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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
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71
Procedimiento para la selección de la estructura granulométrica de la mezcla asfáltica
deformación permanente de una mezcla asfáltica. [Publicación
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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
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