CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER CAPÍTULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.1. Introducción. El "filler" empleado en mezclas asfálticas es un material finamente molido o pulverizado, cuyo tamaño corresponde a la fracción de material que pasa por el tamiz N° 200 (0,074 mm). El término "filler" proviene del inglés que significa "rellenador o llenante", debido a que inicialmente se consideraba a este material únicamente como un material de relleno de vacíos. Este concepto ha evolucionado y actualmente se considera al filler no simplemente como un material inerte rellenador de vacíos, sino que es también un material que al mezclarse íntimamente con el cemento asfáltico manifiesta cierta actividad que modifica algunas de sus propiedades. El filler mineral se obtiene mediante la trituración de la roca (chancado). En donde Normalmente se encuentra mezclado con otros tamaños de agregados, como los retenidos en los tamices: N°8, N°40, N°200, siguiendo un proceso de selección y análisis previo para ver la calidad de filler según la norma a utilizar. Sin embargo la aplicación de filler en el campo de la construcción, toma nuevos rumbos, adoptando materiales alternativos, producto de procesos industriales que hoy en día son comercializados, como ser Cemento Pórtland Puzolánico, Cemento Pórtland sin Puzolana, Cal y otro, que tiene relativamente un costo mayor, en comparación al que se obtiene por medio de trituración de rocas. Los fillers industriales son más utilizados en pavimentos como rellenador por falta de finos naturales. 5.2. El Filler en una mezcla Asfáltica. El rol del filler en una mezcla asfáltica es complejo; por un lado puede servir como material inerte para rellenar los huecos presentes en la mezcla de áridos, mientras que por otro, por su finura y características superficiales, se comporta como un material activo valorado a través de las propiedades físico-químicas del sistema filler/betún. A partir de estas consideraciones se establecen tres principales funciones del filler: - Llenante de la mezcla. - Modificador del comportamiento reológico y cohesivo del sistema filler/betún. - Estabilizador frente al agua. HIBERT AYALA RO JAS Página 48 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.2.1. El filler como llenante de la mezcla. Desde el punto de vista volumétrico, el filler se debe analizar considerando la curva de la mezcla asfáltica seleccionada y los límites impuestos a los Vacíos, Vacíos del Agregado Mineral y Relación Betún/Vacíos de Marshall. 5.2.1.1. Criterios de Estabilidad y vacíos en función de filler/ Betunes Asfálticos. A continuación damos cierto número de criterios publicados por el Instituto del Asfalto y que son de gran utilidad en el proyecto de mezcla: Estabilidad satisfactoria. - Contenido de Vacíos inferior al 3%. Reducir el porcentaje de filler o de asfalto o de ambos. Cambiar las proporciones de áridos gruesos y finos para producir un valor mayor de Huecos Áridos. - Contenido de Vacíos superior al 5%. Aumentar el porcentaje de filler o asfalto o ambos. Los áridos porosos, como algunas escorias o calizas, requieren el porcentaje de asfalto máximo especificado. Cambiar las proporciones de áridos finos y gruesos para producir un valor inferior de HA (Huecos Áridos). Estabilidad demasiado baja. - Contenido de Vacíos inferior al 3%. Aumentar el porcentaje de filler y reducir el porcentaje de asfalto. Aumentar el porcentaje de áridos gruesos. - Contenido de Vacíos mayor del 5%. Aumentar el porcentaje de fíller. Cambiar las proporciones de áridos finos y gruesos para producir un valor inferior de HA (Huecos Áridos). - Contenido de Vacíos entre 3 y 5%. Si el porcentaje de asfalto se halla próximo al límite superior, hay que incrementar el porcentaje de áridos gruesos y reducir el de asfalto. Si el porcentaje de asfalto está próximo al límite inferior, es probable que los áridos resulten inestables y puede ser necesario buscar áridos gruesos o finos de otro origen. Si los áridos gruesos son de roca buena, las dificultades provienen usualmente de los HIBERT AYALA RO JAS Página 49 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER áridos finos. Si los áridos gruesos son gravas sin machacar, la baja estabilidad puede deberse a ellos. En cualquier caso, antes de rechazar ninguno de los dos, deben prepararse y ensayarse mezclas de prueba, empleando los porcentajes máximo y mínimo de áridos gruesos permitidos por las especificaciones. Estabilidad demasiado alta. Alta estabilidad obtenida a densidad excesivamente alta y porcentaje de huecos muy bajo de los áridos compactados. Este tipo de alta estabilidad es indeseable, pues da lugar a firmes quebradizos en tiempo frío, con resistencia relativamente baja al agrietamiento y desintegración. Las mezclas de este tipo contienen a veces exceso de filler y de asfalto. Por consiguiente, la corrección adecuada consiste en disminuir la densidad de los áridos compactados, de forma que pueda emplearse el máximo porcentaje de asfalto sin llenar excesivamente los huecos. Esto se consigue usando menos áridos finos y fíller. 5.2.2. El filler modificador del comportamiento reológico y cohesivo del sistema filler/betún. Desde el punto de vista reológico y cohesivo, cuando el filler se dispersa en el asfalto genera un mastico que tiene mayor consistencia, viscosidad y tenacidad que el ligante original, disminuyendo su susceptibilidad térmica. De esta forma comprobamos mediante ensayos la Estabilidad, la Resistencia a la Tracción y al Desgaste y la Adhesividad Arido/Ligante, dependiendo de la cantidad de filler, la relación entre el peso del filler / peso del asfalto y del tipo de filler. En las mezclas bituminosas densas, por ejemplo en el concreto asfáltico, el agregado grueso y fino constituye una estructura granular, cuyos vacíos deben estar casi colmados con la dispersión fíllerasfalto. En este caso, las partículas de los agregados gruesos tienen puntos de contacto, pero el medio continuo está constituido por la mezcla fíller-asfalto, dicha mezcla, que se encuentra ocupando los vacíos del agregado pétreo, debe tener propiedades que la asemejen a los líquidos de muy alta viscosidad. Esa consistencia, que varía con la temperatura, disminuyendo al aumentar esta última, debe permitir que el medio continuo fíller-asfalto pueda conferir al conjunto una cierta capacidad de deformación sin rotura. Esta capacidad para lograr la deformación de la mezcla bituminosa sin que aparezcan fisuras, es una propiedad de suma importancia en las mezclas asfálticas, y de ella deriva la flexibilidad que imparte una adecuada adaptabilidad a la capa base de una estructura de pavimento. HIBERT AYALA RO JAS Página 50 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER Para que la dispersión fíller-asfalto, integrante del mortero de la mezcla asfáltica, pueda fluir, hacia los vacíos durante la compactación y mantenga además una adecuada flexibilidad sin fisuramiento, es necesario que dicha dispersión fíller-asfalto posea una elevada capacidad de deformación antes de alcanzar la rotura, la que es máxima cuando su carácter reológico corresponde a un líquido newtoniano y decrece a medida que aumenta su rigidez. La consistencia de la dispersión filler-Asfalto, de estrecha vinculación con la flexibilidad, está relacionada con la viscosidad del ligante, y a igualdad de este factor dependerá de la cantidad y características del filler mineral. La máxima flexibilidad en una mezcla asfáltica deberá encontrarse cuando la dispersión se deforma o fluye con fluir viscoso, es decir a bajas concentraciones de fíller; cuando esta concentración crece, el fluir dejará de ser newtoniano, para hacerse más o menos, plástico; y por último, la mínima flexibilidad en las mezclas se logrará cuando el medio continuo o dispersión filler - asfalto se comporta, en primera aproximación, como un sólido rígido. La aparición de fluir no newtoniano en la dispersión de filler-Asfalto, hace que éste escurra con dificultad hacia los vacíos, lo cual dificulta la compactación de la mezcla, aparte de que la pérdida de flexibilidad hace posible la aparición de fisuras en el pavimento. 5.2.3. El filler estabilizador frente al agua. Desde el punto de vista estabilizador frente al gua, el filler también puede presentar una acción estabilizadora de la mezcla asfáltica frente al agua, promoviendo mayores fuerzas de adhesión entre el mastico y el árido. Los fenómenos de adherencia se pueden considerar como del tipo mecánicos, físico-químicos. En la caracterización físico-química del filler, el factor más significativo es la intensidad de absorción, ésta depende del tipo de filler principalmente, sus características como la composición mineralógica, características estructurales, textura entre otras. 5.3. Características fundamentales del filler. 5.3.1 Finura del llenante. Una característica muy importante es la finura de un material que es determinante en la magnitud del área superficial que presenta cualquier material fragmentado. Cuanto más finamente dividido se halla un material presentará mayor superficie y como consecuencia mayor actividad la cual puede manifestarse de varias formas entre las cuales tenemos: actividad organofílica y actividad hidrofílica. HIBERT AYALA RO JAS Página 51 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.3.1.1. Actividad Organofílica. La actividad organofílica del fíller respecto al ligante se manifiesta por una modificación de las características reológicas del sistema fíller-cemento asfáltico especialmente la viscosidad del sistema. Depende principalmente de la naturaleza de este y de sus características de tamaño y finura manifestadas por una mayor o menor área superficial expuesta a la acción de la interfase fíller Betún, el efecto que produce en el ligante asfáltico se debe a las fuerzas de absorción producidas en esta interface que actúan sobre las moléculas del ligante, el efecto de estas fuerzas es efectiva hasta una cierta distancia siendo máxima en contacto con la superficie, disminuyendo a medida que se aleja de ella. Este efecto es equivalente a la formación de una película rigidizada de ligante alrededor de la partícula, y a partir de cierto tamaño el efecto de la actividad superficial predomina sobre el de la masa, originando que el fíller se disperse en el ligante, por lo que se produce un aumento anormal de la viscosidad debido a que el volumen real de la partícula es mayor que el propiamente mineral por efecto de la película absorbida. 5.3.1.2. Actividad Hidrofílica. La actividad hidrofílica del fíller se refiere a la preferencia que manifiesta este material por el agua, esta actividad es preponderante sobre la actividad organofílica y está totalmente relacionada con el buen comportamiento de la mezcla con relación a los agentes atmosféricos como ser el agua. Esta actividad se manifiesta en los minerales arcillosos de tal forma que la eliminación del agua de su superficie es casi imposible en las condiciones normales de trabajo. 5.4. Estabilidad Frente a Agentes Exteriores. El buen comportamiento frente a los agentes atmosféricos, especialmente el agua, se manifiesta por la mayor o menor actividad hidrofílica del fíller. El calor influye a la viscosidad, y todas las cargas externas que son de origen de Vehicular o peatonal. 5.5. Actividad superficial. La actividad superficial se ve reflejada en las propiedades físicas y químicas que la superficie de las partículas de fíller presentan y que están relacionadas con el fenómeno de absorción entre la fase viscosa y la fase sólida. Las propiedades químicas de la superficie de las partículas del fíller, son las que determinan la intensidad de la absorción y las propiedades físicas de las superficies como ser textura superficial, forma y superficie específica determinan la cantidad o magnitud de la absorción. HIBERT AYALA RO JAS Página 52 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.6. Principales ensayos para llenante minerales. En función a la normativa respecto del llenante mineral sobre mezclas asfálticas, se encuentra algunos ensayos con el fin de valorar sus propiedades como la actividad hidrofílica, forma, textura, granulometría y en consecuencia las propiedades que genera el mástico en las mezclas asfálticas. Con alguno de estos ensayos es suficiente para determinar si el llenante mineral es apto para ser utilizado y entre ellos se encuentran: 5.6.1. Valor de azul de metileno en agregados finos y llenantes minerales. El objetivo del ensayo es determinar la cantidad de material arcilloso u orgánico presente en la muestra fina mediante el empleo del azul de metileno. Se basa en la absorción que tienen las arcillas y el efecto decolorante sobre soluciones acuosas, siendo esto consecuencia de la actividad superficial físico-química de dichos materiales. 5.6.2. Concentración crítica de llenante mineral en mezclas de concreto asfáltico. El criterio de “concentración crítica” Cs, propuesto el año 1943 para limitar la cantidad de filler en la dosificación de las mezclas asfálticas. Su fundamento básico es que el filler queda disperso en la fase continua betún-asfaltico, el sistema conserva esencialmente el tipo de comportamiento reológico del asfalto hasta cierta concentración en volumen del filler. La Concentración crítica, puede ser establecida por un ensayo de sedimentación en kerosene. La cantidad de filler que corresponde al valor Cs, está relacionado con los espacios entre las partículas de arena en la mezcla compactada. Cantidades de filler superiores al valor Cs abren la estructura granular de la arena con la lógica pérdida de resistencia friccional. Este criterio aplicado a los filleres convencionales (calcáreo, cemento) lleva a porcentajes de filler concordantes con los establecidos por la experiencia; con “filleres” más activos como la cal hidratada, diatomeas, amianto, etc., lleva a porcentajes menores, los que muestra que el grado de fillerización adecuado depende de las características propias de cada filler, en particular de las formas de sus partículas dando por descontado que el filler reúne las condiciones de fineza que implica tal denominación. La fineza y forma de las partículas del filler junto con su concentración en volumen, determinan el cerrado de la mezcla y la consistencia del sistema ligante filler-betún; la naturaleza del filler influye marcadamente en la resistencia al agua de las mezclas de tipo superior, propiedad que afecta a la flexibilidad. En mezclas con asfalto convencional, los resultados obtenidos permiten suponer que el óptimo de fíller corresponde a la relación Cv/Cs=1,0 HIBERT AYALA RO JAS Página 53 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.7. Representación esquemática de la estructura del sistema filler-betún. La relación entre concentración crítica Cs y la concentración volumétrica Cv, se resume en el siguiente esquema: Cuadro 5.1. Sistema filler-betún Filler saturando Vacíos de Aire Betún asfáltico + Filler Vacios de aire I. II. III. IV. No es recomendable, ya que el comportamiento de la mezcla, debido a la dispersión fillerasfalto tiene características solido – rígidas. La figura II representa el sistema con el máximo grado de acomodación de las partículas de filler estando los espacios libres ocupados totalmente por el betún. En ella el betún forma una fase continua salvo la pequeña cantidad de aire incluido, las partículas de filler están en el grado máximo de acomodación. La figura I representa una reducción de betún, debido a la sobresaturación de filler (mayor área superficial); no se produce la correspondiente disminución del volumen total porque ya existe la estructura máxima entre las partículas; a la inversa se observa un aumento del radio medio de poros probablemente porque la reducción de betún hace más difícil la compactación. Necesariamente existe inclusión de aire y la fase dispersa tiende a ser cada vez más discontinua por la presencia de vacíos ocupados por aire Muy recomendable, las partículas se encuentran en el estado más suelto posible pero conservando contacto entre sí. Recomendable, en el estado III o IV el sistema filler-betún fluidifica por calentamiento y puede extenderse sobre otras superficies con única limitación geométrica de que el espesor de película estará limitado por el diámetro de las partículas de filler. HIBERT AYALA RO JAS Página 54 CAPITULO V CONSIDERACIONES GENERALES DEL FILLER 5.8. Sistema Filler - Asfalto en las Mezclas Densas Preparadas y Colocadas en Caliente. Para aplicar el criterio de la "concentración crítica" Cs mencionado a una mezcla asfáltica densa del tipo concreto es necesario concebir la estructura de la mezcla de la siguiente manera. - En el estado compactado existe una estructura granular esquelética formada por los agregados mayores (gruesos y finos) cuyos vacíos entre partículas están ocupados parcialmente por el sistema filler - Asfalto el resto son los vacíos de la mezcla ocupados por aire. Se comprende que el filler existente en los vacíos de la estructura granular actúa como recebo y la cantidad del mismo no debe perturbar la formación del esqueleto granular, en el caso contrario el exceso de filler abre al mismo. - En el estado suelto las partículas mayores están recubiertas de películas del sistema fillerAsfalto cuyo espesor máximo no puede lógicamente ser menor que el diámetro de la partículas del filler. HIBERT AYALA RO JAS Página 55
