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Aplicación del método RAMCODES en el diseño de mezclas asfálticas de alto desempeño
Freddy J. Sánchez-Leal
RAMCODES de Venezuela, C.A.
Coro, Venezuela
Resumen
Se presenta la aplicación del método RAMCODES para el diseño de mezclas asfálticas de
alto desempeño. Esta aplicación se realiza en dos partes, la primera corresponde al análisis
de vacíos y relación filler-bitumen; mientras que la segunda trata de la evaluación de la
influencia de la gradación en las propiedades de desempeño de la mezcla asfáltica. Para la
selección de las combinaciones de agregado se utiliza un software de combinación. En la
primera parte se utilizan el polígono de vacíos, que en este trabajo se integra con la
definición y especificaciones de la relación filler-bitumen. En la segunda parte se utiliza la
carta de gradación para evaluar los resultados de ensayos de susceptibilidad a la humedad,
susceptibilidad a la deformación plástica, y medición del módulo dinámico. Todos estos
ensayos corresponden a los niveles 1, 2 y 3 de la pirámide mexicana de diseño. El polígono
de vacíos demuestra nuevamente ser una muy útil herramienta para acelerar el diseño de
una mezcla asfáltica, pero la integración con el criterio de relación filler-bitumen potencia
grandemente sus ventajas. Finalmente, la carta de gradación, en compañía de los mapas de
resistencia, demuestra nuevamente ser una excelente herramienta de análisis para evaluar la
influencia de la gradación en el desempeño de una mezcla asfáltica. Este artículo promueve
el uso exhaustivo de las herramientas RAMCODES en el diseño de mezclas con el
Protocolo Mexicano.
Palabras clave: Superpave, mezclas asfálticas, RAMCODES, filler-bitumen, polígono de
vacíos.
Introducción
Este trabajo presenta una aplicación de la metodología RAMCODES para el análisis y
diseño de mezclas asfálticas en el diseño Superpave y con mediciones de desempeño según
requerimientos del Protocolo Mexicano de diseño de mezclas asfálticas de alto desempeño.
Constituye el tercero de una serie de artículos de desarrollo de la tecnología RAMCODES
aplicada a mezclas asfálticas.
La aplicación de RAMCODES se realiza en dos partes, la primera está dedicada al análisis
volumétrico y de relación filler-bitumen de la mezcla asfáltica, para lo cual se usa la
herramienta polígono de vacíos. En este trabajo se introduce una novedad en este análisis y
es la incorporación de la verificación de los rangos de contenido de asfalto permitidos
según la relación filler-bitumen.
En la segunda parte de este trabajo se analiza la influencia de la gradación en el desempeño
de la mezcla asfáltica compactada utilizando el enfoque de la carta de gradación. Los
parámetros de desempeño que se evalúan corresponden a los tres primeros niveles de la
Pirámide de Diseño de Mezclas Asfálticas de Alto Desempeño, con ensayos de
susceptibilidad a la humedad, susceptibilidad a la deformación plástica y medición de
módulo dinámico.
El programa experimental fue diseñado por este autor y realizado en 2012 como servicio
contratado en los laboratorios del Centro Nacional de Tecnología del Asfalto (NCAT)
ubicado en Alabama, EEUU, utilizando agregados y asfalto sin modificante de sus
almacenes.
Metodología
Para realizar esta validación se realizó en dos partes. Primero se elaboró un diseño de
mezcla asfáltica siguiendo las directrices del método RAMCODES, y otro siguiendo el
método Superpave, que coincide en su fase de análisis volumétrico y susceptibilidad a la
humedad con el Protocolo Mexicano de Diseño de Mezclas Asfálticas de Alto Desempeño.
En la segunda parte, se evaluó la influencia de la gradación de la mezcla en las propiedades
de resistencia de la mezcla asfáltica, en tres de los cuatro niveles de la Pirámide Mexicana
de Diseño, resistencia retenida en prueba TSR, deformación plástica acumulada en ensayo
APA, y módulo resiliente en ensayo SPT.
Los ensayos fueron realizados en los laboratorios del Centro Nacional de Tecnología del
Asfalto (NCAT, por sus siglas en inglés) como un servicio contratado por RAMCODES
International, Inc., con agregados y ligante asfáltico (sin modificar) procedentes de los
almacenes de dicha institución.
Metodología RAMCODES
RAMCODES, un acróstico de Metodología Racional para el Análisis de Densificación y
Resistencia de Geomateriales Compactados. Esta tecnología, desarrollada por este autor
desde 1998, permite analizar y diseñar geomateriales para carreteras tales como suelos
compactados y mezclas asfálticas.
En el caso de las mezclas asfálticas, RAMCODES presenta cuatro herramientas de análisis
que serán utilizadas en esta investigación, a saber: Carta de gradación, Combinador de
agregados, Polígono de vacíos, y Mapa de resistencia.
La carta de gradación es un gráfico para representar, de forma alternativa a los métodos
tradicionales, granulometrías y especificaciones de mezclas asfálticas de gradación densa o
continua.
La base de la carta de gradación es la representación punto-ámbito.
Los pares experimentales de una granulometría, es decir, diámetro de tamiz y porcentaje
pasante respectivo, pueden ser ajustados con un sencillo modelo alométrico, o mejor
conocido en la jerga de mezclas asfálticas como Fuller. El modelo tiene la siguiente forma:
Donde:
Pi es el porcentaje pasante a través de un tamiz cualquiera,
Di es la abertura o diámetro del tamiz en cuestión,
Dmax es la intersección para porcentaje pasante de 100%, y
n es un parámetro llamado factor de forma, que tiene en cuenta la estructura
granulométrica.
Para ser válido, este modelo necesita un factor de bondad de ajuste, R2, superior a 0.97.
Al representar una granulometría en el espacio n-Dmax, esta se transforma de una curva en
un punto.
Figura 1. Conversión de una curva granulométrica en un punto.
De igual manera, una especificación o huso granulométrico, que comúnmente se representa
por una curva superior (fina), y otra inferior (gruesa), se representa en el espacio n-Dmax
como un rectángulo, donde los vértices vienen dados por combinaciones del ajuste Fuller
de la curva superior (n1, D1) y la inferior (n2, D2).
Figura 2. Conversión de un huso granulométrico en un ámbito.
Una carta de gradación es, en suma, una representación punto-ámbito de todas o varias de
las especificaciones granulométricas, además de granulometrías (puntos), y también
tendencias de un gráfico de contorno de respuesta (mapa de resistencia).
Figura 3. Carta de gradación con especificaciones Superpave.
Combinador de agregados
El combinador de agregados es una aplicación de software, desarrollada en RAMCODES,
que automatiza la conocida fórmula analítica para combinación de agregados:
Donde P es el porcentaje que pasa un tamiz determinado, resultante de la combinación de
los agregados A, B, C …N. Mientras que a, b, c…n, son las proporciones, expresadas en
forma decimal, de los materiales empleados, cuya sumatoria es igual a 1.
El software es alimentado con las granulometrías de cada uno de los agregados que se
pretenden mezclar, y con los parámetros Fuller n y Dmax de la granulometría objetivo, o
bien, con el ámbito, o ámbitos, de especificación granulométrica en donde se desea
encontrar las posibles combinaciones de los agregados estudiados que cumplan con el
objetivo deseado.
Este software resulta de gran ayuda en la combinación económica y rápida de agregados,
para sacar el máximo potencial de los agregados con los que se cuenta; en especial cuando
se trata de preservar la premisa de usar los agregados locales, para evitar los grandes cargos
por transporte.
Figura 4. Salida de un software de combinación de agregados.
Polígono de vacíos
El polígono de vacíos es una construcción gráfica original de RAMCODES, y se define
como el área máxima, en el espacio contenido de asfalto versus gravedad específica bulk,
donde se cumplen simultáneamente todas las especificaciones de vacíos para el diseño de
una mezcla asfáltica. La coordenada en “x” del centroide de esta área se conoce como
contenido óptimo de asfalto de prueba.
Para construir el polígono de vacíos se utilizan las típicas fórmulas de las definiciones de
vacíos de aire, vacíos en el agregado mineral, y vacíos llenados con asfalto que pueden
encontrarse en los manuales MS-2 y SP-2 del Instituto Norteamericano del Asfalto. El
manejo de las intersecciones se realiza según una coordinación lógica desarrollada por
RAMCODES y que ha sido automatizada en hojas de cálculo y aplicación de software para
mayor facilidad de obtención. Esta construcción requiere también los valores de gravedad
específica del ligante asfáltico, Gb, bulk de la combinación de agregados, Gsb, y efectiva,
Gse, además de los rangos normativos de todas las especificaciones de vacíos. Los vacíos en
el agregado mineral no tienen un valor máximo; sin embargo, según la recomendación del
reporte NCHRP, se toma un valor máximo igual al valor mínimo normativo
correspondiente más 1.5%.
El polígono de vacíos es una herramienta sumamente útil para la obtención del contenido
de asfalto óptimo de una mezcla asfáltica en el nivel de análisis volumétrico pues produce
el mismo resultado que un diseño Marshall o Superpave pero con entre 4 y 5 veces menos
briquetas. De utilizarse el polígono de vacíos en el Protocolo Mexicano, se podrían utilizar
las briquetas o pastillas que no son necesarias en el diseño volumétrico para realizar
pruebas de desempeño en los otros niveles de la Pirámide de Diseño.
En ocasión del presente trabajo de investigación se incluyó en el análisis típico del polígono
de vacíos la verificación de la relación filler-bitúmen (DP), por medio de la siguiente
relación que se desarrolla a partir de las fórmulas de definición de los parámetros en los que
se basa la DP.
Donde,
DP es la relación fíller-bitumen, cuyo rango recomendado es entre 0.6 y 1.2, pero para
mezclas con gradación por debajo de la zona restringida se puede ampliar hasta 0.8-1.6,
según el manual SP-2.
P0.075 es el pasante del tamiz No. 200, cuya abertura es 0.075 mm
Pbe es el contenido de asfalto efectivo, cuya expresión analítica es:
Donde,
Pb es el contenido de asfalto, como porcentaje de la masa total de la mezcla,
Pba es el asfalto absorbido por el agregado, expresado como porcentaje de la masa del
agregado; su fórmula es la siguiente:
Ps es el contenido de agregado, expresado como porcentaje de la masa total de la mezcla;
su expresión analítica es:
Operando con todas las expresiones anteriores es sencillo encontrar la siguiente fórmula:
Esta fórmula se utiliza para comparar el rango del polígono, es decir, los contenidos de
asfalto máximo y mínimo dados por sus vértices, con los contenidos de asfalto máximo y
mínimo dados por esta expresión, que toma en cuenta el rango recomendado para la
relación fíller-bitumen, tal como se muestra en la figura siguiente.
Figura 5. Polígono de vacíos integrado con criterios filler-bitumen,
Mapas de resistencia
Los mapas de resistencia son gráficos de contorno en 2D que muestran la variación de una
respuesta seleccionada del material en estudio, con respecto a la variación simultánea de
otras dos variables influentes. Esté gráfico se utiliza en RAMCODES tanto para diseñar
suelos compactados como mezclas asfálticas.
En el caso particular de este artículo, se utilizarán mapas de resistencia para expresar la
variación de respuestas como TSR, deformación APA y módulo dinámico dentro de una
carta de gradación, es decir, para estudiar la influencia de la gradación de la mezcla en estas
propiedades.
Pirámide de diseño
La Pirámide Mexicana de Diseño de Mezclas Asfálticas es una construcción gráfica que
acompaña el Protocolo Mexicano y que muestra de forma didáctica los diferentes niveles
de diseño de una mezcla, y que están jerarquizados según la intensidad del tránsito a servir.
2.400
2.410
2.420
2.430
2.440
2.450
2.460
2.470
2.480
2.490
3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Gm
b
Pb
polyvoids
centroid
minDP
maxDP
Figura 6. Pirámide mexicana de diseño de mezclas asfálticas.
La pirámide tiene cuatro niveles, a saber:
Primer nivel: corresponde a la selección de los agregados, del ligante asfáltico, al diseño
volumétrico de la mezcla asfáltica y a la verificación de la susceptibilidad a la humedad
(ensayo TSR). Este nivel está reservado solo para vías con bajo nivel de tránsito.
Segundo nivel: además de los requerimientos del Primer Nivel, se evalúa el desempeño de
la mezcla asfáltica bajo deformación permanente. Usualmente se utilizan ensayos como la
Rueda de Hamburgo, el Analizador de Pavimentos Asfálticos (APA), o la Rueda Española.
Este nivel es indicado para vías con niveles de tránsito de 1 a 10 millones de ejes
equivalentes.
Tercer nivel: además de los requerimientos del Segundo Nivel, se evalúa el desempeño de
la mezcla asfáltica midiendo su módulo dinámico bajo diversas combinaciones de
temperaturas y frecuencias de carga. Esta información sirva bien sea para validar diseños de
pavimentos o para aportar información para su modelación a través de métodos
mecanicistas. Este nivel es indicado para vías con tránsito entre 10 y 30 millones de ejes
equivalentes.
Cuarto nivel: además de los requerimientos del Tercer Nivel, se evalúa el desempeño de la
mezcla asfáltica midiendo su susceptibilidad a la fatiga por carga repetida. Usualmente se
utilizan el estándar norteamericano que involucra la medición a través de una viga cargada
en tres puntos, o el estándar europeo que utiliza el mismo arreglo que un ensayo de tracción
indirecta, pero con carga cíclica y un arreglo de medidores de deformación en direcciones
ortogonales de la briqueta. Este nivel es indicado para vías con tránsito superior a 30
millones de ejes equivalentes.
Para las comprobaciones de la primera parte de este estudio se utilizó el Primer Nivel.
Mientras que para la evaluación de la segunda parte se utilizaron los niveles Segundo y
Tercero.
Resultados experimentales
Agregados
La siguiente tabla resume la granulometría e identificación para cada uno de los agregados
utilizados en esta investigación.
Tabla 1. Granulometría de agregados utilizados.
Gradation Summary
Sieve Size LMS 57's LMS 78's Shorter Sand Granite M10's LMS 67's Granite 89's
English metric
1" 25 97.9
3/4" 19 78.1 95.2
1/2" 12.5 23.2 98.1 65.5
3/8" 9.5 5.6 77.4 36.9 99.8
#4 4.75 3.1 22.8 99.0 99.3 4.7 31.1
#8 2.36 3.0 3.7 90.6 88.6 1.1 3.3
#16 1.18 2.9 2.7 77.9 70.5 0.9 1.4
#30 0.6 2.8 2.4 52.5 53.5 0.9 1.1
#50 0.3 2.7 2.0 24.2 36.8 0.9 0.8
#100 0.15 2.6 1.8 7.4 23.0 0.9 0.7
#200 0.075 2.1 1.4 1.3 13.2 0.8 0.4
Combinaciones de agregado
La siguiente tabla resume las proporciones de combinación de cada uno de los agregados
para conseguir cinco granulometrías que serán estudiadas en esta investigación. Estas
proporciones fueron obtenidas utilizando la aplicación de RAMCODES para combinación
de agregados.
Tabla 2. Proporciones de combinación de agregados.
Cold Feed Percentage Summary - SP 25
Combination LMS 57's LMS 78's Shorter Sand Granite M10's LMS 67's Granite 89's
1 20 0 20 20 20 20
2 40 0 0 40 10 10
3 50 0 30 0 0 20
4 30 10 10 20 10 20
5 40 20 0 30 0 10
A continuación se muestran en la tabla todas las granulometrías obtenidas finalmente tras
realizar las combinaciones establecidas.
Tabla 3. Granulometrías obtenidas luego de la combinación.
Target Aggregate Gradations
Sieve Size
Blend 1 Blend 2 Blend 3 Blend 4 Blend 5 English metric
1" 25 99.6 99.2 99.0 99.4 99.2
3/4" 19 94.7 90.7 89.0 92.9 91.2
1/2" 12.5 77.7 65.8 61.6 73.3 68.9
3/8" 9.5 68.5 55.9 52.7 63.1 57.7
#4 4.75 47.4 44.5 37.5 39.7 38.7
#8 2.36 37.3 37.1 29.3 28.8 28.9
#16 1.18 30.7 29.6 25.1 23.4 23.0
#30 0.6 22.2 22.7 17.4 17.3 17.8
#50 0.3 13.1 16.0 8.8 11.1 12.6
#100 0.15 6.9 10.4 3.7 6.5 8.3
#200 0.075 3.6 6.2 1.5 3.7 5.1
Los parámetros del ajuste Fuller para cada mezcla se resumen en la tabla siguiente. La
información incluye la relación grava-arena, G/S, que se obtiene analíticamente a partir de
los parámetros Fuller, y que resulta útil para evaluar la influencia de la granulometría en las
propiedades mecánicas e hidráulicas de la mezcla.
Tabla 4. Parámetros de ajuste Fuller para las mezclas estudiadas.
Parameter Blend 1 Blend 2 Blend 3 Blend 4 Blend 5
N 0.44 0.43 0.54 0.51 0.51
Dmax 23.2 27.2 26.1 23.8 25.1
R2 0.993 0.983 0.985 0.995 0.994
G/S 1.2 1.36 1.7 1.46 1.53
SP NMAS 19 25 25 19 25
De manera correspondiente, la figura siguiente muestra la representación gráfica en la carta
de gradación de cada una de las cinco mezclas que se estudiarán en esta investigación, y los
ámbitos de especificación para gradaciones Superpave 19-mm y 25-mm. Se puede apreciar
que resultaron tres gradaciones con tamaño máximo nominal 25-mm (mezclas 2, 3 y 5), y
el resto gradaciones con tamaño nominal máximo de 19-mm. Esta gráfica también muestra
la línea de máxima densidad (MDL), definida teóricamente para factor de forma constante
igual a 0.45. Véase que las mezclas 1 y 2 quedan por encima de la zona restringida (ARZ, o
también llamadas “finas”), mientras que las mezclas 3, 4 y 5 corresponden a BRZ, o
gruesas, o que pasan por debajo de la zona restringida.
Figura 7. Carta de gradación con las cinco mezclas estudiadas.
Análisis volumétrico con polígono de vacíos y filler-bitumen
El análisis volumétrico a través del polígono de vacíos requiere los valores de gravedad
específica, incluida la del asfalto que es Gb = 1.028; además de los rangos de
15
20
25
30
35
40
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Dm
ax (
mm
)
n
Blend 1
Blend 2
Blend 3
Blend 4
Blend 5
SP 19-mm
SP 25 mm
MDL
ARZ BRZ
especificaciones para las diferentes propiedades de vacíos. La tabla siguiente resume estos
valores además de la lectura en “x” del centroide del polígono, que es el contenido óptimo
de asfalto propuesto, Pbo.
Esta tabla, además, presenta la comparación entre el rango de contenidos de asfalto del
polígono de vacíos y el rango de contenidos de asfalto según la recomendación de relación
filler-bitumen. Al final de la tabla se presenta el veredicto que surge de tal comparación
como mezcla posible. De modo que, una mezcla es posible si cumple con las
especificaciones de vacíos (rango polígono) y con la recomendación para la relación filler-
bitumen (rango DP).
Tabla 5. Análisis de vacíos integrado con criterio filler-bitumen.
Parameter Blend 1 Blend 2 Blend 3 Blend 4 Blend 5
SP NMAS 19 25 25 19 25
Tipo ARZ ARZ BRZ BRZ BRZ
Gsa 2.740 2.773 2.751 2.761 2.787
Gsb 2.711 2.737 2.707 2.719 2.734
Gse 2.747 2.771 2.752 2.769 2.784
VAM, % 13-14.5 12-13.5 12-13.5 13-14.5 12-13.5
Va, % 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5
VFA, % 65-75 65-75 65-75 65-75 65-75
Pbo centroide, % 4.2 4.1 4.3 4.63 4.35
Rango Pb polígono 4.01-5.08 3.65-4.63 3.83-4.82 4.15-5.18 3.85-4.83
DP 0.96 1.71 0.4 1.0 1.4
DP rango 0.6-1.2 0.6-1.2 0.8-1.6 0.8-1.6 0.8-1.6
Rango Pb según DP 3.5-6.5 5.6-10.7 1.5-2.5 2.9-5.2 3.8-7
Mezclas posibles Sí No No Sí Sí
Luego de esto, se prepararon un total de tres (3) especímenes en el compactador giratorio
por cada mezcla bajo su respectivo contenido óptimo de asfalto. El número de giros finales
por cada espécimen fue de 100, correspondiente a tránsito alto. La tabla siguiente resume
los promedios de estos resultados por contenido de asfalto, además de las proporciones
filler-bitumen (DP). Tal como se puede apreciar en la tabla, solamente el promedio de los
especímenes de la mezcla 4 cumplen con todas las condiciones de vacíos, es decir, caen
dentro del área del polígono; además de que la proporción filler-bitumen está dentro del
rango 0.6-1.2 especificado.
Para fines de comparación con el método Superpave tradicional, y que serán utilizados en
el capítulo de análisis de resultados, se elaboraron también un par de especímenes con 1%
por encima del óptimo de asfalto, y otro par de especímenes con 1% por debajo del óptimo
de asfalto; estos valores también se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 6. Resumen del análisis volumétrico y DP.
Summary of Volumetrics
Mix ID Pb NMAS (mm) Air Voids (%) VMA VFA Dust Proportion
Blend 1 3.2 19 8.4 14.8 43.4 1.31
Blend 1 4.2 19 5.2 14.1 63.0 0.96
Blend 1 5.2 19 2.3 13.7 83.3 0.76
Blend 2 3.1 25 6.9 13.1 47.5 2.37
Blend 2 4.1 25 3.9 12.7 69.1 1.71
Blend 2 5.1 25 1.7 12.9 87.3 1.34
Blend 3 3.3 25 8.4 14.6 42.6 0.56
Blend 3 4.3 25 5.4 14.0 61.7 0.4
Blend 3 5.3 25 2.6 13.8 81.2 0.3
Blend 4 3.3 19 6.8 13.1 48.4 1.4
Blend 4 4.3 19 3.7 12.6 70.6 1.0
Blend 4 5.3 19 1.1 12.5 91.2 0.8
Blend 5 3.3 25 5.4 11.8 54.4 1.9
Blend 5 4.3 25 2.5 11.5 78.0 1.4
Blend 5 5.3 25 0.4 11.9 96.7 1.1
Análisis de influencia de la gradación
El análisis de la influencia de la gradación incluye los siguientes resultados de desempeño:
Susceptibilidad a la humedad bajo el ensayo de tracción indirecta y relación TSR,
Susceptibilidad a la deformación plástica, bajo el ensayo APA, y
Módulo dinámico, bajo el ensayo Simple Performance Test (SPT)
Se prepararon especímenes considerando las granulometrías de cada una de las mezclas
estudiadas, mezclándolas con un contenido de asfalto de referencia, y compactándolas en
compactador giratorio hasta el volumen de vacíos exigido por el estándar de cada ensayo de
desempeño. La siguiente tabla resume los resultados:
Tabla 7. Resumen de resultados de ensayos de desempeño.
Mezcla Blend 1 Blend 2 Blend 3 Blend 4 Blend 5
Pb, % 4.6 4.16 4.8 4.25 3.8
TSR, % 0.80 0.77 0.70 0.78 0.82
APA (mm) 3.5 2.3 3.2 2.4 3.4
E* (MPa, a 54.4oC) 355.2 597.0 270.1 374.3 390.1
Análisis de los resultados
Análisis de vacíos y relación filler-bitumen
La siguiente figura muestra el análisis de vacíos para la mezcla 2 en el que se aprecia que los
estados de compactación de de especímenes con el contenido óptimo sugerido por el polígono
quedó ubicada dentro del polígono de vacíos; con lo que se deduce que se cumplen todas las
especificaciones de vacíos de forma simultánea. Por otro lado, la tendencia para resultados
experimentales fabricados para tres contenidos de asfalto producen una curva similar a la del
ensayo Superpave, en inclusive, para un contenido de vacíos de aire de 4%, este experimento
produciría los mismos resultados que el análisis por el polígono de vacíos. Esto demuestra que
tanto el análisis Superpave como el polígono de vacíos producen los mismos resultados, y la razón
es porque están basados en las mismas definiciones y formulación.
La mezcla 2 no produjo especímenes con relaciones filler-bitumen dentro del rango recomendado
por el manual SP-2, por lo que sería desechada para diseño. El análisis sugerido en este trabajo
implica que esta conclusión se puede obtener antes, sin tener que fabricar los especímenes, lo que
produciría un ahorro de tiempo y material.
Figura 8. Comparación del polígono de vacíos con diseño Superpave.
2.440
2.450
2.460
2.470
2.480
2.490
2.500
2.510
2.520
2.530
3.00 4.00 5.00 6.00
Gm
b
Pb
Blend #2
polyvoids
centroid
experimental
Va=4%
Influencia de la gradación en el desempeño
Los resultados experimentales de desempeño de cinco mezclas estudiadas con diferentes
gradaciones, se analizó por medio de la herramienta de mapas de resistencia representados en
una carta de gradación.
La figura siguiente explica que mezclas muy gruesas, es decir, con alto valor de factor de forma,
presentaron los valores más pequeños para la relación TSR, es decir, una mayor susceptibilidad al
humedecimiento.
Figura 9. Mapa de contorno para TSR en la carta de gradación.
La siguiente figura muestra la variación del valor de la deformación plástica acumulada con
respecto a los parámetros Fuller de la gradación. De estos resultados se desprende que existe una
zona de la carta de gradación en la cual se maximiza la deformación plástica. Si un proyectista
quisiera diseñar adecuadamente una mezcla asfáltica con los agregados estudiados en este
trabajo, tendría que evitar esta área.
Figura 10. Mapa de contorno de la deformación plástica en carta de gradación.
Finalmente, la figura siguiente muestra la variación del módulo dinámico en mega pascales a una
temperatura de 54.4 oC. Es evidente que las gradaciones más gruesas o abiertas producirán
mezclas con módulos más pequeños. Por otro lado, se observaron módulos más altos para
gradaciones con agregados con mayor tamaño máximo.
Figura 11. Mapa de contorno del módulo elástico en carta de gradación.
Conclusiones
Tal como se había demostrado en otras oportunidades, el análisis del polígono de vacíos produjo
el mismo resultado que el análisis volumétrico del método Superpave, por lo que se verifica el
ahorro de tiempo y material que antes se había validado. Con el polígono de vacíos solo hace falta
elaborar tres especímenes para diseñar la mezcla asfáltica a nivel de volumetría y relación filler-
bitumen.
Como una novedad, se incluyó en el análisis del polígono de vacíos a la verificación de los rangos
de contenido de asfalto permitidos por la recomendación de relación filler-bitumen del manual SP-
2 del Instituto Norteamericano del Asfalto. Esta práctica resultó de gran ayuda en la selección de
las combinaciones de agregado posibles desde el punto de vista de la relación DP, que ahora se
integra al análisis volumétrico del polígono. Con esta novedad es posible ahora descartar cualquier
combinación granulométrica que no cumpla la relación filler-bitumen desde su comparación con el
polígono de vacíos.
La carta de gradación en combinación con los mapas de resistencia demuestra ser una muy útil
herramienta de análisis para evaluar la influencia de la gradación en el desempeño de la mezcla
asfáltica. Mientras que el factor de forma explica la estructura de la mezcla asfáltica, ya sea gruesa
(BRZ) o fina (ARZ), el diámetro máximo está relacionado con el tamaño máximo de partícula de la
mezcla. Las curvas de contorno muestran la variación de la propiedad de desempeño estudiada
respecto a los mencionados factores. Estos resultados son una estupenda guía para el proyectista
de la mezcla asfáltica en la selección de la gradación más apropiada. La carta de gradación es una
guía para seguir la recomendación de F.N. Hveem en 1943, “diseñar una mezcla asfáltica es
conseguir una combinación que produzca una mezcla con tantas propiedades deseadas como sea
posible, utilizando los agregados locales”.
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