Análisis de los parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica

  4 Análisis de resultados        

En el presente análisis, se parte de que la mezcla asfáltica se diseña para un nivel de tránsito correspondiente a 10 millones de ejes equivalentes (ESALs);  los  niveles de compactación para cada metodología son los que se muestran en la Tabla 3.6.

1. Análisis de los parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica

Una vez determinados los ensayes de densidad para la mezcla asfáltica suelta (Gmm) y compactada (Gmb) para las probetas elaboras con la metodología Marshall y Superpave, se tiene toda la información necesaria para determinar los parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica, y obtener el contenido óptimo de asfalto para cada metodología.

En la Figura 4.1 se muestran las gráficas para el análisis volumétrico de la mezcla asfáltica en estudio, compactada con las dos metodologías de diseño.

8.0[pic 1]

7.0

6.0

5.0[pic 2]

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

3.6        4.1        4.6        5.1        5.6        6.1        6.6

Contenido de Asfalto (%)

17.0

16.5

16.0

15.5

15.0[pic 3]

14.5

14.0

13.5

13.0

12.5

12.0

[pic 4]

3.6        4.1        4.6        5.1        5.6        6.1        6.6

Contenido de Asfalto (%)

90[pic 5]

80

70[pic 6][pic 7]

60

50

40[pic 8]

[pic 9]

Figura 4.1[pic 10][pic 11]

Análisis volumétrico para el diseño de la mezcla asfáltica

Las relaciones para determinar los porcentajes de vacíos de aire (Va), vacíos en el agregado mineral (VAM), y vacíos llenos de asfalto (VFA) son las descritas en el capítulo 2.

En la Figura 4.1 se observa que la compactación giratoria produce mayores densidades de la mezcla asfáltica compactada; esto desde luego repercute de manera directa en los demás parámetros volumétricos. Los vacíos de aire son mayores, aproximadamente en 1% para la mezcla elaborada con el método Marshall; este valor se mantiene considerablemente constante para todos los contenidos de asfalto.

Al haber más espacio intergranular en las mezclas elaboradas con el método Marshall, era de esperarse obtener valores más altos de VAM para estas probetas ya que existe más espacio disponible para acomodar asfalto y aire en la mezcla. Por la misma razón, los mayores valores de VFA se presentan para mezclas compactadas con la metodología Superpave ya que al haber menos espacio entre las partículas para alojar el asfalto efectivo, son estas probetas las que presentan mayor porcentaje de saturación en una misma cantidad de asfalto.

1. Selección del contenido óptimo de asfalto

La práctica actual del diseño volumétrico de mezclas asfálticas elaboradas en caliente , recomienda como primer criterio de selección elegir aquel contenido de asfalto correspondiente al 4 % de vacíos de aire (Va), y verificar después que los parámetros volumétricos restantes se encuentren dentro de los rangos  establecidos por el método.

Dado que el principal aspecto a tomar en cuenta en el presente diseño, es obtener una mezcla asfáltica que se desempeñe adecuadamente y que además sea resistente a la deformación permanente (roderas), se ha decidido cambiar el  criterio en la selección del contenido óptimo, estableciendo aquel contenido de asfalto para el cual el VAF se encuentre a la mitad de su rango permitido (70 %), esto garantiza a nivel de diseño que la mezcla asfáltica no se encuentre cerca de su nivel de saturación. En la tabla 4.1 se presentan los resultados obtenidos bajo   el criterio anterior.

Se puede ver que para este criterio de selección, se cumple con las especificaciones de los demás parámetros volumétricos de la mezcla en ambas metodologías. Cabe mencionar que en el método Marshall , el tipo de ligante asfáltico puede influir determinantemente en la selección del contenido óptimo, al intervenir otros parámetros en el criterio de selección a parte de los volumétricos, como son la estabilidad y el flujo, pruebas que se realizan a 60oC independientemente del tipo de ligante que se utilice.

Tabla 4.1

Selección del contenido óptimo, bajo el criterio del 70% de VAF

El contenido óptimo de asfalto con la metodología Marshall resultó mayor en 0.4% con respecto al obtenido por Superpave. Es de especial importancia reflexionar acerca de las repercusiones que puede traer consigo la selección del método de compactación de la mezcla en el laboratorio durante la etapa de diseño.

En el supuesto de que la compactación giratoria represente de mejor manera las condiciones de densificación de un pavimento en servicio, se puede observar para la mezcla asfáltica densa en estudio, que la compactación dinámica que proporciona el método Marshall se podría estar quedando corta, tratando de simular las condiciones de densificación que se producen en campo, al generar densidades más bajas con respecto al procedimiento Superpave. Lo anterior tiene como consecuencia directa la elección de contenidos de asfaltos “óptimos”  mayores a los requeridos, condición que podría afectar directamente el  desempeño de la mezcla asfáltica.

Tomando en cuenta que la carpeta de concreto asfáltico es la superficie más costosa de la estructura del pavimento flexible, es importante mencionar otro inconveniente directamente relacionado con lo dicho, el hecho de encarecer la elaboración de la mezcla asfáltica utilizando más volumen de asfalto del requerido.

1. Desarrollo de la densificación de la mezcla asfáltica

En la figura 4.2 se muestra la evolución de la densificación de la mezcla asfáltica compactada con las diferentes metodologías.

Se observa en la Figura 4.2a las típicas curvas de densificación obtenidas en el compactador giratorio para cada contenido de asfalto utilizado en el diseño de la mezcla por el Superpave. Lo anterior desde luego es posible, ya que se pueden generar valores de Gmb para cualquier número de giros partiendo de la altura final del espécimen para Ndiseño, y el valor de Gmb medido para la misma condición.

Se compactaron probetas a 50, 75 y 100 golpes, para los contenidos de asfalto utilizados en el diseño Marshall, con el fin de conocer la variación de la densidad de la mezcla al aumentar la energía de compactación y el contenido de asfalto (Figura 4.2b).

2.500

2.450

2.400

2.350

2.300[pic 12]

2.250

2.200

2.150

2.100

2.050

[pic 13]

0        20        40        60        80        100

No. de Giros

(a)

2.480[pic 14]

2.460

2.440[pic 15]

2.420

2.400

2.380

40        50        60        70        80        90        100        110

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