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Parte II: Metodología de elaboración de Concretos Asfálticos en Frío



PRESENTACIÓN TEÓRICA GENERAL

Los concretos asfálticos en frío son mezclas utilizadas como carpeta de rodamiento en la pavimentación urbana.
Se obtienen de la dosificación de áridos gruesos, áridos finos, filler, emulsión asfáltica y agua.


Estas mezclas poseen capacidad portante, por esta razón es que se considera su aporte en el paquete estructural.
Los áridos gruesos son exclusivamente provenientes de trituración, poseen un Tmáx. de no menos de 10 mm y de hasta 20 mm.

Los áridos finos conviene que provengan de la mezcla de arenas de trituración, que ofrecen la trabazón necesaria, y arenas silíceas naturales que le otorgan trabajabilidad a la mezcla.


El filler puede ser cualquiera de los comúnmente utilizados en mezclas asfálticas, tales como cemento, cal, etc.
La emulsión asfáltica utilizada dependerá de las características mineralógicas de los áridos utilizados. Generalmente se utilizan emulsiones aniónicas con áridos calcáreos y emulsiones catiónicas con áridos graníticos.
 

CAMPO DE APLICACIÓN

 

Son ideales para la pavimentación urbana de arterias que serán sometidas a un bajo volumen de tránsito y en donde ese tránsito será casi exclusivamente de automóviles.


Por ser elaboradas en frío, generalmente en plantas especiales, requieren de un bajo consumo de energía para su obtención.
Resultan económicas en aquellos lugares en donde no se justifica económicamente la instalación de una planta para la elaboración de mezclas asfálticas en caliente.


Si se elaboran siguiendo algunos parámetros básicos pueden ser almacenables por días e incluso semanas.

Se recomienda su puesta en obra a temperaturas no inferiores a los 20 ºC ni superiores a los 40 ºC. Este es el motivo por el que se recomienda su utilización en el periodo comprendido entre los meses de septiembre y marzo y el extenderla solo por la mañana durante los meses de enero y febrero de máximas temperaturas.
 

CASO PARTICULAR

Analizaremos, en este trabajo, la metodología para la dosificación y diseño de concretos asfálticos en frío de última generación, una nueva metodología para la elaboración desarrollada por el LEMaC, la técnica para su colocación en obra y la metodología de control aplicable sobre los mismos.

 

DISEÑO DE LA MEZCLA

 

Se diseñará un concreto asfáltico en frío a utilizarse en la pavimentación urbana de calles periféricas en una ciudad del centro de la provincia de Buenos Aires.

 

La tendencia mundial actual es la de utilizar mezclas asfálticas elaboradas con asfaltos modificados debido a que estos les otorgan una serie de características adicionales que le dan una mayor vida útil.

 

Las mezclas asfálticas en frío se unen a esta tendencia mediante la utilización de emulsiones asfálticas modificadas. En esta generalmente el agente modificador es del grupo de los látex.

 

En la provincia de Buenos Aires es generalizado el uso de agregados graníticos. Esto nos indica que la emulsión a utilizar debe ser catiónica.

La metodología de elaboración, diseñada por el LEMaC, para este tipo de mezclas en ciudades relativamente pequeñas que carecen de plantas de producción continua, como la del caso analizado, no permite un volumen de producción adecuado a la velocidad del extendido en obra. Es por este motivo que la mezcla debe ser producida, almacenada y, una vez alcanzado un volumen aceptable, llevada a obra para su colocación.

 

La almacenabilidad de estas mezclas se puede lograr de dos maneras diferentes:

  • Utilizando emulsiones que empleen asfaltos pobremente diluidos como base para retardar el tiempo de curado.
  • Utilizando emulsiones superestables adecuadas a los áridos utilizados y con contenidos de agua cercanos al límite del máximo tolerable como para evitar la segregación de la mezcla.

 

La primera opción parecería la más sencilla, pero la experiencia nos ha demostrado que si bien el poder de almacenabilidad es mucho mayor la calidad disminuye notablemente, debido al gran tiempo de curado necesario y a que este no se obtiene por completo sin que la calle sea abierta al tránsito. Esto último produce el desplazamiento de la mezcla y da como resultado superficies de rodamiento sumamente desparejas.

 

La segunda opción permite periodos de almacenamiento de aproximadamente 10 días, mas que suficientes para lograr un buen ritmo de ejecución. Aunque necesiten un control especial en cuanto al contenido de humedad resultan más convenientes que las de la opción anterior.

 

La utilización de este tipo de ligantes modificados permite la adopción de mezclas mas abiertas que le otorgan al tránsito una superficie de rodamiento más segura.

 

Por otro lado, la utilización de concretos asfálticos abiertos en calles de bajo tránsito, si se les otorga una buena base de apoyo, permite la adopción de espesores reducidos que pueden rondar los 4 cm. Para un buen comportamiento del esqueleto mineral en estos espesores son recomendados Tmáx bajos, por tal motivo se elegirá un valor de 10 mm para la mezcla en análisis.

 

La mezcla incluirá arena silícea, para que le otorgue trabajabilidad, en un contenido menor al 10 %.

Para ayudar a la formación del mastic, mezcla de filler y ligante, se adicionará cal hidráulica en un 3%.

El contenido óptimo de agua total al momento del mezclado debe rondar el 7% según los criterios allí citados. Esta agua provendrá parte de la emulsión, parte de los áridos y parte se incorporará como agua de prehumectación.

Descontando, entonces, el agua proveniente de otras fuentes el contenido de agua de prehumectación rondará, según el caso, el 3%.

 

En resumen la mezcla se realizará con:

    • Piedra partida 6:12
    • Arena de trituración 0:6
    • Arena silícea de río
    • Cal hidráulica
    • Emulsión asfáltica catiónica superestable

 

 

Los agregados y el filler respetaron las siguientes especificaciones:

Arido grueso:

Piedra 6: 12 de origen granítico
Desgaste los ángeles < 20 %
Indice de lajas < 25 %
Adhesividad por inmersión en agua > 95 %

Arido fino:

Equivalente arena > 50 %
Contenido de impurezas < 0,5 %
Indice de adhesividad Reder-Weber > 4
P.T.200 > 13 %

Para el filler calcáreo utilizado se verificaron las especificaciones correspondientes.

Filler:

Cal hidráulica hidratada

Granulometría
 

TAMIZ Nº
 Máximo Permisible RETENIDO %
50 0,5 %
80 5,0 %
200 15,0 %

C.U.V. > 45 %
 

La emulsión a utilizarse posee las siguientes características:


Marca comercial: Laher Mercantil
 

Tipo de emulsión: bituminosa, catiónica, supestable
De rotura lenta modificada con polímero (latex)
Residuo asfáltico (x destilación): 62.5%
Residuo sobre tamiz: 0,05%
Viscosidad Saybolt Furol (25 ºC): 62
Sobre el residuo
Penetración: 82 en 0,1 de mm
Punto de ablandamiento: 62ºC
Recuperación elastica: 13%
Oliensis: negativa


La mezcla diseñada es la siguiente:

 
Gráfica la curva granulométrica



Puede observarse en la gráfica la curva granulométrica de la mezcla ubicada entre las curvas límites recomendadas para este tipo de mezclas.
La determinación del contenido de emulsión se realiza por medio del Método Marshall Modificado mediante las recomendaciones de la Dirección Provincial de Vialidad de Santa Fé.


El mismo consiste básicamente en el moldeo estático de probetas Marshall en un molde perforado que permite el desalojo del agua luego de la rotura de la emulsión.


La compactación estática se realiza sobre la mezcla a punto de romper hasta alcanzar un rechazo de 12 tn mantenido durante al menos 2 minutos.
Una vez desmoldadas las probetas son sometidas a un proceso de curado en estufa a 60 ºC y luego al aire libre para ser ensayadas del modo clásico.

 

Los resultados de las determinaciones realizadas sobre la mezcla diseñada son los siguientes:

Densidad(gr/cm3) 2,311
Estabilidad (kg) 495
Fluencia (mm) 2,90
Densidad Rice (gr/cm3) 2,436
Vacios (%) 5,13
Relación E/F (kg/cm) 1706

Estos cumplen perfectamente con los estipulados por las especificaciones.

 

METODOLOGÍA DE ELABORACIÓN

 

Una vez definida la mezcla a utilizarse se enumeran los pasos a seguirse en la elaboración de los concretos asfálticos en frío según el Método LEMaC:

  • Control de la granulometría de los agregados a utilizarse. Determinación de la humedad de acopio de los mismos.
  • Determinación del contenido de residuo asfáltico en la emulsión.
  • Retoque de la dosificación y del contenido de humedad en función a los resultados de las determinaciones previas.
  • Los áridos se dosifican con una planta para la elaboración de hormigones de cemento. Esta descarga en la boca de un camión mixer, a través de su cinta transportadora, el volumen necesario de la mezcla de áridos para la obtención de 5 m3 de mezcla.
  • El mezclado se efectuará en el tambor del mixer. Se comienza con el mismo, a baja velocidad, a medida que se incorpora el agua de prehumectación a través del sistema interno del camión mixer.

 

 

  • El paso siguiente es la incorporación de la cal en bolsa directamente desde la boca del tambor del mixer.
  • Se incorpora la emulsión asfáltica desde la boca del mixer mediante una bomba especial que permite el bombeo de este tipo de materiales.
  • Se deben verificar los estados de la mezcla en cada una de las etapas del mezclado. Así se pueden detectar y corregir cualquier problema que pudiera surgir.

  • Se efectúa el mezclado a alta velocidad durante aproximadamente 3 minutos.
  • Se vuelca la mezcla en una cancha impermeable para su acopio. Es conveniente tapar la misma con una membrana de polietileno para evitar la perdida de humedad por la acción de sol y del viento.



En experiencias llevadas a cabo por el LEMaC se ha podido observar que el periodo máximo de acopio debe ser de 10 días.

La mezcla se puede transladar a obra en camiones descubiertos. Se recomienda, en caso de que la obra se encuentre muy alejada de la planta de elaboración o de condiciones climáticas muy rigurosa, el tapar la mezcla con una membrana de polietilieno durante el transporte de la misma.

 

PUESTA EN OBRA

 

Previo al extendido de la mezcla debe efectuarse sobre la base un riego de liga sobre el que se hará un granceado, con la propia mezcla, para evitar que el riego se levante con el paso de las maquinarias.
 
 


El extendido se realiza con terminadoras de las comunmente utilizadas para la pavimentación con mezclas en caliente pero, obviamente, con la plancha sin calentar.
 
 

 

 

En experiencias realizadas por el LEMaC se han podido observar que fueron necesarios 7 cm de espesor de terminadora para obtener 4 cm de mezcla compactada.

 

Se recomienda como un paso siguiente la resolución manual de imperfecciones y el acomodado del material sobre los cordones cunetas, si estos existiesen, previa a la compactación.

 

La compactación inicial se realiza con rodillo neumático de 8 tn. Se ha podido determinar que para un espesor de 4cm son necesarias al menos 50 pasadas de neumático como para lograr la compactación buscada.
 
 

En caso de utilizarse materiales, espesores o granulometrías sensiblemente diferentes a las del ejemplo se recomienda la elaboración de un compactograma para poder determinar de manera mas acabada l número de pasadas mínimo conveniente.

 

Luego del paso del rodillo neumático la superficie queda levemente irregular. El acabado se puede mejorar con algunas pasadas de un rodillo liso de 8 tn.

 

Durante todo el proceso de puesta en obra es recomendable el control de la temperatura ambiente y de la humedad relativa.

El tiempo mínimo de curado antes de la apertura al tránsito es de 15 días.

CONTROLES POSTERIORES

 

Se tomo muestra de la mezcla utilizada en obra y se confeccionaron con estas, en laboratorio, las probetas correspondientes, siguiendo el método Marshall Modificado ya sitado. Los valores obtenidos fueron los siguientes.

 

Estabilidad promedio(kg) 425
Densidad Marshall prom. (gr/cm3) 2,298
Fluencia promedio (mm) 2,5
Densidad Rice (gr/cm3) 2,509
Vacios promedios (%) 9,16

 

Para evaluar la puesta en obra de esta mezcla se realizo a 28 dias de extendida la extracción de testigos. Estos presentaron una densidad promedio de 2,265 gr/cm3 que representa un 98,6 % de la densidad lograda en laboratorio y que es superior al 95%, valor mínimo exigido para la aceptación de los mismos.

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