Control calidad mezclas asfálticas

COMPETENCIAS TÉCNICAS EN ASEGURAMIENTO Y
CONTROL DE CALIDAD EN OBRAS VIALES

CONTROL DE CALIDAD DE LAS
EMULSIONES ASFÁLTICAS
• MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE:
 Las mezclas asfálticas están constituidas de agregados,
relleno mineral si es necesario, y material asfáltico
mezclados en caliente en una planta central, y
colocados sobre una base debidamente preparada o un
pavimento existente, de acuerdo con lo establecido en
los documentos contractuales.
 Las mezclas asfálticas en caliente pueden ser
producidas por un amplio rango de combinaciones de
agregados, cada uno con sus características
particulares adecuadas al diseño específico y a sus
usos en la construcción.


MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
• CONTROL DE CALIDAD DEL MATERIAL ASFÁLTICO:

 El cemento asfáltico a utilizarse en las mezclas es
generalmente de penetración 60-70, el tipo y grado
del material asfáltico a utilizarse estará determinado
en el contrato.

 En caso de vías que serán sometidas a un tráfico
liviano o mediano se permitirá el empleo de cementos
asfálticos 85-100. Para vías o carriles especiales,
donde se espera un tráfico muy pesado, se empleará
cementos asfálticos mejorados.


MEZCLAS ASFÁLTICAS
EN CALIENTE


 El cemento asfáltico debe cumplir con los parámetros
de control que se indican en la tabla 810.2.1 (MOP –
001 – F – 2002).



 La clasificación del tráfico de acuerdo a la tabla está
en función de la intensidad media diaria de
vehículos pesados (IMDP) esperada por el carril de
diseño en el momento de poner en funcionamiento la
vía.

Tráfico IMDP
Liviano Menos de 50
Mediano 200
Pesado 1000
Muy pesado Más de 1000



• CONTROL DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS:

 Los agregados que se utilizarán para las mezclas de
hormigón asfáltico en caliente estarán compuestos
de partículas de material triturado, grava triturada,
grava o material natural, arena, etc.

 Estos agregados deben cumplir con los requisitos de
gradación que se indican en la tabla 404-5.1 y 405-
5.1, (MOP – 001 – F – 2002).



• CONTROL DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS:

 La granulometría será comprobada mediante ensayo
INEN 696, que se efectuará sobre muestras que se
tomarán periódicamente de los acopios, de las tolvas
de recepción en caliente y de la mezcla asfáltica
preparadas.


CONTROL DE CALIDAD DE LOS
AGREGADOS (ENSAYOS)
• EQUIVALENTE DE ARENA:
 Este ensayo indica la
proporción relativa de polvo
fino o materiales arcillosos
perjudiciales contenidos en
los áridos empleados en las
mezclas asfálticas para
pavimentación y en los suelos
empleados en capas de base.
Este ensayo se aplica a la
fracción que pasa por el tamiz
No 4, (ASTM D 2419).


AGREGADOS (ENSAYOS)
• RESISTENCIA A LA ABRASIÓN:
 Este ensayo se emplea para medir
la resistencia de los áridos al
desgaste o a la abrasión, se
carga el tambor de la máquina
de los Ángeles con una cantidad
fija de áridos y de esferas de acero
que actúan como carga abrasiva, a
continuación se hacen dar 500
vueltas al tambor determinándose
así el porcentaje del material que
se define como porcentaje de
desgaste, (ASTM C 131).


AGREGADOS (ENSAYOS)
• RESISTENCIA A LOS SULFATOS:
 Este ensayo mide la
resistencia de los áridos a la
disgregación por soluciones
saturadas de sulfato de sodio
o magnesio. El proceso de
inmersión y secado se realiza
por varios ciclos
determinándose así el
porcentaje de pérdidas de
peso por cada fracción
granulométrica, (ASTM C 88).


AGREGADOS (ENSAYOS)
• PESO ESTECÍFICO:

 Se determina el peso específico de los áridos por dos
razones: para permitir el cálculo de los vacíos de las
mezclas asfálticas compactadas; y, para corregir las
cantidades de áridos empleados en una mezcla para
pavimentación cuando su peso específico varía
apreciablemente.

 Peso específico total: Esta incluye todos los poros
de la muestra, y asume que todos los poros que
absorben agua no absorben asfalto.


AGREGADOS (ENSAYOS)
• PESO ESTECÍFICO:
 Peso específico efectivo: Esta
excluye del volumen de la
muestra todos los poros y
espacios capilares que absorben
asfalto.
 Peso específico aparente: Esta
no incluye como parte del
volumen de la muestra, los poros
y espacios capilares que se
llenarían de agua, y los poros
que se llenarían de asfalto.


• CONTROL DE CALIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS:

 Las mezclas asfálticas a emplearse en las capas de
rodadura para vías de tráfico pesado y muy pesado
deberán cumplir que: la relación entre el porcentaje
en peso del agregado pasante del tamiz N 200, y el
contenido de asfalto en porcentaje en peso del total
de la mezcla (relación filler / betún), sea mayor o igual
a 0.8 y no superior a 1.2. Para las mezclas asfálticas
deberán emplearse una de las granulometrías que se
indican en la tabla 405-5.1 (MOP – 001 – F – 2002).


MEZCLAS ASFÁLTICAS
EN CALIENTE


 Las mezclas asfálticas de granulometría cerrada y
semicerrada deberán cumplir con los requisitos
especificados en la siguiente tabla, de acuerdo a los
ensayos del método Marshall (MOP – 001 – F – 2002 ).


TIPO DE TRÁFICO Muy pesado Pesado Medio Liviano
CRITERIOS MARSHALL Min. Máx. Min. Máx. Min. Máx. Min. Máx.

N° de golpes/cara 75 75 50 50
Estabilidad (lb) 2200 - 1800 - 1200 - 1000 2400
Flujo (in/100) 8 14 8 14 8 16 8 16
% de vacíos en mezcla
*Capa de rodadura 3 5 3 5 3 5 3 5
*Capa intermedia 3 8 3 8 3 8 3 8
*Capa de base 3 9 3 9 3 9 3 9
% de vacíos en el agregado Ver tabla 2.8
Relación filler/betún 0.8 1.2 0.8 1.2
% estabilidad retenida luego de
7 días en agua temperatura
ambiente

*Capa de rodadura 70 - 70 -
*Intermedia o base 60 - 60 -


MEZCLAS ASFÁLTICAS
EN CALIENTE

 Las mezclas asfálticas de granulometría abierta
deberán cumplir con los mismos requisitos de
estabilidad y flujo Marshall establecidos en la tabla
anterior.

 La resistencia a la tracción indirecta mediante
ensayo ASTM D 4123, deberá ser superior al 80%.


MEZCLAS ASFÁLTICAS
EN CALIENTE

 La resistencia al daño por agua mediante el ensayo
de peladura, no deberá mostrar evidencia alguna en
la mezcla, (ASTM D 3665).

 Las mezclas asfálticas que se produzcan en planta
deberá cumplir con la fórmula maestra de obra que se
basa en el estudio de los materiales que se pretende
utilizar en el sitio de la obra.


• FÓRMULA MAESTRA DE OBRA:
De acuerdo con las especificaciones MOP– 01 – F – 2002
en la fórmula maestra se establecerá:

 Las cantidades de las diversas fracciones definidas para
los agregados.
 El porcentaje de material asfáltico para la dosificación,
en relación al peso total de todos los agregados,
inclusive del relleno mineral y aditivos para el asfalto si
se los utilizare.
 La temperatura que deberá tener el hormigón al salir de
la mezcladora y la temperatura que deberá tener la
mezcla al colocarlo en sitio.


La fórmula maestra de obra sea aceptada si los
materiales están dentro de las siguientes tolerancias:

 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz de
½ in (12.5 mm) y mayores: 8%.

 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz de
3/8 in (9.5 mm) y No 4 (4.75 mm): 7%.

 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz No 8
(2.36 mm) y No 16 (1.18 mm): 6%.
 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz No 30
(0.6 mm) y No 50 (0.30 mm): 5%.

 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz
No 100 (0.15 mm): 6%.

 Peso de los agregados secos que pasen el tamiz
No 200 (0.075 mm): 3%.

 Dosificación del material asfáltico en peso: 0.3%.

 Temperatura de la mezcla al salir de la
mezcladora: 10 oC.

 Temperatura de la mezcla al colocarla en el
sitio: 10 oC.


DISEÑO DE MEZCLAS
 El diseño de mezclas es una herramienta usada para la
aceptación de materiales, para el control de calidad de la
mezcla, y para determinar la compactación final del
pavimento.

 Existen dos métodos de diseño comúnmente utilizados
para determinar las proporciones apropiadas del asfalto y
agregado en una mezcla, estos son:

- Método Marshall
- Método Hveem

En nuestro medio el método más utilizado para el diseño
de mezclas asfálticas es el de Marshall.


DISEÑO DE MEZCLAS
• MÉTODO MARSHALL:

 Este diseño nos permite determinar el porcentaje
óptimo de contenido de asfalto de la mezcla, para ello
se debe realizar los siguientes procedimientos:

- Preparación de muestras para efectuar los ensayos.
- Procedimientos del ensayo Marshall.
- Procedimiento de cálculo para diseñar las mezclas.
- Análisis de resultados


MÉTODO MARSHALL

• PREPARACIÓN DE MUESTRAS PARA EFECTUAR
LOS ENSAYOS:

 Preparación del asfalto: Las muestras del asfalto
deberán tener características idénticas a las del
asfalto que va a ser usado en la mezcla final, y
deberán cumplir con los requisitos de calidad
establecidos en la tabla 810-2.1 (MOP – 001 – F –
2002).


MÉTODO MARSHALL

LOS ENSAYOS:

 Preparación del agregado: La preparación del
agregado consiste en secar los
agregados, determinar su peso específico y efectuar
un análisis granulométrico por vía húmeda, (AASHTO
T 27). Para ello, se deberán emplear una de las
granulometrías indicadas en las tablas 405-5.1 (MOP
– 001 – F – 2002).


MÉTODO MARSHALL
LOS ENSAYOS:

 Preparación de las probetas de ensayo: Las
probetas de ensayo son preparadas haciendo que
cada una contenga una ligera cantidad diferente de
asfalto,(ASTM D 1559).


MÉTODO MARSHALL

• PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL:

 Determinación de la gravedad específica total: La
prueba de gravedad específica puede desarrollarse
tan pronto como la probeta se haya enfriado a la
temperatura ambiente. Para determinar que norma se
debe utilizar, se realizarán pruebas de absorción a la
mezcla asfáltica compactada; si la absorción es mayor
al 2%, se utiliza la Norma ASTM D1188, en caso
contrario, se recurre a la Norma ASTM D2726.


MÉTODO MARSHALL

 Ensayos de Estabilidad y
Fluencia: Después de que la
gravedad específica se ha
determinado, se desarrolla la
prueba de estabilidad y flujo. En
el ensayo de estabilidad se mide
la resistencia a la deformación de
la mezcla a 60 oC, mientras que
la fluencia medida en centésimas
de pulgada, representa la
deformación de la
briqueta, (ASTM D 1559).


MÉTODO MARSHALL


 Análisis de densidad y vacíos: Después de
completar las pruebas de estabilidad y flujo, se realiza
el análisis de densidad y vacíos para cada serie de
especímenes de prueba.


MÉTODO MARSHALL

 Análisis de densidad y vacíos:

Utilizando la gravedad específica y la gravedad
específica efectiva del total del agregado; el promedio
de las gravedades específicas de las mezclas
compactadas; la gravedad específica del asfalto y la
gravedad específica teórica máxima de la mezcla
asfáltica (ASTM D 2041), se calcula el porcentaje de
asfalto absorbido en peso del agregado
seco, porcentaje de vacíos (Va); porcentaje de vacíos
llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de vacíos
en el agregado mineral (VMA).


MÉTODO MARSHALL
 Tabla del porcentaje de vacíos en el agregado mineral
(VMA).

Tipo de mezcla VAM, Mínimo (%)
A 16
B 15
C, D 14
E 13


MÉTODO MARSHALL
• PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO PARA EL DISEÑO
DE MEZCLAS:
 Gravedad específica neta del agregado:

Donde:
- Gsb = Gravedad especifica neta para el agregado total.
- P1, Pn = Porcentajes individuales por masa de agregado.
- G1, Gn = Gravedad especifica neta individual del agregado.


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Gravedad específica efectiva del agregado:

Donde:
- Gse = Gravedad específica efectiva del agregado.
- Gmm = Gravedad específica máxima (Ensayo RICE)
- Pmm = Porcentaje de masa del total de la mezcla suelta = 100 %
- Pb = Contenido de asfalto con el cual desarrolló el ensayo RICE.
- Gb = Gravedad específica del asfalto.


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Gravedad específica máxima de la mezcla asfáltica:

Donde:

- Gmm = Gravedad específica máxima de la mezcla del
pavimento (sin vacíos de aire)
- Ps = Pmm – Pb


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Absorción del asfalto:

Donde:

- Pba = asfalto absorbido


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Contenido de asfalto efectivo:

Donde:

- Pbe = Contenido de asfalto efectivo, en porcentaje de
la masa total de la mezcla.


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Porcentaje de vacíos en el agregado mineral:

Donde:
- VMA = Vacíos en el agregado mineral (porcentaje del
volumen neto).
- Gmb = Gravedad específica Bulk de la mezcla asfáltica
compactada , (ASTM D 1888).


MÉTODO MARSHALL
DE MEZCLAS:
 Porcentaje de vacíos de aire:

Donde:

- Va = Vacíos de aire en la mezcla compactada en
porcentaje del volumen total.


MÉTODO MARSHALL
• ANÁLISIS DE RESULTADOS:

 GRAFICAR RESULTADOS:
Los técnicos de laboratorio
trazan los resultados del
ensayo Marshall en gráficas,
para poder entender las
características particulares de
cada probeta usada en la
serie y determinar cual de
ellas cumple mejor con los
criterios establecidos para el
pavimento terminado.


MÉTODO MARSHALL
• ANÁLISIS DE RESULTADOS (GRÁFICAS):


MÉTODO MARSHALL
• DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE
ASFALTO:
 Primero, se determina el contenido de asfalto para el
cual el contenido de vacíos de aire es de 4 %.


MÉTODO MARSHALL

ASFALTO:

 Con el porcentaje de asfalto determinado, se evalúa
todas las propiedades calculadas y medidas, y las
comparamos con los criterios de diseño de la siguiente
tabla.


MÉTODO MARSHALL
ASFALTO:
Transito
Transito
Transito liviano pesado
Criterios para mezclas del carpeta y base
mediano
carpeta y
carpeta y base
método Marshall base
Min Máx M in Máx Min Máx
Compactación, número de golpes en cada cara
35 50 75
de la probeta

Estabilidad N 3336 5338 8006
(lb) (750) (1200) (1800)
Flujo, 0.25mm (0.01 < in) 8 18 8 16 8 14
Porcentaje de vacíos 3 5 3 5 3 5
Porcentaje de vacíos en el agregado mineral
Ver tabla
(VMA)
Porcentaje de vacíos llenos de asfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75


MÉTODO MARSHALL
ASFALTO:

AJUSTES DE DISEÑO:

 Bajo contenido de vacíos, baja estabilidad

 Bajo contenidos de vacíos, estabilidad satisfactoria

 Contenido satisfactorio de vacíos, baja estabilidad

 Contenido alto de vacíos, estabilidad satisfactoria.

 Contenido alto de vacíos, baja estabilidad


MÉTODO MARSHALL
• VERIFICACIÓN DE RESULTADOS:

 Se puede comprobar los resultados con los valores
recomendados por el Instituto de Asfalto (U.S.A) para
el diseño Marshall, para una mezcla superficial con
tránsito pesado.

 Con las cantidades de las diversas fracciones
definidas para los agregados, con el contenido óptimo
de asfalto, y seleccionando la temperatura que deberá
tener el hormigón en la mezcladora y al colocarla en el
sitio, se determina la fórmula maestra de obra.


MÉTODO MARSHALL

 El porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral
puede ser revisado usando la tabla siguiente, donde
debe ser comparado con el VMA de la graduación del
agregado.


MÉTODO MARSHALL

VMA mínimo, en porcentaje
Tamaño máximo nominal
de las partículas1 Vacíos de diseño, en porcentaje2
3.0 4.0 5.0
No16 (1.18 mm) 21.5 22.5 23.5
No8 (2.36 mm) 19.0 20.0 21.0
No4 (4.75 mm) 16.0 17.0 18.0
3/8 in (9.5 mm) 14.0 15.0 16.0
½” (12.5 mm) 13.0 14.0 15.0
¾ in (19 mm) 12.0 13.0 14.0
1 in (25 mm) 11.0 12.0 13.0
1.5 in (37.5 mm) 10.0 11.0 12.0
2.0 in (50 mm) 9.5 10.5 11.5
2.5 in (63 mm) 9.0 10.0 11.0
1Eltamaño máximo nominal de la partícula es un tamaño más grande que el primer
tamiz que retiene más del 10% del material.


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