Procedimiento para selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Horacio Delgado Alamilla Publicación Técnica No. 750 Querétaro, México 2023 ISSN 0188-7297 Esta investigación fue realizada en la Coordinación Infraestructura de vías terrestres del Instituto Mexicano del Transporte, por el Dr. Horacio Delgado Alamilla. Esta investigación es el producto final del proyecto de investigación interna II-17/21 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de una mezcla asfáltica. Tabla de Contenido Página Sinopsis ..................................................................................................................................................... vii Abstract.......................................................................................................................................................ix Introducción .............................................................................................................................................. 1 1. Selección de la estructura granulométrica .............................................................. 3 1.1 2. Criterios de base................................................................................................................... 3 1.1.1 Mallas estándar................................................................................................................. 3 1.1.2 Requisitos granulométricos ............................................................................... 4 1.1.3 Representación gráfica .......................................................................................... 5 1.1.4 Criterio de selección del Tamaño Nominal ..............................................7 1.1.5 Criterio de selección inicial de la granulometría................................10 Método Bailey ............................................................................................................................... 11 2.1 Principio del método ....................................................................................................... 11 2.2 Factores que definen el acomodo ........................................................................ 12 2.3 Acomodo del material pétreo .................................................................................. 13 2.4 Tipos de estructuras granulométricas ............................................................... 17 2.4.1 Mezcla fina ..................................................................................................................... 17 2.4.2 Mezcla gruesa ............................................................................................................. 17 2.4.3 Mezcla SMA ...................................................................................................................18 2.5 Peso volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS) .... 19 2.5.1 Criterio para granulometría fina .................................................................... 19 2.5.2 Criterio para granulometría gruesa............................................................20 2.5.3 Criterio para granulometría SMA ................................................................. 22 iii Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 2.6 Primer principio del método: definir que es material grueso y fino ………………………………………………………………………………………………………………………………….23 2.6.1 Redefinición del tamaño nominal ............................................................... 23 2.6.2 Malla de control primario (MCP) ...................................................................24 2.7 Segundo principio del método: índice de la fracción gruesa (índice FG) ………………………………………………………………………………………………………………………………….26 2.7.1 Procedimiento de cálculo ................................................................................. 26 2.7.2 Consideraciones del índice de la FG ..........................................................28 2.8 Tercer principio del método: índice de la fracción fina de la arena (índice FFa) ......................................................................................................................................... 29 2.8.1 Procedimiento de cálculo ................................................................................. 29 2.8.2 Consideraciones del índice de la FFa .........................................................30 2.9 Cuarto principio del método: índice de la fracción fina del filler (índice FFf) ..........................................................................................................................................30 3. 4. 2.9.1 Procedimiento de cálculo .................................................................................30 2.9.2 Consideraciones del índice de la FFf ........................................................... 31 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica...... 33 3.1 Cálculos previos ................................................................................................................. 33 3.2 Diseño de la granulometría ......................................................................................34 3.2.1 Selección de la granulometría del Banco 1 ........................................... 35 3.2.2 Selección de la granulometría del Banco 2 ...........................................41 Ejemplos de aplicación del Método Bailey ............................................................. 51 4.1 Influencia de la densidad del material pétreo.............................................. 51 4.2 Importancia de los índices en el desempeño de la mezcla asfáltica ………………………………………………………………………………………………………………………………….53 4.3 Influencia del TN de la granulometría de diseño ..................................... 60 4.3.1 Compresión axial cíclica .................................................................................... 64 4.3.2 Módulo dinámico..................................................................................................... 67 Conclusiones .........................................................................................................................................69 Bibliografía .............................................................................................................................................. 71 iv Tabla de contenido Anexo 1 Nomenclatura ................................................................................................................ 755 Anexo 2 Requerimientos para una mezcla de granulometría gruesa (95 – 105% FG PVSS) ................................................................................................................................... 777 v Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica vi Sinopsis En el presente estudio se describe la metodología Bailey para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica. Este método ayuda a entender algunos aspectos de la estructura general del material pétreo que no se consideran en el diseño actual, proporcionando un entendimiento de cómo los agregados se acomodan y así optimizar las características de la mezcla con las fracciones de agregados disponibles. La publicación tiene como finalidad evaluar la idoneidad de utilizar el método Bailey para la selección de la granulometría en México. Este método está basada en cuatro principios: Selección de fracción gruesa y fina, índice de la fracción gruesa, índice de la fracción fina (arenas) e índice de la fracción fina (filler). Se muestran ejemplos para demostrar la aplicación de la metodología bajo diferentes condiciones y se presentan resultados de desempeño y de propiedades mecánicas de dos mezclas asfálticas en las cuales se aplicó la metodología. vii Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica viii Abstract This study describes the Bailey methodology for the design of the asphalt mix grading. This method allows the understanding of some key points about the general structure of the aggregate, which are not considered in the current design, providing a good understanding of packing of the aggregates and thus optimizing the characteristics of the mix with the available aggregate fractions. The purpose of this document is to evaluate the applicability of using the Bailey method for the selection of grading in Mexico. This method considers four principles: Coarse and fine fraction selection, coarse aggregate ratio, fine aggregate ratio (sands) and fine aggregate ratio (filler). Some examples of the application of the methodology are illustrated. Finally, the behavior of two asphalt mixes (in which the methodogy was utilized) is evaluated through mechanical and performance tests. ix Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica x Introducción El diseño adecuado de una mezcla asfáltica depende de diferentes factores entre los cuales se pueden mencionar las características de los materiales, la estructura granulométrica y las propiedades volumétricas y de desempeño. En los últimos años han surgido diferentes metodologías para el diseño de mezclas asfálticas, como por ejemplo, la de Superpave y sus variantes como Superpave 5 o actualmente el diseño balanceado. Estas metodologías han aportado mejoras en cuanto a los procedimientos de densificación de la mezcla, reducción de tiempo en la ejecución del diseño volumétrico y sobre todo la incorporación de ensayos de desempeño. En México se han hecho modificaciones a las normas de selección de los materiales, lo que ha dado lugar a la actualización de la normativa de la SCT hoy SICT, en específico en los documentos N·CMT·4·04/17 y N·CMT·4·05·004/18, que incorporan nuevos ensayos para la caracterización del material pétreo y asfáltico mediante la metodología de Grado de desempeño PG. De igual forma se puede mencionar el protocolo AMAAC de 2008. En 2020, el Instituto Mexicano del Transporte publicó un manual de diseño de mezclas asfálticas densas en caliente en función del nivel de tránsito, el cual contempla las diferentes metodologías utilizadas en México. Los cambios anteriores han generado progresos en el diseño de la mezcla asfáltica, sin embargo, todos ellos parten del hecho que la estructura granulométrica ha sido seleccionada correctamente ya que el único criterio para este parámetro es el cumplimiento de los requisitos granulométricos en base al tamaño nominal de la mezcla asfáltica definido por la normativa de la SCT N·CMT·4·04/17 (Tabla 1). En este se tienen 5 opciones dependientes del tamaño nominal y de la combinación de fracciones que componen la granulometría de diseño. El único criterio definido en las metodologías es proponer tres diferentes granulometrías que cumplan con los requisitos granulométricos, sin embargo, en muchos casos ninguna de estas tres propuestas es adecuada. Por esto, deben proponerse criterios adicionales al requisito granulométrico para evaluar la calidad de la granulometría propuesta. 1 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica El presente estudio tiene como finalidad evaluar la idoneidad de utilizar el método Bailey para la selección de la granulometría en México. Este método contempla la selección de la granulometría basada en cuatro principios: Selección de fracción gruesa y fina, índice de la fracción gruesa, índice de la fracción fina (arenas) e índice de la fracción fina (filler). Esta metodología presenta diferentes procedimientos dependiendo del tipo granulometría (densa, fina o SMA). En este estudio solamente se contempla el diseño para mezclas gruesas con tamaños nominales de 12.5 mm y 19 mm, que son los comúnmente utilizados para mezclas asfálticas estructurales. 2 1. Selección de la estructura granulométrica 1.1 Criterios de base La selección de la estructura granulometría de la mezcla asfáltica considera diferentes análisis. Antes de considerar los detalles de los cálculos y criterios de selección, es conveniente establecer algunos puntos de referencia para el análisis. 1.1.1 Mallas estándar El primer paso en la determinación de la granulometría de diseño es realizar el análisis granulométrico de las fracciones que van a componer la mezcla de materiales. Este es un procedimiento estandarizado y de los más comunes a realizar en un laboratorio de ensayos. El ensayo consiste en la determinación de la distribución de tamaños de agregados finos y gruesos por medio de mallas de aberturas cuadradas. Las mallas deben ser seleccionadas de tal manera que se obtenga la información necesaria para comparar los resultados con las especificaciones existentes. En México generalmente se utilizan dos diferentes juegos de mallas para la ejecución de este ensayo; esto depende si se utiliza como referencia las normas ASTM o la normativa de la SCT (N.CMT.4.04/17). La Figura 1.1 muestra el juego de mallas utilizada en cada normativa. Como se observa en la Figura 1.1, la diferencia principal está en las mallas utilizadas para el material fino. Las mallas seleccionadas en la norma ASTM son las que comúnmente se utilizan en mezclas asfálticas, y las de la normativa de la SCT son utilizadas generalmente en análisis de suelos. Con ambos arreglos se logra obtener la información necesaria para un correcto análisis granulométrico y al ser similares las aberturas de las mallas, no hay una influencia en la representación gráfica de la granulometría. Sin embargo, cuando se trata de adoptar una metodología o procedimiento de análisis desarrollado en Estados Unidos, en donde se utilizan los criterios de la ASTM, los parámetros no aplican de forma directa por el cambio en las aberturas de las mallas. 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Figura 1.1 Mallas utilizadas para el análisis granulométrico para mezclas asfálticas 1.1.2 Requisitos granulométricos La granulometría del material pétreo que se utilice en la elaboración de la mezcla asfáltica de granulometría densa debe cumplir con las características establecidas en la normativa o especificación particular. En México generalmente se utilizan dos especificaciones para la selección de la granulometría de diseño, la definida en la normativa N.CMT.4.04/17 y la que establece la metodología Superpave. Estos requerimientos no son diferentes, dado que la base de la especificación es el método Superpave y los límites granulométricos de la normativa de la SICT solo fueron ajustados para que coincidieran con la gráfica utilizando mallas diferentes. Este ajuste es adecuado, ya que al haber más puntos de evaluación se tiene un mejor control de la estructura granulométrica. La Figura 1.2 muestra ambas especificaciones en una gráfica de Fuller para una mezcla con tamaño nominal de 19 mm (3/4”), en la que se puede observar la coincidencia de los requerimientos granulométricos 4 1 Selección de la estructura granulométrica Figura 1.2 Comparación de los límites granulométricos para un TN de 19 mm 1.1.3 Representación gráfica Después del análisis granulométrico se debe preparar una representación gráfica de los resultados. Para esto se utilizan generalmente dos tipos de representación gráfica, la semilogarítmica o la de Fuller. La primera es la más utilizada ya que es la representación asociada al diseño Marshall y la segunda es asociada a la metodología Superpave. La Figura 1.3 muestra las dos representaciones gráficas; en ambas, en el eje de las ordenadas está el porcentaje que pasa la malla. Para la gráfica semilogarítmica, en el eje de las abscisas está la abertura de la malla en escala logarítmica y en la gráfica de Fuller está la abertura de la malla en mm elevada a la potencia 0.45, adicionalmente, en esta representación se incluye la línea de máxima densidad (en adelante, LMD). Los puntos rojos son los límites granulométricos de la metodología y la línea amarilla una granulometría de referencia. Figura 1.3 Gráficas utilizadas para representar la granulometría 5 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Como se mencionó anteriormente, la gráfica de Fuller se asocia a la metodología Superpave aunque esta se mencionaba ya en el diseño Marshall. La Figura 1.4 se tomó del manual MS-2 MIX DESIGN METHODS for Asphalt concrete and others Hot-Mix types (sexta edición del Instituto del Asfalto de Estados Unidos), donde se muestra que para el método Marshall ya se consideraba esta gráfica, pero era opcional. Figura 1.4 Gráfica de Fuller (Manual de diseño MS-2) El uso de una representación u otra no afecta las características granulométricas que debe cumplir el material, simplemente son dos formas diferentes de representar los datos obtenidos en el ensayo de granulometría. Desde el punto de vista de interpretación de resultados, la gráfica de Fuller permite un análisis más rápido de las características de las granulometrías. La Figura 1.5 presenta una comparación de tres diferentes granulometrías en las dos representaciones gráficas, utilizando como límites granulométricos los definidos en la normativa N.CMT.4.04/17. En esta figura se observa que la gráfica de Fuller permite identificar de manera más rápida las características de las granulometrías: 6 Granulometría 1: Por encima de LMD, por lo cual se considera una mezcla fina Granulometría 2: Por debajo de la LMD, por lo cual se considera una mezcla gruesa Granulometría 3: Cercana a la LMD, por lo cual se considera densa 1 Selección de la estructura granulométrica Figura 1.5 Comparación de representaciones gráficas para la interpretación de las granulometrías 1.1.4 Criterio de selección del tamaño nominal (TN) Uno de los puntos importantes a definir antes de seleccionar la granulometría es elegir el TN de la mezcla de materiales. Para esto, una de las opciones es la mencionada en el Reporte 673 de la NCHRP (Tabla 1.1). En este reporte se propone seleccionar el tipo de mezclas y su TN en función del nivel de tránsito al que va a estar sometido el pavimento y del tipo de capa en la estructura del pavimento. Se observa que en general se proponen mezclas densas y para el caso de carpetas estructurales contempla TN de 12.5 a 25 mm. Aunque esta tabla puede ser un punto de partida para la selección del TM de la mezcla, no presenta un criterio para la selección y tampoco contempla aspectos como el espesor de la capa asfáltica a diseñar. Tabla 1.1 Consideraciones de selección del tipo de mezcla asfáltica Nivel Tránsito ESAL x106 Capa rodadura Estructural Bases Mezcla TN (mm) Mezcla TN (mm) Mezcla TN (mm) <0.3 Densa 4.75, 9.5 Densa 12.5, 19.0 Densa 19.0, 25.0, 37.5 0.3 a < 3 Densa 4.75, 9.5 Densa 12.5, 19.0 Densa 19.0, 25.0, 37.5 3 a < 10 Densa 4.75, 12.5 Densa 12.5, 19.0 Densa 19.0, 25.0, 37.5 10 a < 30 Densa(1,2), SMA 9.5, 12.5 Densa 19.0, 25.0 Densa 19.0, 25.0, 37.5 ≥ 30 Densa(1,2), SMA 9.5, 12.5 Densa 19.0, 25.0 Densa 19.0, 25.0, 37.5 Nota 1: Considerar incrementar el VMA de diseño en 1% Nota 2: Deberá incluir capa de rodadura en pavimentos con velocidades de operación altas Una recomendación más específica se presenta en el reporte 531 de la NCHRP, el cual realiza un estudio de la relación del espesor de la capa 7 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica compactada en función del tamaño nominal de la mezcla asfáltica colocada. El estudio evalúa tres diferentes tipos de mezclas asfálticas (gruesas, densas y finas) fijando el tamaño nominal de la mezcla asfáltica y variando los espesores de la carpeta compactada. El objetivo fue evaluar la influencia de la relación espesor/TN en el porcentaje de vacíos de aire de la carpeta compacta. Las Figuras 1.6 y 1.7 son dos gráficas presentadas en el reporte 531 de la NCHRP , en donde se puede observar que si la relación espesor/TN es muy baja no se puede lograr el porcentaje de vacíos objetivo del estudio (Va = 7%). Las relaciones necesarias para el cumplimiento de mezclas densas y gruesas es similar y para mezclas finas es ligeramente inferior. Figura 1.6 Influencia de la relación espesor/TN en el porcentaje de vacíos de aire para una mezcla asfáltica de TN de 9.5 mm 8 1 Selección de la estructura granulométrica Figura 1.7 Influencia de la relación espesor/TN en el porcentaje de vacíos de aire para una mezcla asfáltica de TN de 19.0 mm Una de las conclusiones del estudio es el resumen de la Tabla 1.2, en donde se presentan relaciones mínimas y máximas de espesor de la capa a compactar en función del tamaño nominal de la mezcla asfáltica. Si no se cumple la relación mínima no hay suficiente espacio para el correcto acomodo del material durante la compactación y difícilmente se va a poder lograr el porcentaje de vacíos objetivo. Cuando se supera la relación máxima, el tamaño de partícula es muy pequeño con respecto al volumen a compactar, lo que crea inestabilidad al momento de la compactación Tabla 1.2 Relaciones espesor/TN recomendadas por tipo de mezcla asfáltica Tipo de mezcla Relación mínima espesor/TN Relación máxima espesor/TN Gruesas, SMA 4 8 Finas 3 6 Micro carpeta 4 8 El estudio deja claro que la correcta determinación del tamaño nominal de la mezcla asfáltica debe ser una función del espesor de la capa asfáltica definida en el proyecto o diseño estructural del pavimento. 9 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 1.1.5 Criterio de selección inicial de la granulometría Los puntos anteriores dan idea de los requerimientos que debe cumplir la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica. Sin embargo, no proporciona un punto de partida para la selección de esta estructura. Lo que indica la mayoría de las metodologías de diseño de mezclas asfálticas es que se revisen las fracciones del banco y la especificación del proyecto, con el objetivo de proponer tres diferentes granulometrías, seleccionando la más adecuada después de una evaluación de las propiedades volumétricas iniciales. No obstante, este proceso requiere de una mínima experiencia del diseñador, ya que estas granulometrías son generalmente muy diferentes y por consecuencia tienen características muy diferentes en campo a pesar de tener propiedades volumétricas similares o muy diferentes. Por lo cual siempre surge la pregunta: Sin experiencia o sin un diseño de referencia, ¿cómo hace un diseñador para encontrar un punto de partida para seleccionar la granulometría de diseño? Como diseñadores de mezclas asfálticas, es necesario “minimizar” el tiempo requerido para realizar un diseño aceptable, al igual que el “riesgo” en cuestiones de producción, colocación y desempeño, especialmente porque hay criterios granulométricos que se deben cumplir. Entonces, la pregunta fundamental es: ¿Hay una forma “sistemática” para encontrar un punto de partida para la granulometría de diseño? En los capítulos siguientes, se explica el Método Bailey con el objetivo de definir esta forma “sistemática” de seleccionar la granulometría de diseño. 10 2. Método Bailey 2.1 Principio del método El método Bailey es una herramienta para el diseño y control de la granulometría de una mezcla asfáltica. Este fue desarrollado por Robert D. Bailey a principios de 1980. El método ayuda a entender algunos puntos sobre la estructura general de la mezcla asfáltica que no se consideran en el diseño actual, proporcionando un buen entendimiento de cómo los agregados se acomodan y cómo determinar cuál fracción (gruesa o fina) controla la estructura general de la mezcla y cómo determinar qué tipo de mezcla debe ser utilizada en una situación en particular y cómo ajustarla de manera apropiada en la combinación de fracciones (en laboratorio o en campo) para optimizar las características de la mezcla con las fracciones de agregados disponibles. El objetivo principal del método es seleccionar el mejor acomodo del material pétreo. El método está basado en cuatro principios. Principio #1: Determinar la malla que divide la parte gruesa y fina, en conjunto con el volumen de cada uno. Con esto, se puede determinar qué parte genera vacíos y cuál los rellena, al igual que determinar cuál de las fracciones (gruesa o fina) controla la granulometría. Los otros tres principios evalúan otras proporciones de la granulometría de diseño. Principio #2: Evaluación de la fracción gruesa y cómo son distribuidas las partículas, que relaciona el acomodo de la fracción gruesa y por ende cómo influye en el acomodo de la fracción fina. Principio #3: Evaluación del acomodo de toda la fracción fina en la mezcla de agregados (Arenas). Principio #4: Evaluación del acomodo de la parte más fina de la fracción fina (Filler). 11 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Cada principio juega un rol específico en el acomodo del agregado o VAM. A continuación, también se discute cómo relacionar estos principios a la compactabilidad y susceptibilidad a la segregación en campo, y cómo utilizarlos para estimar un cambio previsible en el VAM o Va de una muestra de diseño a otra. La Figura 2.1 muestra una representación gráfica de una mezcla de granulometría gruesa identificando dónde aplican cada uno de los cuatro principios del método Bailey, la cual fue presentada en el Curso del Asphalt Institute “Bailey Method (Achieving Volumetrics and HMA Compactibility). Figura 2.1 Representación gráfica de los principios del método Bailey en una mezcla gruesa 2.2 Factores que definen el acomodo Una de las bases de la metodología es seleccionar la granulometría de diseño en base al acomodo del material pétreo. Por esto, es importante definir cuáles son los factores que definen el acomodo. Sin duda, la granulometría del material pétreo es el factor dominante en el acomodo del material. Sin embargo, la pregunta es si este factor es el único que determina el acomodo del material. Esto se puede establecer en un ejemplo sencillo. 12 2 Método Bailey Supongamos que tenemos dos materiales, el material 1 que es un basalto 100% triturado y el material 2 que es un agregado de río sin trituración. Si los dosificamos de tal forma que ambos materiales tuvieran la misma granulometría, la pregunta es: ¿tendrían el mismo acomodo al momento de compactarlos? Evidentemente, el acomodo de estos materiales sería diferente, con lo cual se puede establecer que la granulometría no es el único factor que define el acomodo del material pétreo. Entonces ¿qué otros factores debemos considerar? Algunos son los que a continuación se indican: Tipo y cantidad de esfuerzo de compactación: 50 golpes con Marshall orientan las partículas de manera diferentes que 100 giros en un compactador giratorio. Forma de la partícula: partículas cúbicas tienden a acomodarse mejor que partículas planas y alargadas. Textura: partículas lisas se acomodan más fácilmente que partículas con superficie rugosa (i.e. microtextura). Resistencia a esfuerzos de compactación: agregados con diferentes resistencias se acomodan de forma diferentes debido a que se pueden degradar o romper más que otros por los esfuerzos de compactación, como es el caso de los materiales calizos. La importancia de estos factores adicionales depende de varias cosas, como son las características de la mezcla asfáltica, las características de tránsito (cargas) al cual será sometido el pavimento, la posición de la capa asfáltica en la estructura del pavimento, etc. 2.3 Acomodo del material pétreo Los factores que definen el acomodo del material, mencionados en el punto anterior, se evalúan en diferentes ensayos durante la caracterización del material pétreo. Sin embargo, estos ensayos se realizan de forma individual y aunque existen especificaciones para establecer si el material cumple la propiedad evaluada, estos resultados no pueden asociarse al acomodo del material. Para definir cómo se evaluará el material pétreo, se tiene que tomar en cuenta que la metodología realiza el diseño del acomodo del material en base a su “volumen”. Con respecto a este punto, siempre surge la duda de porqué diseñar y evaluar una mezcla de agregados por volumen, si en el laboratorio y en planta la combinación de materiales se hace en masa. Para entender de mejor manera el acomodo, se debe entender que se quiere controlar el volumen de la fracción gruesa y fina de acuerdo con el 13 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica tipo de mezcla que se vaya a diseñar. Por esto, para obtener la granulometría de diseño se debe evaluar cada fracción individual por volumen. Pero la pregunta sigue siendo ¿Cómo evaluar una fracción individual por volumen si los ensayos de caracterización del material pétreo no proporcionan este valor?. La respuesta es, realizando el ensayo de peso volumétrico de acuerdo con la norma ASTM C29 o AASHTO T19, ya que en estos ensayos las características del material pétreo son considerados en el acomodo, además de que se puede determinar el volumen de sólidos y el volumen de vacíos en un estado de compactación dado. Esta evaluación se debe de realizar en sus dos condiciones (suelta y compacta) para cada una de las fracciones que se utilicen para componer la granulometría de diseño. El valor de peso volumétrico será la referencia para el tipo de granulometría a diseñar. Ya que el volumen de la FG se define como un porcentaje del PVSS de la fracción gruesa de la mezcla de materiales. Estos diferentes acomodos del material pétreo en función del volumen de la FG generarán diferentes porcentajes de vacíos en la estructura general de la mezcla, lo que significa que controlarán uno de los parámetros volumétricos fundamentales de la mezcla asfáltica, los vacíos en el Agregado Mineral (VAM). El VAM es un parámetro clave en la volumetría de la mezcla asfáltica, porque en es uno de los parámetros que controlan el porcentaje de asfalto de la mezcla asfáltica. Hay que tener claro que este parámetro indica el espacio disponible que será ocupado por el volumen de vacíos de aire y el volumen de asfalto efectivo (ver Figura 2.2). Figura 2.2 Volumetría y cálculo de los vacíos en el agregado mineral (VAM) Para entender de mejor forma lo que representa este parámetro, suponga que se elabora una probeta de mezcla asfáltica que estará compuesta de 14 2 Método Bailey 3 diferentes volúmenes (volumen del material pétreo, volumen del material asfáltico y volumen de aire) (ver Figura 2.3 a). Si se pudiera quitar todo el asfalto y solo dejar el material pétreo, el espacio o vacío que se tendría disponible entre la estructura granular sería el volumen del VAM (ver espacios amarillos de la Figura 2.3 b). a) b ) Figura 2.3 Representación gráfica de los vacíos en el agregado Mineral (VAM) El problema principal de este parámetro es que en las especificaciones existe un valor mínimo que se debe cumplir, pero no un valor máximo y se cree que no existe ningún inconveniente por tener valores altos de VAM en un diseño volumétrico. Sin embargo, este parámetro es uno de los que controla el porcentaje de asfalto que va a contener la mezcla asfáltica. Para ejemplificar esta problemática se utiliza la Figura 2.4. En el esquema de la izquierda se presenta una mezcla con un valor de VAM en su límite inferior (13%); para este valor se obtiene un porcentaje de vacíos de aire de 4% y porcentaje de asfalto de 5.3% y de asfalto efectivo de 3.8%, lo que parecen datos congruentes con una mezcla densa. En el esquema de la derecha se decidió no controlar el valor del VAM y seleccionar una estructura granulométrica con un VAM alto (17%). Al no haber un requerimiento superior para este parámetro se podría pensar que no debe haber ningún problema. Como se mencionó en la definición inicial, el VAM es el espacio disponible que será ocupado por el volumen de vacíos de aire y el volumen de asfalto efectivo, pero hay que recordar que los requerimientos volumétricos de una mezcla asfáltica indican que el porcentaje de vacíos de aire se debe de mantener en 4%, por lo que al aumentar el VAM, el espacio disponible para el asfalto efectivo aumenta. Al calcular nuevamente las propiedades volumétricas, ahora se tiene que la mezcla tiene porcentaje de asfalto de 7.1% y de asfalto efectivo de 5.6%. El hecho 15 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica de no controlar el valor del VAM ha significado un aumento de 1.8% en el contenido de asfalto. b ) Figura 2.4 Influencia del VAM en el contenido de asfalto. Referencias de cálculo; a) Gsb=2.654, Gse=2.767, Va=4%, VAM=13 y 17% Este ejemplo demuestra que tener estructuras granulométricas con un mal acomodo que generan altos porcentajes de VAM, tendrán como uno de sus primeros efectos el aumento del contenido de asfalto. De ahí la importancia de diseñar la estructura granulométrica en base al acomodo en función del volumen. La norma AASHTO M323 indica que mezclas que exceden el valor mínimo de VAM en más de 2%, son susceptibles exudación y presentar roderas. La Figura 2.5 presenta la relación que existe entre el volumen de la FG de cada tipo de granulometría y los vacíos en el agregado mineral VAM. De igual forma se muestran los diferentes rangos de volumen de FG por tipo de mezcla. Figura 2.5 Relación del volumen de la FG con el VAM para diferentes tipos de granulometrías (Curso Bailey Method del Asphalt Institute) 16 2 Método Bailey 2.4 Tipos de estructuras granulométricas Los tres tipos principales de granulometrías que se utilizan en mezclas asfálticas estructurales son: fina, gruesa y SMA (Stone Matrix Asphalt). En base a sus características se puede determinar cuál de las fracciones (gruesa o fina) controla la granulometría. 2.4.1 Mezcla fina El método Superpave define a una mezcla como fina cuando la granulometría se encuentra por encima de la línea a de máxima densidad. Desde el punto de vista del Método Bailey, una granulometría fina es una mezcla densa que tiene un volumen de FG inferior al del PVSS de la FG, lo que significa que el material grueso está disperso y flotando en la fracción fina (poco o nulo contacto partícula-partícula de la FG) (Figura 2.6). El punto principal por entender con este tipo de mezclas es que la carga es soportada principalmente por la fracción fina. Por lo tanto, el soporte de la fracción fina es muy importante y básicamente está en función de la granulometría, forma, textura y resistencia. Figura 2.6 Estructura granular de una Mezcla fina 2.4.2 Mezcla gruesa El método Superpave define a una mezcla como gruesa si se encuentra por debajo de la línea a de máxima densidad y generalmente se asume que existe un cierto grado de trabazón de la FG (contacto entre partículas). Desde el punto de viste del Método Bailey, una granulometría gruesa es una mezcla densa la cual tiene un volumen de FG igual o mayor al del PVSS de la FG, lo que representa el inicio de la trabazón de la FG (existe contacto partícula-partícula de la FG). En la estructura general de la mezcla, la fracción gruesa tiene como función principal el soporte de las cargas (Figura 2.7). 17 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Figura 2.7 Estructura granular de una Mezcla gruesa En este caso, el soporte de las cargas se comparte entre la fracción gruesa y fina. Las propiedades de la fracción gruesa se vuelven más importantes, mientras que las propiedades de la fracción fina siguen siendo importantes, pero juegan un rol menor comparado con una granulometría fina. 2.4.3 Mezcla SMA Una mezcla de tipo SMA, es una mezcla discontinua que tiene un volumen de FG mayor que el PVSS y utiliza la estructura de la fracción gruesa para soportar la carga. Esta cuenta un mayor grado de trabazón de la FG de la que se obtiene en una mezcla gruesa (contacto considerable partículapartícula de la FG). En este caso, el soporte de la fracción gruesa es muy importante y las propiedades de la fracción fina no juegan un rol importante en el soporte de las cargas. La trabazón de la FG se define como el contacto partícula-partícula de la fracción gruesa, la cual forma la estructura de la FG y sirve como mecanismo primario de soporte de la carga que es transmitida a la mezcla). Figura 2.8 . Estructura granular de una Mezcla SMA 18 2 Método Bailey 2.5 Peso volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS) Para cada una de las granulometrías se tendrá un rango del volumen de la FG. A este se le denominará Peso Volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS). Para las mezclas finas se tendrá un rango de 60 a 85%, de 95% a 105% para las gruesas y de 110% a 125% para las mezclas de tipo SMA. La Figura 2.9 presenta un esquema de los rangos de volumen de la FG para los tres tipos de granulometrías. Figura 2.9 Representación de volúmenes de FG por tipo de mezcla Los valores de referencia de Peso volumétrico (PV) de la fracción gruesa seleccionada (PVFGS) a utilizar en el cálculo son presentados en la Tabla 2.1. Tabla 2.1 Valor de PV de referencia para el PVFGS Granulometría PVFGS de la FG PVFGS de la FF Fina Gruesa SMA PVSS PVSS PVSC PVSC PVSC PVSS 2.5.1 Criterio para granulometría fina En una mezcla de granulometría fina, se diseña con un volumen de la fracción fina que excede los vacíos del PVSS de la FG. Además de utilizar un PVFGS menor que el PVSS de la FG. Esto significa que las partículas gruesas en general están flotando en la fracción fina, llenando vacíos. 19 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica El PVFGS en general deberá ser ≤ 85% PVSS de la FG para asegurar de manera razonable que la fracción fina está en control de toda la estructura. Los criterios para tomar en cuenta son los siguientes: Hay que evitar mezclas con PVSS de la FG > 85%. Estas pueden variar el efecto de trabazón de la FG durante la producción debido a las variaciones de la granulometría que se tienen en planta. Un PVFGS de 85% es generalmente cercano a la línea de máxima densidad en la MCP; es más fácil de compactar y da como resultado valor de VAM menores. Lo ideal es tener una granulometría que esté alejada y por encima de la línea de máxima densidad. Por lo tanto, las mezclas finas generalmente son diseñadas para PVSS de la FG < 85%. Disminuyendo el PVFGS, incrementa el volumen de finos y disminuye el volumen de gruesos lo que significa que se reemplazan las partículas gruesas con un gran número de partículas finas que tienen vacíos entre ellas. Esto hace que se incremente el VAM, siempre y cuando las características de la fracción fina se mantengan iguales. Si el valor del PVFGS se acerca al 60% del PVSS de la FG, la mezcla en general se vuelve más fina e incrementa el VAM. Sin embargo, hay que tener cuidado ya que el TN puede disminuir a un valor más bajo y desajustar el diseño. Para Incrementar el VAM en una mezcla fina cambiando la MCP, se requiere un incremento del porcentaje del material que pasa la MCP (disminuyendo el PVFGS). El VAM también se incrementa simplemente con tener un incremento en el número de partículas a orientar durante el proceso de compactación. Una regla básica: un cambio de 6% en MCP 1% en el VAM, en un rango de 5 – 7%. 2.5.2 Criterio para granulometría gruesa Se recomienda comenzar una mezcla gruesa con un 100% PVSS de la FG para asegurar una mínima cantidad de trabazón de la FG. Los criterios a tomar en cuenta son los siguientes: 20 Un PVFGS de ~ 95% del PVSS de la FG es generalmente cercano a la línea de máxima densidad en la MCP, más fácil de compactar y generará valores de VAM bajos. Hay que evitar mezclas con PVSS de FG < 95%. Esta puede variar la trabazón de la FG del material durante la producción debido a las variaciones de la granulometría en planta. 2 Método Bailey Un PVFGS<100% permite que la fracción fina sea más fácil de compactar, ya que no se requerirá esfuerzo de compactación para la FG. Por lo tanto, la energía de compactación se deberá concentrar en la fracción fina. Incrementar el PVFGS, incrementa el VAM, mediante el incremento del grado de trabazón de la FG. Sin embargo, el volumen del fino disminuye; el incremento de la trabazón de la FG disminuye la compactación lograda por la fracción fina. Algunas mezclas requieren un PVFGS > 100% del PVSS de la FG. Cuando el PVFGS incrementa, la estructura de la FG se vuelve muy difícil de compactar. Problemas de compactación de campo se presentan cuando el PVFGS es mayor a 105% del PVSS de la FG. El espesor de la carpeta afecta directamente la orientación de las partículas que se logra durante la colocación y compactación en campo. Cuando el PVFGS aumenta, el volumen de gruesos aumenta. Por lo tanto, la mezcla de materiales se vuelve gruesa y el esfuerzo requerido para orientar y compactar las partículas de la FG se incrementa. Entonces, el espesor de la carpeta se vuelve más importante en mezclas gruesas. En lugar de aumentar el PVFGS > 105% PVSS de la FG para cumplir con los requerimientos de las propiedades volumétricas, hay que considerar incrementar el VAM y minimizar los problemas de compactación de campo mediante el cambio de las características de acomodo de la fracción fina. Esto se puede lograr utilizando más arena producto de trituración y menos arena natural. Otra opción es reducir la cantidad de polvo, pero es importante tener la rigidez correcta del mortero (Proporción de Polvo = P200/Pb efectivo) Para mezclas gruesas, el punto es mantener el PVFGS lo más cerca posible al 100% PVSS de la FG para lograr la mejor compactación en campo e incrementar el VAM como sea requerido modificando las características de acomodo de la fracción fina. Para Incrementar el VAM en una mezcla gruesa cambiando la MCP se requiere disminuir el porcentaje que pasa la MCP (incrementando el PVFGS). La regla básica: un cambio de 4% en la MCP 1% en VAM, dentro de un rango de 3 – 5%. Este valor es menor al utilizado en mezclas finas. Mezclas gruesas son más sensibles a cambios en la MCP, ya que esta influye en el grado de compactación tanto de la fracción fina como gruesa. 21 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 2.5.3 Criterio para granulometría SMA En muchas ocasiones mezclas SMA son más fáciles de compactar en el campo que la mayoría de las mezclas densas, debido al mínimo volumen de FF (alto PVFGS) que interfiere menos en la compactación del grueso y que además es menos resistente a la compactación (menos arena triturada y más filler mineral). Para asegurar la estructura del FG se sugiere iniciar con 118% PVSS de la FG. Los criterios para tomar en cuenta son los siguientes: 22 Un valor más bajo de PVFGS (cerca de 110% PVSC de la FG) da como resultado un acomodo más denso y un VAM menor. Por lo tanto, si se quiere tener suficiente VAM con un volumen alto de FF, la FF sería menos susceptible a la compactación, lo cual puede disminuir la compactación en campo requiriendo aplicar más energía de compactación. Incrementar el PVFGS, Incrementa el VAM, porque se incrementa el grado trabazón de la FG. Aunque el volumen de finos disminuye, el incremento de la trabazón de la FG disminuye la compactación lograda en la fracción fina (mastico). El efecto de incrementar el PVFGS en la compactación en campo puede variar dependiendo de las características del mastico. La mezcla SMA se debe ver como un Open Graded, en donde la compactación consiste en el asentamiento de la FG. Un SMA tiene una estructura de gruesos similar, pero con suficiente mastico para rellenar la mayoría de los vacíos de la FG. Las mezclas SMA diseñadas con altos valores de PVFGS generalmente utilizan más mastico fino (MF) y menos FF, entonces el mastico es más compactable, e interfiere menos con la compactación de las partículas de la FG. De cualquier forma, un valor de PVFGS muy alto, incrementa la posibilidad de degradación de la FG. El espesor de la capeta es importante para permitir la orientación de las partículas gruesas durante la compactación en campo de un SMA. En general las mezclas SMA se orientan más fácilmente en comparación de las mezclas gruesas; se recomienda mantener una relación mínima de 4 x TN. Incrementar el VAM en un SMA con un cambio en la MCP se logra disminuyendo el porcentaje que pasa la MCP (Incrementando el 2 Método Bailey PVFGS). La regla básica: un cambio de 2% en MCP 1% en VAM, en un rango de 1 – 3%. Este valor es la mitad de lo que se utiliza en las mezclas gruesas. La fracción gruesa está más controlada en un SMA. Por lo tanto, un ligero cambio en la MCP tiene un incremento en el efecto en el VAM. 2.6 Primer principio del método: Definir qué es material grueso y fino Como se definió previamente, el primer principio es determinar la malla que divide la parte gruesa y fina, en conjunto con el volumen de cada uno. Entonces la pregunta es ¿Cómo define el Método Bailey qué material es grueso y cuál es fino? Para definir esto se debe tener en cuenta que si se analizan los materiales granulares en función de su volumen, la fracción gruesa genera los vacíos y la fracción fina los rellena. Esto quiere decir que no es posible acomodar el material pétreo de tal forma que no existan vacíos, por lo cual las mezclas de agregados tienen un cierto volumen de vacíos intergranulares (VAM) y los vacíos tienen un cierto tamaño. Cada uno de los factores que define el acomodo de los agregados influyen en la cantidad de vacíos, pero es la abertura de la malla de control primario de la mezcla la que controla el tamaño de los vacíos de la fracción gruesa y por lo tanto el tamaño de las partículas que pueden llenar esos vacíos. 2.6.1 Redefinición del Tamaño Nominal (TN) Como punto de partida, se toma la base de las especificaciones de una granulometría, la cual es el Tamaño nominal. El Método Bailey utiliza un criterio diferente para establecer el TN; en la metodología Superpave el criterio es la malla superior a la primera que retiene más 10% del material, pero en el caso del Método Bailey, el criterio es la malla superior a la primera que retiene más del 15% del material. Esto redefinición del TN ayuda a explicar los cambios volumétricos y los problemas de compactación y segregación en campo. Este cambio generalmente impacta mayormente el TN de una mezcla graduada como FINA, pero también puede impactar a las dos otras mezclas (i.e. Gruesa y SMA). Nota: Es importante dejar claro que este criterio es para definir la parte gruesa y fina en cuanto al acomodo del material. Pero no significa que este criterio se deba aplicar para seleccionar la especificación que debe cumplir en función de la normativa existente, para estos casos seguirá rigiendo el criterio del 10%. 23 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 2.6.2 Malla de Control Primaria (MCP) El segundo punto del principio es definir la Malla de Control Primaria (MCP), que define qué es material grueso y qué es material fino. Cuando hablamos de ensayos de laboratorio, la malla que define gruesos y finos es la malla No. 4, este criterio debe seguir siendo el mismo ya que los métodos de ensayos están definidos en base a esta consideración. La pregunta es, tomando en consideración el acomodo del material ¿la malla No. 4 siempre define qué es material grueso y fino? Para responder esta pregunta se debe tener en cuenta que en lo que respecta al acomodo, el material grueso generará vacíos y el material fino los llenará. La Figura 2.10 presenta dos granulometrías con diferentes tamaños nominales; la granulometría de la izquierda tiene un TN de 19 mm (3/4”), podemos observar que en este caso la malla No. 4 parece ser adecuada para definir qué es grueso y fino. La granulometría de la derecha tiene un TN de 9.5 mm (3/8”), para este caso podemos observar que si selecciona la malla No. 4 para definir que es grueso y fino habrá un desbalance entre los volúmenes de materiales. Esto indica que la MCP no siempre será la malla No. 4 y que esta variará en función del TN de la granulometría. Figura 2.10 Influencia del tamaño nominal en la malla de control primario Para definir cómo se debe seleccionar la MCP se realizaron diferentes evaluaciones para estimar el tamaño del vacío que se genera con diferentes tipos de partículas de material pétreo. La Figura 2.11 presenta el resumen de la evaluación realizada por Robert Bailey (Curso Bailey Method del Asphalt Institute), en donde determinó que los vacíos promedios que genera el material grueso son de 0.22 del tamaño nominal de la granulometría. La Tabla 2.2 presenta las diferentes MCP que se pueden utilizar en función del TN de la granulometría de diseño. 24 2 Método Bailey Combinación 1: 3 partículas redondeadas Combinación 2: 2 partículas redondeadas, 1 plana Combinación 3: 1 partícula redondeada, 2 planas Combinación 4: 3 partículas planas Combinación promedio Figura 2.11 Criterio para seleccionar la MCP 25 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 2.2 MCP para diferentes TN TN Mezcla 37.5 mm ( 1 1/2”) 25.0 mm ( 1”) 19.0 mm (3/4”) 12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”) 4.75 mm (No. 4) TN * 0.22 8.25 mm 5.50 mm 4.18 mm 2.75 mm 2.09 mm 1.05 mm Malla de Control Primario 9.5 mm (3/8”) 4.75 mm (No. 4) 4.75 mm (No. 4) 2.36 mm (No. 8) 2.36 mm (No. 8) 1.18 mm (No. 16) Como se mencionó anteriormente, en base a la selección de la MCP se puede hacer la división entre grueso y fino. De igual forma se puede establecer si en la mezcla domina la Fracción Gruesa (FG) o la Fracción fina (FF). La norma AASHTO M323 ya incluye el uso de la MCP, proponiendo los mismos valores que la metodología Bailey. 2.7 Segundo principio del método: índice de la fracción gruesa (índice FG) El segundo principio del método se enfoca en el material grueso, recordar que la MCP define la división entre Grueso y Fino de la mezcla de materiales, es decir, se analiza la parte retenida en la MCP. El punto importante es recordar que la fracción gruesa contiene partículas que no podrán rellenar los vacíos que estas crean. Otro punto para tomar en cuenta es que la distribución de tamaños (granulometría) de la fracción gruesa afecta el acomodo tanto de la fracción gruesa como de la fracción fina. Por lo cual, el primer índice analiza la distribución de tamaños en la fracción gruesa. 2.7.1 Procedimiento de cálculo Para realizar el cálculo del índice de la FG se requieren definir dos conceptos de la metodología. El primero es la malla media, que es la malla más cercana a la mitad del TN. Por lo tanto, malla media es igual a 0.5 * TN. Esta malla se encuentra entre la malla de TN y la MCP, lo cual crea una división entre la fracción gruesa. A estas dos fracciones la metodología las nombra conectores (TN - Malla media) e interceptores (malla media MCP). Los conectores son las partículas más grandes de la fracción gruesa y se denominan así, ya que dependiendo del volumen de la fracción gruesa estas partículas entrarán en contacto creando una mayor resistencia y dejando un espacio que será rellenado por las partículas de la fracción gruesa de menor tamaño (interceptores), ver Figura 2.12. 26 2 Método Bailey Figura 2.12 Conectores e interceptores de la fracción gruesa Una forma de entender la importancia de estos dos conceptos es mediante la Figura 2.13, en donde se presenta un ejemplo de la distribución del material grueso en función de valores del índice de la FG fuera de rango. Cuando este índice es muy alto (más interceptores y menos conectores) la mezcla es difícil de compactar, para el caso inverso con índices bajos (menos interceptores y más Conectores) la granulometría es susceptible a segregarse. Caso 1: Índices altos son más difíciles de compactar en campo Caso 1 Caso 2: Índices bajos son más susceptibles a la segregación Caso 2 Figura 2.13 Influencia de los valores del índice de la FG en la distribución del material grueso El Índice de la FG es la cantidad de material entre la malla “Media” y la MCP, dividida por la cantidad de material retenido en la (parte superior) de la Malla “Media”. 27 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 % 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 − %𝑀𝐶𝑃 = 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 100% − %𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 El índice se incrementa con el TN debido al rango amplio de tamaños del “Grueso”. La Tabla 2.3 presenta los diferentes rangos de índices de la FG en función del TN de la granulometría de diseño propuestos en el Curso Bailey Method del Asphalt Institute. Tabla 2.3 Índices de la FG para diferentes tamaños nominales TN Índice FG 37.5 mm 1 ½” 0.80 – 0.95 25.0 mm 1” 19.0 mm ¾” 0.70 – 0.85 0.60 – 0.75 12.5 mm ½” 9.5 mm 3/8” 4.75 mm No. 4 0.50 – 0.65 0.40 – 0.55 0.30 – 0.45 2.7.2 Consideraciones del índice de la FG Conforme el Índice de la FG aumenta, el VAM aumenta, debido a que los interceptores disminuyen el acomodo de los conectores, esto ocasiona que el acomodo de la fracción fina disminuya. Si el índice de la FG es muy bajo, hay un exceso de conectores y la mezcla generalmente será susceptible a la segregación. Conforme el índice de la FG se acerca al límite superior del rango, la fracción gruesa se vuelve “balanceada” y ninguna fracción de material (interceptores o conectores) “controla” la fracción gruesa, lo cual la hace difícil de compactar, especialmente en el campo en donde la mezcla no está confinada como en el molde del laboratorio. Altos índices de FG generalmente se presentan en granulometrías en forma de “S”, las cuales se utilizan comúnmente en el Método Superpave. Estas son difíciles de compactar en campo; no se recomiendan mezclas con índices de FG por encima del límite superior. Conforme el Índice de la FG supera el rango, los interceptores comienzan a controlar la fracción gruesa. Además de las complicaciones en la compactación en campo, se pueden presentar otros problemas como los siguientes: - 28 Eventualmente el volumen de vacíos en la fracción gruesa (encima de la MCP) disminuirá hasta el punto en donde la MCP cambie a la malla inferior. Esto genera un cambio en el volumen de gruesos y finos. Además, si la MCP es diferente, los tres índices utilizados para evaluar la mezcla tendrán mallas de referencia que serán diferentes. 2 Método Bailey - La susceptibilidad a la segregación puede incrementarse nuevamente, ya que eventualmente el TN de la mezcla caerá a una malla inferior. En este punto, el TN inferior tendrá un Índice de la FG bajo para esta mezcla, esto se relacionará con la susceptibilidad a la segregación. 2.8 Tercer principio del método: índice de la fracción fina de la arena (índice FFa) Analizando la fracción Fina (Material que pasa la MCP) que es el tercer principio de método Bailey. Este índice analiza la fracción global del material fino, que se puede considerar como el análisis de la arena del material fino. Al igual que la fracción gruesa, esta fracción fina contiene partículas “gruesas” que crean vacíos y partículas “finas” que rellenan en esos vacíos. Figura 2.14 Distribución de las partes de la fracción fina El material entre la MCP y la MCS (fracción gruesa) crea vacíos dentro de la fracción fina general (debajo MCP); el material que pasa la MCS (fina) rellena estos vacíos. Entonces, conforme aumenta el material que pasa la MCS en relación con la cantidad entre la MCP y MCS, los vacíos globales de la fracción fina disminuyen y viceversa. 2.8.1 Procedimiento de cálculo La determinación del segundo índice comienza definiendo la Malla de Control Secundario (MCS) para poder analizar la fracción fina como una mezcla de grueso y fino. Se utiliza el mismo principio en la determinación de la separación de grueso y fino, como se utilizó en la ecuación de MCP (MCP = 0.22 x TN). Por lo tanto, MCS es 0.22 x MCP. Si se calcula la mezcla de materiales que pasa la MCP como el 100%, se encontrará que la MCP generalmente se utiliza como la malla de TN de la fracción fina. Para verificar que se cumpla este criterio, se divide el % que pasa la primera malla más pequeña que la MCP por el % que pasa la MCP y se multiplica el resultado por 100. Este porcentaje debe ser más del 15% (Criterio del TN para metodología Bailey) 29 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑆 %𝑀𝐶𝑃 El índice FFa generalmente deberá estar en un rango de 0.35 – 0.50 (evitar valores < 0.40). 2.8.2 Consideraciones del índice de la FFa Conforme el índice de la FFa aumenta, el VAM disminuye. Conforme el índice de la FFa aumenta hasta 0.55, la compactabilidad general de la fracción fina aumenta y el VAM disminuye. Una vez que el índice está por encima de 0.55, VAM aumenta conforme el índice aumenta. Conforme el índice de la FFa disminuye, la compactabilidad global de la fracción fina disminuye. Valores altos se acercan a la antigua zona restringida, pero pueden ser necesarios en mezclas con bajos niveles de compactación, para reducir el VAM. Sin embargo, en mezclas con arenas naturales, valores altos de FFa incrementan la susceptibilidad de la mezcla a ablandarse y sufrir deslizamiento o roderas. Para ajustar el índice FFa, se modifica (mover los %) la mezcla de finos en volumen, esto si hay más de un material fino. Si hay solo un material fino, se cambia el origen o la trituración para modificar la granulometría. 2.9 Cuarto principio del método: índice de la fracción fina del filler (índice FFf) El último principio de la metodología evalúa el tercer índice de la fracción fina. Este índice evalúa el filler. En teoría, esta fracción fina (pasa la MCS) también tiene una parte gruesa y fina, pero el efecto general en cuestión de vacíos será menor por el tamaño de las partículas. 2.9.1 Procedimiento de cálculo Para el cálculo se debe definir una malla adicional de Control Terciario (MCT). Esta sirve para determinar el tercer índice de la metodología. Nuevamente se utiliza el mismo principio, determinando el punto de cambio entre grueso y fino, como se utilizó en la MCS (MCS = 0.22 x MCP). Por lo tanto, MCT es 0.22 x MCS. 30 2 Método Bailey Si se calcula la mezcla de materiales que pasa la MCS como el 100%, se encuentra que la MCS generalmente se utiliza como la malla de TN de la fracción fina. Para verificar que se cumple este criterio, se divide el % que pasa la primera malla más pequeña que la MCS por el % que pasa la MCS y se multiplica el resultado por 100. Este porcentaje debe ser más del 15% (Criterio del TN para metodología Bailey). Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑇 %𝑀𝐶𝑆 El índice FFf generalmente deberá estar en un rango de 0.35 – 0.50 (evitar valores < 0.40). 2.9.2 Consideraciones del índice de la FFf Conforme el índice de la FFf aumenta, el VAM disminuye. Conforme el índice de la FFf aumenta hasta 0.55, la compactabilidad del filler de la fracción fina aumenta y el VAM disminuye. Una vez que el índice está por encima de 0.55, el VAM aumenta conforme el índice aumenta. Conforme el índice FFf disminuye, la compactabilidad del filler de la fracción fina disminuye. Un índice bajo de FFf puede aumentar la susceptibilidad al reblandecimiento de la mezcla. El material entre el MCS y la MCT (grueso) crea vacíos al interior del filler de la fracción fina (menos MCS), y el material que pasa la MCT (fina) rellena esos vacíos. Entonces, conforme el material que pasa MCT aumenta en relación con la cantidad de material entre la MCS y MCT, los vacíos en el filler de la fracción fina disminuyen, y viceversa. Para ajustar el Índice FFf, hay que cambiar la cantidad de filler mineral o filler del BH, en relación con el otro material fino o cambiar la fuente de agregado o la granulometría del FM o filler del BH. Algunas veces se puede cambiar el volumen de la mezcla de la FF, si se están utilizando dos o más FF y si una de ellas tiene una cantidad significativamente alta de material que pasa la malla #200. Sin embargo, esto generará también un cambio en el índice de FF. 31 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 32 3. Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 3.1 Cálculos previos El primer cálculo que se debe realizar es el porcentaje de vacíos de los ensayos de peso volumétrico seco suelto (PVSS) y compacto (PVSC). Para el ejemplo de cálculo se utilizan los datos de la Tabla 3.1. Tabla 3.1 Datos de ensayo de PVSS y PVSC Parámetro Gsb Masa seca (promedio) Volumen del molde Parámetro Gsb Masa seca (promedio) Volumen del molde Material Grueso PVSS PVSC Resultado Resultado 2.735 2.735 10.175 kg 11.205 kg 0.0071 m3 0.0071 m3 Material Fino PVSS PVSC Resultado Resultado 2.630 2.630 1.537 kg 1.701 kg 0.00090 m3 0.00090 m3 Con los datos anteriores calculan tres parámetros. Primero el peso volumétrico seco suelto (PVSS) y compacto (PVSC), el valor de Densidad del sólido (DS) y el porcentaje de vacíos del ensayo de Peso Volumétrico (% Vacíos del PV). A continuación, se presentan las fórmulas y los cálculos para los datos del PVSS del material grueso. (1) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 (𝑃𝑉𝑆𝑆) = 𝑀𝑎𝑠𝑎 / 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 (𝑃𝑉𝑆𝑆) = 10.175 𝑘𝑔 / 0.0071 𝑚 = 1 433 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜 (𝐷𝑆) = 𝐺 ∗ 1000 𝑘𝑔 𝑚 𝑘𝑔 𝑚 (2) 33 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜 (𝐷𝑆) = 2.735 ∗ 1000 % 𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠 = 100 ∗ 1 − % 𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠 = 100 ∗ 1 − 𝑘𝑔 𝑘𝑔 = 2 735 𝑚 𝑚 𝑃𝑉𝑆𝑆 𝐷𝑆 (3) 1433 = 47.6 2735 Tabla 3.2 Cálculos de los vacíos del Peso Volumétrico Seco Suelto y Compacto Parámetro PVSS (kg/m3) DS (kg/m3) Vacíos del PV (%) Diferencia PVSS-PVSC (%) Material Grueso PVSS PVSC 1 433 1 578 2 735 2 735 47.61 42.32 5 5.3 Material Fino PVSS PVSC 1 708 1 890 2 630 2 630 35.13 28.14 5 7.0 Nota 1: vacíos PVSS de la FG, normalmente en un rango de 43 a 49% Nota 2: vacíos PVSC de la FG, normalmente en un rango de 37 a 43% Nota 3: vacíos PVSS de la FF, normalmente en un rango de 35 a 43% Nota 4: vacíos PVSC de la FF, normalmente en un rango de 28 a 36% Nota 5: diferencia entre PVSS-PVSC, normalmente en un rango de 4 a 8% 3.2 Diseño de la granulometría Para ejemplificar el diseño se realizará la selección de dos diferentes mezclas de materiales. La primera muestra estará compuesta de dos fracciones de materiales (Grava-Arena) y la segunda de tres fracciones (Grava-Sello-Arena). Por las características granulométricas de las fracciones de los materiales, ambas mezclas fueron diseñadas para una granulometría gruesa. La Tabla 3.3 presenta el tipo de material utilizado para la elaboración de las mezclas asfálticas. Tabla 3.3 Características de los materiales 34 Fracción de material Mezcla asfáltica 1 Mezcla asfáltica 2 Grava Basalto Banco La Cañada Querétaro Sello - Arena Basalto Banco La Cañada Querétaro Basalto Banco Matrimar Nuevo León Granito Banco Granix Nuevo León Basalto Banco Matrimar Nuevo León 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 3.2.1 Selección de la granulometría del Banco 1 Para realizar la selección de la granulometría se requieren hacer evaluaciones especificas a cada fracción del material pétreo. Los ensayos que se deben realizar son los siguientes: Análisis granulométrico de materiales gruesos y finos (ASTM C136), Gravedad específica y absorción del material grueso (ASTM C127), Gravedad específica y absorción del material fino (ASTM C128), Peso volumétrico seco suelto y peso volumétrico seco compacto (ASTM C29) La Tabla 3.4 presenta los resultados obtenidos de los ensayes a las fracciones de material pétreo utilizados para la granulometría de diseño. Tabla 3.4 Granulometrías de las fracciones de la mezcla 1 Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) Mezcla asfáltica 1 Grava, Arena, % que pasa % que pasa 100 100 100 100 89.7 100 66.6 100 33.0 100 16.9 100 15.0 67.8 2.0 54.0 0.5 37.0 0 23.7 0 19.0 0 16.0 2.735 2.630 2.860 2.888 1433 1708 1578 1890 Una vez que se tienen los datos anteriores, se procede como sigue: 1) Determinar Peso Volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS) y la proporción de cada fracción Como punto de inicio se debe determinar Peso Volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS) y la proporción de cada fracción. Los valores recomendados por tipo de mezcla asfáltica se presentan en la Tabla 3.5. 35 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 3.5 Rangos de valores para el PVFGS Mezclas Finas (%) 60 - 85 Mezclas Gruesas (%) 95 - 105 Mezcla SMA (%) 110 - 125 Para el caso de la mezcla en análisis se fijarán las siguientes condiciones: el PVFGS se considerará igual al 100% por una mezcla de granulometría densa; el volumen de la fracción gruesa y fina serán igual al 100% debido a que solo existe una fracción de agregado. Nota: Como se menciona en la Tabla 3.5, el valor para una mezcla gruesa puede variar entre 95 a 105%; para este ejemplo se decidió utilizar el valor intermedio. Sin embargo, el valor correcto dependerá de los índices que se obtengan. En caso de no cumplir con el valor de 100%, se deberá hacer la iteración con un valor diferente dentro del rango establecido. En lo referente a los volúmenes de las fracciones, al solo haber una fracción gruesa y una fracción fina, el valor es 100%. Si hubiera más de una fracción gruesa o fina, se deberán variar las proporciones hasta cumplir con los índices de la metodología. PVFGS = 100% Volumen de la fracción gruesa (VFG)= 100% Volumen de la fracción fina (VFF) = 100% 2) Determinar la masa por volumen que contribuye cada FG. Esta masa se calcula como el producto de la proporción de la fracción gruesa, PVFGS y el peso volumétrico seco suelto de la fracción gruesa. La masa de la fracción gruesa se expresa en kilogramos. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐺 = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 × 𝑃𝑉𝐹𝐺𝑆 × 𝑃𝑉𝑆𝑆 × 1 𝑚 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐺 = 1.00 × 1.00 × 1433 (1) 𝑘𝑔 × 1𝑚 = 1433 𝑘𝑔 𝑚 3) Determinar el volumen de sólidos de la FG. Es la relación entre el peso volumétrico seco suelto de la fracción gruesa y la gravedad específica bruta del agregado grueso. El volumen de sólidos es adimensional. 36 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 𝑉𝑠 = 𝑃𝑉𝐹𝐺𝑆 𝐺 1433 𝑉𝑠 = 2735 (2) 𝑘𝑔 𝑚 = 0.524 4) Determinar el volumen de vacíos de la FG. Es el producto del volumen de vacíos por el volumen de la fracción fina (VFF). El volumen de vacíos se expresa como porcentaje. (3) 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = (1 − 𝑉 ) × 𝑉𝐹𝐹 × 100 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = (1 − 0.524) × 1.0 × 100 = 47.6% (Rango de vacíos 43 – 49%) 5) Determinar la masa por volumen requerido de la FF. Es el producto de la multiplicación del volumen de vacíos de la FG, el peso volumétrico seco compacto de la FF y VFF. La masa de la fracción fina se expresa en kilogramo. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐹 = 𝑉 𝐹𝐺 × 𝑃𝑉𝑆𝐶 𝐹𝐹 × 𝑉𝐹𝐹 × 1 𝑚 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐹 = 0.476 × 1890 (4) 𝑘𝑔 × 1.00 × 1 𝑚 = 899.6 𝑘𝑔 𝑚 6) Determinar el porcentaje de la FG y FF. Una vez obtenidas las masas de la fracción gruesa y fina, se obtiene una masa total. A partir de estos valores conocidos, por medio de una relación de proporcionalidad se obtienen los porcentajes de las fracciones gruesas y finas. Los resultados se presentan en la Tabla 3.6. Tabla 3.6 Masas de los materiales obtenidos Fracción FG FF Total Masa (kg) 1433.0 899.6 2332.6 Porcentaje (%) 61.4 38.6 100.00 7) Determinar la corrección por porcentajes opuestos de material de cada fracción. 37 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Es el producto del porcentaje de la FG y el material que pasa la malla de control primario de la FG. El factor de la fracción gruesa es adimensional. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = % 𝐹𝐺 × % 𝑃𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑀𝐶𝑃 𝐹𝐺 100 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = 61.4 × (5) 15 = 9.21 100 8) Determinar la corrección por porcentajes opuestos de material de la FF. Es el producto de la multiplicación del porcentaje de la fracción fina y el material que retiene la malla de control primario de la fracción fina. El factor de la fracción fina es adimensional. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 = % 𝐹𝐹 × % 𝑅𝑒𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑙𝑎 𝑀𝐶𝑃 𝐹𝐹 100 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 = 38.6 × (6) 32.2 = 12.43 100 9) Determinar la corrección individual del porcentaje la FGC. Es el producto del porcentaje de la fracción gruesa, el factor de la fracción gruesa y la relación del porcentaje de la fracción gruesa respecto a la sumatoria de la fracción gruesa. La corrección de la fracción gruesa es se expresa como porcentaje. 𝐹𝐺 = % 𝐹𝐺 + 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 − 𝐹𝐺 = 61.4 + 9.21 − % 𝐹𝐺 × 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 ∑ %𝐹𝐺 (7) 61.4 × 12.43 = 58.2 61.4 10) Determinar la corrección individual del porcentaje la FFC. Es el producto del porcentaje de la fracción fina, el factor de la fracción fina y la relación del porcentaje de la fracción fina respecto a la sumatoria de la fracción fina. La corrección de la fracción fina es se expresa como porcentaje. 𝐹𝐹 = % 𝐹𝐹 + 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 − 38 % 𝐹𝐹 × 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 ∑ %𝐹𝐹 (8) 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 𝐹𝐹 = 38.6 + 12.43 − 38.6 × 9.21 = 41.8 38.6 Los porcentajes obtenidos de la fracción gruesa y fina se presentan en la Tabla 3.7. Tabla 3.7 Proporción de las fracciones de los materiales Fracción FG FF Total Porcentaje (%) 58.2 41.8 100.0 Con las proporciones obtenidas para cada una de las fracciones se realizó la combinación granulométrica. La Tabla 3.8, presenta el resultado de la granulometría de diseño. Se puede observar que la mezcla tiene un TN de 12.5 mm (1/2”) y la estructura granulométrica se considera como “gruesa”. Tabla 3.8 Granulometría de diseño de la mezcla 1 Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) Mezcla asfáltica 1 Grava – Arena 58.2– 41.8 % que pasa 100 100 94.0 80.6 61.0 52.6 37.1 23.7 15.8 9.9 7.9 6.7 2.681 2.874 1433 1578 Una vez obtenidas las curvas granulométricas de diseño, es importante evaluar los indicadores de la fracción gruesa (FG), fracción fina de la arena (FFA) y la fracción fina del filler (FFF), con el propósito de que los indicadores cumplan con los rangos establecidos. Para calcular los indicadores de las fracciones mencionadas anteriormente se utiliza la Tabla 3.9. 39 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 3.9 Tabla de evaluación de la mezcla (Gruesas y SMA) TN 1-1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" #4 Malla media 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" #4 #8 MCP 3/8" #4 #4 #8 #8 #16 Índice FG 3/4" - 3/8" 100 - 3/4" 1/2" - #4 100 - 1/2" 3/8"- #4 100 - 3/8" 1/4"- #8 100 - 1/4" #4 - #8 100 - #4 #8 - #16 100 - #8 MCS #8 #16 #16 #30 #30 #50 Índice FFA #8 3/8" #16 #4 #16 #4 #30 #8 #30 #8 #50 #16 MCT #30 #50 #50 #100 #100 #200 Índice FFF #30 #8 #50 #16 #50 #16 #100 #30 #100 #30 #200 #50 11) Determinar el índice de la FG. Es la relación de la diferencia del porcentaje que pasa la malla de media respecto al porcentaje de la malla de control primario y la diferencia de 100% respecto al porcentaje de la malla de media. El Índice del FG es un valor adimensional. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = % 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 − %𝑀𝐶𝑃 100 − % 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = (9) 61.0 − 37.1 = 0.613 100 − 61.0 12) Determinar el índice de la Fracción Fina de la Arena FFA. Es la relación del porcentaje que pasa la malla de control secundario y el porcentaje de la malla de control primario. El Índice del FFA es un valor adimensional. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑆 % 𝑀𝐶𝑃 (10) 15.8 = 0.426 37.1 13) Determinar el índice de la Fracción Fina del Filler FFF. Es la relación del porcentaje que pasa la malla de control terciario y el porcentaje de la malla de control secundario. El Índice del FFF es un valor adimensional. 40 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑇 % 𝑀𝐶𝑆 (11) 7.9 = 0.500 15.8 Con los índices de las fracciones obtenidos se verifican que se encuentren dentro de los rangos sugeridos para granulometrías gruesas. La Tabla 3.10 presenta los rangos de los indicadores. Tabla 3.10 Tabla de evaluación de la mezcla (Gruesas y SMA) TN Índice FG 1-1/2" 0.80 – 0.95 1" 0.70 – 0.85 3/4" 0.60 – 0.75 1/2" 0.50 – 0.65 Índice FFA 0.35 – 0.50 Índice FFF 0.35 – 0.50 3/8" 0.40 – 0.55 #4 0.30 – 0.45 La Tabla 3.11 presenta los resultados de los indicadores para la granulometría evaluada. Tabla 3.11 Tabla de evaluación de la granulometría 1 Parámetros TN (mm) PVFGS (%) Volumen FG (%) Volumen FF (%) Índice FG Índice FFA Índice FFF Proporción (%) Mezcla asfáltica 1 12.5 100 100 100 0.613 0.426 0.500 58.2 – 41.8 3.2.2 Selección de la granulometría del Banco 2 La Tabla 3.12 presenta los resultados obtenidos de los ensayes a las fracciones de material pétreo utilizados para la granulometría de diseño. 41 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 3.12 Granulometrías de las fracciones de la mezcla 2 Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) Mezcla asfáltica 2 Grava (% Sello (% Arena (% que pasa) que pasa) que pasa) 100 100 100 99 100 100 48 95 100 15 69 100 6 35 100 1 18 100 0 4 95 0 3 70 0 2 44 0 1 25 0 1 14 0 1 8 2.598 2.693 2.738 2.725 2.730 2.776 1365 1442 1632 1427 1575 1933 1) Determinar Peso Volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado (PVFGS) y la proporción de cada fracción PVFGS = 105% Volumen de la fracción gruesa (VFG)= 50% (Grava) – 50% (Sello) Volumen de la fracción fina (VFF) = 100% 2) Determinar la masa por volumen que contribuye cada FG. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐺 = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 × 𝑃𝑉𝐹𝐺𝑆 × 𝑃𝑉𝑆𝑆 × 1 𝑚 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐺 = 0.50 × 1.05 × 1365 𝑘𝑔 × 1𝑚 = 716.6 𝑘𝑔 𝑚 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐺 = 0.50 × 1.05 × 1442 𝑘𝑔 × 1𝑚 = 757.1 𝑘𝑔 𝑚 (1) 3) Determinar el volumen de sólidos de la FG. 𝑉𝑠 = 42 𝑃𝑉𝐹𝐺𝑆 𝐺 (2) 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 𝑘𝑔 ∗ 1.05 𝑚 = 0.552 2598 1365 𝑉𝑠 = 𝑘𝑔 ∗ 1.05 𝑚 = 0.562 2693 1442 𝑉𝑠 = 4) Determinar el volumen de vacíos de la FG. (3) 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = (1 − 𝑉 ) × 𝑉𝐹𝐹 × 100 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = (1 − 0.552) × 0.50 × 100 = 22.4% 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = (1 − 0.562) × 0.50 × 100 = 21.9% 𝑉𝑣 = 𝑉𝑣 𝐹𝐺 + 𝑉𝑣 𝐹𝐺 = 22.4 + 21.9 = 44.3 (Rango de vacíos 43 – 49%) 5) Determinar la masa por volumen requerido de la FF. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐹 = 𝑉 𝐹𝐺 × 𝑃𝑉𝑆𝐶 𝐹𝐹 × 𝑉𝐹𝐹 × 1 𝑚 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐹𝐹 = 0.443 × 1933 (4) 𝑘𝑔 × 1.00 × 1 𝑚 = 856.3 𝑘𝑔 𝑚 6) Determinar el porcentaje de la FG y FF. Tabla 3.13 Masas de los materiales obtenidos Fracción FGg FGs FF Total Masa (kg) 716.6 757.1 856.3 2330.0 Porcentaje (%) 30.8 32.5 36.7 100.00 7) Determinar la corrección por porcentajes opuestos de material de cada fracción. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = % 𝐹𝐺 × % 𝑃𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑀𝐶𝑃 𝐹𝐺 100 (5) 43 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = 30.8 × 1 = 0.31 100 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = 32.5 × 18 = 5.85 100 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 = 𝐹𝐺 + 𝐹𝐺 = 0.308 + 5.85 = 6.16 8) Determinar la corrección por porcentajes opuestos de material de la FF. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 = % 𝐹𝐹 × % 𝑅𝑒𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑙𝑎 𝑀𝐶𝑃 𝐹𝐹 100 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 = 36.7 × (6) 0.0 = 0.0 100 9) Determinar la corrección individual del porcentaje la FGC. 𝐹𝐺 = % 𝐹𝐺 + 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 − % 𝐹𝐺 × 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 ∑ %𝐹𝐺 𝐹𝐺 = 30.8 + 0.31 − 30.8 × 0.0 = 31.1 63.3 𝐹𝐺 = 32.5 + 5.85 − 32.5 × 0.0 = 38.4 63.3 (7) 10) Determinar la corrección individual del porcentaje la FGF. 𝐹𝐹 = % 𝐹𝐹 + 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐹 − 𝐹𝐹 = 36.7 + 0.0 − % 𝐹𝐹 × 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹𝐺 ∑ %𝐹𝐹 (8) 36.7 × 6.16 = 30.5 36.7 Los porcentajes obtenidos de la fracción gruesa y fina se presentan en la Tabla 3.14. 44 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica Tabla 3.14 Proporción de las fracciones de los materiales Fracción FGg FGs FF Total Porcentaje (%) 31.1 38.4 30.5 100.0 Con las proporciones obtenidas para cada una de las fracciones se realizó la combinación granulométrica. La Tabla 3.15, presenta el resultado de la granulometría de diseño. Se puede observar que la mezcla tiene un TN de 19.0 mm (3/4”) y la estructura granulométrica se considera como “gruesa”. Tabla 3.15 Granulometría de diseño de la mezcla 2 Mezcla asfáltica 2 Grava – Sello – Arena 31.1 – 38.4 – 30.5 % que pasa 100 99.7 81.9 61.7 45.8 37.7 30.5 22.5 14.2 8.0 4.7 2.8 2.598 2.725 1365 1427 Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) Obtenidas las curvas granulométricas de diseño, es importante evaluar los indicadores de la fracción gruesa (FG), fracción fina de la arena (FFA) y la fracción fina del filler (FFF), con el propósito de que los indicadores cumplan con los rangos establecidos. Para calcular los indicadores de las fracciones mencionadas anteriormente se utilizará la Tabla 3.9. 11) Determinar el índice de la FG. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = % 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 − %𝑀𝐶𝑃 100 − % 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 (9) 45 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = 61.7 − 37.7 = 0.627 100 − 61.7 12) Determinar el índice de la Fracción Fina de la Arena FF A. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑆 % 𝑀𝐶𝑃 (10) 22.5 = 0.597 37.7 13) Determinar el índice de la Fracción Fina del Filler FFF. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = %𝑀𝐶𝑇 % 𝑀𝐶𝑆 (11) 8.0 = 0.356 22.5 La Tabla 3.16 presenta los resultados de los indicadores para la granulometría evaluada. Tabla 3.16 Tabla de evaluación de la granulometría 2 Parámetros TN (mm) PVFGS (%) Volumen FG (%) Volumen FF (%) Índice FG Índice FFA Índice FFF Proporción (%) Mezcla asfáltica 2 19.00 105 50 - 50 100 0.627 0.595 0.369 31.1 – 38.4 – 30.5 Se puede observar que con selección de PVFGS y las relaciones de volúmenes de las fracciones (parámetros de inicio), la granulometría no cumple con uno de los índices de la metodología (Índice FFA). Para hacer cumplir este índice se pueden variar los parámetros de inicio. Sin embargo, en algunas ocasiones no se logra cumplir con los 3 parámetros, aún y cuando se realicen todas las iteraciones posibles, esto se debe a las características granulométricas de las fracciones individuales. En estos casos se debe asegurar cumplir al menos con el Índice FG y uno de los índices de la fracción fina. 46 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica 3.2.3 Ajuste del material que pasa la Malla No. 200 En algunos proyectos con el material fino (arena) no se logra el porcentaje mínimo establecido para el material que pasa la malla No. 200 y se requiere agregar un filler mineral. Para estos casos se debe hacer un ajuste en el material fino que se utilice en el proyecto. La Tabla 3.17 toma como base los datos de la granulometría 2 que se diseñó en el caso anterior. La diferencia es que se agrega el requerimiento de que el material que pasa la malla No. 200 en la granulometría de diseño debe ser de 3.5 ± 0.1%. Por lo cual se requiere incorporar un filler mineral para lograr el porcentaje requerido. Para el caso del filler mineral solamente se requiere conocer su granulometría; esta se agregó en la Tabla 3.17. Tabla 3.17 Granulometrías de las fracciones de la mezcla 2 + Filler Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) Grava (% que pasa) 100 99 48 15 6 1 0 0 0 0 0 0 2.598 2.725 1365 1427 Mezcla asfáltica 2 Sello (% Arena (% que pasa) que pasa) 100 100 100 100 95 100 69 100 35 100 18 100 4 95 3 70 2 44 1 25 1 14 1 8 2.693 2.738 2.730 2.776 1442 1632 1575 1933 Filler (% que pasa) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 99.0 94.5 ------------- Para este ajuste se parte de la Tabla 3.16, en donde se han determinado los porcentajes de las 3 fracciones principales (Grava 31.1%, Sello 38.4% y Arena 30.5%). 14) Determinar la contribución de cada fracción en el Pasa No. 200 Para realizar el ajuste se requiere determinar el aporte de cada fracción en el material que pasa la Malla No. 200 y calcular cuál es el porcentaje de filler mineral que se debe utilizar para obtener el porcentaje requerido. 47 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 𝐶𝐹 𝐶𝐹 𝐶𝐹 = 𝐶𝐹 =%𝐹 × %𝑃𝑎𝑠𝑎 100 = 31.1 × 0.0 = 0.0 100 𝐶𝐹 = 38.4 × 1.0 = 0.38 100 𝐶𝐹 = 30.5 × 8.0 = 2.44 100 + 𝐶𝐹 + 𝐶𝐹 = 0.0 + 0.38 + 2.44 = 2.8 15) Determinar el ajuste del Filler mineral En base al aporte de cada una de las fracciones que componen la granulometría y el porcentaje que pasa la malla No. 200 del filler, se determinar el porcentaje de filler mineral a utilizar. % 𝐹𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟 = %𝑃𝑎𝑠𝑎 ( %𝑃𝑎𝑠𝑎 % 𝐹𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟 = − 𝐶𝐹 ) /100 ) ( 3.5 − 2.8 = 0.7 94.5/100 16) Determinar el ajuste del material fino Dado que se incorpora el filler mineral, se debe realizar un ajuste a los porcentajes definidos en la Tabla 3.16. Para esto solamente se ajustará el porcentaje del material fino. 𝐹𝐹 = % 𝐹𝐹 − % 𝐹𝐹 × %𝐹𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟 ∑ %𝐹𝐹 𝐹𝐹 = 30.5 − 30.5 × 0.7 = 29.8 30.5 Los porcentajes ajustados con la incorporación del filler se presentan en la Tabla 3.18. 48 3 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica Tabla 3.18 Proporción de las fracciones de los materiales ajustados con el Filler Fracción FGg FGs FF Filler Total Porcentaje (%) 31.1 38.4 29.8 0.7 100.0 El ajuste de la granulometría de diseño con la incorporación del filler se presenta en la Tabla 3.19. Tabla 3.19 Granulometría de diseño de la mezcla 2 con filler Mezcla asfáltica 2 + filler Grava – Sello – Arena - Filler 31.1 – 38.4 – 29.8 – 0.7 % que pasa 100 99.7 81.9 61.7 45.8 37.7 30.5 22.5 14.6 8.5 5.2 3.4 2.598 2.725 1365 1427 Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 6.3 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) 17) Determinar el índice de la FG. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐺 = 61.7 − 37.7 = 0.627 100 − 61.7 18) Determinar el índice de la Fracción Fina de la Arena FFA. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 22.7 = 0.602 37.7 49 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 19) Determinar el índice de la Fracción Fina del Filler FFF. 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐹𝐹 = 8.5 = 0.374 22.7 La Tabla 3.20 presenta los resultados de los indicadores para la granulometría evaluada. Tabla 3.20 Tabla de evaluación de la granulometría 2 Parámetros TN (mm) PVFGS (%) Volumen FG (%) Volumen FF (%) Índice FG Índice FFA Índice FFF Proporción (%) 50 Mezcla asfáltica 2 + filler 19.00 105 50 - 50 100 0.627 0.602 0.374 31.1 – 38.4 – 29.8 – 0.7 4. Ejemplos de aplicación del Método Bailey El siguiente capítulo presenta los resultados obtenidos en el diseño de mezclas asfálticas y la evaluación de su desempeño 4.1 Influencia de la densidad del material pétreo El ejemplo evalúa tres materiales pétreos con diferentes densidades y tiene como objetivo establecer la influencia de la densidad en el acomodo del material pétreo. Las características de los tres materiales se presentan en la Tabla 4.1. En esta tabla se puede observar que los materiales tienen densidades diferentes y por lo tanto el valor del Peso volumétrico seco suelto (PVSS) varía considerablemente entre ellos. Tabla 4.1 Características de los materiales pétreos Parámetros Material 1 Material 2 Origen del material Caliza Basalto Gsb PVSS (kg/m3) Vacíos del PV (%) Volumen de sólidos (%) 2.305 1176.7 49.0 51.0 2.631 1378.1 47.6 52.4 Material 3 Escoria de fundición 3.149 1683.0 46.6 53.4 Adicionalmente, se realizaron los cálculos de porcentaje de vacíos y volumen de sólidos del peso volumétrico. Se observa que, aunque los materiales tienen valores de Gsb diferentes, los valores de volumen de sólidos y de vacíos son similares entre ellos. Para definir la granulometría de diseño se toma como base un PVFGS de 100% para los tres materiales. Con el propósito de no incluir una variable adicional se utilizará el mismo material fino para las tres granulometrías. Este material fino tiene un de PVSC de 1757.2 kg/m 3. 51 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 4.2 Cálculos de masas de fracciones Material Caliza Basalto Escoria 𝑴𝒂𝒔𝒂 𝑭𝑮 = 𝑷𝒇𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏 × 𝑷𝑽𝑭𝑮𝑺 × 𝑷𝑽𝑺𝑺 × 𝟏 𝒎𝟑 1176.7 1378.1 1683.0 𝑴𝒂𝒔𝒂 𝑭𝑭= 𝑽𝒗 𝑭𝑮 × 𝑷𝑽𝑺𝑪 𝑭𝑭 × 𝑽𝑭𝑭 × 𝟏 𝒎𝟑 861.0 836.4 818.9 Con las masas de cada material se pueden calcular los porcentajes individuales de cada fracción y compararlos con respecto al volumen de diseño. Los resultados se presentan en la Tabla 4.3 Tabla 4.3 Cálculos de masas de fracciones Porcentaje (%) FG FF 57.7 42.3 62.2 37.8 67.3 32.7 Material Caliza Basalto Escoria Volumen (m3) FG FF 0.510 0.490 0.524 0.476 0.534 0.466 Se puede observar que diseñando la mezcla para un mismo valor de PVFGS la metodología mantiene una relación de volúmenes similares entre los tres materiales. Sin embargo, los porcentajes en masa son significativamente diferentes. Esto es un claro indicador de la influencia de la densidad del material pétreo en el volumen que va a ocupar en la mezcla asfáltica. Para ejemplificar este acomodo se dosificó cada fracción (grueso y fino) con la misma granulometría para los tres materiales. Los datos de la granulometría se presentan en la Tabla 4.4 Tabla 4.4 Granulometrías de las fracciones Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 52 Granulometría Grava (% Arena (% que que pasa) pasa) 100 100 98.0 100 64.8 100 48.0 100 23.0 100 3.0 96.0 0 70.0 0 47.9 0 27.4 0 15.3 0 10.8 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey Tomando como base los porcentajes obtenidos en la Tabla 4.3, se realizó la corrección según el procedimiento de la metodología y se dosificaron las tres granulometrías, las cuales se presentan en la Figura 4.1. Tabla 4.5 Porcentajes corregidos de las fracciones Material Caliza Basalto Escoria Porcentaje (%) FG 71.0 76.5 82.8 FF 29.0 23.5 17.2 Figura 4.1 Granulometrías para los tres materiales con PVFGS de 100% De la figura se puede observar que las granulometrías en masa son claramente diferentes dado que se utilizan diferentes porcentajes de grueso y fino en masa. Sin embargo, los volúmenes de grueso o fino son similares, con cada mezcla al 100% de su PVSS respectivo. Por lo tanto, las tres mezclas tienen grados similares de trabazón de la fracción gruesa y con esto el desempeño de las granulometrías debería ser similar. 4.2 Importancia de los índices en el desempeño de la mezcla asfáltica El segundo ejemplo de aplicación se enfoca en la importancia del cumplimiento de los índices establecidos en la metodología Bailey y tomando como referencia el cumplimiento de los requerimientos granulométricos de la normativa. 53 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Para este ejemplo se definió una granulometría de diseño de manera convencional, es decir que estuviera dentro de las tolerancias definidas en la normativa. La granulometría inicial de diseño se presenta en la Tabla 4.6 (tamaño nominal de 19 mm (3/4”)). En la Figura 4.2 se muestra la curva granulométrica y se compara contra los requerimientos definidos en la normativa. De esta figura se concluye que el agregado cumple los requerimientos y, por lo tanto, es adecuado para su uso en mezclas asfálticas de alto desempeño. Tomando como base esta granulometría se realizó el diseño volumétrico de la mezcla asfáltica. Para esto se utilizó un asfalto PG 76H-16, cumpliendo con los requerimientos volumétricos de la mezcla asfáltica con un contenido de asfalto de 4.9% (con respecto a la masa de la mezcla). Una vez definida la fórmula de trabajo, se realizaron los ensayos de desempeño de susceptibilidad a la humedad por medio del ensayo de tensión indirecta y susceptibilidad a la deformación permanente por medio del ensayo de rueda cargada de Hamburgo. Tabla 4.6 Granulometría inicial de diseño Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Gsb Gsa PVSS (kg/m3) PVSC (kg/m3) 54 Granulometría inicial % que pasa Grava ¾” 30% Grava ½” 30% Arena 40% Mezcla 100.0 99.1 48.1 15.4 0.8 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 100.0 100.0 95.0 69.3 18.3 4.3 2.5 1.8 1.4 1.1 0.8 100.0 100.0 100.0 100.0 99.9 95.4 70.0 44.4 24.9 13.6 7.7 100.0 99.7 82.9 65.4 45.7 39.6 28.9 18.5 10.5 5.9 3.4 2.598 2.730 1365 1427 2.693 2.730 1442 1575 2.738 2.776 1632 1933 ------------- 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey Figura 4.2 Granulometría inicial de diseño La Tabla 4.7 presenta los resultados obtenidos en el ensayo de susceptibilidad a la humedad. En esta prueba se obtuvo una resistencia promedio de 652 kPa en las probetas no acondicionadas y de 469 kPa en las probetas acondicionadas, dando como resultado un valor de TSR de 71.9%. Este es inferior al valor mínimo de 80% (Publicación técnica 602 de Instituto Mexicano del Transporte). Tabla 4.7 Resultados de ensayo de TSR diseño inicial N° de Diámetro, Altura, espécimen [mm] [mm] Carga, Esfuerzo, [N] [kPa] 1 150 95 10260 458 2 150 95 10531.2 470 3 150 95 10674.4 477 4 150 95 13883 620 5 150 95 14065 628 6 150 95 15823 707 Esfuerzo, kPa [promedio] TSR, [%] 469 71.9% 652 El resultado de la evaluación de la mezcla en la rueda cargada de Hamburgo se presenta en la Figura 4.3. En este caso se obtuvo una deformación de 10 mm a las 15315 pasadas para la rueda 1 y de 16895 pasadas para la rueda 2. De acuerdo con los resultados se concluye que la mezcla no cumple con el parámetro de susceptibilidad a la deformación 55 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica permanente de 10 mm máximo a las 20 000 pasadas (Publicación técnica 602 de Instituto Mexicano del Transporte). Figura 4.3 Evaluación de rueda cargada de Hamburgo de la granulometría inicial Esta primera evaluación deja claro que cumplir con los criterios granulométricos de la especificación no asegura un buen desempeño de la mezcla asfáltica aún y cuando se cumplan las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica. Otro punto importante que queda establecido es que tener un asfalto modificado (PG 76H-16) no asegura el buen desempeño de la mezcla asfáltica a deformación permanente. Esto se debe a que el factor de mayor influencia en el fenómeno de deformación permanente es la estructura granular de la mezcla asfáltica. En base a los resultados anteriores se calculó el valor del PVFGS y de los índices de la metodología para obtener los mismos porcentajes definidos en la granulometría inicial. Los resultados se presentan en la Tabla 4.8; se puede observar que con la granulometría inicial se tiene un PVFGS por debajo de los rangos especificados, en lo referente a los índices tampoco se cumple el Índice FG y el Índice FFa. Esto es un indicador de un mal acomodo y trabazón del material grueso y las arenas. Esto explica en cierta 56 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey forma que la mezcla no cumpla con el TSR y con la deformación permanente. Tabla 4.8 Evaluación de los índices de la metodología Bailey de la granulometría inicial Parámetro PVFGS Índice FG Índice FFa Índice FFf Granulometría inicial Especificación Método Bailey 89.4% 95 – 105 0.569 0.6 – 0.75 0.632 0.35 – 0.50 0.365 0.35 – 0.50 Estatus No cumple No cumple No cumple Cumple Tomando como base los resultados anteriores se decidió ajustar la granulometría considerando los índices de la metodología. Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 4.9. Se observa que con el ajuste, la granulometría cumple con el PVFGS y con dos de los índices de la metodología. Solamente incumplió con el índice de la fracción fina de las arenas (FFf). Para ajustar este índice solamente se cambia la granulometría de la arena, cambiando la arena o incorporando una arena adicional. Tabla 4.9 Granulometría diseño ajustada Abertura Malla (mm) 25.00 19.00 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Grava ¾” 31% 100.0 99.1 48.1 15.4 0.8 0.6 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 PVFGS (%) Índice FG Índice FFA Índice FFF Granulometría inicial % que pasa Grava ½” Arena 38% 31% 100.0 100.0 100.0 100.0 95.0 100.0 69.3 100.0 18.3 99.9 4.3 95.4 2.5 70.0 1.8 44.4 1.4 24.9 1.1 13.6 0.8 7.7 Mezcla 100.0 99.7 82.0 62.1 38.2 31.4 22.8 14.6 8.4 4.8 2.8 105 0.637 0.595 0.369 La Figura 4.4 presenta la gráfica de las dos granulometrías. Se observa que ambas granulometrías cumplen y que en general tienen la misma forma, ya que esta depende de la granulometría de las fracciones individuales. La granulometría ajustada sigue teniendo un TN de 19 mm (3/4”). Sin 57 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica embargo, pasa de ser una granulometría densa (inicial) a una granulometría gruesa. Figura 4.4 Granulometría de diseño ajustada Para verificar que con este cambio se mejoraron las propiedades de desempeño, se realizó nuevamente el diseño volumétrico utilizando el mismo asfalto (PG 76H-16). Para este ajuste se obtuvo un contenido de asfalto de 4.5% (con respecto a la masa de la mezcla). Con esta nueva fórmula de trabajo se realizaron los ensayos de desempeño. La Tabla 4.10 presenta los resultados obtenidos en el ensayo de susceptibilidad a la humedad, en donde se obtuvo una resistencia promedio de 709.3 kPa en las probetas no acondicionadas y de 675.7 kPa en las probetas acondicionadas, dando como resultado un valor de TSR de 95.3%. Con este ajuste, la mezcla cumple con el valor mínimo de 80% especificado (Publicación técnica 602 de Instituto Mexicano del Transporte). Tabla 4.10 Resultados de ensayo de TSR N° de Diámetro, Altura, Carga, Esfuerzo, espécimen [mm] [mm] [N] [kPa] 58 1 150 95 15325 686 2 150 95 14789 660 3 150 95 15218 681 4 150 95 15432 690 5 150 95 15754 705 6 150 95 16397 733 Esfuerzo, kPa [promedio] TSR, [%] 675.7 95.3% 709.3 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey El resultado de la evaluación de la mezcla en la rueda cargada de Hamburgo se presenta en la Figura 4.5. Se obtuvo una deformación a las 20000 pasadas de 3.8 mm para la rueda 1 y de 4.5 para la rueda 2. Valores que cumplen con el requerimiento mínimo del ensayo de 10 mm máximo a las 20 000 (Publicación técnica 602 de Instituto Mexicano del Transporte). Figura 4.5 Evaluación de Rueda cargada de Hamburgo de la granulometría ajustada Con estas dos evaluaciones de desempeño se confirma que el ajuste de la granulometría mejoró la estructura granular. Dejando claro la importancia del cumplimiento de los índices establecidos en la metodología para asegurar el correcto acomodo del material pétreo y crear una trabazón que ayude a resistir los esfuerzos que se transmiten por el paso de los vehículos. 59 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 4.3 Influencia del TN de la granulometría de diseño Uno de los criterios básicos en la selección de la estructura granular es que conforme aumenta el tamaño nominal de la granulometría, la resistencia de la mezcla asfáltica aumenta. Con el objetivo de verificar si este criterio se cumple de manera directa, en el siguiente ejemplo se evalúan dos granulometrías con diferentes tamaños nominales una de 12.5 mm (1/2”) y otra de 19.0 mm (3/4”). La información de la granulometría con TN de 12.5 mm (1/2”) se presenta en la Figura 4.6. Esta fue diseñada con un PVFGS de 100% y cumple con todos los parámetros de la metodología. Por lo que se considera que la granulometría tendrá un buen acomodo y buena trabazón del agregado grueso. Parámetro TN 12.5 Especificación PVFGS 100% 95 – 105 Índice FG Índice FFa Índice FFf 0.605 0.426 0.500 0.6 – 0.75 0.35 – 0.50 0.35 – 0.50 Figura 4.6 Granulometría y evaluación de parámetros para una mezcla con TN de 12.5 mm 60 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey La segunda granulometría tiene un TN de 19.0 mm (3/4”). Esta se diseñó con un PVFGS de 105% y con algunos incumplimientos en los índices de la metodología (el Índice FG y el Índice FFf). El objetivo de estos incumplimientos es establecer si una estructura granulométrica mal diseñada tendrá un mejor desempeño que una bien diseñada solo por el hecho de tener un TN superior. La información se presenta en la Figura 4.7. Parámetro TN 19.0 Especificación PVFGS 105% 95 – 105 Índice FG Índice FFa Índice FFf 0.801 0.496 0.559 0.6 – 0.75 0.35 – 0.50 0.35 – 0.50 Figura 4.7 Granulometría y evaluación de parámetros para una mezcla con TN de 19.0 mm Con base en esta información se diseñaron dos mezclas para soportar un nivel de tránsito alto (de 3 a 30 millones de ejes equivalentes). Por lo anterior, para el nivel de tránsito y granulometría definida, los requerimientos volumétricos que debe cumplir la mezcla asfáltica son: 4% de vacíos de aire, vacíos del agregado mineral mayor a 13 y 14%, vacíos llenos con asfalto entre 65 y 75%, una relación de filler-asfalto entre 0.6 y 1.2 y la compactación de los especímenes de diseño son a 100 giros, con revisión de los niveles de compactación al Nini y Nmax a 8 y 160 giros, respectivamente. Los resultados de los diseños volumétricos de las dos mezclas se presentan en la Tabla 4.11. 61 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla 4.11 Diseños volumétricos de las mezclas de TN de 12.5 mm y 19.0 mm Parámetros Tamaño Nominal (TN) de la mezcla asfáltica 12.5 mm (1/2") 19.0 mm (3/4") CA, % 5.5 5.4 Gsb 2.674 2.691 Gse 2.794 2.774 VA, % 4 4.3 VMA, % 13.35 14.52 VFA % 70.03 70.11 Pba, % 1.66 1.1 Pbe, % 3.93 5.40 DP, % 1.7 1.12 Gmm 2.554 2.542 Gmb 2.447 2.432 El diseño de la volumetría se realizó con un asfalto convencional de refinería (no modificado). Sin embargo, para el estudio se consideraron tres diferentes asfaltos (1 convencional y 2 modificados) para ver la influencia de la granulometría con diferentes ligantes asfálticos. Para la evaluación de las mezclas se seleccionaron ensayos que proporcionarán indicadores de propiedades mecánicas. Los ensayos evaluados fueron compresión axial cíclica para evaluar las propiedades a la deformación permanente y el ensayo de módulo dinámico para evaluar las propiedades viscoelásticas de las mezclas asfálticas 62 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey Tabla 4.12 Caracterización de los materiales asfálticos Ensayo Tipo asfalto Norma Temperatura de prueba Parámetro Resultado Especificación Condición original A1 Recuperación elástica por torsión M-MMP-4-05-024-02 Punto de reblandecimiento ASTM D36-14 A2 8 25 °C Re A3 % 36.50 A1 A2 - 53.25 N/A Pr A3 50.50 °C 61.90 °C 60.87 °C 35% mín. N/A Grado PG - ASTM D6373-15 Ensayo Tipo asfalto Norma Temperatura de prueba Parámetro Resultado Especificación Condición original A1 Viscosidad ASTM D4402-15 A2 135 °C η A3 Reómetro de Corte Dinámico (DSR) ASTM D7175-15 A1 64 °C A2 76 °C A3 76 °C G*/senδ 0.466 Pa∙s 0.927 Pa∙s 0.871 Pa∙s 1.980 kPa 1.505 kPa 1.450 kPa ≤ 3 Pa∙s ≥ 1 kPa Después de envejecimiento en Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO), ASTM D2878-12 A1 Cambio de masa ASTM D2872-12 A2 163 °C CM A3 Reómetro de Corte Dinámico (DSR) ASTM D7175-15 A1 64 °C A2 76 °C A3 76 °C G*/senδ -0.463 % -0.226 % -0.312 % 8.156 kPa 3.545 kPa 3.139 kPa ≤ 1.0% ≥ 2.2 kPa Después de envejecimiento en Vasija de Presión y Temperatura (PAV), ASTM D6521-13 A1 Envejecimiento PAV ASTM D6521-13 A2 100 °C N/A A3 Reómetro de Corte Dinámico (DSR) Reómetro de Viga a Flexión (BBR) ASTM D7175-15 ASTM D6648-08 A1 28 °C A2 31 °C A3 31 °C A1 -6 °C A2 A3 -12 -6 2659 G*(senδ) S m S °C m S °C kPa 1001 kPa 1718 kPa 72.70 MPa 0.329 151.00 ≤ 300 MPa ≥ 0.300 MPa 0.341 74.80 ≤ 5,000 kPa ≤ 300 MPa ≥ 0.300 MPa ≤ 300 MPa m 0.325 ≥ 0.300 Jnr 3.2kPa (kPa-1) RE 3.2kPa (%) Clasificación Clasificación MSCR N·CMT·4·05·004/18 Ensayo Norma Tipo asfalto Temperatura de prueba MSCR (Multi-Stress Creep Recovery) A1 64 °C 1.3794 6.68 % H N·CMT·4·05·004/18 A2 76 °C 1.3748 35.34 % H A3 76 °C 0.9101 23.05 % H Temperatura de mezclado y compactación Temperatura de mezclado Temperatura de compactación A1 160 ± 3 °C A2-A3 170 ± 3 ° C A1 150 ± 3 ° C A2-A3 160 ± 3 ° C 63 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 4.3.1 Compresión axial cíclica La evaluación fue realizada para cada granulometría y a tres diferentes temperaturas de ensayo. Las temperaturas utilizadas fueron 30, 40 y 50 °C. Las condiciones de carga utilizadas fueron de 600 kPa de esfuerzo vertical (V), una frecuencia de carga constante de 1 Hz (carga 0.1 s – relajación 0.9 s), un esfuerzo de confinamiento (H) nulo (0 kPa) y un límite de 100000 ciclos de repeticiones de carga. El ensayo se realizó siguiendo el procedimiento de prueba MAC VIII “Método estándar para la determinación de la deformación permanente en la mezcla asfáltica sujeta a una carga de compresión axial cíclica”, Publicación técnica 603 del Instituto Mexicano del Transporte. 4.3.1.1 Influencia del asfalto Para evaluar el efecto de la temperatura se realizaron ensayos a 30, 40 y 50°C. Los resultados de las pruebas son presentados en las Figuras 4.8 a 4.10. En estas figuras se puede observar claramente la diferencia entre cada uno de los ligantes asfálticos; al aumentar la temperatura es más claro observar el efecto de la granulometría en el desempeño de la mezcla. Figura 4.8 Evolución de la deformación permanente a 30°C Figura 4.9 Evolución de la deformación permanente a 40°C 64 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey Figura 4.10 Evolución de la deformación permanente a 50°C En las figuras se puede observar que, al aumentar la temperatura, se incrementa la acumulación de la deformación de la mezcla asfáltica. El ensayo demuestra claramente el aporte del ligante asfáltico; se nota que el asfalto convencional presenta mayores deformaciones que los asfaltos modificados. Cuando se comparan los dos asfaltos modificados se observa que el asfalto 3 es el que presenta menores deformaciones en todas las condiciones de ensayos evaluadas. De esta primera observación se puede concluir que el ensayo permite identificar y cuantificar claramente los efectos de la temperatura, la granulometría y tipo de ligante asfáltico de la mezcla asfáltica. Otro punto importante por discutir con respecto a los resultados es que se observó que la tendencia entre las granulometrías es evidente. La mezcla con granulometría de TN 12.5 mm tiene claramente un mejor comportamiento que la mezcla con granulometría de TN 19.0 mm. 4.3.1.2 Influencia de la temperatura Como evaluación complementaria se analizó la influencia de la temperatura en los diferentes ligantes asfálticos utilizados en el estudio. Los resultados se presentan en las Figuras 4.11 a 4.13. Se observan que con el aumento de la temperatura se incrementa la deformación permanente en las mezclas asfálticas. Las mezclas con asfalto A1, en cualquier de las 2 diferentes granulometrías presentan porcentajes de deformación altos para bajos números de ciclos; solamente para el TN de 12.5 mm y temperatura de 30 °C, se superaron los 50 000 ciclos de carga. Analizando los demás asfaltos, se observa que los únicos ensayos que finalizaron fueron los realizados a una temperatura de 30°C y con asfalto modificado. En los ensayos con temperatura de 50°C no se logra apreciar la pendiente debido a que esta es muy inclinada y dura pocos ciclos. 65 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Figura 4.11 Evolución de la deformación permanente de la mezcla con A1 Figura 4.12 Evolución de la deformación permanente de la mezcla con A2 Figura 4.13 Evolución de la deformación permanente de la mezcla con A3 En lo que se refiere a la pendiente de evolución de la deformación (Zona 2), para las mezclas con TN de 12.5 mm, los resultados se pueden determinar con precisión para las temperaturas de 30 y 40°C, para las mezclas con TN de 19.0 mm, solamente para la temperatura de 30°C. 66 4 Ejemplos de aplicación del Método Bailey Con este análisis se confirma que las mezclas con TN de 12.5 mm presentan una mejor resistencia que las mezclas con TN de 19.0 mm. 4.3.2 Módulo dinámico Con el objetivo de tener una idea más clara del comportamiento mecánico de ambas mezclas asfálticas se realizó un ensayo de módulo dinámico en las mezclas asfálticas presentadas previamente. Los resultados se presentan en Figuras 4.14 y 4.15. Se analizó la zona de temperaturas altas – frecuencias bajas que son las condiciones en donde se puede presentar la deformación permanente (cuadro rojo). Figura 4.14 Curva maestra del módulo dinámico de las mezclas asfálticas En la Figura 4.14 se observa que valores de módulo dinámico para las mezclas con TN de 12.5 mm son ligeramente mayores para la mezcla con el asfalto convencional; para los asfaltos modificados no se observa una tendencia clara, lo cual se asocia al efecto del polímero. Analizando solo el valor de módulo dinámico no se obtiene una tendencia entre las dos granulometrías ya que influye el aporte del ligante asfáltico, por lo que el análisis debe realizarse incluyendo el valor del ángulo de fase. 67 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Figura 4.15 Diagrama de Black de las mezclas asfálticas Para un análisis de los parámetros obtenidos en el ensayo (módulo dinámico y ángulo de fase), se utilizó el diagrama de Black. En este se puede observar que las mezclas con TN de 12.5 mm tienen ángulos de fase inferiores a las mezclas con TN de 19.0 mm, y se ven ligeramente más contraídas lo que indican que para un mismo valor de módulo dinámico las mezclas con TN de 12.5 mm tienen valores de ángulo de fase menores, lo cual aumenta su componente elástica para una misma condición de carga; esto puede representar una menor acumulación de deformación. Aunque la diferencia no es significativa, también en este ensayo la mezcla con granulometría con TN de 12.5 mm tiene valores ligeramente más altos de módulo dinámico y más bajos de ángulo de fase. Estos resultados confirman que la mezcla con granulometría con TN de 12.5 mm tiene un mejor desempeño lo que puede asociarse a que la estructura granular que cumple con los tres índices de la metodología. Esto asegura un mejor acomodo y trabazón de la fracción gruesa. Esto deja claro que tener un TN mayor no asegura por defecto un aumento de la resistencia de la mezcla asfáltica; también se debe asegurar cumplir con los índices de la metodología para cerciorarse del aporte que se tenga por el incremento del TN. 68 Conclusiones En el estudio se presentaron diferentes criterios para la selección de la estructura granulométrica, considerando diferentes normativas, requisitos granulométricos, representaciones gráficas y la selección del tamaño nominal (TN) de la granulometría de diseño. De igual forma se describió la metodología Bailey para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica, con el objetivo de entender algunos aspectos sobre la estructura general del material pétreo que no se consideran en el diseño actual, y poder seleccionar la estructura de la mezcla asfáltica en base a indicadores de desempeño. Los hallazgos específicos del estudio son los siguientes: En principio no hay una influencia significativa por el cambio de las mallas. Sin embargo, cuando se trata de adoptar una metodología o procedimiento de análisis desarrollado en Estados Unidos, donde se utilizan los criterios de la ASTM (Método Bailey), los parámetros (índice FFa y FFf) no aplican de forma directa por el cambio en las aberturas de las mallas. El uso de una representación gráfica u otra (Gráfica semilogarítmica y Fuller) no afecta las características granulométricas que debe cumplir el material, simplemente son dos formas diferentes de representar los datos obtenidos en el ensayo. Pero la gráfica de Fuller permite una interpretación más ágil de las curvas granulométricas. Este estudio deja claro que la correcta determinación del tamaño nominal de la mezcla asfáltica debe ser una función del espesor de la capa asfáltica definida en el proyecto o diseño estructural del pavimento. Los factores que definen el acomodo del material son la granulometría, el tipo y cantidad de esfuerzo de compactación, la forma de la partícula, la textura y la resistencia a esfuerzos de compactación. El ensayo que agrupa las características del material pétreo y define el acomodo de la estructura granulométrica es el peso volumétrico seco suelto (PVSS) o compacto (PVSC). 69 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Redefinición del Tamaño Nominal. El método Bailey utiliza como criterio para establecer el TN a la malla superior a la primera que retiene más del 15% del material. El método Bailey está basado en cuatro principios. Principio #1. Determinar la malla que divide la parte gruesa y fina, Principio #2. Evaluación de la fracción gruesa (índice FG), Principio #3. Evaluación del acomodo de toda la fracción fina en la mezcla de agregados (Arenas), Principio #4. Evaluación del acomodo de la parte más fina de la fracción fina (filler), Los índices definidos en la metodología fueron un indicador para establecer una estructura granulométrica adecuada para la mezcla asfáltica. Las granulometrías establecidas con el Método Bailey permitieron diseñar mezclas asfálticas con una volumetría adecuada. Todas las mezclas asfálticas en donde se utilizó el método Bailey para definir la granulometría de diseño cumplieron con la evaluación de desempeño en la susceptibilidad a la humedad y deformación permanente. 70 Bibliografía American association of State Higway and Transportation Officials [AASHTO]. (2021). M323-17 Standard specification for Superpave volumetric mix design. Technical subcommittee: 2d, proportioning of asphalt-aggregate mixture. Technically revised:2017, Reviewed but not updated: 2021. Asociación Mexicana del Asfalto [AMAAC]. (2016). PA-MA-022 Control y aseguramiento de calidad para mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa de alto desempeño . México: Asociación Mexicana del Asfalto, A.C. Asociación Mexicana del Asfalto [AMAAC] (2013). PA-MA-013 Diseño de mezclas asfálticas de granulometría densa de alto desempeño . 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Mexicano del Transporte. https://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt603.pdf Delgado, H., Ayala ,Y. y Zambrano, J. (2020). Análisis y modelación de la variación de parámetros de diseño en el comportamiento a 71 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica deformación permanente de una mezcla asfáltica. [Publicación Técnica No. 603]. pp. 11–41. México: Instituto Mexicano del Transporte. https://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt632.pdf Delgado, H. (2020). Diseño de mezclas asfálticas densas en caliente en función del nivel de tránsito. [Publicación técnica 602]. México: Instituto Mexicano del Transporte. https://imt.mx/descargaarchivo.html?l=YXJjaGl2b3MvUHVibGljYWNpb25lcy9QdWJsaWNhY2 lvblRlY25pY2EvcHQ2MDIucGRm Delgado, H., Flores, M. y Ayala Y. (2020). Manual de ensayos para laboratorio. Mezclas asfálticas en caliente (MAC) Parte 2: Ensayos mecánicos. [Publicación técnica 602]. México: Instituto Mexicano del Transporte. https://imt.mx/descargaarchivo.html?l=YXJjaGl2b3MvUHVibGljYWNpb25lcy9QdWJsaWNhY2 lvblRlY25pY2EvcHQ2MDMucGRm Graziani, A. (2012). An application to the European practice of the Bailey Method for HMA aggregate grading design. [SIIV - 5th International Congress - Sustainability of Road Infrastructures]. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 53, 991 – 1000. Louay, M. & Khalid, S. (2016). A Look at the Bailey Method and Locking Point Concept in Superpave Mixture Design. USA: Louisiana Transportation Research Center. https://www.researchgate.net/publication/260086397 Manjunath, K. & Poornachandra, N. (2014). Design of hot mix asphalt using Bailey method of gradation. IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology, 03(06), ISSN: 2319-1163 | pISSN: 23217308. National Cooperative Highway Research Program [NCHRP]. (2011). REPORT 673, A Manual for Design of Hot-Mix Asphalt with Commentary. Washington, D.C. 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Morgantown, West Virginia: Department of Civil and Environmental Engineering. 73 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 74 Anexo 1 Nomenclatura Tabla A1.1 Nomenclatura y abreviaciones Inglés Español Abreviación Nomenclatura Abreviación Nomenclatura CA Coarse Aggregate FG Fracción Gruesa CA Ratio Coarse Aggregate Ratio Índice FG Índice de la Fracción Gruesa FA Fine Aggregate FF Fracción Fina FAc Ratio Fine Aggregate “Coarse” Ratio Índice FFa Índice de la Fracción Fina de las arenas (Gruesa) FAf Ratio Fine Aggregate “Fine” Ratio Índice FFf Índice de la Fracción Fina del filler (Fina) MF Mineral Filler FM Filler Mineral BHF’s Bag House Fines FCB Finos de la Casa de Bolsas VMA Voids in the Mineral Aggregate VAM Vacíos en el Agregado Mineral C-G Coarse-Graded GG Granulometría Gruesa F-G Fine-Graded GF Granulometría Fina SMA Stone Matrix Asphalt SMA Stone Matrix Asphalt NMAS Nominal Maximum Aggregate Size TN Tamaño Nominal PCS Primary Control Sieve MCP Malla de Control Primario SCS Secondary Control Sieve MCS Malla de Control Secundario TCS Tertiary Control Sieve MCT Malla de Control Terciario UW Unit Weight PV Peso Volumétrico LUW Loose Unit Weight PVSS Peso Volumétrico Seco Suelto RUW Rodded Unit Weight PVSS Peso Volumétrico Seco Compacto SUW Solid Unit Weight PVS Peso Volumétrico Sólido CUW Chosen Unit Weight PVFGS Peso Volumétrico de la Fracción Gruesa Seleccionado 75 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica 76 Anexo 2 Requerimientos para una mezcla de granulometría gruesa (95 – 105% FG PVSS) PVFGS disminuye = % MCP aumenta = VAM aumenta Cambio de 4% en la % MCP Original 1% de cambio en el VAM Índice FG aumenta = VAM aumenta Un cambio de 0.20 1% cambio en el VAM Índice FFa aumenta = VMA disminuye Hasta un valor de ~0.55, entonces el VAM comienza a aumentar Cambio de 0.05 1% cambio en el VAM Índice FFf aumenta = disminuye VAM Hasta un valor de ~0.55, entonces el VAM comienza a aumentar Cambio de 0.05 1% cambio en el VAM Tabla A2.1 Mallas requeridas en pulgadas TN 1-1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" #4 Malla media 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" #4 #8 MCP 3/8" #4 #4 #8 #8 #16 Índice FG 3/4" - 3/8" 100 - 3/4" 1/2" - #4 100 - 1/2" 3/8"- #4 100 - 3/8" 1/4"- #8 100 - 1/4" #4 - #8 100 - #4 #8 - #16 100 - #8 MCS #8 #16 #16 #30 #30 #50 Índice FFA #8 3/8" #16 #4 #16 #4 #30 #8 #30 #8 #50 #16 MCT #30 #50 #50 #100 #100 #200 Índice FFF #30 #8 #50 #16 #50 #16 #100 #30 #100 #30 #200 #50 77 Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica Tabla A2.2 Mallas requeridas en milímetros TN 37.5mm 25.0mm 19.0mm 12.5mm 9.5mm 4.75mm Malla media 19.0mm 12.5mm 9.5mm 6.25mm 4.75mm 2.36mm MCP 9.5mm 4.75mm 4.75mm 2.36mm 2.36mm 1.18mm Índice FG 19.0 – 9.5 100% – 19.0 12.5 – 4.75 100% – 12.5 9.5 – 4.75 100% – 9.5 6.25 – 2.36 100% – 6.25 4.75 – 2.36 100% – 4.75 2.36 – 1.18 100% – 2.36 MCS 2.36mm 1.18mm 1.18mm 0.600mm 0.600mm 0.300mm Índice FFA 2.36 9.5 1.18 4.75 1.18 4.75 0.600 2.36 0.600 2.36 0.300 1.18 MCT 0.600mm 0.300mm 0.300mm 0.150mm 0.150mm 0.075mm Índice FFF 0.600 2.36 0.300 1.18 0.300 1.18 0.150 0.600 0.150 0.600 0.075 0.300 Tabla A2.3 Requerimiento para una granulometría gruesa TN Índice FG 1-1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" #4 0.80 – 0.95 0.70 – 0.85 0.60 – 0.75 0.50 – 0.65 0.40 – 0.55 0.30 – 0.45 Índice FFA 0.35 – 0.50 Índice FFF 0.35 – 0.50 78 Km 12+000 Carretera Estatal 431 “El Colorado-Galindo” San Fandila, Pedro Escobedo C.P. 76703 Querétaro, México Tel: +52 442 216 97 77 ext. 2610 [email protected] http://www.imt.mx/