UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIACIVIL

CURSO:

VIAS DE TRANSPORTE

TEMA:

MÉTODO SUPERPAVE

DOCENTE:

ING. HUGO CASSO VALDIVIA

INTEGRANTES:

CARBAJAL CESPEDES NELSONCHUQUIRACHI CAIRAMPOMA JORGEORTIZ CHÁVEZ CINTHIA MARIAVELIZ CANO JHOSVEL JOSE

MAYO - 2012

I. INTRODUCCIONI. INTRODUCCIONEn la práctica de diseño de mezclas asfálticas se ha recurrido a diferentes

métodos para establecer un diseño óptimo en laboratorio. Al realizarse el Programa Estratégico de Investigación de Carreteras, más

conocido por sus siglas en inglés SHRP (Strategic Highway Research Program) se llego a un resultado final en estas investigaciones, el cual es un nuevo sistema para la especificación de materiales asfálticos: el método SUPERPAVE (SUPERIR PERFORMING ASPHALT PAVEMENTS)

En este trabajo se podrá entender la práctica actual de la Metodologia Superpave y en ella el diseño de mezclas asfálticas y su importancia de lograr propiedades volumétricas adecuadas en las carpetas asfálticas terminadas, ya que de esto depende en gran medida el desempeño de la superficie de rodamiento en su vida de servicio.

 De ahí, la trascendencia de simular de manera adecuada en el laboratorio la densificación que ocurre en campo bajo la acción vehicular, y de esta forma llegar a fórmulas de trabajo que permitan dosificar mezclas que exhiban un mejor comportamiento en condiciones específicas de tránsito y clima

METODO SUPERPAVE (SUPERIR PERFORMING ASPHALT

PAVEMENTS)MARCO TEORICOMARCO TEORICO

-DISEÑO SUPERPAVE:En 1987, el SHRP (Strategic Highway Research Program) comenzó el desarrollo de un nuevo sistema para especificación de materiales asfálticos. El producto final de programa de investigación sobre asfaltos de SHRP es un nuevo sistema conocido como SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavement). El software de Superpave es un programa de computación que auxilia a los ingenieros en la selección de materiales asfálticos y el diseño de la mezcla. No obstante, Superpave es más que un programa de computación. El sistema SUPERPAVE proporciona un medio completo y muy amplio para diseñar mezclas con base en los requerimientos específicos de comportamiento definidos por el tránsito, el clima y la sección estructural del pavimento en una cierta localización. Se facilita con este sistema, la selección y combinación de asfalto agregado y, de ser necesario, de un aditivo, para alcanzar el nivel requerido de comportamiento en el pavimento.

II. MARCO TEORICOII. MARCO TEORICO

a) Agregados Minerales:El agregado mineral juega un rol clave en el desempeño de la mezcla. Existen dos tipos de propiedades de los agregados que se especifican en el sistema Superpave: propiedades de consenso y propiedades de origen del agregado. Estas propiedades deben satisfacerse en varias escalas, dependiendo del nivel del tránsito y de la posición en el paquete estructural del pavimento. Altos niveles de tránsito y mezclas para la carpeta de rodamiento (posición superior en el paquete estructural del pavimento) requieren valores mas estrictos para las propiedades de consenso.Estas propiedades son:

Angularidad del agregado grueso Angularidad del agregado fino Partículas alargadas y chatas Contenido de arcilla

a) Agregados Minerales:El diseño de la estructura del agregado del SUPERPAVE debe pasar entre los puntos de control evitando la zona restringida. La graduación de máxima densidad se dibuja desde el pasante 100% del tamaño máximo del agregado de origen. El tamaño máximo nominal se define como un tamaño mayor que el correspondiente a la medida del primer tamiz que retiene más del 10%.El tamaño máximo del agregado se define como un tamaño mayor que el tamaño del agregado máximo nominal.La zona restringida es usada por SHRP SUPERPAVE para evitar mezclas con alta proporción de arenas finas en relación al total de arena, y para evitar graduaciones que siguen la línea del exponente 0.45, las cuales normalmente carecen de una adecuada cantidad de vacíos del agregado mineral (VAM o VMA en inglés). En muchos casos, la zona restringida desalentará el uso de arenas finas naturales en una mezcla de agregados. Esto alentará el uso de arenas limpias procesadas. La estructura de agregados diseñada asegura que el agregado desarrollará un esqueleto granular fuerte-mejorando la resistencia a la deformación permanente a la vez que permite un suficiente volumen de vacíos para garantizar la durabilidad de la mezcla.

Las propiedades de origen del agregado son:

Tenacidad Durabilidad Materiales deletéreos

 La tenacidad: se mide con el ENSAYO LOS ANGELES de abrasión.

La durabilidad: se mide con el ensayo de durabilidad por acción del sulfato de sodio o magnesio.

La presencia de materiales de deletéreos: se mide con el ensayo de determinación de terrenos de arcilla y el de partículas friables.

II. MARCO TEORICOII. MARCO TEORICOb) Mezclas Asfálticas:Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están 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 asfálticas 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 tráficos pesados intensos.

El desempeño de mezcla inmediatamente después de la construcción es influida por las propiedades de la mezcla resultantes del mezclado en caliente y de la compactación. Consecuentemente, un protocolo para envejecimiento a corto plazo fue incorporado al sistema SUPERPAVE: la mezcla suelta, antes de ser compactada por el SGC, debe ser envejecida en horno a 135°C, durante 4hrs.

II. MARCO TEORICOII. MARCO TEORICO

c) Ligante asfaltico:c) Ligante asfaltico:

Una parte del SUPERPAVE es una nueva especificación sobre ligantes asfálticos con un nuevo conjunto de ensayos. La singularidad del nuevo sistema para ligantes asfálticos reside en que es una especificación basada en el desempeño. Especifica ligantes en base al clima y en la temperatura prevista en el pavimento. Las propiedades físicas exigidas se mantienen sin cambios, pero cambia la temperatura para la cual el ligante debe cumplir esas propiedades.Otro aspecto clave en la evaluación de ligantes con el sistema SUPERPAVE es que las propiedades físicas son medidas sobre ligantes que han sido envejecidos en laboratorio para simular las condiciones del envejecimiento en un pavimento real.

Algunas mediciones de las propiedades físicas de los ligantes son ejecutadas sobre ligantes sin envejecer. Las propiedades físicas son también medidas sobre ligantes que han sido envejecidos en el horno de película delgada rotativa (RTFO = ROLLING THIN FILM OVEN) para simular el endurecimiento por oxidación que ocurre durante el mezclado en caliente y la colocación. Un equipo de envejecimiento a presión (PAV 0 pressure aging vessel) se usa en el laboratorio para simular el severo envejecimiento que sufre el ligante después de varios de servicio en un pavimento. Las principales propiedades físicas de los ligantes son medidas con 4 dispositivos:

Reonometro de Corte Dinámico (DSR = DYNAMIC SHEAR RHEOMETER)Viscosímetro Rotacional (RV = ROTACIONAL VISCOMETER)Reometro de Flexión (BBR = BENDING BEAM RHEOMETER)Ensayo de Tracción Directa (DTT = DIRECT TENSIÓN TEST)

III. ANALISIS DEL TEMAIII. ANALISIS DEL TEMA

SISTEMA SUPERPAVE:SISTEMA SUPERPAVE:

El método SUPERPAVE está compuesto por tres niveles. Debido a

que el análisis y el diseño de una mezcla en el sistema SUPERPAVE

son complejos, la extensión del uso de esta metodología (según los

investigadores del SHRP) depende del nivel de tránsito y de la función

de la mezcla en el pavimento. La Tabla 1 especifica los distintos

niveles considerados para el análisis y diseño de las mezclas

asfálticas en caliente mediante la metodología SUPERPAVE.

TRANSITO

(ESAL)

NIVEL DE

DISEÑOREQUERIMIENTO DE ENSAYO

ESAL < 10^6Primer Nivel de

Análisis

Diseño Volumétrico

 

10^6 < ESAL <

10^7

Análisis

Intermedio

Diseño Volumétrico y pruebas de

predicción del comportamiento

10^7 < ESALAnálisis

Completo

Diseño Volumétrico y pruebas de

predicción del comportamiento

adicionales

Tabla 1: Niveles de Análisis Método SUPERPAVE

A. PRIMER NIVELA. PRIMER NIVEL

Este nivel requiere el diseño volumétrico, el cual involucra los Este nivel requiere el diseño volumétrico, el cual involucra los siguientes aspectos:siguientes aspectos:

-- Selección del tipo de asfaltoSelección del tipo de asfalto

-- Selección de las propiedades de los agregadosSelección de las propiedades de los agregados

-- Preparación de especímenes de ensayoPreparación de especímenes de ensayo

-- Selección del contenido de asfaltoSelección del contenido de asfalto

Esta actividad se basa en la estimación de las propiedades Esta actividad se basa en la estimación de las propiedades volumétricas de la mezcla: contenido de vacíos de la mezcla volumétricas de la mezcla: contenido de vacíos de la mezcla (Va), vacíos en el agregado mineral (VMA) y vacíos llenos de (Va), vacíos en el agregado mineral (VMA) y vacíos llenos de asfalto (VFA).asfalto (VFA).

B.B. NIVEL INTERMEDIONIVEL INTERMEDIO

Este nivel utiliza como punto inicial el análisis volumétrico del Este nivel utiliza como punto inicial el análisis volumétrico del nivel anterior. Los ensayos establecidos para el nivel nivel anterior. Los ensayos establecidos para el nivel intermedio de análisis son:intermedio de análisis son:

-- Ensayo de corte (SST, SUPERPAVE shear test)Ensayo de corte (SST, SUPERPAVE shear test)

-- Ensayo de tensión indirecta (IDT, indirect tensile test)Ensayo de tensión indirecta (IDT, indirect tensile test)

Utilizando equipos IDT y SST, son realizados varios ensayos Utilizando equipos IDT y SST, son realizados varios ensayos para lograr de esta manera una serie de predicciones del para lograr de esta manera una serie de predicciones del comportamiento de la mezcla.comportamiento de la mezcla.

C.C. NIVEL AVANZADONIVEL AVANZADO

Incluye la totalidad de los pasos realizados en los niveles Incluye la totalidad de los pasos realizados en los niveles anteriores, pero se realizan pruebas adicionales IDT y SST, a una anteriores, pero se realizan pruebas adicionales IDT y SST, a una amplia gama de temperaturas. Un completo análisis de la mezcla amplia gama de temperaturas. Un completo análisis de la mezcla utiliza especimenes confinados SST y ofrece un mayor y más utiliza especimenes confinados SST y ofrece un mayor y más confiable nivel de predicción del comportamiento de la misma.confiable nivel de predicción del comportamiento de la misma.

Utilizando la metodología SUPERPAVE, los resultados de los Utilizando la metodología SUPERPAVE, los resultados de los ensayos de comportamiento de las mezclas asfálticas permiten ensayos de comportamiento de las mezclas asfálticas permiten estimar con gran precisión el comportamiento del pavimento estimar con gran precisión el comportamiento del pavimento durante el transcurso de su vida útil, en términos de ejes durante el transcurso de su vida útil, en términos de ejes equivalentes (ESALs). De la misma manera, permite estimar la equivalentes (ESALs). De la misma manera, permite estimar la cantidad de ejes equivalentes para alcanzar cierto nivel de cantidad de ejes equivalentes para alcanzar cierto nivel de resistencia al desplazamiento, a grietas por fatiga o a grietas por resistencia al desplazamiento, a grietas por fatiga o a grietas por bajas temperaturas.bajas temperaturas.

A. ESTUDIO Y SELECCIÓN DE LOS MATERIALES

a.1.a.1. Asfaltos: Ensayos de LaboratorioAsfaltos: Ensayos de LaboratorioLas especificaciones SUPERPAVE se enfocan en simular por Las especificaciones SUPERPAVE se enfocan en simular por medio de ensayos de laboratorio los 3 estados críticos a los medio de ensayos de laboratorio los 3 estados críticos a los cuales se ve expuesto el asfalto durante su vida útil:cuales se ve expuesto el asfalto durante su vida útil:

•• Primer estado: Primer estado: asfalto original, estado que se da durante asfalto original, estado que se da durante el transporte, almacenamiento y manejo del ligante asfáltico.el transporte, almacenamiento y manejo del ligante asfáltico.

•• Segundo estado: Segundo estado: envejecimiento producido luego de la envejecimiento producido luego de la fabricación y colocación de la mezcla asfáltica.fabricación y colocación de la mezcla asfáltica.

•• Tercer estado: Tercer estado: envejecimiento de la mezcla asfáltica envejecimiento de la mezcla asfáltica cuando ha permanecido en servicio por un largo períodocuando ha permanecido en servicio por un largo período

Figura (a): Algoritmo de diseño SUPERPAVE

Las propiedades físicas de los asfaltos en el sistema SUPERPAVE son medidas sobre los asfaltos envejecidos en el laboratorio, simulando así las condiciones reales de operación del pavimento.La medición de las propiedades físicas se realiza mediante la utilización de 4 equipos de ensayo, cuyo propósito se detalla en la Tabla (b).

Tabla (b): Equipos para determinar Propiedades Físicas del Asfalto

a.2.a.2. Selección del Grado Asfáltico Selección del Grado AsfálticoUna parte importante del primer nivel de diseño SUPERPAVE son Una parte importante del primer nivel de diseño SUPERPAVE son las nuevas especificaciones para la selección de los ligantes las nuevas especificaciones para la selección de los ligantes asfálticos, definidas por su grado de comportamiento PG asfálticos, definidas por su grado de comportamiento PG (Performance Grade).(Performance Grade).

La nueva nomenclatura que define el grado de comportamiento La nueva nomenclatura que define el grado de comportamiento de los asfaltos es PG XX-YY, donde:de los asfaltos es PG XX-YY, donde:

-- PG = Performance GradePG = Performance Grade

-- XX = Temperatura Máxima (temperatura máxima a la cual XX = Temperatura Máxima (temperatura máxima a la cual el el asfalto debe mantener sus propiedades durante el asfalto debe mantener sus propiedades durante el servicio).servicio).

-- YY = Temperatura Mínima (temperatura mínima a la cual YY = Temperatura Mínima (temperatura mínima a la cual el asfalto debe mantener sus propiedades durante el servicio).el asfalto debe mantener sus propiedades durante el servicio).

Los asfaltos definidos en el método SUPERPAVE se muestran en la Los asfaltos definidos en el método SUPERPAVE se muestran en la Tabla (c). Al realizar un diseño, el grado de comportamiento de los Tabla (c). Al realizar un diseño, el grado de comportamiento de los asfaltos (PG) se selecciona considerando la región geográfica y las asfaltos (PG) se selecciona considerando la región geográfica y las temperaturas a las cuales estará sometido el pavimento (a partir temperaturas a las cuales estará sometido el pavimento (a partir de registros históricos de temperaturas del aire).de registros históricos de temperaturas del aire).

Tabla (c): Rangos para el grado PG

a.3.a.3. Agregados: Propiedades de Consenso Agregados: Propiedades de Consenso y Propiedades de Origeny Propiedades de Origen

El programa SHRP no desarrolló nuevos ensayos para los El programa SHRP no desarrolló nuevos ensayos para los

agregados, sin embargo, fueron adoptados ensayos agregados, sin embargo, fueron adoptados ensayos

adicionales y las especificaciones fueron reformuladas, con adicionales y las especificaciones fueron reformuladas, con

el objetivo de ajustarlas dentro del sistema SUPERPAVE. Es el objetivo de ajustarlas dentro del sistema SUPERPAVE. Es

así como fueron definidas dos tipos de propiedades de los así como fueron definidas dos tipos de propiedades de los

agregados: las propiedades de consenso y las de origen.agregados: las propiedades de consenso y las de origen.

- Propiedades de ConsensoPropiedades de Consenso

Son consideradas críticas para alcanzar un alto Son consideradas críticas para alcanzar un alto comportamiento de la mezcla. Se asocian a la calidad comportamiento de la mezcla. Se asocian a la calidad del agregado para producir una mezcla resistente y del agregado para producir una mezcla resistente y durable. Las propiedades de consenso (características durable. Las propiedades de consenso (características de los agregados que pueden ser alteradas en las de los agregados que pueden ser alteradas en las plantas de chancado y selección) son:plantas de chancado y selección) son:

•• Angularidad del agregado gruesoAngularidad del agregado grueso

•• Angularidad del agregado finoAngularidad del agregado fino

•• Partículas planas y alargadasPartículas planas y alargadas

•• Contenido de arcilla (equivalente de arena)Contenido de arcilla (equivalente de arena)

•• Granulometría combinadaGranulometría combinada

Estas propiedades deben reunir distintos niveles de calidad, los cuales dependen del nivel de tráfico (ejes equivalentes) y de la posición de la mezcla dentro de la estructura del pavimento.

-- Propiedades de OrigenPropiedades de Origen

Son aquellas propiedades asociadas a la calidad de la Son aquellas propiedades asociadas a la calidad de la fuente del agregado. Si bien SHRP no especifica valores fuente del agregado. Si bien SHRP no especifica valores críticos, estas propiedades deben ser especificadas de críticos, estas propiedades deben ser especificadas de acuerdo a la experiencia local.acuerdo a la experiencia local.

Las propiedades de origen, las cuales dependen del lugar Las propiedades de origen, las cuales dependen del lugar de obtención de los áridos, son:de obtención de los áridos, son:

•• Tenacidad o durezaTenacidad o dureza

•• DurabilidadDurabilidad

•• Materiales deletéreosMateriales deletéreos

a.4.a.4. Graduación de los AgregadosGraduación de los AgregadosLos investigadores del SHRP refinaron las especificaciones de Los investigadores del SHRP refinaron las especificaciones de graduación existentes y desarrollaron cartillas de graduación graduación existentes y desarrollaron cartillas de graduación basados en la ecuación de Fuller. Dicha ecuación representa basados en la ecuación de Fuller. Dicha ecuación representa las curvas de máxima densidad (y mínimo VMA) para cada las curvas de máxima densidad (y mínimo VMA) para cada tamaño de áridos.tamaño de áridos.

Producto de que utilizando la ecuación de Fuller se obtienen Producto de que utilizando la ecuación de Fuller se obtienen mezclas de fácil compactación, pero que tienden a ser muy mezclas de fácil compactación, pero que tienden a ser muy frágiles y a poseer pocos vacíos en el agregado, el sistema frágiles y a poseer pocos vacíos en el agregado, el sistema SUPERPAVE utiliza cartillas en las cuales se incluyen puntos de SUPERPAVE utiliza cartillas en las cuales se incluyen puntos de control y una zona restrictiva. En estas cartillas, el tamaño de control y una zona restrictiva. En estas cartillas, el tamaño de los tamices ha sido elevado a 0.45, por lo que la curva de los tamices ha sido elevado a 0.45, por lo que la curva de máxima densidad queda representada por una recta, la cual máxima densidad queda representada por una recta, la cual va desde el origen hasta el tamiz por el cual pasa el 100% deva desde el origen hasta el tamiz por el cual pasa el 100% de

los agregados (tamaño máximo).los agregados (tamaño máximo).

B. MEZCLAS ASFALTICASB. MEZCLAS ASFALTICAS

b.1.b.1. Acondicionamiento de la Mezcla y Compactación Acondicionamiento de la Mezcla y Compactación en Laboratorio.en Laboratorio.

Dos características claves del método de diseño SUPERPAVE Dos características claves del método de diseño SUPERPAVE son:son:

•• El acondicionamiento de la mezclaEl acondicionamiento de la mezcla

•• La compactación efectuada en laboratorioLa compactación efectuada en laboratorio

Las mezclas asfálticas que son utilizadas para fabricar Las mezclas asfálticas que son utilizadas para fabricar briquetas, son acondicionadas durante 2 horas dentro de un briquetas, son acondicionadas durante 2 horas dentro de un horno a la temperatura de compactación (las temperaturas de horno a la temperatura de compactación (las temperaturas de mezclado y compactación se determinan igual que en el método mezclado y compactación se determinan igual que en el método de diseño tradicional, en función de la viscosidad del asfalto).de diseño tradicional, en función de la viscosidad del asfalto).

b.2.b.2. Diseño SUPERPAVE: Etapa de PruebaDiseño SUPERPAVE: Etapa de Prueba

Se deben preparar distintas mezclas de prueba (utilizando Se deben preparar distintas mezclas de prueba (utilizando

diferentes mezclas de agregados) a las cuales, luego de diferentes mezclas de agregados) a las cuales, luego de

efectuada la compactación, se les determinan los parámetros efectuada la compactación, se les determinan los parámetros

volumétricos (porcentaje de asfalto Pb, porcentaje de vacíos volumétricos (porcentaje de asfalto Pb, porcentaje de vacíos

Va, vacíos del agregado mineral VMA y vacíos llenos con Va, vacíos del agregado mineral VMA y vacíos llenos con

asfalto VFA).asfalto VFA).

La premisa central del diseño volumétrico SUPERPAVE es que La premisa central del diseño volumétrico SUPERPAVE es que

las muestras de prueba deben contener la cantidad adecuada las muestras de prueba deben contener la cantidad adecuada

de cemento asfáltico, tal que se alcance exactamente un 96% de cemento asfáltico, tal que se alcance exactamente un 96%

de compactación respecto a la DMM (es decir, 4% de vacíos de compactación respecto a la DMM (es decir, 4% de vacíos

para NDIS).para NDIS).

Es por ello que se “estiman” nuevos parámetros volumétricos,

utilizando los inicialmente calculados, para el caso en que el contenido

de vacíos (Va) fuera exactamente 4%. Las fórmulas para realizar las

estimaciones son las siguientes:

 

-PbESTIMADO = PbINICIAL – 0.4*(4 – VaINICIAL)

-%VMAESTIMADO = %VMAINICIAL + C*(4 – VaINICIAL)

-%VFAESTIMADO =100*[(%VMAESTIMADO–4)/(%VMAESTIMADO)]

-C = 0.1 si VaINICIAL < 4%

-C = 0.2 si VaINICIAL > 4%

b.3.b.3. Diseño SUPERPAVE: Diseño DefinitivoDiseño SUPERPAVE: Diseño Definitivo

Seleccionada la estructura de agregados de diseño, deben ser Seleccionada la estructura de agregados de diseño, deben ser

preparados los siguientes especimenes:preparados los siguientes especimenes:

-- 2 con PbESTIMADO2 con PbESTIMADO

-- 2 con PbESTIMADO + 0.5%2 con PbESTIMADO + 0.5%

-- 2 con PbESTIMADO - 0.5%2 con PbESTIMADO - 0.5%

-- 2 con PbESTIMADO + 1.0%2 con PbESTIMADO + 1.0%

-- 2 especimenes sueltos con PbESTIMADO (para 2 especimenes sueltos con PbESTIMADO (para determinar densidad máxima)determinar densidad máxima)

Los especimenes son preparados y ensayados de la misma Los especimenes son preparados y ensayados de la misma manera que en el caso de la selección de la estructura de manera que en el caso de la selección de la estructura de agregados. Con los resultados de las propiedades de la mezcla agregados. Con los resultados de las propiedades de la mezcla en función del contenido de asfalto (confeccionados los en función del contenido de asfalto (confeccionados los gráficos) se procede de la siguiente manera:gráficos) se procede de la siguiente manera:-Determinar Pb con el cual se obtiene 4% de vacíos de aire Determinar Pb con el cual se obtiene 4% de vacíos de aire (Va)(Va)-Determinar las propiedades de la mezcla al contenido de Determinar las propiedades de la mezcla al contenido de asfalto seleccionadoasfalto seleccionado-Comparar las propiedades de la mezcla con los criterios de Comparar las propiedades de la mezcla con los criterios de diseño SUPERPAVE (AASHTO MP2-95)diseño SUPERPAVE (AASHTO MP2-95)-Evaluada la sensibilidad de la mezcla a la humedad, Evaluada la sensibilidad de la mezcla a la humedad, analizando la pérdida de adherencia entre el asfalto y el analizando la pérdida de adherencia entre el asfalto y el agregado por medio del ensayo ASSHTO T283.agregado por medio del ensayo ASSHTO T283.Con el paso anterior se concluye el diseño SUPERPAVE del nivel 1. Como se mencionó anteriormente en el presente artículo, si bien los niveles 2 y 3 han sido desarrollados, se encuentran aún en etapas de prueba y perfeccionamiento.

IV. PAVIMENTOS EN ZONAS DE IV. PAVIMENTOS EN ZONAS DE ALTURAALTURA

1. CARACTERISTICAS DE LAS ZONAS DE ALTURA1. CARACTERISTICAS DE LAS ZONAS DE ALTURA

1.1 Factores Metereologicos e Hidrologicos1.1 Factores Metereologicos e HidrologicosLas zonas de altura están sujetas durante el año a dos estaciones marcadamente definidas, la estación lluviosa o verano y la estación fría o invierno. La estación de lluvias suele presentarse entre los meses de Noviembre y Abril, llegando a acumularse una precipitación media mensual entre 400 y 600 mm, en los meses de mayor incidencia. La precipitación media anual característica suele estar entre 500 y 1500 mm. Entre los meses de Junio y Setiembre se produce la estación invernal o de “heladas”, en donde se producen temperaturas mínimas absolutas de hasta -20°C por las madrugadas, mientras que durante el día la temperatura ambiente media se eleva hasta los 20°C; el gradiente térmico, que es la diferencia entre la temperatura más alta y la más baja que se produce al interior de una capa asfáltica, en un determinado intervalo de tiempo, llega 3 hasta los 60°C en 8 horas. La radiación solar en las zonas de altura tiene una intensidad 4 a 5 veces mayor que la correspondiente al litoral. Mediciones efectuadas a 4,000 msnm, indican una radiación de 5.5 x 106 cal/m2/día.

1.2. Disponibilidad De Materiales1.2. Disponibilidad De MaterialesEn las zonas de altura no existen cauces de ríos explotables, o si existen, no tienen la suficiente cantidad de material de arrastre requerido para la construcción de los pavimentos. Por otro lado, los bancos rocosos existentes son generalmente de origen volcánico. Los agregados con que se cuenta para la fabricación de las mezclas asfálticas son de bajo peso específico y alta absorción de agua. El ángulo de fricción interna de los materiales es bajo, debido a la superficie pulida y aristas redondeadas de las partículas. Generalmente no se encuentran arenas de grano grueso y el contenido de polvo es excesivo.

1.3. Limitaciones Para La Provisión De 1.3. Limitaciones Para La Provisión De Cemento AsfálticoCemento Asfáltico

Esta es una situación particularmente importante y que es característica del Perú y Bolivia, y tiene que ver con la oferta limitada relacionada con el asfalto. El asfalto utilizado en el Perú procede de la única refinería que existe en el país, perteneciente a una empresa estatal, la cuál es favorecida con un virtual proteccionismo que impide la importación de otras alternativas. En el caso de Bolivia la situación es menos crítica, sin embargo, por cuestiones de transporte y de economía, se depende sólo de dos fuentes de aprovisionamiento, Perú y Chile.

Las limitaciones para la provisión de cemento asfáltico, de cuya calidad depende en gran parte el comportamiento de los pavimentos sujetos a condiciones extremas de clima, configuran también un problema que debe ser tomado en cuenta al momento de establecer las soluciones para el diseño de los pavimentos

2. PROBLEMAS QUE AFECTAN A LOS PAVIMENTOS EN 2. PROBLEMAS QUE AFECTAN A LOS PAVIMENTOS EN ZONAS DE ALTURAZONAS DE ALTURA

Las Temperaturas BajasLas Temperaturas Bajas El Gradiente TermicoEl Gradiente Termico La Radiacion SolarLa Radiacion Solar El agua SuperficialEl agua Superficial Suelos Finos con presencia de agua Suelos Finos con presencia de agua

subterraneasubterranea Disponibilidad de MaterialesDisponibilidad de Materiales

3. AVANCES LOGRADOS PARA LA SOLUCION DEL 3. AVANCES LOGRADOS PARA LA SOLUCION DEL PROBLEMAPROBLEMA

3.1 DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

3.1.1. Solución “todo-asfáltica”

La solución “todo asfáltica” para el diseño estructural del pavimento, se empleó por primera y única vez, para la construcción del tramo carretero San Mateo-Morococha, sector de la Carretera Central que atraviesa la Cordillera de Los Andes a una altitud de 4,818 m. Este diseño fue desarrollado en el marco del proyecto de Cooperación Técnica Perú-Finlandia, en el año 1991. El paquete estructural esta conformado por un geotextil separador sobre la subrasante, una base drenante granular de 0.15 m de espesor, una base asfáltica de 0.10 m de espesor, una carpeta asfáltica de 0.05 m de espesor y una carpeta de rodadura asfáltica de 0.05 m de espesor.

3.1.3 Solución con geotextil impermeabilizante

Ante la persistencia del fisuramiento térmico, a pesar del uso de una estructura “todo asfáltica” y la adopción de cuidados especiales para el diseño y la construcción del pavimento, la tendencia posterior fue la de elaborar una solución adoptando una posición mas realista, primero, buscando una solución más económica y, segundo, aceptando el fisuramiento como un hecho inevitable a costos razonables.

Esta nueva solución busca que obtener el efecto impermeabilizante observado en la solución “todo asfáltica” pero utilizando un material más económico. Considerando una solución flexible convencional, se busca que impermeabilizar las capas granulares y suelo de sub-rasante, mediante el uso de una membrana asfáltica (geotextil impregnado de asfalto) ubicada en la interfase base granular-carpeta de rodadura. De esa manera, producidos los fisuramientos en la capa de rodadura, el agua no penetra y la capacidad estructural del pavimento se mantiene inalterable.

 

3.1.3. Uso de asfaltos modificados

Sin embargo, considerando la tecnología actual respecto a la calificación del bitumen en función a su performance y la calidad de los materiales asfálticos disponibles para la construcción de los pavimentos, la solución al problema de los fisuramientos térmicos de las estructuras asfálticas, trabajando en climas fríos y zonas de altura, se encuentra en utilizar un ligante asfáltico modificado que permita obtener una mezcla capaz de mantenerse flexible y elástica a la temperatura más baja prevista para su vida en servicio, y con una mejor resistencia a la fatiga y al envejecimiento.

Para la elaboración de los diseños, se ha tomado en consideración el efecto beneficioso que se obtiene, al emplear un asfalto modificado, en la resistencia a la fatiga de la mezcla. Estudios efectuados en Brasil concluyen que puede considerarse en forma conservadora, un valor de 0.65/pulgada para el coeficiente estructural de una mezcla asfáltica modificada con 3% de polímero tipo SBS. Esta conclusión es sumamente importante, ya que significa que, el empleo de un polímero, además de incidir en la durabilidad de la obra, permite la obtención de una solución económica bastante más ventajosa.

3.2 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CARPETAS DE RODADURA

3.2.1. Recomendaciones para la selección de materiales

a. Con el Asfalto Virgen:·Punto de Inflamación (°C)·Ensayo con Reómetro de corte dinámico, G*/sin d (kPa)·Viscosidad Brookfield a 135°C (Pa.s)

b. Con el residuo después del Ensayo de Película Delgada en Horno Rotatorio: ·Pérdida de masa (%)·Ensayo con Reómetro de corte dinámico, G*/sin d (kPa)

c. Con el residuo después del ensayo de Envejecimiento a presión:

· Ensayo con Reómetro de corte dinámico, G*/sin d (kPa)· Ensayo con Reómetro de flexión, Stiffness (Mpa)· Ensayo con Reómetro de flexión, m Value

d. Grado de Performance del ligante (PG)

Los límites que se aplican para cada uno de los parámetros, corresponden a las especificaciones SUPERPAVE.

Para el caso de los agregados pétreos, se debe efectuar ensayos para evaluar la afinidad asfalto-agregado, tanto para la piedra como para la arena, utilizando el método de Revestimiento-Desprendimiento (ASTM D-1664) y Riedel-Weber (NLT-355/74).

No se debe utilizar, en lo posible, arena producto de trituración, a fin de no incrementar el Indice de Rigidez de la mezcla. De ser necesario el uso de arena de trituración, se deberá minimizar la cantidad empleada.

Tamaño

de

Abertura

Porcentaj

e Pasante

1/2" 100

3/8" 90-100

N° 4 60-80

N° 8 35-65

N° 50 6-25

N° 200 2-10

3.2.2. Criterios para la selección de la optima combinación de agregados

- Considerar un tamaño máximo de ½ pulgada, para lo cuál se recomienda utilizar la especificación 6 A del Instituto del Asfalto:

Abertura

(mm)Puntos de Control Zona Restringida

Mínimo Máximo Mínimo Máximo

12.5 100 - - -

9.5 90 100 - -

2.36 32 67 47.2 47.2

1.18 - - 31.6 37.6

0.6 - - 23.5 27.5

0.3 - - 18.7 18.7

0.075 2 10 - -

- Evitar que la granulometría de la combinación cruce por la zona restringida, recomendada por las especificaciones SUPERPAVE, haciendo pasar la curva por debajo de la línea de máxima densidad. La especificación SUPERPAVE para el tamaño máximo 12.5 mm es:

Los resultados que se buscan al seleccionar la combinación de Los resultados que se buscan al seleccionar la combinación de

agregados bajo estos criterios, son:agregados bajo estos criterios, son:

Contar con un esqueleto mineral fuerte que posibilite la Contar con un esqueleto mineral fuerte que posibilite la

compactación de la mezcla inmediatamente después de compactación de la mezcla inmediatamente después de

colocada, sin que se produzcan deformaciones y/o colocada, sin que se produzcan deformaciones y/o

fisuramientos de la masa asfáltica.fisuramientos de la masa asfáltica.

Contar con una gradación que permita minimizar la superficie Contar con una gradación que permita minimizar la superficie

específica de los agregados, incrementar el VMA, y, en específica de los agregados, incrementar el VMA, y, en

consecuencia, obtener un recubrimiento de las partículas de consecuencia, obtener un recubrimiento de las partículas de

espesor suficiente para garantizar la durabilidad de la mezcla.espesor suficiente para garantizar la durabilidad de la mezcla.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

La metodología SUPERPAVE proporciona un medio completo y La metodología SUPERPAVE proporciona un medio completo y muy amplio para diseñar mezclas con base en los muy amplio para diseñar mezclas con base en los requerimientos específicos de comportamiento definidos por el requerimientos específicos de comportamiento definidos por el transito, el clima y la selección estructural del pavimento en transito, el clima y la selección estructural del pavimento en una cierta localización.una cierta localización.

   Se facilita con este sistema, la selección y combinación de Se facilita con este sistema, la selección y combinación de

asfalto – agregado y, de ser necesario, de un aditivo, para asfalto – agregado y, de ser necesario, de un aditivo, para alcanzar el nivel requerido de comportamiento en el alcanzar el nivel requerido de comportamiento en el pavimento.pavimento.

   El diseñador deberá elegir la “estructura de agregados de El diseñador deberá elegir la “estructura de agregados de

diseño”, es decir, aquella mezcla de prueba que de mejor diseño”, es decir, aquella mezcla de prueba que de mejor forma cumpla con los requisitos señalados en la especificación forma cumpla con los requisitos señalados en la especificación AASHTO.AASHTO.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES Las mezclas asfálticas diseñadas por el método Superpave presenta Las mezclas asfálticas diseñadas por el método Superpave presenta

un muy buen desempeño durante su vida de servicio, garantizando un muy buen desempeño durante su vida de servicio, garantizando una carpeta durable; además de exhibir una buena resistencia a la una carpeta durable; además de exhibir una buena resistencia a la deformación permanente.deformación permanente.

En la actualidad, la metodología Superpave demuestra que ha En la actualidad, la metodología Superpave demuestra que ha avanzado mucho sobre aspectos tales como la selección del ligante avanzado mucho sobre aspectos tales como la selección del ligante asfáltico, la selección de la mezcla de agregados; y la asfáltico, la selección de la mezcla de agregados; y la compactabilidad de la mezcla. compactabilidad de la mezcla.

   La metodología Superpave, en sus inicios tomaba como factores La metodología Superpave, en sus inicios tomaba como factores

para la selección de la energía de compactación (número de giros), para la selección de la energía de compactación (número de giros), el nivel de tránsito (ESALs) y la temperatura. Recientes el nivel de tránsito (ESALs) y la temperatura. Recientes modificaciones al método, establecen que la elección del número de modificaciones al método, establecen que la elección del número de giros de diseño (Ndiseño) a la que se compactará la mezcla, va en giros de diseño (Ndiseño) a la que se compactará la mezcla, va en función del nivel del tránsitofunción del nivel del tránsito

GRACIASGRACIAS