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Mezclas Asfalticas - clasificacion de las Mezclas Asfalticas, tipos de Mezclas Asfalticas, especificación de la Utilización de mezclas Asfalticas



República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico

1. Mezclas Asfalticas.

Las mezclas asfalticas, también reciben el nombre de aglomerados, estan formadas por una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonato, de manera que aquellos quedan cubiertos por una película continua éste. Se fabrican en unas centrales fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan. (Kraemer et al., 2004).

Las mezclas asfalticas se utilizan en la construcción de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de los firmes para traficos pesados intensos.



Las mezclas asfalticas estan constituidas aproximadamente por un 90 % de agregados pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfaltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfaltico y el polvo mineral son los dos elementos que mas influyen tanto en la calidad de la mezcla asfaltica como en su costo total.

Las mezclas asfalticas se emplean en la construcción de firmes, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos, aparte detransmitir suficientemente las cargas debidas al trafico a la explanada para que sean soportadas por ésta.

Se tienen que considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de un firme

1. La Función Resistente, que determina los materiales y los espesores de las capas que habremos de emplear en su construcción.

2. La Finalidad, que determina las condiciones de textura y acabado que se deben exigir a las capas superiores del firme, para que resulten seguras y confortables. A estas capas superiores de le denomina pavimento.



Las tipologías de los firmes de acuerdo a su comportamiento y respuesta se pueden dividir en los siguientes tipos

a) Firmes Flexibles. (Base Granular).
Constituidos por capas de sub–base y base de material granular, y por un tratamiento superficial o por una capa de mezcla asfaltica de espesores muy delgados que pueden ir hasta los 10 cm. regularmente, las capas granulares resisten fundamentalmente la acción del trafico, la capa de rodadura sirve para impermeabilizar el firme, resistir los efectos abrasivos del trafico y proporcionar una rodadura cómoda y segura.

b) Firmes Flexibles. (Base Asfaltica).
Compuesto por una base y un pavimento asfaltico y el cual esta constituido por una capa intermedia y otra de rodadura, la sub–base puede ser granular o bien tratada con un ligante hidraulico o hidrocarbonado.

c) Firmes Semi–rígidos . (Base tratada con ligantes hidraulicos).
Constituido por una capa de base tratada con ligantes hidraulicos, o de concreto, la sub-base suele ser de material granular, pudiendo ser estabilizada, elpavimento esta formado por una o dos capas de mezcla asfaltica (rodadura e intermedia).

d) Firmes Rígidos. (Pavimentos de hormigón).
Estan formados por una losa de hormigón colocada directamente sobre la explanada, o sobre una capa de base granular o estabilizada o un hormigón pobre, la losa de hormigón actúa como capa de rodadura.

2. Clasificacion de las Mezclas Asfalticas.

Existen varios parametros de clasificación para establecer las diferencias entre las distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas

a) Por Fracciones de agregado pétreo empleado.

- Masilla asfaltica: Polvo mineral mas ligante.
- Mortero asfaltico: Agregado fino mas masilla.
- Concreto asfaltico: Agregado grueso mas mortero.
- Macadam asfaltico: Agregado grueso mas ligante asfaltico.

b) Por la Temperatura de puesta en obra.

- Mezclas asfalticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente.

- Mezclas asfalticas en Frío: El ligante suele ser una emulsión asfaltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente.

c) Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfaltica.
Este parametro suele ser imprescindible paraque no se produzcan deformaciones plasticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.

- Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el 6 %.
- Mezclas Semi–cerradas o Semi–densas: La proporción de vacíos esta entre el 6 % y el 10%.
- Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %.
- Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20 %.

d) Por el Tamaño maximo del agregado pétreo.
- Mezclas Gruesas: Donde el tamaño maximo del agregado pétreo excede los 10 mm.

- Mezclas Finas: También llamadas microaglomerados, pueden denominarse también morteros asfalticos, pues se trata de mezclas formadas basicamente por un arido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfaltico. El tamaño maximo del agregado pétreo determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple del tamaño maximo.

e) Por la Estructura del agregado pétreo.

- Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfalticos, aunque también una parte de la resistencia de estos últimos, se debe a la masilla.



- Mezclas sin Esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfalticas.

f) Por la Granulometría.

- Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentestamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico
- Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.

3. Tipos de Mezclas Asfalticas.

Mezcla Asfaltica en Caliente.
Constituye el tipo mas generalizado de mezcla asfaltica y se define como mezcla asfaltica en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto, eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura muy superior a la ambiente. (Pliego de Prescripciones Técnicas Generales art. 542 y 543 PG-3.)

Se emplean tanto en la construcción de carreteras, como de vías urbanas y aeropuertos, y se utilizan tanto para capas de rodadura como para capas inferiores de los firmes. Existen a su vez subtipos dentro de esta familia de mezclas con diferentes características. Se fabrican con asfaltos aunque en ocasiones se recurre al empleo de asfaltos modificados, las proporciones pueden variar desde el 3% al 6% de asfalto en volumen de agregados pétreos.

Mezcla Asfaltica en Frío.
Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfalticas, y su principal campo de aplicación es en la construcción y en la conservación de carreteras secundarias. Para retrasar el envejecimiento de las mezclas abiertas en frío se suele recomendar el sellado por medio de lechadas asfalticas.Se caracterizan por su trabajabilidad tras la fabricación incluso durante semanas, la cual se debe a que el ligante permanece un largo periodo de tiempo con una viscosidad baja debido a que se emplean emulsiones con asfalto fluidificado: el aumento de la viscosidad es muy lento en los acopios, haciendo viable el almacenamiento, pero después de la puesta en obra en una capa de espesor reducido, el endurecimiento es relativamente rapido en las capas ya extendidas debido a la evaporación del fluidificante.

Existe un grupo de mezclas en frío, el cual se fabrica con una emulsión de rotura lenta, sin ningún tipo de fluidificante, pero es menos usual, y pueden compactarse después de haber roto la emulsión. El proceso de aumento paulatino de la resistencia se le suele llamar maduración, que consiste basicamente en la evaporación del agua procedente de la rotura de la emulsión con el consiguiente aumento de la cohesión de la mezcla.

Mezcla Porosa o Drenante.
Se emplean en capas de rodadura, principalmente en las vías de circulación rapida, se fabrican con asfaltos modificados en proporciones que varían entre el 4.5 % y 5 % de la masa de agregados pétreos, con asfaltos normales, se aplican en vías secundarias, en vías urbanas o en capas de base bajo los pavimentos de hormigón.

Utilizadas como mezclas en caliente para traficos de elevada intensidad y como capas de rodadura en espesores de unos 4 cm., se consigue que el agua lluvia caída sobre la calzada se evacue rapidamente por infiltración.

Microaglomerados.
Son mezclas con un tamaño maximo de agregado pétreo limitadoinferior a 10 mm., lo que permite aplicarlas en capas de pequeño espesor. Tanto los microaglomerados en Frío (se le suele llamar a las lechadas asfalticas mas gruesas) como los microaglomerados en Caliente son por su pequeño espesor (que es inferior a 3 cm.) tratamientos superficiales con una gran variedad de aplicaciones.

Tradicionalmente se han considerado adecuados para las zonas urbanas, porque se evitan problemas con las alturas libres de los galibos y la altura de los bordillos debido a que se extienden capas de pequeño espesor.

Hay microaglomerados con texturas rugosas hechas con agregados pétreos de gran calidad y asfaltos modificados, para las vías de alta velocidad de circulación.

Las proporciones de asfalto son altas debido a la gran superficie específica de la materia mineral. Dada la sensibilidad a los cambios de temperatura que puede tener una estructura de este tipo, es necesario rigidizar la masilla y disminuir su susceptibilidad térmica mediante el empleo de asfaltos duros, cuidando la calidad del polvo mineral y mejorando el ligante con adiciones de fibras. Los asfaltos fundidos, son de este tipo, son mezclas de gran calidad, pero su empleo esta justificado únicamente en los tableros de los puentes y en las vías urbanas, incluso en aceras, de los países con climas fríos y húmedos.

Masillas.
Son unas mezclas con elevadas proporciones de polvo mineral y de ligante, de manera que si hay agregado grueso, se haya disperso en la masilla formada por aquellos, este tipo de mezcla no trabaja por rozamiento interno y su resistencia se debe a la cohesión queproporciona la viscosidad de la masilla

Mezclas de alto módulo.

Su proceso de elaboración es en caliente, citando específicamente las mezclas de alto módulo para capas de base, se fabrican con asfaltos muy duros. A veces modificados, con contenidos asfalticos próximos al 6 % de la masa de los agregados pétreos, la proporción del polvo mineral también es alta, entre el 8% - 10%. Son mezclas con un elevado módulo de elasticidad, del orden de los 13,000 Mpa. a 20 grados centígrados y una resistencia a la fatiga relativamente elevada. Se utilizan en capas de espesores de entre 8 y 15 cm., tanto para rehabilitaciones como para la construcción de firmes nuevos con traficos pesados de intensidad media o alta. Su principal ventaja frente a las bases de gravacemento es la ausencia de agrietamiento debido a la retracción o como las mezclas convencionales en gran espesor la ventaja es una mayor capacidad de absorción

4. Especificación de la Utilización de mezclas Asfalticas.

En muchas ocasiones, el proyecto de una mezcla asfaltica se reduce a determinar su contenido de ligante, sin embargo, esa es solo la última fase de un proceso mas amplio, que requiere de un estudio cuidadoso de todos los factores involucrados, a fin de garantizar un comportamiento adecuado de la mezcla y un considerable ahorro económico en la solución.

Las fases de las que consta el proyecto de una mezcla son las siguientes

a) Analisis de las condiciones en las que va a trabajar la mezcla: trafico, tipo de infraestructura (carretera, vía urbana, aeropuerto, etc.), la capa de la que se trata (rodadura,intermedia o base) y espesor, naturaleza de las capas subyacentes, intensidad del trafico pesado, clima, etc. Asimismo, hay que distinguir si se trata de un firme nuevo o de una rehabilitación.

b) Determinación de las propiedades fundamentales que ha de tener la mezcla, dadas las condiciones en las que ha de trabajar. Debe establecerse la resistencia a las deformaciones plasticas o la flexibilidad, entre otras.

c) Elección del tipo de mezcla que mejor se adapte a los requerimientos planteados, incorporando en este analisis las consideraciones económicas o de puesta en obra que haya que considerar.

d) Materiales disponibles, elección de los agregados pétreos, los cuales deben cumplir con determinadas especificaciones, pero que en general seran los disponibles en un radio limitado y, por lo tanto, a un costo razonable. Asimismo, hay que elegir el polvo mineral de aportación.

e) Elección del tipo de ligante: asfalto, asfalto modificado, emulsión asfaltica, el costo es siempre un factor muy relevante.

f) Dosificación o determinación del contenido óptimo de ligante según un proceso que debe adaptarse al tipo de mezcla, la cual debe hacerse para distintas combinaciones de las fracciones disponibles del agregado pétreo, de manera que las granulometrías conjuntas analizadas estén dentro de un huso previamente seleccionado.

g) Otros factores a tener en cuenta en el diseño y selección de una mezcla asfaltica son los
siguientes: Exigencias de seguridad vial, Estructura del firme, Técnicas de Diseño y
Ejecución, Sitio de construcción del pavimento (topografía,temperatura, terreno,
periodo de lluvias trazado de la vía, entre otros), Condiciones de drenaje,
Consideraciones económicas.

Para realizar el proyecto de una mezcla asfaltica que se empleara en un determinado pavimento existe una gama amplia de posibles soluciones, para esto se hace necesario un estudio muy riguroso y detenido, para elegir el diseño mas adecuado técnica y económicamente.


5. Diseño De Mezclas Asfalticas.

6. Funcionalidad de las Mezclas Asfalticas.

Las mezclas asfalticas como ya hemos visto anteriormente sirven para soportar directamente las acciones de los neumaticos y transmitir las cargas a las capas inferiores, proporcionando unas condiciones adecuadas de rodadura, cuando se emplean en capas superficiales; y como material con resistencia simplemente estructural o mecanica en las demas capas de los firmes.

Como material simplemente estructural se pueden caracterizar de varias formas. La evaluación de parte de sus propiedades por la cohesión y el rozamiento interno es comúnmente utilizada; o por un módulo de rigidez longitudinal y un módulo transversal, o incluso por un valor de estabilidad y de deformación. Como en otros materiales hay que considerar también, la resistencia a la rotura, las leyes de fatiga y las deformaciones plasticas.

El comportamiento de la mezcla depende de circunstancias externas a ellas mismas, tales como son el tiempo de aplicación de la carga y de la temperatura. Por esta causa su caracterización y propiedades tienen que estar vinculadas a estos factores, temperatura y duración de la carga, lo que implica lanecesidad del conocimiento de la reología del material.

Las cualidades funcionales del firme residen fundamentalmente en su superficie. De su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como

1. La adherencia del neumatico al firme.
2. Las proyecciones de agua en tiempo de lluvia.
3. El desgaste de los neumaticos.
4. El ruido en el exterior y en el interior del vehículo.
5. La comodidad y estabilidad en marcha.
6. Las cargas dinamicas del trafico.
7. La resistencia a la rodadura (consumo de carburante).
8. El envejecimiento de los vehículos.
9. Las propiedades ópticas.

Estos aspectos funcionales del firme estan principalmente asociados con la textura y la regularidad superficial del pavimento.

Actualmente la reología de las mezclas esta bien estudiada tanto desde el punto de vista experimental como del teórico, con una consecuencia practica inmediata: la mejor adaptación de las fórmulas de trabajo y de los materiales a las condiciones reales de cada pavimento. Por ejemplo, son facilmente asequibles estos ajustes, según la región climatica o las condiciones de velocidad de los vehículos, en los métodos de diseño de pavimentos.



7. Tipologías de deterioros de los Pavimentos Asfalticos.







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