INGENIERIA CIVIL

Factores Asociadoscon la Compacidad Finalde los Concretos Asfalticos

Se reconoce universalmente el alto grade de dependencia delas propiedades fundamentales que exhiben las capas deconcreto asfaltico con su nivel de compacidad. por 10cualresulta importante estudia los aspectos principales asocia-dos con la optimizaci6n de esta caracterlstica. Resuitaparticularmente importante conocsr las propiedades de losagregados en cuanto a su naturaleza. distribuci6n granulo-rnetrica, tipo de lienante. forma de las partlculas. asl comolas del asfalto en funci6n de su comportamiento reol6gico ylas relaciones entre estes ingredientes. En raz6n de la natura-leza terrnoptastica de las mezclas asfalticas. el control de latemperatura y la evoluci6n de la misma por medio de lasdiversas fases del proceso. resulta determinante en lacompacidad final. Otros factores igualmente incidentes son:la programaci6n racional de las actividades. los equiposempleados y la secuencia de la compactaci6n.

Este documento pretende presentar algunas ideas sobreestes aspectos que permiten mejorar las practicas construe-tivas existentes con miras a optimizar el comportamiento delos pavimentos flexibles.

JORGE TAMAYO T.ProfesorAsociado de la Facultad de Ingenierfa.Universidad Nacional, Bogot6.CARLOS GUTIERREZ G.Profesor Asistente de la Facultad de Ingenierfa.Universidad Nacional, Bogot6.

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Todas las propiedades fundamentales de las mez-clas astalticas estan fntimamente relacionadas conla compacidad presente la cual. de acuerdo con lamayorfa de las especificaciones, debe ubicarseentre el 95 y el 100%, de la densidad maximaobtenida en el laboratorio. Un comportamientotfpico de las mezclas asfalticas frente a la compac-taci6n de laboratorio se rnuestr a en la Figura NQ 1.EI grado de cornpacidao de una mezcla asfaltica enservicio es el resultado de la energfa asimiladadurante el proceso de colocaci6n y compactaci6ri yde la aportada por el tlujo vehicular normal; en laFigura NQ 2 se muestra una composici6n gratica dela compactaci6n de mezclas asfalticas.La compactaci6n de mezclas asf alticas presentacaracteristicas especiales en raz6n de la naturalezaffsico-qufmica delligante, la cual condiciona en altogrado la respuesta del material al proceso dedensificacion: en mezclas asf alticas los esfuerzosque se oponen a los inducidos per la compactaci6nestan en funci6n de la inercia que presenta elmaterial. de la fricci6n inter e intrapartfculas y de laresistencia viscosa debida a la presencia y compor-tamiento del ligante.Sobre los componentes relacionados incide ungran numer o de tactores. unos de naturalezaintrinseca, otros relacionados con factores am bien-tales v, finalmente, los derivados de accionesexter nas. como son: el rnezclado. la colocaci6n y elproceso rnecanico de aplicaci6n de esfuerzos dedensificacion. pero todos estan asociados con latemperatura de la mezcla.

FACTORES INTRINSECOSSe relacionan con la naturaleza y las propiedades delos componentes de la mezcla. Hay facto res deorden general como son la calidad de los rnaterialesy la uniformidad de sus propiedades; los factoresespecfficos se refieren a cada material. los cualespresentan las siguientes tendencias:a. Los para metros del proceso de cornpactacion.

en especial la temperatura, estan afectadossensiblemente por la consistencia y naturalezadel ligante; a menor penetraci6n 0 mayorviscosidad se requiere mayor temperatura decolocaci6n que aquellos que presentan mayorpenetr acion y menor viscosidad. En la Figura NQ3 se encuentra un comportamiento tfpico.

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3 o

242100

*E 240 ro 98-o s:-, ~Ol f>.0 \f>.\ :-"" 238 ~ 96c OSlOOJ \lISC c

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9002.32 ~15I 88

, 0500 700 900 1100 1300 1500 1700

Temperatura de compacta CIon en oc

240

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~ 220c;;;

~~c 210o

4.0 5.5 7.060 6545 50% de hq ante

FIGURA 1. Curva de compactaci6n

b. Con respecto a los agregados. cuanto mascerrada sea la distribucion qr anulornetrica ymayor el grado de angularidad. se requieremayor energfa de cornpactacion: a mayor por-centaje de finos mayor temperatura de com pac-tacion. A igual distribucion qr anulornetrica serequiere mayor energia de cornpactacion cuan-do aumenta el grado de angularidad de lasparticulas. tal como se muestra en la Figura NQ4.

c. La incidencia del Ilenante se ve circunscrita a lainterrelacion de este con elligante. permitiendobalancear su cornportarruento al modificar lasproporciones de uno de los dos. as! un excesode lIenante ofrece dificultades para el manejo yobliga a un aumento en la temperatura decornpactacion.

d. La humedad presente en los agregados afectasensiblemente propiedades fundamentales de lamezcla como la estabilidad y la durabilidad; alestar hurnedos los agregados se debe aumentarla temperatura y/o el tiempo de secado. 10 cualimplica un menor rendimiento en la pr oducciony Ileva a los agregados y ligantes a un desrnejo-ramiento en sus propiedades. Mezclas conagregados hurnedos presentan poca estabilidady baja adherencia.

FIGURA 3. Influencia de Ie viacoaided del ligante en la compacta-ci6n.

COMPACTACION

INICIAL INTERMEDIA FINAL POR' TRAFICOc'9u

'"

11rouc

*;;;0:100

% Oensidad de l.abor atono

FIGURA 2. Relaci6n entre la densidad de laboratorio y 18 resistencia8 la compactaci6n.

Para obtener los niveles de calidad esperados serequiere un cabal conoc.rruento y car acterizacionde los factores intrlnsecos. que permita identincarlas acetones 0 modificaciones por pr opiciar en elproceso de pr oduccion y colocacion.

FACTORES AMBIENTALESSe analizan aquf los facto res debidos al mediccircundante. diffciles de car actenzar y contr olar.a. La condicion del pi so de tundacion. sobre el que

se va a colocar la mezcla. evaluada en terrninosde estabilidad. cornpacidad. humedad y tempe-ratura; sobra advertir 10 funesta que resulta unaprecariedad en cad a una de las caracterfsticascitadas; en referencia a la temperatura del pisode fundacion. su magnitud debe ser tenida encuenta al seleccionar la temperatura de com-pactacion

b. La temperatura de la mezcla disminuye rapida-mente por el contraste tan marcado que seestablece con la temperatura del medio ambien-la anterior situacion se agudiza aun mas. con lapresencia y velocidad del viento. En la figura NQ5 se muestra la incidencia de condicionesambientales especfficas en el enfriamiento pro-gresivo de la mezcla.

A. Gravas naturalesB.. Raca truurada

10(5)

,100(50)

20(101

30(15)

50(25)

Esfuerzo de compactaclon % (numero de gOlp8S)

FIGURA 4. Efectivided de Ie compactaci6n en funci6n de 18 clase dematerial.

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204

2?177

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150....,--- --,

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140

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~ 130Ev

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120

(1 10 20 30 40 50

FIGURA 7. Perdida de temperatura durante el transporte

calidad de la mezcla. pero sf debe ajustar se a unaproqr arnacion detallada en donde se racionalice elusa del equipo y se reduzcan al minima los tiemposde espera en planta y en el sitio de obra.En la Figura NQ 7, se muestra un comportamientotloico. para unas condiciones especlficas. de per di-da de temperatura en la mezcla por tiempo detr ansporte. est a situacion no esta muy lejana de laspracticas constructrvas nuestr as. en donde el trans-porte de la mezcla se hace en forma descuidada y sepresentan demoras en todas las actividades. Seobserva como en un tiempo de transporte de unahora se puede Ilegar a producir una perdida detemperatura de 20°C, atectandose de esta forma lamanejabilidad y por consiguiente la cornpacidad ylas propiedades asociadas con- ella

EXTENDIDO DE LA MEZCLACon el empleo de las modernas extendedor as. lostiempos de esparcido de las mezclas astalticas sehan reducido notablemente y se ha pr oducido unrnejor arniento en la eficacia y rendirniento delequipo. 10 que se manifiesta en mejores condicionesen: la homogeneidad, la uniformidad de los espeso-res y la compactaci6n inicial aplicada por la

100~------_.----~--------___,

extendedora, la cuaillega a estar entre un 80 a 90%de la cornpactacion final.51 bien en esta etapa no se producen afectaciones ala mezcla sl se deben evitar las paradas de laextendedora ya que quedan mezclas subcompacta-das que se enfrian rapidarnente durante la pausa.EI Instituto del Asf alto. recomienda las siguientestemperaturas de colocacion en funcion del espesorde la carpeta y la temperatura de la capa subyacen-teo

so

CUADRO N!! 2

TEMPERATURAS MINIMAS DE COLOCACION EN °C

Temperatura Espesor de la carpeta en ems.de la capasubyacente °C 1.0 2.0 2.5 4.0 5.0 7.5 9,010.0

4.4 - 100 149 140 135 129 12410.0 - 15.5 149 146 138 132 127 12415.5-21.0 149 143 140 135 129 124 121210-266 149 143 140 137 132 129 124 12126.6 - 320 143 137 135 132 129 127 121 12132.0 137 135 132 129 127 124 121 121

ESPESOR DE LA CARPETA ASFALTICALa per dida de temperatura esta en relacion directacon el espesor de la car peta. en razon de lapropor cion de mezcla en contacto con el mediocircundante; en conclusion. a menor espesor mayorrata de erifriarniento y mayor dificultad paraalcanzar la cornpacidad requerida.

TIEMPO ENTRE EL EXTENDIDO Y LACOMPACTACION

No debiera presentarse. habitual mente, sin embar-go, dentro de la pr actica usual adquiere magnitudesconsider ables dando lugar a incidencias notables.La per dida de temperatura aumenta con el tiempotranscurrido y depende del espesor de la carpeta

80

i;':"~ 60WQ

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>-

40

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e = 4.0roE:" 40OJro

e = 20 Q; 10Q.

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2() "-- __ -, ,-- __ ---, -.-- ,---_-'

3010 20 40 50Tlempo (mlnutos)

FIGURA 8, Perdida de temperatura durante el extendido

Temperatura minima para dens.nc ac.on

Temp a b'. m lenle 30DeTemp. ambienle 120e

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90Tiempo en minutos

FIGURA 9. Ratlls compa'rativas de enfriamiento despue. de latlirminadora. Para varia. temperaturas ambientes, Espesor del Mat,3.2 ems, (1 1/4'"

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(Figura NQ 8) V de las condiciones ambientales(Figura NQ 9).Sobra advertir la importancia de reducir al minimaeste factor, cuvos efectos pueden echar a piquetodos los cuidados aplicados en las eta pas previas.

COMPACTACIONSi bien con la extendedbra se alcanza entre el 80 V90% de cornpactacion. esta etapa resulta ser laactividad mas delicada e incidents por la granparticipacion del factor humane. resultan practice-mente inutiles todos los esfuerzos e inver siones quese hagan si no se aplica una cornpactacion adecua-da.Este tema incluve los siguientes aspectos: a) Tiempominima para alcanzar la cornpactacion. b) tempera-tura de cornpactacion. c) orden de cornpactacion Vd) secuencia de la c mpactacion.

a) Tiempo para la eompaetaei6nLa cornpactacion debe inicidr se inmediatamentehava pasado la extendedora V ejecutarse dentro deun lapso muv pequerio: para lograrlo se requierealgo mas que contar con los equipos apropiados Vpersonal idorieo. es necesario conocer el comports-miento de la mezcla. cuando fluctuan uno 0 unos delos factores incidentes V/o las tecnicas recomen-dadas no se pueden aplicar cabal mente.Parte de ese conocimiento ha surgido de investiga-ciones de campo V laboratorio. las que han permiti-do formular recomendaciones como la que sepresenta a continuacion sobre tiempos minimospara completar /a cornoactacion. publicada por elInstituto del Asfalto.

CUADRO N23-

Espesordela 1.0 20 25 4.0 50 7.5 90 100carpeta (ernst).Tiernpo maximo 4 6 8 12 15 15 15 15para completar la

Icompactaci6n despu8sdel exteridido (minutos)

Otro criterio que usual mente se sigue es el deaplicar toda la cornpactacion antes de que latemperatura de la mezcla este por debajo de los800C. igualmente hay qUlenes sostienen, con baseen experiencias de campo, la dificultad de com pac-tar las mezclas dentro de los prlmeros ocho minutosde colocada la mezcla.

b) Temperatura de eompaetaei6nLa temperatura de compactacion depende funda-menta/mente del comportamiento de la mezcla a loscambios termlcos, de la composlcion granulometri-ca, de la viscosidad del ligante, de las condicionesdel medio circundante V del equlpo empleado; laseleccion de la temperatura debe hacerse con baseen tramos de prueba en doncje se reflejen realmentetodos los aspectos de la tecnica por emplear en elsitio con el equipo humano V mecanlco de que se

- disponga. SI se trabaja con una temperatura alta se

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pueden producir: abultarnientos. grietas. adheren-cias V hundimientos en la mezcla. 0 quedaransuperficies abiertas de baja compacidad con poca 0ninguna homogeneidad. cuando la temperatura decornpactacion esta rnuv baja.La temperatura ds- cornpactacion seleccionadadebe estar en consonancia con los requerimientosbasicos que gobiernan la calidad de la mezcla.algunos de Ids cuales se han formulado en parratosanteriores. Hav estudios que fijan la temperaturaminima de cornpactacion por encima de los 100°CV otros como las normas de California que hablan deempezar la cornpactacion cuando la surna de latemperatura del aire V la de la mezcla esta cornpren-dida entre 1480 V 1900, con un minima para lamezcla de 107°C.

e) Orden de eompaetaei6nEI orden usual de cornpactacion es el siquiente:juntas tr ansversales. bordes exteriores. juntas long i-tudinales V finalmente el cuerpo de la carpeta desdeel exterior hacia el centro; de esta manera se dalugar a: un menor grado de desplazamiento de lamezcla. mayor uniformidad en la compacidad.rnejores acabados V mayor competencia de lamezcla compactada. En general. este aspecto esaceptado V cumplido en forma cabal.

d) Seeueneia del proeeso de eompaetaei6nAun se acepta la realizacion de la cornpactacion entres etapas. aunque en la practice resulta dificil

'separar la primera de la segunda.

1. Compactaci6n inicialCon ella se trata de dar mayor soporte a lamezcla. asegurando un buen cierre. Para hacerlase plantea el empleo preferencial de cilindros deruedas metalicas 0 compactador de neurnati-cos de baja presion (2 a 3 K/cm2) 0 rodillosvibratorios en tarnden. vibrando solo el segundorodillo en el sentido de avance hacia la extende-dora. EI compactador de neurnaticos aplica unamasado a la mezcla pero deja huellas dificilesde quitar.

2. Compactaci6n intermediaSe apllca para sellar la superficie V terminar ladensificaclon de la mezcla; para realizarla setienen las mismas alternativas de la compacta-cion inicial. pero con una preferencia tradicionalpor el compactador de neumaticos de altapresion (5 a 7 Vcm2) V ahora por los rodillosvibratorios en tamden, vlbrando ambos rodillos.La preferencia por los neumaticos radica en lamejor reparticion de p'resiones.

3. Compactaci6n finalCon ella se asegura el acabado V el cierre total dela cara superior de la mezcla, debe efectuarsecon rodillos lisos cuando la mezcla esta todaviacaliente V susceptible de ser compactada Novale la pena hacerla cuando la mezcla esta fria.

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e) Aspectos inherentes al desplazamiento de losequipos de compactaci6n

Frecuentemente se presentan algunas acciones queperjudican notablemente la calidad de las mezclasastalticas. una muestra de elias es la siguiente:

Entrada de los compactadores "en frio".Estacionamiento de los compactadores sobrernezcla no totalmente compactada.Avance de los compactadores con el rodillofrontal no motriz dirigido hacia la extendedora.Deficiente humedecimiento de los rodillos yneurnaticos. no se hace regularmente.Cambios en la direccion de desplazamientohechos en forma subita 0 con el vibradorprendido.

f) Caracterfsticas de los equipos de compactaci6nEI equipo por emplear debe cumplir una serie derequisitos entre los cuales se incluye: desarrollo dela labor en el menor tiempo posible por la rata deendurecimiento de la mezcla con el tiernpo. tr abajarcon altas ternper aturas. no causar distorsionessuperficiales. altacapacidad para aplicar cargas yesfuerzos que permitan el 100% de desinficacion yversatilidad para empleo sobre diversas clases demezclas asfalticas 0 materiales no asfalticos.En el mercado actual se encuentran equipos conmuchas innovaciones. con las cuales se puedeatender toda la labor de cornpactacion con una solaclase de equipo; sin embargo, en la pr actica aunpredomina el empleo de mas de una clase deequipo.

RODlllOS USOSLos mejores resultados se obtienen cuando seemplean cilindros con el mayor diametr o posible. yaque de esta manera se reduce la fuerza de tr accion:el accionamiento de rodillos pequerios requiere unamayor fuerza de traccion y adicionalmente causadesplazamiento y descornpactacion en la mezcla.En la Figura NQ lOse muestra como unico metodaefectivo para disminuir la fuerza de tr accion elaumento del diarnetr o del rodillo.Para rnejorar la eficiencia del equipo y reducir eltiempo de cornpactacion resulta conveniente au-mentar el ancho de los cilindros. Equipos conrodillos de gran diarnetr o y gran ancho no gozan deaceptacion en el mercado por su poca versatili-dad. La adherencia de la mezcla al compactador sepuede obvlar aplicando un calentamiento previo alequlpo.

COMPACTADORES DE NEUMATICOSSon muy versariles, variando su peso total hasta 35toneladas y las presiones de contacto entre 2 y 7k/ cm2 A pesar de que las Ilantas son lisas, la mezclaalcanza a adhemse: para mejorar este aspecto sedeben lIevar las Ilantas a una temperatura superior alos 60°C con base en un calentamiento previo.La presion de los neumaticos debe ser regulada deacuerdo con la fase de compactaclon y a la compo-sic Ion de la mezcla; se recomiendan presiones entre

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730

680

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Los resultados obtenidos estan acordes con 10presentado en la referencia NQ 1. los cuales sepresentan en las Figuras Nos. 13 y 14.A manera de sfntesis de la lincidencia de lasternper aturas de mezclado y cornpactacicn se tiene..

a. Una reduccion casi exponencial de la estabili-dad Marshall a medida que disrninuve la tempe-ratura de cornpactacion: la perdida de estabili-dad puede lIegar a ser hasta de un 100%.

b. Se presenta la misma tendencia cuando seanaliza el porcentaje de vacfos .-quedando prac-ticamente inutilizable la mezcla cuando sepresenta una pequeria disrninucion en la tempe-ratura de cornpactacion.

c. La incidencia de la temperatura de mezclado esde menor grade y su tendencia no es tandefinida.

RESUMEN DE PUNTOS PRINCIPALES

1. La compacidad que finalmente presenta unacarpeta asfaltica es el reflejo de una serie deacciones de gran siqnificacion en las que latemperatura de la mezcla determina el grade debeneficio por obtener en cada una de elias.

2. En la compacidad final inciden los componentestanto en el aspecto cualitativo como cuantitati-vo. los factores ambientales vigentes durante lacolocacion y todo el proceso que va desde elmezclado hasta la cornpactacion.

3. Si bien las pruebas habituales de evaluacion nodiscriminan el sobr ecalentarniento de las mez-clas en el mezclado. esta cornpletarnente acep-tada su nocividad; igualmente se reconocecomo la mejor practice trabajar con la menortemperatura de mezclado posible.

4. Se requiere racionalizar al maximo toda unaserie de labores que usual mente caen dentro delterrenp del azar. como son: el tiempo dernezclado. el transporte de la rnezcla. el extendi-

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do de la mezcla y el inicio y desarrollo de lacornpactacion.

5. Merece una especial irnportancia todo el proce-so de cornpactacion en aspectos tan fundamen-tales como son: equipo empleado. orden ysecuencia de la cornpactacion y principalmentela temperatura de cornpactacion. el cual esindudablernente el factor que mas incide en lacompacidad final.

6. Es necesario Ilegar a evaluar el margen decompacidad por alcanzar por accion del tr aficovehicular. con el objeto de no propiciar deterio-ros estructurales en la carpeta

7. EI factor individual de mayor incidencia en lacompacidad de las carpetas asfalticas es indu-dablemente la temperatura. la cual condicioriatodas las iabor es de pr oduccion. colocacion ycornpactacion y se manifiesta en dos de losparametres: primordial lugar. la temperatura decornpactacion y segundo lugar. la temperaturade mezclado

8. Por 10 planteado. la evaluacion de la compact-dad y de las propiedades asociadas con ella.deben ajustarse a las pr acticas que real mente seestan aplicando. por ejemplo. la elabor acion delos probetas para las pruebas Marshall debenhacerse con mezcla en identicas condicionesde temperatura a las que se tengan en elmomenta de rrucrar se la cornpactacion 0 altiempo medic de la ccrnpactacion

9. Igualmente deben intr oducir se rnoditicacionesen las especificaciones de ccnstruccion. preci-sando en elias temperatura maxima y minima demezclado. temperatura minima de compacta-cion. equipo de cornpactacion para emplear ysecuencia del proceso de cornpactacion

10 Muchos de los aspectos analizados merecen untratamiento de mayor pr otundidad que permitacaracterizar toda la incidencia que ellos ejercenen la cornpacidad y dernas propiedades

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