregación por el tráfico. Desde este punto de vista el diseño de las mezclas drenantes plantea un equilibrio entre su porosidad y su resistencia al desgaste, porque como bien se evidencia el porcentaje de vacíos es directamente proporcional a la resistencia al desgaste, teniendo como parámetro además para su puesta en obra, que este porcentaje es aumenta si prepara en planta que si se realiza en laboratorio, usando la misma energía de compactación. Los vacíos en una mezcla asfáltica influyen notoriamente en sus características mecánicas, por lo cual su aumento puede producir además la disminución de su módulo de rigidez, en especial a temperaturas altas de trabajo.

Gráfico 39.Diagrama de relación de Deformación vs Porcentaje de Asfalto para briquetas acondicionadas en seco.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Gráfico 40.Diagrama de relación de Deformación vs Porcentaje de Asfalto para briquetas acondicionadas en húmedo.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El primer diagrama muestra un aumento en la deformación a medida a medida que se aumenta el porcentaje de asfalto, desde ésta medida se puede afirmar que la mezcla asfáltica drenante pierde estabilidad y consistencia a medida con dosificaciones de asfalto altas. El comportamiento del asfalto Barrancabermeja 60-70 fue gradual, en comparación con el Boscán A-20, que presentó aproximadamente tres pendientes en toda la curva, con un valor muy bajo de deformación en 4.5% de 3 mm y dos valores muy similares para 5% y 5.5% de 4,45 mm y 4,54 mm respectivamente; evidentemente tuvo mejor comportamiento el venezolano con menores deformaciones en todos los porcentajes.

En la condición húmeda el comportamiento fue similar al seco, dos curvas ascendentes que muestran mayores deformaciones con el aumento de asfalto en la mezcla. El asfalto Boscán se comportó mejor al Barrancabermeja en todos los porcentajes, acercándose apenas en el 6% donde se obtuvo valores de 6,92 mm y 6,55 mm, para el CA 60-70 y el CA A-20 respectivamente.

En el siguiente diagrama se relacionan las deformaciones totales tanto en seco como en húmedo.

Gráfico 41.Diagrama de relación de Deformación vs Porcentaje de Asfalto.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Los porcentajes que más denotan susceptibilidad a las condiciones de agua y temperatura son los 4.5 y 6 para el Boscán, por el contrario los porcentajes de 5 y 5.5 presentan menos vulnerabilidad a estas condiciones para los dos cementos asfálticos. Es importante el hecho que aun acondicionadas en húmeda el promedio de briquetas elaboradas con el asfalto Boscán A-20, tienen menos deformación que las acondicionadas en seco con asfalto Barrancabermeja 60-70, excepto un el ultimo porcentaje, que de deja ver una mayor resistencia a la deformación en situaciones adversas y normales al asfalto venezolano.

Fuente imagen

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Para evaluar el fenómeno del stripping en las mezclas asfálticas drenantes, se acondicionaron unas briquetas de la misma manera que en cántabro, a 60°C por 24 horas, después de transcurrido este tiempo por norma se mantuvieron en inmersión por mínimo 2 horas a 25°C temperatura a la cual se realiza el ensayo. Los especímenes secos se acondicionaron durante 2 horas a 25°C para ser fallados a la misma temperatura.

A continuación se describen y se analizan los resultados arrojados por cada briqueta y el promedio de resistencia y deformación para cada porcentaje de los tipos dos tipos de asfalto evaluados.

Gráfico 21. Diagrama de dispersión resistencia en condición seca de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento de las briquetas es parabólico, obteniendo el vértice entre el 5% y el 5.5%; la correlación de las briquetas con respecto a sus porcentajes es alta, al no presentar datos con mucha dispersión en ningún caso. El diagrama muestra que a 4.5% la resistencia a la compresión diametral es considerablemente baja, en 5% asume valores mayores casi del 50% más con respecto al anterior, y en 5.5% y 6% desciende hasta llegar a valores de levemente superiores a los iniciales.

Gráfico 22.Diagrama de barras de resistencia en condición seca de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento de las briquetas fue regular, no hubo datos lejanos al comportamiento normal, la resistencia tuvo un máximo de 3.02 Kg/cm2, un mínimo de 2,19 Kg/cm2, y un valor porcentual máximo entre briquetas de un mismo porcentaje de 0.3 Kg/cm2, para 5% y 6%.

Gráfico 23. Diagrama de dispersión resistencia en condición húmeda de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El diagrama muestra un comportamiento parabólico, con su valor máximo cercano al 5%, se observa correlación entre las briquetas para cada porcentaje, y no se presentan datos con demasiada dispersión con respecto al grupo común.

Gráfico 24.Diagrama de barras de resistencia en condición húmeda de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Los porcentajes para cada grupo tienen resistencias similares, con un valor máximo de 2.35 Kg/cm2 y un mínimo de 1.60 Kg/cm2, el 5% y 5.5% presentan resistencias similares, y la diferencia máxima entre resistencias del mismo grupo es de 0.17 Kg/cm2 para el 4.5% y 5%.

Gráfico 25.Diagrama de dispersión de resistencia en condición seca de las briquetas del CA-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

La gráfica presenta un comportamiento lineal, obteniendo mayores resistencias en 4.5% y mínimas de 6%. El comportamiento en 5% es coherente al del grupo, pero se aleja levemente de la línea de tendencia de los otros porcentajes.

Gráfico 26.Diagrama de barras de resistencia en condición seca de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El diagrama de barras muestra que las briquetas tuvieron un comportamiento normal en cada porcentaje evaluado, con un máximo de 4.24 Kg/cm2, un mínimo de 2.71 Kg/cm2, y una diferencia máxima de resistencias entre datos de un mismo porcentaje de 0.34 Kg/cm2.

Gráfico 27.Diagrama de dispersión de resistencia en condición húmeda de las briquetas del CA-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento es similar al seco, con tendencia lineal descendente y con valores de dispersión muy bajo con relación al grupo evaluado.

Gráfico 28.Diagrama de barras de resistencia en condición húmeda de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las resistencias presentan valores comunes entre los porcentajes, el diagrama muestra un valor máximo de 2.21 Kg/cm2 y valor mínimo de 1.54 Kg/cm2. La diferencia máxima entre valores de un mismo grupo es de 0.21 Kg/cm2.

Gráfico 29.Diagrama de resistencia en condición seca y húmeda del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento de las resistencias acondicionadas en seco para el asfalto 60-70 muestra una tendencia parabólica, con valores mínimos de 2.24  Kg/cm2 y 2.37 Kg/cm2 para los límites inferiores de 4.5% y 6% respectivamente; alcanza su valor máximo en 5% con un valor de 2.85 Kg/cm2, y una resistencia mínima de 2.47 Kg/cm2. La curva para las resistencias en condición húmeda da un modelo similar al anterior, con valores evidentemente más bajos de 1.66 Kg/cm2 y 2.07 Kg/cm2, para 4.5% y 6%, y un valor máximo de 2.28 Kg/cm2 en el mismo porcentaje que el seco en 5%. La susceptibilidad al agua y a las condiciones de temperatura muestra para cada porcentaje una correlación con la tendencia seca, donde se evidencia una menor resistencia al fenómeno de stripping en 4.5%, valores similares para 5.5% y 6%, y un porcentaje óptimo para 5%, teniendo en cuenta que fue en éste mismo donde se presentó la mayor diferencia de

resistencias de seco a húmedo de 0.59 Kg/cm2, y el 6%, con la menor resistencia en ambas condiciones, el que registró la menor con 0.31 Kg/cm2.

Gráfico 30.Diagrama de resistencia en condición seca y húmeda del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El diagrama muestra para las dos condiciones del asfalto A-20 un comportamiento descendente; en estado seco presenta una tendencia curvilínea, debido a valores similares para 5% y 5.5% de 3.23 Kg/cm2 y 3.06 Kg/cm2, y un valor máximo que se aleja notablemente de los otros de 4 Kg/cm2 para 4.5%; la menor resistencia que presenta es para el último porcentaje de 2.8 Kg/cm2.

La condición húmeda es netamente lineal con promedios de 2.09 Kg/cm2, 1.93 Kg/cm2, 1.78 Kg/cm2 y 1.61 Kg/cm2 para 4.5%, 5%, 5.5% y 6% respectivamente. Se presenta mayor sensibilidad al stripping en el 4.5% con una diferencia de resistencias de 1.91 Kg/cm2 entre una y otra, y un mejor comportamiento en el 6%, que aunque tuvo las menores resistencias para ambos casos, la susceptibilidad al agua y a la condición térmica fue menor que las demás con una diferencia de 1.19 Kg/cm2 entre seco y húmedo; para éste caso el porcentaje óptimo se establecería entre el 4.5% y 5%.

Gráfico 31. Diagrama comparativo de resistencias en condición seca del CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En la gráfica se observa dos tendencias diferentes para cada tipo de cemento asfáltico, una descendente curva, y la otra parabólica. El porcentaje de 4.5% se comportó totalmente diferente para cada uno, en el asfalto A-20 se presentó la mayor resistencia a la compresión diametral del proyecto, con un valor promedio de 4 Kg/cm2, diferente al asfalto 60-70 que curiosamente arrojó el valor mínimo de la investigación con un dato promedio de 2.24 Kg/cm2; la resistencia máxima del colombiano se presenta en el 5%, y desciende nuevamente hasta el último porcentaje, caso contrario al Boscán que teniendo el limite superior en el menor porcentaje desciende a medida que la dosificación de asfalto aumenta.

La diferencia de resistencias entre el 60-70 y el A-20, con excepción de la mencionada de 1.75 Kg/cm2 en 4.5%, no es marcada, tiene un comportamiento más bien lineal con valores de 0.36 Kg/cm2, 0.34 Kg/cm2 y 0.43 Kg/cm2, para 5%, 5.5% y 6% respectivamente.

Gráfico 32.Diagrama comparativo de resistencias en condición húmeda del CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

La susceptibilidad al agua y a la temperatura fue mayor en el asfalto Boscán A-20; el único dato que se registró superior al Barrancabermeja 60-70, fue en el 4.5% con una resistencia promedio de 2.09 Kg/cm2 en comparación con el nacional que registró un valor de 1.66 Kg/cm2, con 0.42 Kg/cm2 de diferencia entre ambos promedios. A partir del 5% se noto evidentemente más vulnerable el cemento asfaltico venezolano con resistencias menores al colombiano en 0.35 Kg/cm2, 0.44 Kg/cm2 y 0.46 Kg/cm2, para los porcentajes de 5%, 5.5% y 6% respectivamente.

En realidad no hubo diferencias con mucha holgura, el porcentaje óptimo para el 60-70 fue del 5%, y el del A-20 de 4%, en general las conclusiones son similares, después del valor óptimo el aumento en la dosificación de asfalto disminuye la resistencia de las mezclas, por lo cual se buscan normalmente valores inferiores al 5.5%, debido a que el exceso de ligante puede ser contraproducente para la efectividad en la cohesión y la adhesividad de la mezcla drenante, aunque algunos estudios afirman que para la ensayo de tracción indirecta, la resistencia a la compresión no es susceptible a la variación del ligante.

RELACIÓN DE RESISTENCIAS (TSR)

Una vez analizados los ensayos de compresión diametral, la norma presenta una fórmula para relación de resistencias de las briquetas acondicionadas en húmedo y en seco, ésta se denomina TSR (TensileStrength Ratio) y se expresa en porcentaje; los resultados arrojados fueron los siguientes:

Gráfico 33.Diagrama de razón de resistencias (TSR) para el CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

La razón de resistencias para el cemento asfáltico 60-70, tienen un comportamiento lineal ascendente, que índica una menor susceptibilidad al fenómeno del stripping a medida que aumenta la dosificación de asfalto tanto para la condición seca como para la húmeda, las mezclas asfálticas drenantes presentan mayor resistencia al agua y a temperaturas medianamente altas en presencia de mayor contenido de ligante asfáltico. Dentro de la tolerancia a esta relación están cumpliendo los porcentajes de 5.5% y 6%, con razones de 81.6% y 87.13%, al estar superiores al 80%, el 5% se acerca bastante con 79.34%, mientras que el 4.5% al registrar el valor mas bajo con 74.2%, estaría levemente inferior a las especificaciones. El asfalto A-20 por el contrario, no cumple en ninguno de los porcentajes la tolerancia mínima, al presentar razones de 52.2%. 59.7%, 58.3% y 57.45%, para porcentajes de asfalto de 4.5, 5, 5.5, y 6 respectivamente. Presenta la mejor relación en el 5%, con valores muy cercanos al de los siguientes porcentajes, y la peor relación en 4.5%; es un asfalto que en condiciones secas trabaja muy bien, con resistencias relativamente altas, pero en presencia de condiciones adversas de temperatura y agua, disminuye fácilmente su resistencia, marcándose claramente el efecto del stripping sobre la mezcla drenante. Es importante aseverar que en las mezclas drenantes una propiedad importante del asfalto debe ser la resistencia al agua, debido a que pueden desintegrarse rápidamente, por ende el comportamiento de éste, y mas aun sin aditivos como en este caso, debe ser óptimo para las condiciones mas adversas de trabajo, en este caso el mejor desempeño lo brinda el colombiano.

Continuaremos con este tema en el siguiente articulo.

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Créditos: Tesis Diseño de Pavimentos 

Universidad Piloto de Colombia.

Año: 2012 

Por: Sami Pardo y Carlos Gracia.

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7.1.1 PENETRACIÓN

El ensayo de penetración de materiales asfálticos se realizó a una temperatura de 25° C, se tomaron 3 muestras por tipo de asfalto y se realizaron 3 lecturas a cada una. Los resultados arrojados fueron los siguientes:

Gráfico 2. Resultados del ensayo de penetración del CA 60-70 y CA A20.

Fuente: Presentación propia de los autores. Los resultados arrojan una mayor penetración en el asfalto

Barrancabermeja 60-70 que en el Boscán A-20, lo cual refleja una mayor consistencia en el segundo, registrando un valor de 65,3 décimas de milímetro, a diferencia del primero que registró uno de 68,4 décimas de milímetro. De esta manera por norma siendo dos cementos asfálticos con los mismos rangos mínimos y máximos de penetración (60 y 70 respectivamente), evidencian diferencias en su composición química, contempladas desde el origen mismo de cada uno en yacimientos o por derivación del petróleo, y manifestadas en las características físico-químicas, en este caso la dureza, de los mismos.Además métodos de dosificación probados a diferentes temperaturas y con asfaltos de penetraciones distintas han demostrado que los asfaltos con penetraciones bajas presentan mayor fragilidad en condiciones térmicas bajas, mientras que a temperaturas altas presentan mayor consistencia; de acuerdo a esta afirmación ambos asfaltos tendrían comportamientos más adecuados a temperaturas altas, y mayor probabilidad de fisuramiento a condiciones más bajas.

7.1.2 PUNTO DE ABLANDAMIENTO

El ensayo de punto de ablandamiento por método de anillo y bola, se realizó de acuerdo a las especificaciones técnicas de la norma, para éste se hicieron 3 repeticiones para cada tipo de asfalto con el fin de obtener mayor veracidad y eficacia en la toma de los datos. Los resultados fueron los siguientes:

Gráfico 3. Resultados del ensayo de punto de ablandamiento del CA 60-70 y CA A20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Evidentemente el cemento asfáltico de Barrancabermeja 60-70 presentó un punto de ablandamiento menor al Boscán A20, con resultados de 45,3 grados centígrados para el primero, y 49,1 grados centígrados para el segundo respectivamente. La realización del ensayo no arrojó datos muy dispersos en cuanto a la repetitividad de sus datos, por ello basados su confiabilidad, se concluye que es más susceptible a la temperatura el de origen nacional, al fluir de a una temperatura más baja nos da una idea a priori que su comportamiento sin un respectivo aditivo en climas demasiados cálidos o a temperaturas altas posiblemente presentaría problemas de ahuellamiento, a diferencia del venezolano que en la mismas condiciones probablemente asumiría una resistencia mayor a estas condiciones. El asfalto 60-70 y A-20 se encuentran dentro de las temperaturas habituales de este ensayo, cumpliendo la especificación.

7.1.3 ÍNDICE DE PENETRACIÓN

El ensayo de índice de penetración de cementos asfálticos relaciona los valores de penetración a 25 °C y la temperatura de fluencia del punto de ablandamiento. De acuerdo a los resultados de los dos tipos de asfalto, el índice de penetración arrojó lo siguiente:

Gráfico 4.Resultados del ensayo de Índice de Penetración al CA 60-70 y CA A20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Este ensayo da un criterio de medida de la susceptibilidad térmica de los cementos asfálticos, para el caso particular se puede analizar que el asfalto Boscán A20 tiene índice de penetración igual 0.35, mientras el Barrancabermeja 60-70, presenta un dato inferior igual a 0.22; de esta manera en su puesta en obra se prevé un mejor comportamiento del primero ante diferentes cambios de temperatura con respecto al segundo. Dentro de la normatividad INVIAS el índice para el cemento asfáltico colombiano y el venezolano cumplen, al encontrarse entre los rangos específicos de -1 y +1.

7.1.4 VISCOSIDAD ROTACIONAL

La viscosidad de ambos asfaltos presentó el comportamiento típico de un cemento convencional, una curva descendente respecto al valor arrojado por el viscosímetro rotacional y el aumento de temperatura del ensayo. A continuación se muestran los resultados del ensayo:

Gráfico 5. Resultados del ensayo de Índice de Penetración al CA 60-70 y CA A20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

La gráfica nos muestra un comportamiento descendente en los dos tipos de asfalto, en el que alcanza un valor inicial máximo o viscosidad absoluta, y decrece conforme la temperatura va aumentando. El asfalto Boscán A20 presenta una mayor viscosidad en todos los rangos de temperatura evaluadas, alcanzando valores cercanos al doble de las viscosidades registrados en el Barrancabermeja 60-70. El asfalto nacional presenta un cambio considerable de viscosidad entre las temperaturas de 100°C y 120°C al disminuir cerca del 90% entre estos dos rangos; su comportamiento no fue netamente lineal a lo largo de la curva reológica, comportándose como un fluido newtoniano a temperaturas altas después de los 120°C. La curva reológica del asfalto venezolano tuvo un comportamiento un poco más lineal, obteniendo valores de cambio representativamente iguales a partir de 80°C entre las temperaturas evaluadas; de igual forma es importante destacar que junto con el colombiano el descenso entre las temperaturas de 60°C y 80°C fue más considerable, que el obtenido a temperaturas mayores, comportándose en este rango como un fluido no newtoniano, cuya viscosidad varía con las condiciones de temperatura a las cuales es sometido. A partir de la curva reológica para ambos asfaltos se determinó la temperatura de los agregados, de mezcla y de compactación de los diseños con el asfalto colombiano y venezolano de la siguiente manera.

Tabla 8. Temperaturas aproximadas de ejecución para mezcla con CA 60-70. Temperatura °C Agregado 160 Mezclado 150 Compactación 140

Fuente: Presentación propia de los autores

Tabla 9. Temperaturas aproximadas de ejecución para mezcla con CA A20 Temperatura °C Agregado 165 Mezclado 155 Compactación 145

Fuente: Presentación propia de los autores.

7.1.5 GRAVEDAD ESPECÍFICA

En este ensayo la gravedad específica se determinó comola relación entre el peso del volumen de asfalto a 25° C y la masa de un volumen igual de agua a la misma temperatura, consiguiendo los siguientes resultados:

Gráfico 6.Resultado del ensayo Gravedad Específica al CA 60-70 y CA A20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En los resultados se puede observar que el asfalto de referencia A20 presenta una gravedad o específico mayor al 60-70, con un valor de 0,99 g/cm3 para el colombiano y 1,02 g/cm3 para el venezolano, lo que hace levemente más pesado al material del vecino país.

7.1.6 S.A.R.A

En el ensayo S.A.R.A, se pudo determinar la composición química de los de los dos asfaltos; de esta manera para cada uno la fracción de asfaltenos, aromáticos, resinas, y saturados fue la siguiente:

Gráfico 7. Resultados del ensayo S.A.R.A al CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Gráfico 8. Resultados del ensayo S.A.R.A al CA A-20

Fuente: Presentación propia de los autores.

La composición química de los dos asfaltos muestra una clara diferencia, teniendo en cuenta que el porcentaje de pérdidas fue del 2.45% para el asfalto 60-70 y de 2.78% para el A-20, durante la realización de las fases del ensayo. La mayor presencia de asfaltenos en el asfalto A-20 indica que es un cemento con mayor dureza y resistencia, con gran presencia de fracciones pesadas con altos pesos moleculares, en comparación con el 60-70 que se muestra como un cemento asfáltico con una dureza menor. La presencia de saturados en la composición química de un asfalto disminuye su viscosidad, con esta directriz es lógico afirmar que el asfalto venezolano es en gran proporción más viscoso con respecto al colombiano, de acuerdo a los resultados. Las resinas presentan valores parecidos en ambos asfaltos, por lo cual su función peptizante sobre los asfaltenos generan una buena estabilidad en cada uno de ellos, puntos de ablandamiento aceptables y buena ductilidad. Los aromáticos constituyen gran parte de la composición total de los asfaltos, contribuyen en las propiedades físicas del asfalto aumentando la viscosidad y susceptibilidad térmica, desde esta pauta se define el asfalto 60-70 como un asfalto menos viscoso y con menor susceptibilidad a los cambios de temperatura, en comparación con el asfalto A-20, el cual al tener mayor porcentaje de aromáticos mantiene una tendencia a una mayor viscosidad y más vulnerabilidad a cambios de temperatura.

7.2 DISEÑO DE MEZCLA DRENANTE

7.2.1 CANTABRO

Este ensayo permite establecer a partir de las pérdidas de peso por disgregación, la cohesión y la adhesividad de la mezcla asfáltica, en función de las temperaturas de ensayo, el acondicionamiento seco y húmedo, y su granulometría. Para este caso se acondicionaron las briquetas en seco a 25°C por 24 horas, y en húmedo, sumergidas a 60°C durante por 24 horas, y acondicionadas posteriormente 24 horas a una temperatura de 25°C, para ser luego ser falladas dentro de las especificaciones de la norma española NLT 352 y NLT 362. Los resultados fueron los siguientes.

A continuación se presentan los resultados de este ensayo para los dos tipos de asfalto.

Tabla 10. Resultados del ensayo Cántabro en condición seca y húmeda con CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Tabla 11. Resultados del ensayo Cántabro en condición seca y húmeda con CA A-20

.Fuente: Presentación propia de los autores.

Grafico 9.Diagrama de dispersión de pérdidas en seco de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las briquetas tuvieron en todos los porcentajes un comportamiento lineal, no se evidencian datos con mucha dispersión.

Grafico 10.Diagrama de barras de pérdidas en seco de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las cuatro briquetas se comportaron de una forma similar, no arrojaron datos aislados, siendo la mayor diferencia porcentual entre la más baja y la más alta por porcentaje de 4,5% para el 4.5. El valor máximo de perdidas fue de 15.9% y el valor mínimo de 2.9%.

Grafico 11.Diagrama de dispersión de pérdidas en inmersión de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En los porcentajes de 5% y 5,5% se produjeron leves dispersiones con respecto a la tendencia lineal de la grafica, en los restante se mantuvo la correlación.

Grafico 12.Diagrama de barras de pérdidas en inmersión de las briquetas del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las cuatro briquetas tuvieron un comportamiento similar para cada porcentaje, se observan valores muy parecidos para 4,5% y 5,5%, un valor máximo de pérdida de 77.4%, un valor mínimo de 20.2%, y una diferencia porcentual máxima entre briquetas de mismo porcentaje de 9.7% para el 6%.

Gráfico 13. Diagrama de dispersión de pérdidas en seco de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento tiene una tendencia lineal, con datos dispersos levemente marcados en los limites inferiores y superiores de los porcentajes de 5% y 5.5%,

Gráfico 14.Diagrama de barras de pérdidas en seco de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las briquetas presentaron un patrón común, importante resaltar que la briqueta 4 de 5% y 5.5%, y la briqueta 1 de 6%, no fueron tenidas en cuenta para los porcentajes debido a que presentaban datos muy dispersos con respecto a las del grupo. La perdida mayor fue de 12.1% y la menor de 5.7%, la mayor diferencia entre el valor mayor y menor de perdidas en un porcentaje fue de 3% para el 4.5.

Gráfico 15.Diagrama de dispersión de pérdidas en inmersión de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Se observa un comportamiento lineal, con una correlación indicada entre los datos del mismo porcentaje.

Gráfico 16.Diagrama de barras de pérdidas en inmersión de las briquetas del CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

El comportamiento que se observa entre briquetas es uniforme, registrándose la mayor pérdida de 79.3% y la menor de 15.6%, la diferencia máxima entre las pérdidas de una briqueta con respecto a otra por porcentaje fue de 10.7% para el 4.5.

Gráfico 17.Diagrama de pérdidas en seco y en inmersión del CA 60-70.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En este diagrama se aprecia la relación de las perdidas por desgaste del cántabro seco con respecto a las perdidas del húmedo. La tendencia para el seco es lineal, teniendo su máximo en 13.1% y su mínimo en 3.5%, demostrando así perdidas menores a medida que va aumentando el porcentaje de asfalto. La línea de tendencia para el cántabro húmedo es más pronunciada y presenta un comportamiento curvilíneo entre los porcentajes de 5% y 5.5% donde las perdidas no varían mucho de uno con respecto al otro 53.9% y 51.8%; en la parte inicial y final si se observa ya una conducta lineal, con valores más representativos entre un porcentaje y otro. El asfalto 60-70, presenta mayor susceptibilidad al agua y a la temperatura en el 4.5% con una diferencia de pérdidas de húmedo con respecto a seco de 62%, los dos siguientes de 5% y 5.5% tuvieron diferencias similares de 44.6% y 44.7% respectivamente, y el 6% fue el que menor susceptibilidad presento a la acción del agua y la temperatura con un valor de 21.7%. Dentro de las exigencias de la norma en condiciones secas está cumpliendo holgadamente al estar muy inferior de 25% de perdidas en todos los porcentajes, mientras que en el húmedo sólo está cumpliendo el 6% con un dato de 25.2% muy cercano a la resistencia en seco, e inferior en gran proporción con referencia a la norma para condiciones húmedas, que registra un valor máximo del 40%.

Gráfico 18.Diagrama de pérdidas en seco y en inmersión del C A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En este diagrama lineal observamos el porcentaje de perdidas por el método Cántabro, de las briquetas acondicionadas en estado húmedo con respecto a las acondicionadas en estado seco. La tendencia del estado seco es lineal con un valor máximo de 11.4%, y un mínimo de 6%, para el 4.5 y 6, respectivamente; tiene un comportamiento descendente que indica una relación de perdidas menores al aumentar gradualmente los porcentajes de asfalto. La línea de directriz del cántabro húmedo es descendente de igual manera pero más pronunciada, encontrando su máximo en 74.5% y su mínimo en 21.5%, con una diferencia importante del 53% entre ambos límites; los comportamientos que más se asemejan son los del 5% y el 5.5% con valores cercanos de pérdidas de 55.2% y 44.3% respectivamente. El asfalto Boscán A-20 tiene una correlación similar al Barrancabermeja A-20 en las dos condiciones evaluadas, para este caso se presenta menor susceptibilidad en el 4.5, con un diferencia de 63.6% entre el seco y el húmedo, valores de 45.3% y 36.6% para el 5% y 5.5%, y una marcada susceptibilidad térmica y al agua relativamente baja en el 6% con apenas una diferencia de 15.5%; siendo el que mejor comportamiento tuvo ante los condicionamientos. En el estado seco todos los porcentajes se encuentran muy por debajo del límite superior de perdidas por desgaste, 25%; en el estado húmedo siendo la tolerancia máxima de 40%, nuevamente solo cumplió holgadamente el de 6% con un valor de 21.5%, incluso inferior al exigido en estado seco.

Gráfico 19.Diagrama comparativo de pérdidas en seco entre el CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Las tendencias de los asfaltos 60-70 y A-20, son evidentemente descendentes, más acentuada en el colombiano al tener valores máximos y mínimos sobre los límites de la gráfica. El comportamiento en 4.5% es mejor en el Boscán al presentar perdidas 1.7% menores que el Barrancabermeja; en el 5% presenta datos similares, lo que denota un actuar similar entre ambos con una diferencia apenas de 0,6% de uno al otro; en 5.5% tiene mayor resistencia el colombiano un poco mas significativamente con respecto al del vecino país, con pérdidas de 7.1% y 7.1% respectivamente. El porcentaje más favorable es por lógica el de 6% para ambos tipos de asfalto, y más significativo para el 60-70, al registrar tan solo un 6% de pérdidas al desgaste, por lo cual el fenómeno de stripping no fue tan marcado como en las otras dosificaciones de asfalto. La cohesión en una mezcla asfáltica está condicionada por la viscosidad del asfalto, desde esta perspectiva sólo en el menor porcentaje evaluado no se cumple este concepto, el asfalto Boscán A-20 al ser notablemente más viscoso que el Barrancabermeja 60-70, proporciona mejores propiedades mecánicas a la mezcla, haciéndola más resistente a la abrasión por el desgaste de las partículas internas. Además es importante destacar que propiedades como la afinidad del agregado con la mezcla, la elevada proporción de caras fracturadas, la limpieza y la resistencia en los agregados pétreos determinan de cierta manera el comportamiento de la mezcla, aun cuando cumplan en todas las especificaciones la adherencia con el asfalto usado es un factor determinante. Además al presentar esta curva descendente, se interpreta que la película del asfalto que rodea el agregado tiende a aumentar a medida que se incrementa su dosificación, lo cual mantiene más unida la mezcla, le da mas cohesión y lo hace mas resistente a la disgregación.En la puesta el comportamiento de estas mezclas drenantes a la resistencia al desgaste, es quizás la propiedad que más preocupa debido entre otras cosas a que el asfalto queda expuesto a las condiciones ambientales y atmosféricas, como el agua, los rayos ultravioleta, el polvo, solventes arrojados por los carros, entre otros. Además estudios realizados en este país, este tipo de mezclas con granulometría abierta son más susceptibles a las deformación plásticas,y aun más vulnerables al ahuellamiento en condiciones altas de temperatura, más aun para la deformación plástica con excesivo contenido de vacíos como es el caso, baja viscosidad del cementos asfaltico (parámetro a favor para el Boscán A-20), inestabilidad del material, bajo contenido de filler (para este caso no lo fue, se utilizó un 5% para todos los diseños), existencia de demasiadas partículas redondas (para este proyecto el porcentaje de caras fracturadas fue de 85%, apenas en el rango mínimo por norma), entre otras, que se puede resolver también cambiando la granulometría y la composición de las mezclas, como se hizo en España en los años 80, raíz de las frecuentes deformaciones plásticas presentados en los pavimentos en los 60 y 70.

Gráfico 20.Diagrama comparativo de pérdidas en húmedo entre el CA 60-70 y el CA A-20.

Fuente: Presentación propia de los autores.

Se observa un comportamiento curvilíneo para en el asfalto Boscán A-20, con una tendencia más asociada a un comportamiento lineal, debido a que las perdidas descienden gradualmente aproximadamente del 20% de un porcentaje al otro; el Barrancabermeja por el contrario presenta dos pendientes marcadas de 4.5% a 5% y de 5.5% a 6%, asociada más la primera al comportamiento del A-20 que la segunda. Para los valores de 4.5% y 5.5% el fenómeno del stripping se vio claramente acentuado en los dos tipos de cemento asfáltico, registrando valores similares altos superiores a los exigidos por la norma, siendo en el primero levemente superior el colombiano y en el segundo el venezolano. Para 5.5% ya se marco una diferencia, el asfalto nacional siguió por encima de la norma casi en 15%, mientras que el del vecino país con unas pérdidas del 44.3% se acercó más a las exigencias mencionadas. En 6% se mantuvo el mismo lineamiento con perdidas menores para el A-20, pero con la atenuante que en este caso si están dentro del rango máximo incluso de lo exigido en el seco al presentar perdidas tan solo de 25.2% y 25.1%. El proceso de inmersión sirve para detectar problemas de mala adhesividad, mala calidad de filler, problemas de cohesión en la mezcla, entre otros factores, que nos da alguna manera una garantía sobre el comportamiento de la mezcla puesta en obra, así es importante analizar que si bien en cada asfalto hubo dos datos que cumplieron muy por debajo del porcentaje máximo de desgaste, la mezcla drenante en general para ambos diseños evidencia problemas en las propiedades mencionadas, que pueden limitarse solo a las características del asfalto, al comportamiento de los agregados o a relaciones que en ocasiones no se toman en cuenta como la de filler-asfalto, entiendo que el filler o fondo le brinda a la mezcla mejor estabilidad y resistencia. Este patrón de comportamiento evidencia que el fenómeno de stripping se hace más crítico en mezclas asfálticas con menor porcentaje de asfalto, posiblemente porque actúan mejor sus características de adhesividad y de cohesión sobre el agregado pétreo, en cantidades mayores de cemento asfáltico. Además como bien lo mencionan algunos estudios realizados en condiciones de inmersión con asfaltos convencionales colombianos, la conexión asfalto ligante puede romperse debido a que el éste se rigidiza en presencia de agua, y conlleva a una contracción del ligante sin cambio de volumen, y a una posterior separación con el agregado; es decir el cemento asfáltico pierde ductilidad, se rigidiza y se comporta de manera indiferente al agregado, deja de funciones como un conjunto o mezcla y separa del material, ayudado también por la mayor afinidad que existe entre los materiales pétreos y el agua. Además si bien la cohesión es importante en las mezclas, para diseños drenantes es claro que en obra la resistencia de la mezcla no va estar ligada directamente a ésta propiedad, más bien va estar sujeta al rozamiento interno de sus partículas, que la va a hacer crítica ante elevados esfuerzos de tráfico.

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Las briquetas para el siguiente proyecto se realizaron siguiendo el método Marshall (INV E 747-07), con 50 golpes por cara y dosificación específica para las cuatro porcentajes de cemento asfáltico del método Cántabro y Tracción Indirecta, teniendo en cuenta las recomendaciones que las normas españolas y colombianas exigen.

El diseño escogido fue según la normatividad INVIAS, una mezcla drenante MD-1, con la cual se estableció la curva granulométrica, se definieron los porcentajes retenidos por tamiz, y se procedió a dosificar las mezclas por cada porcentaje de asfalto de la siguiente manera.

Tabla 6.  Dosificación de la mezcla para ensayo de Cántabro.

Fuente: Presentación propia de los autores

Para el diseño Cántabro la cantidad de asfalto en gramos adicionada a la mezcla se realizó sobre los 1000 gramos de agregado pétreo fino y grueso del huso granulométrico, dosificada así: 45 gramos para 4.5%, 50 gramos para 5%, 55 gramos para 5.5% y 60 gramos para 6%. De esta forma se obtuvo como resultado unos pesos totales de mezcla de 1045 gramos, 1050 gramos, 1055 gramos, 1060 gramos, para los porcentajes de 4.5, 5.0, 5.5, y 6.0, respectivamente. La dosificación para el ensayo de Tracción Indirecta se realizo de una manera distinta, el peso total de cada briqueta fue de 1200 gramos, para el cual la cantidad de material granular fino y grueso usado, se determino de la resta del peso total menos el peso de cemento asfáltico utilizado para cada porcentaje de 4.5, 5.0, 5.5, y 6, como se explica en el siguiente cuadro.

Tabla 7.  Dosificación de la mezcla para ensayo de Cántabro.

Fuente: Presentación propia de los autores

• PROCEDIMIENTO DE MEZCLADO

Una vez definido el diseño y dosificadas las briquetas para cada porcentaje de asfalto, se inició con la etapa del mezclado, compactación y curado de las briquetas para los diferentes ensayos en estado seco y en estado húmedo que se iban a realizar.

Las temperaturas de los agregados, de compactación y de mezclado se determinaron tomando en cuenta la curva reológica del asfalto Barrancabermeja 60-70 y del Boscán A20,yde acuerdo a la norma INV 748-07, metodología Marshall para mezclas asfálticas en caliente, una vez realizados los ensayos como se explica más adelante.

Definidos ya estos parámetros se procedió a la realización de las briquetas; en el ensayo cántabro de acuerdo a la norma NLT 362 (Efecto del agua sobre la cohesión de mezclas bituminosas de granulometría abierta, mediante el ensayo cántabro de pérdida por desgaste), se elaboraron 8 briquetas por cada porcentaje de asfalto, 4 para fallar en estado seco y 4 para fallar en estado húmedo, para el ensayo de Tracción Indirecta de acuerdo a la norma INV E 725-07 (Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas asfálticas compactas utilizando la prueba de tracción indirecta), se fabricaron 6 briquetas por porcentaje de asfalto, 3 acondicionadas en seco y 3 en húmedo. Adicionalmente para la determinación de los porcentajes de vacíos como lo exige la norma INV E 736-07 (Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas compactadas densas y abiertas), es necesario hallar la gravedad específica máxima teórica de la mezcla asfáltica y la densidad Bulk, para estaúltima se realizaron un total de 12 briquetas más, 3 por porcentaje para tener mayor correlación en el momento de los resultados.

El diseño para cada tipo de asfalto requirió la realización de 68 briquetas, para un total de 136 briquetas para todo el proyecto, que se realizaron en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia y en un laboratorio privado en la ciudad de Bogotá, por cuestiones de tiempo, logística y por la facilidad en los tiempos de trabajo que brindaba la segunda opción.

Es importante mencionar que una vez compactadas y retiradas de su molde se les dejo un curado 16 a 24 horas, acondicionadas a una temperatura estable para impedir su contacto con agentes externos, como el polvo, las variaciones bruscas de temperatura, la humedad, entre otras, y garantizar que este proceso se realizara de la manera más adecuada, para obtener así datos más precisos al momento de fallarlas.

En las siguientes imágenes se puede observar el proceso para la gradación de las mezclas, la dosificación, mezclado, equipos y compactación de las diferentes briquetas.

Figura 9. Dosificación, tamizado, gradación de los materiales pétreos.

Fuente: Presentación propia de los autores

En estas fotografías se observa la separación de los materiales retenidos en los diferentes tamices, para facilidad a la hora de la dosificación de cada briqueta y para optimizar el tiempo de trabajo.

Figura 10.Calentamiento y mezclado de los agregados pétreos y el asfalto.

Fuente: Presentación propia de los autores

En las dos fotografías se observa el proceso de calentamiento y de mezclado, procurando en todo momento estar sobre los rangos de temperaturas de diseño para ambos diseños, el colombiano y el venezolano, y teniendo en cuenta de acuerdo a las especificaciones este proceso no debe durar más de un periodo de una hora.

Figura 11. Control de temperatura y compactación de la mezcla.

Fuente: Presentación propia de los autores.

En la primera fotografía se observa el control de temperatura que se le realiza previo a la compactación de cada briqueta, como parámetro para garantizar la buena ejecución del ensayo y la adecuada elaboración de las briquetas; una vez los agregados estuvieron totalmente mezclados con el cemento asfáltico se realizo la compactación como denota en la segunda fotografía, ejecutando 50 golpes por cada cara respectivamente.

Las briquetas se realizaron gradualmente, y fueron dejadas en las condiciones mencionadas con antelación mientras pasaba el proceso de curado, y luego fueron acondicionadas según la norma y la especificación a los ensayos para las cuales fueron elaboradas.

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• Cemento Asfáltico de Colombia

El cemento asfáltico colombiano utilizado en este proyecto es de referencia 60-70, proviene de la Refinería de Barrancabermeja, y fue suministrado por la empresa IncoAsfaltos, cuya planta se encuentra localizada en el kilómetro tres vía Balsillas, en el municipio de Mosquera (Cundinamarca). Para el control de calidad ésta entidad realiza la caracterización del asfalto una vez llega a la planta y certifica las especificaciones conforme a la norma; ésta fue la ficha entregada por la entidad:

Figura 8. Reporte de resultados de los ensayos realizados al CA 60-70.

Fuente. Laboratorios IncoAsfaltos

Los datos necesarios para la investigación suministrados en esta tabla, fueron verificados a diferencia de la empresa IncoAsfaltos que utilizó la metodología ASTM, mediante la normatividad INVIAS, para corroborar así la veracidad y la precisión de los ensayos.

Para el desarrollo de la investigación, se utilizaron los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia; inicialmente se caracterizo y comparo el asfalto de Barrancabermeja 60-70 entregado en la planta, dando como resultado lo siguiente:

Tabla 1. Caracterización del Cemento AsfálticoCA 60-70

Fuente: Presentación propia de los autores

Una vez realizada la caracterización del asfalto, se optó por tomar los resultados conseguidos en la Universidad Piloto de Colombia, por el grado de confiablidad en su realización, y porque de igual manera se cumplían los rangos especificados en la normatividad INVIAS

• Cemento Asfáltico de Venezuela

El cemento asfáltico venezolano es dereferencia Boscán, obtenido de la refinación de crudo de un campo del mismo nombre. Este asfalto se produce en la Refinería Bajo Grande, situada al sur este de Maracaibo, donde se refinan asfaltos denominados A-40 y A-20 de acuerdo a la norma COVENIN.

La caracterización de éste asfalto se realizo de igual manera en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia, usando la normatividad de INVIAS para su consecución, la ficha técnica y los resultados son los siguientes:

Tabla 2. Caracterización del Cemento Asfáltico A-20

Fuente: Presentación propia de los autores

Una vez realizados los ensayos se contrasto los resultados con la normatividad colombiana, para verificar que estuvieran cumpliendo.

Los procedimientos, fotos y recomendaciones de los ensayos ejecutados a los cementos asfálticos 60-70 y A20 se encuentran citados en el Anexo B.

• Agregados Pétreos

Los agregados pétreos fueron suministrados por la empresa Concrescol S.A. (Concretos Asfálticos de Colombia S.A.), provenientes del río Coello situado en el departamento del Tolima.

En la fase previa de la realización del proyecto se ensayaron dos tipos de agregados pétreos, para verificar su resistencia al desgaste mediante la máquina de los ángeles, ya que éste método da una idea de la resistencia a la abrasión y del comportamiento del material ante el desgaste; el primero fue agregado un grueso suministrado por I.C.M Ingenieros S.A, grava triturada de ½” de origen calizo, el porcentaje de desgaste dio muy superior al 25% exigido por la norma y por ende se rechazó. El segundo material fue proveniente del río Magdalena, derivados del Tolima, y registro después del ensayo un valor menor al anterior pero superior también al rango exigido, por ello se escogió el del rio Coello.

La caracterización del material granular grueso y fino, fue realizada en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia, de acuerdo a la normatividad INVIAS, arrojando los siguientes datos:

Tabla 3. Caracterización del Agregado Pétreo

Fuente: Presentación propia de los autores

Los resultados se constataron con la norma para verificar que cumplían las especificaciones en agregados finos y agregados gruesos.

El procedimiento de los ensayos, junto con las tablas de resultados de cada uno, se encuentra desarrollado en el Anexo A.

• DISEÑO DE LA MEZCLA.

El diseño de la mezcla se realizó tomando como referencia el artículo 453-07, de las especificaciones INVIAS, que señala las consideraciones para una Mezcla Drenante, y describe una única granulometría de diseño referenciada como MD-1, con la aseveración que no se utilizó asfalto Tipo I y Tipo II modificado con polímeros como allí lo indica, por el contrario como objeto de la investigación se implementaron asfaltos convencionales de procedencia colombiana y venezolana, para evaluar su comportamiento frente al huso granulométrico escogido y a las condiciones específicas que se van estudiar a lo largo del proyecto, como alternativas de construcción y puesta en obra.

La especificación exige en cuanto a los agregados pétreos, que su naturaleza impida que al colocar una capa de material asfáltico, éste se desprende fácilmente por la acción del agua y del tránsito. Para referirse a la nomenclatura de agregados, se denominara al agregado grueso como la porción retenida en el tamiz de 4.75 mm (No.4), agregado fino el comprendido entre los tamices 4.74 mm y 75 μm (No. 4 y No. 200), y llenante mineral todo el que pase por el tamiz de 75 μm (No. 200). El material grueso procede de la trituración de roca o de grava, con fragmentos resistentes, limpios y durables y sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o desintegrables; y el material fino está constituido por arena de trituración o una mezcla con arena natural, y es de superficie rugosa, dura, limpia y angular. Además es claro que no debe ser susceptible a ningún tipo de meteorización o alteración físico química bajo las condiciones más desfavorables de empleo.

Dentro del análisis de los resultados en el caso del ensayo de Equivalente, se busca determinar cuál es el contenido de  polvo fino nocivo, o material arcilloso, que posee el material; los resultados arrojan un valor del 90% mucho mayor  al  rango mínimo exigido en el articulo 453-07 de Invías del 50%; esto indica que es un material apto para trabajar con buen contenido de arena, y que no posee gran cantidad de finos nocivos que puedan inestabilizar la mezcla asfáltica.

Uno de los ensayos importantes para determinar si el material es apto o no es el ensayo de Resistencia al desgaste,los resultados mostraron que el agregado pétreo es un material con buena resistencia al desgaste por cargas abrasivas, presentando unas pérdidas del 23,7%. En el proceso de mezclado, compactación y puesta en servicio, el desgaste de los materiales juega un papel importante ya que aporta gran parte de la resistencia al desgaste y fracturación del agregado, y teniendo en cuenta que las mezclas drenantes trabajan con base al rozamiento interno es indispensable tener agregados de muy buena calidad y comportamiento frente a esta propiedad.

El ensayo de Sanidad, permite evaluar la resistencia a la disgregación que sufre el material fino y grueso ante la acción de las sales, para este caso dieron perdidas del 10.9%, dato que además de cumplir con la norma, da la hipótesis de ser un material resistente a la acción de agentes atmosféricos y a las condiciones climatológicas de la obra.

Los resultados de los ensayos de Gravedad específica y absorción de agregados no poseen alguna restricción frente a la normativa del artículo 453-07 de Invías; con estos datos se concluye que el material tanto fino como grueso posee una gravedad específica adecuada, con un porcentaje de absorción mayor en los finos.

El ensayo de Porcentaje de caras fracturadas se hace visualmente y se busca determinar la fracturación en las diferentes caras que posee el agregado grueso. El material extraído del rio Coello presenta un total de caras fracturadas del 85%, cumple con la especificación y se considera un material apto para trabajar, debido a que por su fracturación mejora las propiedades de resistencia, si la mezcla trabaja por fricción como es el caso de las mezcla drenantes.

Los resultados del ensayo de Índice de aplanamiento y de alargamiento se presentan dentro de los rangos de la norma; el material utilizado presento un aplanamiento del 9%, y un alargamiento del 6%, porcentajes relativamente bajos que dejan ver un agregado con poca presencia de piedras planas y largas, que de alguna manera puedan limitar las propiedades de la mezcla asfáltica debido a su poca resistencia al fricción y al desgaste; de esta manera se concluye como un material de buen comportamiento y buena resistencia en obra.

La franja granulométrica usada para la siguiente investigación, de acuerdo la dosificación de una mezcla drenante es la siguiente:

Tabla 4. Franja granulométrica para mezcla drenante.

Fuente: Artículo 453-07. Mezcla Drenante, Especificaciones INVÍAS.

Con base en esta franja granulométrica se inició el proceso de dosificación de agregado grueso, fino y llenante mineral, para la realización de los especímenes mediante los ensayos de cántabro y tracción indirecta, escogiendo una granulometría que cumpliera con los rangos mínimos y máximos citados en la norma.

De esta manera y conforme a la especificación se optó por el siguiente diseño, para los ensayos de cántabro y Tracción Indirecta, ejes en la realización de este proyecto:

Tabla 5.  Huso Granulométrico para el diseño de la mezcla drenante.

Fuente: Presentación propia de los autores

Con los porcentajes granulométricos ya escogidos, se representa a continuación la curva granulométrica de diseño:

Grafico 1. Análisis Granulométrico de la Mezcla.

Fuente: Presentación propia de los autores

Continuaremos en el siguiente articulo con los procedimientos para la instalación de las briquetas y el cemento asfáltico.

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En el diseño de mezclas asfálticas dos de las propiedades más frecuentes y determinantes a evaluar son la adhesión y la cohesión, caracterizadas principalmente por el nivel de interacción físico-químico entre el agregado pétreo y el ligante. Ésta interface es quizás la mas importante para que la capa de rodadura y la estructura del pavimento cumplan con las exigencias mecánicas y tengan una considerable vida útil. El agua es el factor que más afecta esta unión asfalto-agregado lograda durante la mezcla, debido a que en zonas de precipitación entra en contacto con la mezcla, y por la afinidad mayor entre ésta y los materiales pétreos ocupa el espacio del ligante, y desplaza la película de asfalto ocasionando su separación del agregado; este fenómeno es conocido como “stripping”, y está muy ligado a los procesos de degradación que ocurren en los pavimentos.

Causas

El stripping según estudios (Peterson (1982), Stuart (1986), Bagampadde (2005)) es ocurrido por la reacción química entre el asfalto y el agregado, dependiente de la calidad de la composición mineralógica éste último, y sus causas involucran aspectos químicos, físicos, mecánicos y termodinámicos. Así mismo es importante analizar el papel del asfalto, debido a que si bien es cierto éste al ser hidrófobo, es repelido por el agua, ésta tiene componentes químicos como el oxígeno y otros más capaces de provocar cambios en las propiedades químicas y físicas del ligante asfáltico. En la figura 6 se explica más claramente este proceso.

Figura 6. Esquema idealizado del proceso de contracción del concreto asfáltico y separación del agregado pétreo.

Fuente. Hugo Rondón; Luis Ángel Moreno, Influencia del agua en fenómeno de stripping en mezclas asfálticas; estudio sobre el ligante.

De esta manera dentro de los problemas que más afecta el agua a las mezclas asfálticas se encuentran, la falta de cohesión en las moléculas del ligante, la falta de adhesión entre el asfalto y el agregado, y la falta de cohesión entre las moléculas del agregado. La figura 7 muestra las consecuencias de cada una de estas fallas sobre la estructura del pavimento.

Figura 7. Causas mala adhesión y cohesión en la mezcla.

Fuente. Luis Enrique Ramírez, Como saber si nuestra mezcla asfáltica será resistente a la acción del agua. 2008

El agua de igual manera puede ingresar a la estructura del pavimento por un mal secado de los agregados, por fisuras o grietas en la capa de rodadura, aguas subterráneas provenientes de altos niveles freáticos que producen una cabeza hidrostática, vapor de agua de la subrasante y agua capilar de la subrasante. Es importante destacar que en cuanto a prevenciones para evitar el “stripping” se trata, se debe: evitar usar agregado pétreo recién triturado, debido a que sus moléculas tardar en reorientarse al menos una semana y por ende al usarlo inmediatamente es propenso a este fenómeno; eliminar todo contenido de polvo o arcilla que se encuentre sobre la superficie del material, ya que este evita la buena adherencia con el asfalto y deja pequeños poros por los cuales se permite el acceso de agua; evitar colocar las mezclas sobre capas granulares húmedas, o sobre rodaduras viejas que eviten el libre drenaje; y evitar aditivos anti-strip en ciertas condiciones de trabajo, donde producen un efecto contrario y ante la reacción agua-ligante se convierten en emulsiones espontáneas que hacen perder la adhesión con la mezcla.

En el siguiente articulo hablaremos sobre las características del diseño entre el cemento asfáltico colombiano y el venezolano.

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Para la clasificación de las mezclas asfálticas existen varios parámetros de acuerdo a la composición, al uso, a la temperatura y al diseño que se quiere implementar, de esta forma
se distinguen de la siguiente manera.

Por Fracciones de agregado pétreo empleado

Se clasifican en: Masilla asfáltica (Polvo mineral más ligante), Mortero asfáltico (Agregado fino más masilla), Concreto asfáltico (Agregado grueso más mortero) y Mecadam asfáltico (Agregado grueso más ligante asfáltico.

Por la proporción de vacíos en la mezcla asfáltica

Se clasifican en: Mezclas Cerradas o Densas (Porcentaje de vacíos máximo de 6), Mezclas Semi-cerradas o Semi-densas (Porcentaje de vacíos entre el 6 y el 12), Mezclas Abiertas (Porcentaje de vacíos superior al 12) y Mezclas Porosas o Drenantes (Proporción de vacíos superior al 20%). Ésta parámetro es importante para evitar posibles deformaciones plásticas por consecuencia de las variaciones térmicas y las cargas de trabajo.

Por la temperatura de puesta en obra

Se clasifican en: Mezclas asfálticas en Caliente (Fabricadas con asfaltos y agregados a temperaturas elevadas, y la puesta en obra se realiza a temperaturas superiores al ambiente) y Mezclas asfálticas en Frío (El ligante es normalmente una emulsión asfáltica, y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente).

Por la Estructura del agregado pétreo

Se clasifican en: Mezclas con Esqueleto mineral (Con alta resistencia al rozamiento interno de los agregados) y Mezclas sin Esqueleto mineral (La resistencia es debida a la cohesión de la masilla).

Por el Tamaño máximo del agregado pétreo

Se clasifican en: Mezclas Gruesas (El tamaño máximo del agregado pétreo excedo los 10 mm) y Mezclas Finas o Microaglomerados (Formadas básicamente por agregado fino, polvo mineral y ligante asfáltico).

Por la Granulometría

Se clasifican en: Mezclas Continuas (Cantidad bien distribuida de agregados pétreos en la granulometría) y Mezclas Discontinuas (Cantidad limitada de tamaños de agregado pétreo en la granulometría)

Propiedades de las mezclas asfálticas 

Para determinar las propiedades de una mezcla, se debe tener en cuenta el diseño para la cual fue proyectada, debido a que cada una de acuerdo a su funcionalidad y su capacidad estructural dentro del pavimento tiene husos granulométricos, dosificaciones, adiciones, y condiciones de fabricación y de puesta en obra totalmente diferentes.

Dentro de las propiedades más destacadas de las mezclas asfálticas se encuentran: la resistencia a las deformaciones plásticas (producida por la aplicación de cargas a altas temperaturas y baja velocidad), resistencia a la fatiga (traducido en un aumento de las deformaciones elásticas en la superficie), la estabilidad (capacidad de resistir las tensiones de trabajo y de soportar la carga), la durabilidad (la capacidad que tendrá para resistir a largo plazo las condiciones a las que será expuesta como los rayos ultravioleta, el aire, el agua, y los demás agentes que puedan tener contacto con ella), la impermeabilidad (cuando así lo requiera, para proteger las capas inferiores de la acción del agua), y la resistencia al deslizamiento (proporcionada por la macrotextura y la microtextura de la capara de rodadura).

Figura 3. Propiedades técnicas de las mezclas asfálticas

Fuente. Alejandro Padilla Rodríguez, Mezclas Asfálticas, Capitulo 3.Universidad Politécnica de Cataluña.

Tipología de Mezclas Asfálticas en Caliente

Las mezclas asfálticas en caliente se caracterizan por la combinación de un ligante asfáltico, un agregado pétreo de granulometría continua o discontinua, polvo mineral y en ocasiones algunos tipos de modificantes y aditivos; mezclados en condiciones altas de temperatura para lograr el recubrimiento total de la película de asfalto sobre el material. La ejecución de estas mezclas incluyen las siguientes actividades: estudio de la mezcla y dosificación del diseño, fabricación de la mezcla, transporte a la obra, preparación de la superficie que va a recibir la mezcla y extensión y compactación de la mezcla.

Tipología de Mezclas Asfálticas Drenantes

Las mezclas asfálticas drenantes o son aquellas cuyo elevado porcentaje de vacíos permiten el paso fluido del agua a través de ella, para ser evacuada hacia los drenajes laterales y evitar su permanencia en la superficie de la capa de rodadura. Estas mezclas deben tener deben tener un contenidoinicial de vacíos de al menos 16% para una adecuada permeabilidad.

Si bien es cierto que la implementación de estas mezclas pueden influir de forma positiva en la circulación vial y disminuir la accidentalidad en presencia de lluvia, estudios en España han revelado que la mejora en la calidad de la rodadura aumenta la velocidad de circulación, con lo cual el efecto puede ser contradictorio; además en condiciones invernales se han registrado placas de hielo sobre el pavimento, debido a que los aglomerados porosos se enfrían más con respecto a los densos, generando mayor peligrosidad en estas estaciones. En general a utilización de mezclas porosas genera en comparación con los pavimentos impermeables convencionales una seria de ventajas y limitaciones, que se pueden sintetizar de la siguiente forma.

Ventajas

Se consigue una mayor resistencia al deslizamiento en condiciones de lluvia y se reduce el fenómeno de hidroplaneo (presencia de una película de agua entre el neumático y la capa de rodadura), debido a que aumenta la macrotextura del pavimento y elimina el agua de la superficie; produce una elevada resistencia al deslizamiento a altas velocidades;genera mayor dispersión de luz y una mejor visibilidad del entorno y de la señalización horizontal debido a la reducción del agua superficial producida por las lluvias o dispersa por lo vehículos; adecuado comportamiento mecánico, debido a que evitan que se presenten deformaciones plásticas en la vida útil, y un buen diseño permite una buena cohesión y adherencia entre los agregados pétreos y el ligante asfáltico, evitando posibles mecanismos de degradación a causa de la disgregación o el desgaste por interacción llanta-pavimento; mitigación del ruido, debido a que los vacíos permiten el paso del aire y atenúan los efectos sonoros, y favorecen al medio ambiente y las poblaciones aledañas a los corredores viales.

Limitaciones

En las limitaciones encontramos: pérdida de permeabilidad con el paso del tiempo, debido a la posible saturación de los poros a causa de factores como el polvo, los derrumbes, la acción del tráfico, entre otros, que se evitan mediante un diseño óptimo con alto contenido de vacíos, resistencia al desgaste y alto porcentaje de caras fracturadas; necesidad de un soporte indicado, debe estar apoyada sobre una base firme, estructuralmente adecuada y completamente impermeable para garantizar el buen drenaje de capa de rodadura; menor resistencia a aceites y combustibles; posible disminución de la vida útil, debido a que el elevado número de huecos puede envejecer mas rápido el ligante y hacerle perder a la mezcla su adhesividad (para esto se usan normalmente asfaltos modificados que aumentan el espesor de la película del asfalto).

Caracterización de la superficie

Este tipo de mezclas ante la característica de un alto grado de porosidad, ayuda a que la estructura del pavimento este libre de agua y a que por infiltración sea conducida a través de canales de drenaje, como se muestra en la figura

Figura 4. Función y estructura de un asfalto drenante.

Fuente. BP Bitumen España. Presentación.

Una de las características de este tipo de diseños es la resistencia al deslizamiento, determinada por dos tipos de condiciones, la Microtextura y la Macrotextura, explicadas a continuación.

Microtextura: Es la textura superficial de los agregados pétreos que presentan características ásperas, debido bajo estrictos parámetros de diseño al alto porcentaje de caras fracturadas.

Macrotextura: Es la textura superficial de la capa de rodadura, ocasionada por las partículas de los agregados que sobresalen a la superficie, dadas por el diseño y el tipo de mezcla, en este caso grueso, que exista en la superficie.

Figura 5. Representación de la superficie de una mezclas porosa.

Fuente. Víctor Roco; Claudio Fuentes; Sergio Valverde, Evaluación de la resistencia al deslizamiento en pavimentos chilenos

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Las mezclas asfálticas son empleadas en la construcción de pavimentos, bien sea en capas de rodadura o en capas inferiores, y cumplen la función de proporcionar una superficie cómoda, económica y segura a los usuarios. Éstas son el resultado de unir en condiciones y normas establecidas un ligante hidrocarbonato y agregados pétreos; su función radica en aportarle rigidez y resistencia a la estructura del pavimento, dependiendo de las propiedades individuales de los materiales, la carga de soporte de vial y las condiciones del medio ambiente; de esta manera la granulometría que se quiere implementar debe diseñarse de acuerdo a las solicitaciones de la vía y al análisis de las propiedades mecánicas y dinámicas que pueda requerir.

Fuente: www.flickr.com/photos/visualpanic/2312119886/in/photolist-

Éstas mezclas en función de la temperatura y del tiempo de aplicación de la carga pueden tener un comportamiento elástico lineal, no lineal o viscoso; de esta manera a temperaturas bajas se comportan como un material elástico lineal, y con un aumento gradual van cambiando su comportamiento a elástico no lineal, registrándose menos viscosas a medida que va subiendo la temperatura. De esta manera se hacen importantes las condiciones ambientales de trabajo del pavimento, dado que a diferencia de los climas cálidos y temperaturas elevadas donde se producen pérdidas de cohesión de la mezcla y ahuellamientos, en los climas fríos no se presentan deformaciones plásticas y el pavimento presenta un comportamiento elástico; esto para resaltar la manera como se debe prever muy bien en la temperatura y el tráfico al cual se va a someter un vez puesta en obra.

Composición

Las mezclas asfálticas como se mencionó anteriormente están conformadas de un agregado pétreo, un ligante hidrocarbonado y en ocasiones aditivos, sin embargo es importante analizar sus propiedades ya que cada uno de ellos es parte fundamental en el diseño y la función para la cual se quiera implementar.

Fuente: www.flickr.com/photos/pierofix/2448588352/in/photolist-

Agregado Pétreo

Los agregados son partículas de minerales de diferentes tamaños, obtenidos de la fragmentación natural o la trituración artificial de las rocas; su importancia radica en la actividad química y superficial frente al agua y los ligantes, y por ende las propiedades físicas y químicas que éstos puedan tener.

Dentro de las propiedades físicas se pueden encontrar, la porosidad (que influye en la permeabilidad, absorción, textura superficial, resistencia a la abrasión, peso específico), la textura superficial (determinada por las irregularidades superficiales de las partículas, importante en la resistencia al deslizamiento en la capa de rodadura),la dureza (dependiente de la petrografía del agregado, importante en la absorción y la resistencia al desgaste), la forma (incidente en la resistencia mecánica), entre otras.

Las características químicas son más variadas y difíciles de sintetizar, van asociadas especialmente a la reacción físico-química que producen con el ligante, y que se ven reflejadas en la correcta o mala adhesión entre estos dos, por factores además como la textura, la porosidad, la viscosidad, y en el caso del asfalto la tensión superficial y el espesor de la película.

Fuentes: www.flickr.com/photos/eleazar_lzr/3329870242/in/photolist- 

Ligantes Hidrocarbonados

Los ligantes hidrocarbonados son aglomerantes conformados por mezclas complejas de hidrocarburos; su consistencia depende de las temperaturas de trabajo y se comportan como un fluido newtoniano a altas temperaturas. Tienen un sistema coloidal tipo gel que se comporta como un sólido o semisólido a temperatura ambiente, por lo cual su manejabilidad se hace más fácil calentándolo previamente.

En la clasificación de estos ligantes podemos encontrar los ligantes asfálticos, emulsiones (dispersiones coloidales del asfalto en agua), ligantes fluidificados y ligantes modificados (ligantes hidrocarbonados con aditivos). El ligante asfáltico, usado más frecuentemente en mezclas asfálticas, es un material resistente, adhesivo, aglomerante, impermeable y duradero, con capacidad de resistir esfuerzos y fluir bajo la acción de calor o cargas permanentes.

Mas adelante hablaremos de la clasificación de las mezclas asfálticas.

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