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1. Introducción El diseño de mezclas asfálticas en caliente ha ido evolucionando a lo largo de los años. Estos cambios han sido tanto en los procedimientos de elaboración de la mezcla asfáltica como en la evaluación de las propiedades de desempeño de la misma. Esto se puede ejemplificar con la sustitución en Estados Unidos del Método Marshall por la metodología Superpave en alguno estados de la Unión Americana. Bajo esta situación y debido a que en México se sigue utilizando el diseño Marshall para el diseño de mezclas asfálticas en caliente para carreteras de bajo tránsito, es importante que la metodología de diseño contemple el uso de ambos procedimientos, las cuales estarán asociadas al nivel de las solicitaciones que le serán impuesta al pavimento asfáltico. Utilizando el compactador Marshall para niveles de tránsito menores a los 10 millones de ejes equivalentes, en donde el ensayo de desempeño considerado es la estabilidad y flujo Marshall. Para tránsitos mayores se recomienda que los especímenes sean fabricados mediante un compactador giratorio e implementando ensayos de desempeño como la susceptibilidad a la humedad y a la deformación permanente, los cuales son ensayos comúnmente realizados en México. Para las condiciones de tránsito extremas se agregan ensayos mecánicos como es la evaluación del módulo dinámico, deformación permanente por carga repetida y ensayo de fatiga en flexión en cuatro puntos. En lo referente al cálculo de la volumetría, se homologó el procedimiento para cada uno de los niveles de tránsito, lo cual reduce significativamente las diferencias en la determinación de las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica entre los diferentes niveles de diseño.
2. Requisitos de calidad de los materiales Los materiales pétreos cumplirán con lo establecido en la Norma N·CMT·4·04/17, Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas; los cementos asfálticos cumplirán con la Norma N·CMT·4·05·004/18, Calidad de Cementos Asfálticos según su Grado de Desempeño (PG).
3. Niveles de tránsito considerados Los requisitos de calidad de las mezclas asfálticas de granulometría densa dependerán del nivel de tránsito esperado en términos del número de ejes equivalentes de ocho coma dos (8,2) toneladas, acumulados durante un periodo de servicio del pavimento en el carril de diseño no menor de 10 años (SL), obtenido con el método de Instituto de Ingeniería de la UNAM para la condición de daño superficial. Se consideran cuatro niveles de tránsito, los cuales se indican en la Tabla 1.
En la metodología Superpave se maneja un umbral de tránsito de 3x107. Sin embargo, esa determinación es realizada mediante el método AASHTO para periodo de servicio de 20 años.
4. Requisitos de calidad de la mezcla asfáltica Como se puede observar en la Tabla anterior se definieron 4 niveles de tránsito, para cada uno de estos niveles se definieron los requisitos volumétricos y las propiedades de desempeño que deben cumplir. En estas tablas se puede observar que los requisitos volumétricos son iguales en todos los niveles (a excepción del nivel de tránsito Bajo), esto significa que no debería haber diferencias en las propiedades volumétricas entre un diseño realizado con Martillo Marshall y un compactador giratorio, más que las generadas por el proceso de compactación. La diferencia principal entre los diferentes niveles de tránsito es la evaluación de las propiedades de desempeño, las cuales pasan de ensayos empíricos en los niveles de diseño más bajos a ensayos de propiedades mecánicas en los mayores niveles de tránsito.
4.1. Propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica Una de los principales problemas, en lo referente al diseño volumétrico, que se han presentado en los últimos años cuando se compara un diseño con el Método Marshall o Superpave (Protocolo AMAAC en México) es el contenido de asfalto. Lo cual, generalmente se ha asociado al equipo de compactación (Martillo Marshall vs Compactador Giratorio), y aunque existe una diferencia entre el modo de densificación, las mayores diferencias están asociadas al procedimiento de cálculo. El diseño Marshall en México estima las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica; no se determinan con ensayos de laboratorio, esto se observa en la determinación de la densidad máxima de la mezcla la cual se estima mediante un cálculo de densidad geométrica en vez de realizar el ensayo de densidad teórica máxima (Gmm), esto repercute en la determinación del contenido de vacíos de aire y por lo tanto en el contenido de asfalto y en los vacíos llenos de asfalto (VFA). Es importante mencionar que este procedimiento de cálculo no es el establecido en la metodología original (Ver Referencias 1-2). Este procedimiento funciona bien como una estimación rápida de las propiedades volumétricas, pero posteriormente debería comprobarse en laboratorio para ajustar los valores obtenidos. Al no realizarse este segundo paso, la estimación de las propiedades volumétricas es incorrecta dando contenidos de asfaltos inferiores a los requeridos en el diseño. Con el fin de ejemplificar esta condición se presenta un análisis de los cálculos volumétricos. Para esto se tomaron como base los siguientes valores: Gsb = 2.696, Gb = 1.03, %CA = 5.3% (con respecto a la mezcla) y Gmb = 2.402. De los resultados se observa que para este caso hay una diferencia de 0.8% de Va entre el valor calculado y el estimado (Tabla 2 y 3).
4.2. Requisitos de calidad para nivel de tránsito bajo (SL £ 1x106) Para un tránsito bajo la mezcla asfáltica cumplirá con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 4 y con el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VAM) indicado en la Tabla 5, en función del tamaño nominal de la granulometría de diseño de la mezcla asfáltica.
Nota. El tamaño nominal es el tamaño de malla superior a la primera malla que retiene más del 10% del material pétreo en la granulometría de diseño.
4.3. Requisitos de calidad para nivel de tránsito medio (1x106 < SL £ 1x107) Para un tránsito medio la mezcla asfáltica cumplirá con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 6 y con el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VAM) indicado en la Tabla 5 de este documento, en función del tamaño nominal de la granulometría de diseño de la mezcla asfáltica.
4.4. Requisitos de calidad para nivel de tránsito alto (1x107 < SL £ 2x107) Para un tránsito alto la mezcla asfáltica cumplirá con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 7 y con el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VAM) indicado en la Tabla 5 de este documento, en función del tamaño nominal del material pétreo utilizado en la mezcla, para un porcentaje de vacíos de aire en la mezcla asfáltica de 4%.
4.5. Requisitos de calidad para nivel de tránsito muy alto (SL > 2x107) Para un tránsito muy alto la mezcla asfáltica cumplirá con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 8 y con el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VAM) indicado en la Tabla 5 de este documento, en función del tamaño nominal del material pétreo utilizado en la mezcla, para un porcentaje de vacíos de aire en la mezcla asfáltica de 4%.
5. Comentarios Este procedimiento tiene como finalidad homogeneizar las metodologías de diseño generalmente utilizadas en México en base al nivel de tránsito al cual va a estar sometido el pavimento. Se propone que las propiedades volumétricas sean calculadas mediante ensayos para todos los niveles de tránsito y mantener las especificaciones de las propiedades volumétricas.La diferencia principal entre los diferentes niveles de tránsito es la evaluación del desempeño a la mezcla asfáltica, la cual van desde ensayes empíricos (para los niveles más bajos de tránsito), ensayos de susceptibilidad a la humedad y deformación permanente, para niveles de tránsito intermedio, hasta ensayes mecánicos para las carreteras con tránsitos altos, superiores a los 2x107 ESAL´s.6. Referencias [1] MS-2 Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot-Mix Types, 6th Edition. Asphalt Institute[2] MS-2 Asphalt Mix design Methods, 7th Edition. Asphalt Institute. [3] Ayala Y., Delgado H., Cuellar V., Salazar A., Manual de ensayos para laboratorio, Agregados (AG) para mezclas asfálticas. Publicación técnica No. 551, Instituto Mexicano del Transporte (2019), https://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt551.pdf. [4] Ayala Y., Delgado H., Guzman D., Salazar A., Manual de ensayos para laboratorio, Mezclas asfálticas en caliente(MAC) Parte 1, para el cálculo de volumetría y ensayos de desempeño. Publicación técnica No. 516, Instituto Mexicano del Transporte (2018), https://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt516.pdf. [5] Delgado H., Diseño de mezclas asfálticas densas en caliente en función del nivel de tránsito. Publicación técnica, Instituto Mexicano del Transporte (2020) [6] Delgado H., Ayala Y., Zambrano J.M., Análisis y modelación de la variación de parámetros de diseño en el comportamiento a deformación permanente de una mezcla asfáltica. Publicación técnica, Instituto Mexicano del Transporte (2020). [7] N·CMT·4·04/17, Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas, https://normas.imt.mx/normativa/N-CMT-4-04-17.pdf [8] N·CMT·4·05·004/18, Calidad de Cementos Asfálticos según su Grado de Desempeño (PG), https://normas.imt.mx/normativa/N-CMT-4-05-004-18.pdf. [9] N·CMT·4·05·003/16, Calidad de mezclas asfálticas para carreteras, https://normas.imt.mx/normativa/N-CMT-4-05-003-16.pdf.
DELGADO Horacio |
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