Factores que intervienen en el diseño de tratamientos superficiales: Dosificación de tratamientos superficiales


FUNDAMENTOS

Dosificación de los agregados.- Las partículas del agregado deben formar un mosaico uniforme sin fallas y sin superposiciones.

Dosificación del ligante.- La dosificación del ligante se realiza en dos etapas; en primer lugar se establecen procesos para determinar el volumen de vacíos de la capa de agregado, posteriormente, en base a este dato, se dosifica la cantidad del ligante.

 
III.3.1. MÉTODO DIRECTO DE VANISCOTTE Y DUFF

Está basado en el uso de una caja dosificadora con tapa de vidrio graduada, cuyas dimensiones son:

                        Ancho = 25 cm            Largo = 80 cm Alto = 4 cm

La caja en posición horizontal se llena con el agregado y se tapa.

Se coloca la caja en posición vertical, en la dirección de la mayor dimensión.

En esta nueva posición se observa una disminución del volumen del agregado, la cual se determina con la ayuda de la graduación en centímetros de la tapa de vidrio.

La disminución de volumen corresponde al porcentaje de vacíos, que será ocupado por el ligante bituminoso.

 
III.3.2. MÉTODOS INDIRECTOS

III.3.2.1. MÉTODO DE HANSON

III.3.2.1.1. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO

Este método se basa en las siguientes verificaciones experimentales:

1.- Cuando se distribuye un agregado de una sola dimensión en una plataforma, previamente imprimada con un ligante bituminoso, las partículas quedan en una posición desordenada y el volumen de vacíos es aproximadamente el 50 %.

 
2.- Después de un trabajo de compactación las partículas se orientan y el porcentaje de vacíos disminuye aproximadamente a 30 %.


 

3.- Como consecuencia de las cargas del tráfico, el agregado y el ligante adquieren su máxima densidad y los vacíos se reducen aproximadamente al 20%. Todas las partículas se acomodan en una posición que corresponde a su lado más achatado.


Si:
            Es = espesor de la capa suelta
            Eg = espesor del agregado
            Ev = espesor correspondiente a vacíos
            Ec = espesor final compactado

Entonces:                     Ev = 0,20 Ec

4.- El espesor promedio final del tratamiento superficial es determinado por la menor dimensión promedio de las partículas del agregado. Esta dimensión ha sido denominada por Hanson “dimensión media mínima” (ALD).                  Ec  =  ALD

 
Figura. III.1. Dimensión Media Mínima
Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981

La dimensión media mínima se define como la menor distancia perpendicular entre dos placas paralelas, a través de las cuales las partículas pasaran justamente.

El valor de ALD permite determinar la cantidad de agregado en kg/m2 y sirve también de base para calcular la cantidad de ligante en L/m2.

5.- DOSIFICACIÓN DEL AGREGADO: La cantidad de agregado en kg/m2 se encuentra de la siguiente forma:

De acuerdo al punto 1: Ev   =   Eg   =   0,50 Es
                                               Ev   =   Ec – Eg          Por tanto:   Ev  =  Ec – 0,50 Es

De acuerdo al punto 2: Ev   =   0,20 Ec            Por tanto:  Ec - 0,50 Es = 0,20 Ec

Resolviendo la ecuación           Ec   =   ALD   =   0,625 Es

Es   =   Eg   =   1,6 ALD

Considerando un 15 % de pérdidas se tiene: Es = 1,15 * 1,6 * ALD

Eg  =  1,84 ALD

6.-  DOSIFICACIÓN DEL LIGANTE:         Ev  =  Eb  =   0,20 ALD

Si se llena la totalidad de vacíos con el ligante asfáltico, Hanson verificó que se produce una exudación del ligante después del paso del tráfico, lo cual originó la necesidad de corregir el porcentaje de vacíos.

La cantidad de ligante necesario para llenar el 20 % de vacíos depende de: la calidad del agregado y del  tráfico previsto, por lo cual el espesor corregido del ligante será: 

Eb = 0,20 * C * ALD             donde: C = factor expresado en decimales.

En la tabla siguiente se indican los porcentajes “C” de ligante necesarios para llenar el 20 % de vacíos del agregado, considerando una plataforma limpia, seca y previamente imprimada.

Tabla III.4. Cantidad de Ligante para llenar el 20 % de Vacíos

7.- PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL “ALD”: Se aplica al análisis de agregados de una sola dimensión, el mismo fue desarrollado por el Departamento de Caminos de Victoria (Australia), y se realiza siguiendo los siguientes pasos:

Se determina la granulometría del agregado y se llevan al gráfico de la figura III.2. El agregado de tamaño medio se obtiene determinando un tamiz teórico, por el cual debería pasar el 50 % de las partículas del agregado.

Determinación del Índice de Cubicidad: Para su determinación se usa  el mismo material que fue utilizado para el ensayo de granulometría, cada fracción de material clasificado es ensayada en forma separada, haciendo pasar por las aberturas de los moldes. Se define el I.C. como el peso del material que pasa por las aberturas de los moldes estandarizados, calculado en porcentaje, en relación al peso total de la muestra ensayada.

La dimensión media mínima ALD, se encuentra el gráfico de la figura III.3.


Figura III.2. Curva Granulométrica del Agregado
    Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981

                        Figura III.3. Valor del Tamaño Máximo Efectivo (ALD), en Pulgadas.
                        Fuente: Pavimentaçào (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981

III.3.2.2. MÉTODO DE PODESTA Y TAGLE

III.3.2.2.1. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO

Para la aplicación de este método destinado a la dosificación de tratamientos superficiales simples, dobles y triples, de  se han establecido las siguientes condiciones:

Se aplica a la dosificación de tratamientos superficiales simples, dobles y triples.

La base de la superficie donde se aplicará el tratamiento, debe ser lo suficientemente estable para impedir que las partículas del agregado se entierren o penetren en su interior, por efecto de la compactación o el tráfico vehicular posterior.

No debe existir exceso de material bituminoso sobre la base, después de la imprimación.

La cantidad de agregados se expresa en volumen de material suelto, los materiales bituminosos en volumen de cemento asfáltico, reducido a 15,5 ºC.

Cuando en lugar de cemento asfáltico se utilizan asfaltos diluidos o emulsiones, será necesario considerar un incremento de la cantidad con el fin de igualar la tasa de cemento asfáltico calculada. Ejemplo: Si en vez de P L/m2 de cemento asfáltico, se utiliza un asfalto diluido de curado rápido RC-1 que tiene un 65 % de asfalto residual, la cantidad corregida de asfalto RC-1 será: P/0,65 L/m2.

En tratamientos superficiales dobles o triples, la cantidad de ligante a distribuir en la primera aplicación está en función del número de milímetros que corresponde al tamaño máximo efectivo (TME) de las partículas de agregado a las que recubrirá.
Se denomina TME a la abertura en milímetros, del tamiz que deja pasar el 80 % de material.

La tasa en la primera aplicación de ligante, de cualquiera de los dos tipos, no debe ser menos de 0,5 L/m2.

En el tratamiento triple la cantidad de ligante en la segunda aplicación se determina en función del número de litros del agregado de mayor tamaño suelto.

En tratamientos simples, dobles o triples, la cantidad total de ligante a emplear se determina en función del número total de litros de agregados sueltos utilizados en su ejecución.

De acuerdo a estos criterios, en la tabla siguiente, se muestran los porcentajes de ligante, para diferentes tipos de relaciones:

Tabla III.5. Porcentaje de Ligante para Diferentes Relaciones

RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

El método expuesto considera aplicaciones en superficies lisas, barridas e imprimadas. Si las superficies no cumplen esta condición se debe tomar en cuenta la rugosidad de la superficie. Para este fin se toma 50 gramos de arena comprendida entre los tamices Nos. 50 y 100 la que se extiende sobre la superficie de la plataforma, de forma circular, de tal manera que se llenan las depresiones o cavidades existentes. Una vez hecha la distribución se mide el diámetro, en centímetros, del área circular cubierta por la arena y se determina el índice de rugosidad mediante la expresión siguiente:


De manera más sencilla, se puede esparcir arena en un área predeterminada, por diferencia de pesos se obtiene el peso del material utilizado en esa operación, para calcular indirectamente el área circular cubierta por 50 gramos de arena. Siendo S el área predeterminada y P la cantidad en gramos de arena necesaria para cubrir esta área, el área circular correspondiente a 50 gramos se calcula con una simple regla de tres:

 
Siendo x el área circular cubierta por los 50 gramos de arena, su diámetro d será igual a:




De acuerdo al Índice de Rugosidad, el Ing. Tagle recomienda aumentar las cantidades de material bituminoso, en las siguientes proporciones.

Tabla III.6. Aumento de Ligante por Rugosidad de la Superficie

III.3.2.3. MÉTODO DE N. W. McLEOD

III.3.2.3.1 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO

PROYECTO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL SIMPLE CON AGREGADOS GRADUADOS

El Ing. McLeod después de varias experiencias llegó a la conclusión de que el porcentaje de vacíos del agregado suelto, establecido como el 50 % por el método de Hanson, en la realidad excepcionalmente se cumple, a su vez muy ocasionalmente este porcentaje es menor a 40 %.

La hipótesis de Hanson de que el tráfico pesado y las condiciones de clima reducen este porcentaje al 20 %, en la realidad no ocurre. Si consideramos que el porcentaje de vacíos del agregado suelto es del 40 %, el porcentaje de vacíos del tratamiento simple después de la apertura al tráfico será igual a:           40/50 * 20  =  16 %

Por lo tanto utilizando la hipótesis de Hanson se tendrá un exceso en la cantidad de asfalto, especialmente si se utiliza agregado graduado. Por esta razón es necesario introducir una corrección a la fracción de vacíos:

FORMULA CORREGIDA PARA EL CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE AGREGADO


donde:

C =      cantidad de agregado en libras por yarda cuadrada  [Lb/Yd2]

H =      agregado de dimensión media, que corresponde al tamaño del 50 % de las partículas del agregado [Pulgadas]

G =      peso específico del agregado, dado por el método ASTM.

E  =     factor en % que representa la pérdida del agregado por segregación o distribución.

Además:


donde:

V =      fracción de vacíos del agregado suelto

W =     peso del agregado suelto [Lb/pie3] (Método ASTM C-29)

VALORES DEL FACTOR DE PERDIDA “E”

Tabla III.7. Valores del Factor de Perdida “E”
 
FORMULA CORREGIDA PARA EL CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE LIGANTE


 
donde: 

B   cantidad total de asfalto a ser aplicado en galones por yarda cuadrada
           
H  agregado de dimensiones medias en pulgadas
                       
T   factor de tráfico que depende del volumen de tráfico pronosticado
                       
S   factor de corrección por textura
                       
A  es la corrección por absorción en Gal/Yd2 medida a 60 ºF (15,5 ºC)

R  es la fracción de asfalto residual del ligante asfáltico seleccionado
VALORES DEL FACTOR DE TRAFICO “T”

Tabla III.8. Valores del Factor de Trafico “T”
 
Para agregados redondeados el factor de tráfico se debe incrementar en 0,05 en cada caso.

Corrección por la textura de la superficie en Gal/Yd2: Representa la pérdida o ganancia que producen las características de textura de la superficie existente.

FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEXTURA “S”

Tabla III.9. Valores de Corrección por la Textura de la Superficie “S”

Cuando la superficie tiene exceso de ligante la corrección es negativa en relación a una superficie considerada lisa y firme. Para las superficies ávidas la corrección tiene que ser sumada.

Para la determinación de la rugosidad se recomienda el procedimiento de la arena, descrito en el método de Tagle-Podestá. No se debe confundir rugosidad o textura de superficie con porosidad. La porosidad se refiere a los espacios vacíos internos del pavimento, que producen la absorción de una cantidad importante de asfalto, ocasionando la pérdida de agregados en la superficie por falta de ligante.

Una superficie porosa se identifica aplicando unas gotas de aceite lubricante en su superficie, si el aceite permanece, se considera que no existe porosidad perjudicial, por lo cual basta aplicar los valores de corrección “S” para superficies ávidas. Si se presenta absorción regular del aceite en pocos minutos, la superficie se considera porosa. En este caso se recomienda efectuar un pre-tratamiento utilizando 0,5 L/m2 de asfalto diluido RC-0 ó RC-1, ó de emulsión RS-1, a continuación se esparce el agregado de 6 a 10 libras por yarda cuadrada (3,25 a 5,42 kg/m2), para posteriormente liberar al tráfico por varias semanas, antes de aplicar el tratamiento superficial.

Corrección por absorción en galones por yarda cuadrada medida a 60 ºF (15,5 ºC): Esta corrección representa la pérdida de material ligante por absorción dentro de las partículas de agregado. Para los materiales que usualmente no tienen absorción no se toma en cuenta la corrección. En cambio cuando el agregado es de naturaleza absorbente es necesaria una corrección, incrementando la cantidad de ligante en 0,136 L/m2 (0,03 Gal/Yd2).

Fracción de asfalto residual: Cuando se utilizan asfaltos diluidos, se debe agregar la cantidad de disolvente que perderá el ligante seleccionado, como consecuencia de su evaporación. Los valores de este factor se detallan en el cuadro siguiente:

VALORES DE LA FRACCIÓN RESIDUAL “R”

Tabla III.10 Valores de la Fracción Residual “R”

FÓRMULAS CORREGIDAS EXPRESADAS EN UNIDADES MÉTRICAS



PROYECTO DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES MÚLTIPLES

El método recomendado por McLeod, parte de los siguientes presupuestos:

En los tratamientos superficiales múltiples la cantidad de ligante bituminoso y de agregado requerido para cada capa es la misma, con pequeños ajustes.

La cantidad de ligante bituminoso y de agregado de cobertura que será aplicado en cada capa, se debe considerar como si fuera un tratamiento simple. De esta forma es posible utilizar las fórmulas anotadas anteriormente, con ligeras modificaciones:


Para aplicar estas fórmulas se deben cumplir las siguientes condiciones:

Graduación de agregado para cada capa.

Se debe determinar para cada capa, el valor del tamaño medio (H) del agregado.

Volumen del tráfico pronosticado.

Corrección del ligante asfáltico debido a las características de textura (rugosidad) de la superficie sobre la cual se aplicará la primera capa del tratamiento superficial.
Cada capa del tratamiento múltiple debe ser construida inmediatamente después de la capa anterior, sin permitir ningún tráfico durante la construcción.

El espesor de cada capa del tratamiento múltiple debe ser igual al tamaño del agregado correspondiente a esa capa.

Si fuera posible, para la primera capa debería utilizarse agregado de una sola dimensión. Se podrá utilizar agregado graduado, con un control adecuado de la cantidad de finos.

El diámetro del agregado seleccionado para cada capa, debe ser de 0,5 a 0,6 del diámetro de la capa que le antecede.

La cantidad de agregado y de asfalto se calculará suponiendo que cada capa corresponde a la capa de un tratamiento superficial simple.

La cantidad de agregado para la primera capa se determinará utilizando la fórmula:

    kg/m2
           
Para calcular la cantidad de agregado para la 2ª capa de tratamiento doble, o para la 2ª y 3ª capa de un tratamiento triple, se utiliza la fórmula anterior corregida por un factor M, cuyo valor es determinado por la experiencia, de acuerdo con las condiciones locales de clima, tráfico, características de agregados, etc. Dependiendo de las condiciones de cada caso el valor de M puede variar de 0,80 a 1,10. por lo tanto la fórmula corregida será:

kg/m2

La cantidad de asfalto para cada capa se calcula mediante la formula:

[L/m2]

Siendo K un factor de corrección que depende de las condiciones locales de clima, tráfico, tipo de agregado, etc. El autor recomienda el valor de K = 1. Para climas tropicales y tráfico pesado K = 0,9, u otro valor determinado experimentalmente. En algunos casos puede ser necesario un valor mayor a uno.

La corrección del valor de S para la cantidad de ligante asfáltico requerida para la primera capa, debe ser hecha en base a las características de textura (rugosidad) de la superficie donde se va aplicar el tratamiento. No es necesaria ninguna corrección para las siguientes capas de un tratamiento múltiple.

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