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USO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS DE 20mm EN CAPAS DE
BAJO ESPESOR
(INDICACIONES PARA SELECCIÓN DE LA DENSIDAD DE REFERENCIA)
SEPTIEMBRE 2012
Ref.: PARA: ASFALTOS VALPARAISO S.A.
Solicitante: Manuel Gordo C. Teléfono: 2‐ 2355053
Preparado por: Héctor Rioja V. Teléfonos: 09‐9979672
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USO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS DE 20 mm EN CAPAS DE BAJO ESPESOR
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ÍNDICE
1.0 RESUMEN EJECUTIVO ........................................................................................................ 2
2.0.‐ MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE (HMA). ...................................................................... 3
2.1 DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE ....................................................................................................... 5 2.2 CONSIDERACIONES ECONÓMICAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE .............................................. 8 2.3 EL CONCEPTO VACÍOS DE AIRE (VA). .................................................................................................................. 10
3.0 CONTROL DE CALIDAD DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DURANTE SU CONSTRUCCIÓN ...... 12
3.1 DEFICIENCIAS CONSTRUCTIVAS .......................................................................................................................... 13
4.0 MEZCLAS ASFÁLTICAS
CON
COMBINACIONES
DE
AGREGADOS
DE
TMA
20
MM
..............
14
5.0 RELACIÓN ESPESOR/TMN ................................................................................................ 16
6.0 OBRAS CONSTRUIDAS POR ASFALTOS VALPARAISO CON TMN 20 MM (COQUIMBO) ...... 18
6.1 COMENTARIOS DE LA VISITA A TERRENO (OBRAS ASFALTOS VALPARAÍSO CON TMN 20 MM)....................................... 19 6.2 ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADOS POR ASFALTOS VALPARAÍSO ....................................................................... 21 6.3 POSIBLES CAUSALES DE LA IRREGULARIDAD DE LAS DENSIDADES DE TERRENO ........................................................... 23
7.0 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES .................................................................................... 26
8.0 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 28
9.0 ANEXOS ........................................................................................................................... 29
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1.0 RESUMEN EJECUTIVO
Las obras que se analizarán en este texto son:
a.‐ Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 5 (Socos)‐Ovalle 64B045, Sector Km 0,670 a Km
20,00
b.‐ Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 43 (El Peñón)‐Andacollo 64B051, Sector Km
14,00 a Km 27,00
c.‐ Conservación Periódica Ruta D‐605 Camino Ovalle‐Punitaqui‐Combarbalá, Sector Km
23,710 a Km 26,510
La calidad de la construcción de estos caminos ha sido fuertemente multada por La Dirección
de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de la Región de Coquimbo.
Debido al alto monto de las multas que sólo en el caso del contrato Ovalle‐Punitaqui‐
Combarbalá, llega a un monto de $ 23.477.584 por cada kilometro (densidad), se ha realizado
un estudio de las posibles causas que originan esta deficiencia.
Basados en la información obtenida en terreno, estudios realizados en Estados Unidos de
Norteamérica y la experiencia de este consultor, se concluye que esta mezcla asfáltica posee
características especiales que habitualmente son muy deseables, pero que colocadas en
espesores de 4 cm generan inconvenientes como los que han presentado los contratos
ejecutados por Asfaltos Valparaíso. Finalmente se sugiere el estudio de una nueva densidad
de referencia que permita juzgar la calidad real de estos pavimentos.
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2.0.‐ MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE (HMA).
Se denomina mezcla asfáltica en caliente a la combinación de agregados (piedras
habitualmente chancadas) y ligante asfáltico. Existen muchos tipos de mezclas asfálticas en
caliente (HMA). La manera de clasificarlas se basa principalmente en el tipo de granulometría
de los agregados (continua o discontinua) o la cantidad de vacíos de aire (Va) contenida
dentro de la mezcla asfáltica. La tabla 2.1 muestra el criterio de clasificación de mezclas
asfálticas para distintos países (Ref. Ignacio Cremades Ibáñez Asociación Mexicana del Asfalto
1er Congreso Nacional pág 127 1999).
TABLA 2.1
“Criterio
de
Clasificación
de
Mezclas
Asfálticas”
Chile Va (%) USA Va (%) España Va (%)
Densas Va ≤10 Va < 8 Va < 6
Semi‐Densas 15 ≥Va >10 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 6 ≥Va ≥12
Abiertas Va > 15 30 > Va > 15 Va > 15
De acuerdo a lo anterior la HMA utilizada en las obras “Conservación Periódica Camino Cruce
Ruta 5 (Socos) – Ovalle”, “Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 43 – Andacollo” y
“Conservación Periódica Ruta D‐605, Camino Ovalle‐Punitaqui‐Combarbalá” es del tipo densa
con graduación continua de agregados (huecos Va inferiores a 10%).
La Figura 2.1 muestra la apariencia típica de una mezcla asfáltica en caliente densa (TMA ½”,
12,5 mm), colocada sobre una mezcla de base del tipo Open‐Graded (graduación abierta).
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FIGURA 2.1 “Mezcla Asfáltica Densa de TMA ½” Colocada Sobre una Mezcla Open – Graded
El aspecto de ambas mezclas muestra grandes diferencias, principalmente en el tamaño
máximo de los agregados, y porcentaje de aire (huecos en la mezcla asfáltica).
Dependiendo del uso específico que quiera darse al aglomerado bituminoso existen tres tipos
de mezclas:
1‐ Mezclas de Superficie, también llamadas capas de rodadura o carpeta asfáltica.
2‐ Capa intermedia o Binder.
3‐
Base asfáltica.
Tomando como ejemplo la figura 2.1, la capa superior corresponde a una carpeta asfáltica y la
inferior a una base asfáltica de graduación abierta.
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2.1 Diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente
La mezcla asfáltica es el agregado pétreo convenientemente recubierto con una película de
asfalto y luego sometida a un proceso de compactación, que hace que esta mezcla tenga
propiedades resistentes al desgaste y deformación producida por los vehículos.
El espesor de película asfáltica que recubre cada partícula de agregado tiene una influencia
determinante en los dos criterios más importantes que regulan el comportamiento de las
mezclas, estos son:
‐ La estabilidad
‐ La durabilidad
Mientras más delgada es la película de asfalto, menor será la estabilidad de la mezcla. A
medida que esta película se hace más gruesa el asfalto tiende a cohesionar el pétreo, pasando
por un óptimo para luego tener un efecto lubricador (tornándose en una mezcla altamente
deformable).
La cohesión entre pétreos, varía con el tiempo al perder el asfalto su poder ligante debido a la
oxidación, producto del ambiente (oxígeno del aire y agua). Esta oxidación será menor cuanto
mayor sea el espesor de la película de asfalto, ya que se necesitará un tiempo más largo para
oxidar a una mayor cantidad de asfalto (en realidad
la
rapidez
de
oxidación
del
asfalto
depende de la facilidad con que tenga contacto con el oxígeno).
Como se comprenderá debe procurarse en el diseño de una mezcla obtener el mejor balance
entre estabilidad y durabilidad.
De estos conceptos se deducen varios aspectos fundamentales para el desempeño de las
mezclas asfálticas.
En primer lugar se puede indicar que las capas de asfalto que siguen a la capa que sirve de
rodadura no están sometidas a oxidación, no hay oxigeno, o su oxidación es sumamente lenta.
Asimismo, se puede indicar que la influencia del tamaño de los pétreos es inversamente
proporcional a su área superficial específica y ésta a su vez es directamente proporcional a la
cantidad de asfalto a usar en una mezcla determinada. Materiales finos presentan mayor área
específica, por lo tanto mayor superficie a recubrir con asfalto. Como conclusión se puede
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decir que al usar materiales más finos se necesita más asfalto que al usar materiales más
gruesos en la preparación de una mezcla asfáltica.
El aporte del material pétreo a la estabilidad de una mezcla asfáltica lo efectúa a través de su
fricción interna y esta a su vez es función del tamaño del árido y de la rugosidad de sus caras.
Por lo que también se puede decir que mezclas asfálticas compuestas de materiales gruesos y
de caras angulosas, tendrán mejor estabilidad que mezclas con materiales más finos.
Otros criterios que deben considerarse en el diseño de una mezcla son la impermeabilidad de
ella y su trabajabilidad o aptitud para ser distribuida y compactada.
Las mezclas asfálticas densamente graduadas deben ser en lo posible totalmente
impermeables, de manera que el agua superficial no pueda atravesar hacia las capas
inferiores, evitando con ello que estas puedan perder capacidad de soporte.
La impermeabilización se consigue eliminando todos los huecos en una mezcla, pero esta
solución no es práctica ya que las mezclas deben considerar un cierto porcentaje de huecos
para absorber la consolidación producto del amasado del tránsito. De no considerarse la
existencia de estos huecos, la mezcla al recompactarse desplazaría asfalto hacia la superficie,
llegando a formar una película de asfalto en ella, tornándolo resbaladizo (ref. 3).
La Figura 2.1.1 muestra el aspecto de una mezcla asfáltica TM ½”que posee un 4% de vacíos
de aire.
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FIGURA 2.1.1 “Mezcla de ½” con un 4% de vacíos de aíre (Va) en la mezcla”
Los vacíos de aire de una mezcla asfáltica compactada deben estar en el rango 4 a 6 %.
TABLA 2.1.1 “Especificaciones Típicas Para Mezcla Asfálticas Densas (MC‐V5 2010)”
En obras construidas en Chile el Ministerio de Obras Públicas específica los parámetro de
diseño en el manual de carreteras volumen número 5. La Tabla 2.1.1 muestra las
especificaciones de mezclas asfálticas válidas para las obras “Conservación Periódica Camino
Cruce Ruta 5 (Socos) – Ovalle”, “Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 43 – Andacollo” y
“Conservación Periódica Ruta D‐605, Camino Ovalle‐Punitaqui‐Combarbalá”. Como se puede
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apreciar en la primera fila, para mezclas de Superficie (Densas) el porcentaje de aire Va debe
estar en el rango 4 (%) a 6 (%).
2.2
Consideraciones Económicas
Para
el
Diseño
de
Mezclas
Asfálticas
en
Caliente
Múltiples consideraciones deben tomarse al iniciar el proceso de diseño de una mezcla
asfáltica.
Respecto de los componentes principales de un aglomerado bituminoso, es decir ligante
(asfalto) y agregado (áridos) es necesario hacer un análisis de las propiedades que cada uno
de estos materiales otorga al pavimento. De manera simplificada podemos decir que los
agregados proporcionan la estructura y rigidez y el ligante entrega la flexibilidad (traducida en
resistencia a la fatiga). Según lo anterior un diseño de mezcla asfáltica con alta resistencia a la
fatiga debería considerar la incorporación de altos contenidos de ligante compatibles con una
mezcla que no se deforme frente a las cargas de tránsito, de esta manera se tendría un
pavimento con larga vida útil debido a que el asfalto componente de la misma resistiría la
repetición de cargas (ver Figura 2.2.1), el agua y la oxidación provocada por el aire.
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FIGURA 2.2.1 “Resistencia a la Fatiga”
Durante el transcurso de una obra vial los asfaltos sufren “envejecimiento”, como
consecuencia de este proceso el ligante se rigidiza reduciendo su resistencia a la fatiga
(agrietamiento) y sus cualidades adherentes (asfalto‐árido).
El asfalto puede sufrir “alteraciones” bajo dos circunstancias bien definidas. Durante la etapa
de fabricación de mezcla asfáltica, proceso breve, pero de fuerte impacto, debido a que el
asfalto es expuesto al contacto con oxigeno a altas temperaturas. En esta operación se
producen principalmente volatilización de fracciones livianas del asfalto y su oxidación, que
puede ser amplificada por el tiempo y la temperatura de mezclado.
La otra etapa durante la cual el ligante puede sufrir alteraciones, es durante el período de
servicio, en este, las propiedades del asfalto son transformadas de manera más lenta, siendo
principalmente la oxidación causada por el oxigeno proveniente del aire la causa fundamental
de endurecimiento. De aquí se deduce la necesidad de evitar el contacto del aire con el
asfalto. Para lograr este objetivo se evita que las mezclas asfálticas tengan porcentajes de
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huecos superiores al 5 %, de esta manera el aire no puede penetrar la mezcla asfáltica para
combinarse con el asfalto.
Un pavimento asfaltico cuyo ligante esté oxidado se tornará muy rígido perdiendo su
característica principal que es la flexibilidad. Consecuencia de esto, es que este tipo
pavimentos expuesto al tránsito, se agrietará.
2.3 El concepto Vacíos de Aire (Va).
Uno de los parámetros volumétricos más importantes en el diseño de mezclas asfálticas es el
porcentaje de vacios de aire (huecos), ver la figura 2.3.1.
FIGURA 2.3.1 “Vacios de Aire (Huecos) de una Mezcla Asfáltica”
El aire dentro de una mezcla asfáltica de capa de rodadura debe estar en el rango 4 a 6 % en
volumen (ver tabla 2.1.1) cuando está compactada al máximo (100% de compactación). La
ausencia de huecos en una mezcla asfáltica trae como consecuencia pavimentos exudados (se
llama exudación a la presencia de asfalto libre sobre la superficie del pavimento), para el caso
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de las capas de rodamiento significa una pérdida funcional indeseable, cual es proveer
seguridad y confort al tránsito, por el contrario, el exceso de vacíos genera mezclas altamente
permeables al aire y el agua, con las consecuencias antes señaladas para con la durabilidad.
Uno de los parámetros entregados por el proceso de diseño de un aglomerado asfaltico, es la
densidad Marshall también llamada densidad de referencia. Este indicador es utilizado para
controlar el proceso de colocación y compactación de la mezcla asfáltica mediante la fórmula:
(2.3.1)
La cantidad de huecos del aglomerado asfaltico será el de diseño si el nivel de compactación
(porcentaje de compactación) es de un 100 %. La figura 2.3.2 muestra como el porcentaje de
aire de la mezcla se reduce a medida que esta es compactada.
FIGURA 2.3.2
“Compactación y Vacios de Aire (Huecos) de una Mezcla Asfáltica compactada”
Sólo con niveles de compactación del 100% se tendrá en terreno un porcentaje de huecos
igual al de diseño (laboratorio).
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3.0 CONTROL DE CALIDAD DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS DURANTE SU CONSTRUCCIÓN
En modalidad más básica (sin contar IRI, textura, etc.) el control de la calidad de los
pavimentos asfálticos se aplica fundamentalmente a tres parámetros:
‐ Contenido de Ligante
‐ Espesor de pavimento
‐
Densidad de la mezcla asfáltica
Contenido de Ligante: No es posible conocer el contenido de ligante con precisión de manera
instantánea, ya que debido a dificultades tecnológicas su determinación toma alrededor de 2
horas, por lo tanto, garantizar que este parámetro este dentro de los límites exigidos por el
diseño y las especificaciones del aglomerado bituminoso, requiere forzosamente
calibraciones previas minuciosamente ejecutadas en la planta asfáltica.
Espesor de Pavimento: El espesor de pavimento puede ser controlado de manera instantánea
con precisiones que dependen en un caso de la calidad de los sensores y equipos de
colocación o en otros casos por la habilidad del operador.
Densidad de la Mezcla Asfáltica: Este parámetro es habitualmente controlado
instantáneamente (2 minutos) mediante el uso de densímetros nucleares. La práctica indica
que luego de cierto número de pasadas de los rodillos compactadores la mezcla asfáltica
adquirirá el valor de densidad deseado, es decir, al menos un 97 % de la densidad de
referencia.
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3.1 Deficiencias Constructivas
Se realizará un análisis muy general de los síntomas más típicos causado por deficiencias
constructivas de los siguientes parámetros:
‐ Contenido de Ligante
‐ Densidad de la mezcla asfáltica
Deficiencias Causadas Por Contenido de Ligante:
El asfalto debe estar muy bien controlado en la mezcla asfáltica ya que tanto por exceso como
por defecto causará serios daños al pavimento.
Exceso de
Ligante:
Cuando la mezcla asfáltica contiene un exceso de ligante, presentará fallas
tales como:
‐ Exudaciones
‐ Deformaciones (ahuellamientos)
Deficiencia de Ligante: Mezclas con bajo contenido de ligante, presentarán una cohesión
deficiente que inevitablemente derivará en fallas tipo stripping y a mediano plazo piel de
cocodrilo. Habitualmente aglomerados bituminosos con bajos contenidos de ligante
presentan porcentajes de vacíos de aire sobre el 7%, por lo tanto, son mezclas permeables al
paso del agua.
Deficiencias Causadas Por baja de densidad:
Las mezclas asfálticas deficientemente compactadas, presentarán porcentajes de vacíos que
excederán el valor establecido en las especificaciones del manual de carreteras. Se sabe que
los huecos de una mezcla compactada en terreno deberán estar en el rango 6 a 7 % para no
presentar permeabilidades excesivas (ref. 1).
Cuando una mezcla está mal compactada es muy probable la aparición de ahuellamientos
causados por el efecto combinado del tránsito y el calor.
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4.0 MEZCLAS ASFÁLTICAS CON COMBINACIONES DE AGREGADOS DE TMA 20 mm
El manual de carreteras volumen número 5 en el item 5.408 específica las bandas
granulométricas que pueden utilizarse para fabricar mezclas asfálticas. Dependiendo del tipo
de capa asfáltica, rodadura, intermedia o base es la composición granulométrica
recomendada.
Para aglomerados bituminosos destinados a capas de rodadura la banda IV‐A‐12 es la más
sugerida. La figura 3.1 muestra las granulometrías más utilizadas para fabricación de mezclas
asfálticas destinadas para uso en capas de rodadura.
Figura 3.1
En Chile la configuración de capas asfálticas más frecuente considera una capa de
rodadura de 5 cm de espesor con un TMA de ¾” (20 mm). La razón de esta práctica se
fundamenta en al menos dos motivos fundamentales:
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a) Económica: Las capas superiores de de un pavimento flexible están destinadas
a resistir las cargas y abrasión causadas por el tránsito normal de los vehículos.
Por este motivo la selección de los materiales componentes del aglomerado
bituminoso consideran la mejor calidad posible tanto del ligante como de los
agregados. De esta manera se trata de evitar el riesgo de:
‐ Ahuellamiento
‐ Exudación
‐ Agrietamientos prematuros
En el caso de las capas subyacentes la calidad de los materiales es menos
exigente, logrando con esto una optimización de recursos financieros.
b)
Climática: La capa asfáltica de rodadura está expuesta a factores adversos
como son el agua (lluvia) y la oxidación causada por el oxigeno (del aire) en
combinación con la radiación del sol. Por este motivo este tipo de mezclas se
diseña considerando restricciones en los vacíos de aire y estabilidad de la
misma.
Dada la diversidad de climas existentes en Chile, se toman algunas precauciones al
momento de la selección de los componentes de la mezcla asfáltica, por ejemplo en climas
fríos o cordilleranos el ligante probablemente sea del tipo modificado (SBS).
Las mezclas asfálticas con TMA 20 mm permiten combinaciones volumétricas internas
que favorecen el logro de objetivos de diseño como por ejemplo el porcentaje de vacíos de
aire.
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5.0 RELACIÓN ESPESOR/TMN
En la mayoría de los Estados Unidos la elección del tamaño máximo nominal (TMN) de un
pavimento asfáltico se hace en función del espesor de capa. La división de investigación del
Departamento de Transportes de Mississippi en el año 2009 publicó los resultados de una
investigación que tenía como objetivo encontrar relaciones entre el espesor de capa, tamaño
máximo nominal del agregado y densidad o porcentaje de compactación obtenido en terreno.
Uno de los productos de esta investigación fue la recomendación de nuevos espesores de
capa asfáltica en función del tamaño máximo del agregado (ver tabla 5.1).
Tabla 5.1 Espesor de Capa ‐ TMN
La adecuada compactación de una mezcla asfáltica en caliente (MAC) durante su etapa de
construcción es vital para asegurar su estabilidad y durabilidad. Hay muchos factores que
pueden influir en la apropiada compactación de una MAC, por ejemplo: Graduación, factores
climáticos, método de extendido, etc.
El proyecto “Espesor del Camino en Mezclas Asfálticas en Caliente”, evaluó la influencia del
espesor de capa asfáltica en la habilidad para lograr niveles de densidad deseables en terreno.
El estudio se realizó en terreno en diferentes proyectos en ejecución. Se desarrolló un diseño
experimental para evaluar como el espesor de capa afecta la densidad y permeabilidad
lograda. Mayores espesores de capa generan varios beneficios respecto de la
compactabilidad. Capas más gruesas mantienen mejor la temperatura de compactación que
las capas de poco espesor. Las capas de más espesor proporcionan mayor espacio para que
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los agregados puedan deslizarse y acomodarse dentro de la masa asfáltica esto hace más fácil
lograr los porcentajes de compactación deseados con energías de compactación razonables.
Se recomendó que el Departamento de Transportes de Mississippi, adoptara nuevas
exigencias para especificaciones de espesor de capa. Esta recomendación está basada en, el
incremento de densidad lograda con capas más gruesas y el incremento del tiempo en que se
mantiene la temperatura de compactación (ref. 2).
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6.0 OBRAS CONSTRUIDAS POR ASFALTOS VALPARAISO CON TMN 20 mm (Coquimbo)
Las obras que se analizarán en este texto son:
a.‐ Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 5 (Socos)‐Ovalle 64B045, Sector Km 0,670 a Km
20,00
b.‐ Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 43 (El Peñón)‐Andacollo 64B051, Sector Km
14,00 a Km 27,00
c.‐ Conservación Periódica Ruta D‐605 Camino Ovalle‐Punitaqui‐Combarbalá, Sector Km
23,710 a Km 26,510
La calidad de la construcción de estos caminos ha sido fuertemente multada por La Dirección
de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de la Región de Coquimbo.
Debido al alto monto de las multas que sólo en el caso del contrato Ovalle‐Punitaqui‐
Combarbalá, llega a un monto de $ 23.477.584 por cada kilometro (densidad), se ha realizado
un estudio de las posibles causas que originan esta deficiencia.
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6.1 Comentarios De La Visita a Terreno (Obras Asfaltos Valparaíso con TMN 20 mm)
Como primera aproximación al problema, se realizó una visita a terreno para contrastar la
información de certificados de ensaye e informes de multas con el aspecto visual real de los
pavimentos. Adicionalmente se efectuó una prueba empírica simple para verificar el grado de
permeabilidad de los caminos, esta prueba consiste en derramar agua sobre el pavimento y
observar si esta fluye o es absorbida (ver punto 3.1), aunque la información entregada por
este ensayo práctico no es concluyente, si es un indicador imperfecto del grado de
permeabilidad del pavimento. En ninguno del los tres contratos observados se verificaron
grados de permeabilidad extrema, es decir, que el agua derramada fuera absorbida con
rapidez inusual. El aspecto visual de la superficie de estas tres obras no presentaba grados de
segregación extrema (ver fotografía 6.1.1), excepto en una junta longitudinal correspondiente
al contrato Cruce Ruta 5 (Socos)‐Ovalle.
Fotografía 6.1.1
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La fotografía 6.1.2 muestra el aspecto superficial del pavimento luego de derramar agua y
verificar ocularmente la poca absorción de esta.
Fotografía 6.1.2
De acuerdo al aspecto de los pavimentos y la experiencia del consultor, no existe una
coherencia entre las altas multas aplicadas y la apariencia de los mismos, este comentario no
pone en duda la idoneidad y calidad de los ensayos realizados por la Dirección de Vialidad de
la Región de Coquimbo. Se estima que existe algún fenómeno poco frecuente que está
generando dificultades con las referencias patrones.
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6.2 Ensayos de Laboratorio Realizados Por Asfaltos Valparaíso
Tal como se menciona en el punto 5.0 (Relación Espesor/TMN), investigaciones realizadas en
Estados Unidos de Norteamerica indican la existencia de relaciones de calidad entre el TMN
del agregado y el espesor de pavimento. Tomando en consideración estas investigaciones,
vemos que en el caso de los diseños de mezcla asfáltica utilizada en los tres contratos de
pavimentos en análisis, el tamaño máximo nominal del agregado es ½” (tamiz de 12,5 mm
retiene 9 %), pero debido a las tolerancias de la mezcla de trabajo el rango de variación de los
agregados está entre 86 – 96 (porcentaje que pasa), por lo tanto, el TMN del árido será de 20
mm para porcentajes que pasan entre 86 y 89 %. De acuerdo a lo anterior, tendremos que de
acuerdo a la tabla 5.1 (Espesor de Capa – TMN) el espesor de pavimento debería estar en el
rango 5 a 7 cm.
Aunque el análisis anterior está apegado a las recomendaciones Norteamericanas respecto de
espesor de pavimento y tamaño máximo nominal del agregado, es sabido que en Chile se han
colocado mezclas asfálticas de TMN 20 mm en espesores de 4 cm (y a veces menos), el Serviu
es un buen ejemplo de estas prácticas (los resultados han sido diversos).
En consideración a que se presume la existencia de algún factor especial que está
distorsionando o afectando las mediciones de calidad del pavimento (Densidad) de las obras
construidas por Asfaltos Valparaíso, se realizo una prueba de Laboratorio destinada a
confirmar las densidades de referencia originalmente presentadas por esta empresa.
La prueba de laboratorio realizada se basa en el siguiente raciocinio, las probetas asfálticas
compactadas con el procedimiento Marshall tienen una altura promedio de 6 cm, es decir,
están en el rango de espesor de pavimentos para combinaciones de agregado con TMN 20
mm recomendado por Agencias Norteamericanas. Teniendo en mente el razonamiento
anterior, se ha considerado de alta importancia conocer el comportamiento de probetas
compactadas con 4 cm de altura.
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Los ensayos realizados en laboratorio consisten en la fabricación de probetas Marshall con
materiales idénticos (igual densidad y granulometría) a los utilizados por Asfaltos Valparaíso
en las obras descritas en el punto 6.0. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 6.2.1.
El promedio del valor de densidad de las probetas de altura 6 cm es de 2.333 kg/m3 muy
similar a los 2324 kg/m3 que es el valor de densidad Marshall utilizada como referencia de
control en las obras construidas por Asfaltos Valparaíso. En el caso de las probetas de 4 cm de
altura, observamos gran dispersión de resultados, a diferencia de las probetas de 6 cm, que
mostraron poca dispersión. Se observa que una de las probetas de 4 cm de altura arrojó un
valor muy inferior (2.278 kg/m3) a la densidad de referencia. Por otro lado la diferencia entre
el valor mayor de densidad de las probetas de 4 cm (2.392 Kg/m3) y el menor valor (2.278
kg/m3) es de 114 kg/m3. Aunque estos resultados no son categóricos ni estadísticamente
analizables si permiten presumir que en este caso particular, podría ser aplicable la
recomendación Norteamericana que aconseja para este TMN del agregado un espesor de
pavimento de entre 5 y 7 cm.
Tabla 6.2.1 Resultados De Densidades Marshall Para Altura de 6 y 4 cm
Probetas Tradicionales (6 cm de Altura) Probeta N° Densidad Kg/m3
1 2322 2 2345 3 2333
Probetas Especiales (4 cm de Altura) Probeta N° Densidad Kg/m3
1 2278 2 2361 3 2392
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6.3 Posibles Causales de La Irregularidad de las Densidades de Terreno
Aunque la información experimental es escasa se intentará plantear una hipótesis inicial para
explicar el particular comportamiento de esta mezcla asfáltica (Asfaltos Valparaíso). Las
fotografías 6.3.1; 6.3.2; 6.3.3 muestran la forma de los agregados utilizados por Asfaltos
Valparaíso.
Fotografía 6.3.1 (20 mm)
Fotografía 6.3.2 (12,5 mm)
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Fotografía 6.3.3 (Polvo de Roca)
Estas imágenes muestran el alto grado de fractura que poseen todas las fracciones de
agregados utilizadas en la mezcla asfáltica. Esta característica es asociada con mezclas
asfálticas con buena textura, baja tendencia al ahuellamiento y alta estabilidad Marshall.
Efectivamente este aglomerado asfáltico presenta una estabilidad Marshall de 11.700 (N)
valor bastante alto si se considera que la mezcla asfáltica posee un 5,4 % de asfalto. En
terreno se verificó la buena textura de los pavimentos. El tipo de chancador utilizado para la
producción de los áridos es del tipo impacto, por lo tanto, eso explicaría la forma hexaédrica
de las partículas chancadas. En general este tipo de chancadores son los más apreciados para
la producción de áridos destinados a la construcción de caminos ya que el empacamiento
logrado dentro de la mezcla asfáltica es óptimo.
Basado en los conceptos descritos, este consultor cree que el fenómeno causante de las
densidades fuera de especificación es la dificultad para acomodarse internamente que
presentan los agregados de esta mezcla asfáltica al intentar compactarse en 4 cm de espesor.
Una característica deseable (alta trabazón de partícula) en la mezcla asfáltica, se torna un
obstáculo debido al poco espacio que tendrían las partículas para deslizarse y reacomodarse.
Dado lo poco frecuente de esta situación, se piensa que una manera práctica de controlar la
calidad (densidad) de esta mezcla asfáltica sería la determinación de un patrón de control
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(Densidad Marshall) diferente a la inicialmente presentado por Asfaltos Valparaíso. Esta
densidad debería ser producto de un estudio realizado por la Dirección de Vialidad dada la
complexidad de esta situación y la confianza que tiene Asfaltos Valparaíso en la seriedad y
capacidad de esta institución.
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7.0 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
7.1.‐ Los contratos:
a.‐ Conservación Periódica Camino Cruce Ruta 43 (El Peñón)‐Andacollo 64B051, Sector Km
14,00 a Km 27,00
b.‐ Conservación Periódica Ruta D‐605 Camino Ovalle‐Punitaqui‐Combarbalá, Sector Km
23,710 a Km 26,510
Se han sancionado con fuertes multas, a tal nivel que en el caso de la obra (b) llegan a valores
de $ 23.500.00 aproximadamente por kilometro (por concepto de densidad). Esta situación es
muy poco frecuente, por tanto, se han analizado los datos de terreno y laboratorio
encontrándose que existen factores especiales que causarían este escenario.
7.2.‐ El Tamaño máximo nominal de los agregados de la mezcla asfáltica utilizada en los
contratos (a) y (b) fluctúa entre 20 mm y 12,5 mm dependiendo de la variación de la mezcla
de materiales dentro de la mezcla de trabajo.
7.3.‐ Basados en informes norteamericanos que relacionan el espesor de pavimento con el
TMN del agregado, se confeccionaron 3 probetas Marshall con 6 cm de altura y 3 probetas
Marshall con 4 cm de altura. El resultado fue que las probetas de 6 cm de altura mostraron
resultados muy uniformes (con poca dispersión) y con una densidad igual a la determinada
como referencia para los contratos (a) y (b). En el caso de las probetas de 4 cm de altura, los
resultados fueron des‐uniformes, con fuertes dispersiones encontrándose valores muy por
debajo del valor de referencia y otros muy altos respecto del mismo.
7.4.‐ Se piensa que el fenómeno causante de esta anomalía es la alta trabazón de partícula
que poseen los agregados utilizados en la fabricación de la mezcla asfáltica. Esta característica
que es altamente deseable en una mezcla asfáltica se torna un obstáculo en el caso particular
de esta mezcla cuando es extendida en 4 cm de espesor.
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7.5.‐ Este consultor cree que el fenómeno causante de las densidades fuera de especificación
es la dificultad para acomodarse internamente que presentan los agregados de esta mezcla
asfáltica al intentar compactarse en 4 cm de espesor.
7.6.‐ Dado lo poco frecuente de esta situación, se piensa que una manera práctica de
controlar la calidad (densidad) de esta mezcla asfáltica sería la determinación de un patrón de
control (Densidad Marshall) diferente a la inicialmente presentado por Asfaltos Valparaíso.
Dada la complexidad de esta situación y la confianza que tiene Asfaltos Valparaíso en la
seriedad y capacidad de la Dirección de Vialidad, esta densidad debería ser producto de un
estudio realizado por esta institución.
Héctor A. Rioja Ingeniero Consultor
Santiago, Septiembre de 2012
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8.0 BIBLIOGRAFÍA
1 E. Ray Brown, M Rosli Hainin, Relationship of Air Voids, Lift Thickness, and
Permeability in Hot Mix Asphalt Pavements, NCHRP Report 531, Transportation
Research Board, Washington DC 2004).
2 Marta Charria, Lift Thickness in Hot Mix Asphalt, HMA, The Profiler, MDOT, Fall
2009)
3 MOP, Curso Laboratorista Vial vol II asfalto, 4ta edición 1993
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9.0 ANEXOS
