Tipos de Pavimentos: Características, Ventajas y Desventajas

Evolución de los Pavimentos Asfálticos

Primera Generación: Asfaltos Naturales

• Origen: Hidrocarburo (Orgánico). Se descompone, gasifica, licua y genera petróleo bajo la corteza terrestre.

Segunda Generación: Asfaltos Destilados del Carbón

• El destilado produce alquitrán.
• El petróleo es de carácter termoplástico y es maleable entre 150-160 °C aproximadamente.

Tercera Generación: Asfaltos Destilados del Petróleo

Cuarta Generación: Asfaltos Cortados (Cutback Asphalt)

• 85% Cemento Asfáltico
• 15% Solventes

Quinta Generación: Asfaltos Emulsionados

• 67% Cemento Asfáltico
• Resto Agua

Sexta Generación: Asfaltos Modificados

Séptima Generación: Espuma Asfáltica

Octava Generación: Gel Asfáltico

Sostenibilidad de los Pavimentos

En la actualidad, los medioambientalistas definen al asfalto como uno de los productos para pavimentos más amistoso con el medio ambiente.

Los pavimentos se consideran ecológicos debido a su capacidad de reciclaje:

• Pavimentos de hormigón reciclables en un 30-40%.
• Pavimentos asfálticos reciclables en un 100%.

El asfalto viejo es restaurable mediante el uso de asfalto nuevo por el traspaso de resinas.

Mezclas Especiales de Pavimentos

• Pavimentos drenantes
• Pavimentos antirruidos
• Pavimentos antirreflectantes de grietas
• Pavimentos de color (la intensidad del color dependerá netamente del pigmento utilizado). La codificación de colores es universal.

Pavimentos Rígidos (Hormigón)

• Losa de alta resistencia. Al comportarse como losa, la carga total no sobrepasa el 10% al impactar el suelo natural.
• Resisten flexotracción.
• Para ensayos se utilizan vigas de 60 x 60 cm.
• El elevado módulo de elasticidad asegura un comportamiento como losa.
• En bordes exteriores, las presiones no superan el 8%.

Ventajas de los Pavimentos Rígidos

• Si la fundación es buena, se pueden eliminar capas inferiores.
• Por efecto de rigidez, la mantención es innecesaria.
• El suelo de fundación tiene poca influencia en el espesor de las losas.
• Su desgaste es bajo; normalmente no sobrepasa su vida útil.

Desventajas Comparativas de los Pavimentos Rígidos

• La naturaleza del hormigón hace que se vea afectado por la temperatura (gradiente térmica), lo cual produce alabeos entre losas que, en consecuencia, generan escalonamiento y aguas en bermas (el espesor de las losas es esencial para limitar los alabeos).
• Alto costo de pavimentación.

Pavimentos Flexibles

• Resistentes a la flexión, transmiten 40-70% de presión a la base.
• Aptos para todo tipo de tránsito.
• Rodado suave sin interferencia de juntas.
• Se puede elegir el tipo de asfalto para cada tipo de clima.
• Se puede diseñar mezclas con variedad de áridos.
• Dan soluciones por etapas, evitando altos costos en el corto plazo.
• Las reparaciones solo afectan el área defectuosa.

Desventajas de los Pavimentos Flexibles

• Mantención periódica por ser susceptible a la oxidación.
• Limitación de cotas a la hora de diseñar (servicios de agua y gas).
• La no existencia de materiales para bases o sub-bases en obra eleva considerablemente su costo.

Definición de Asfalto

Material cementante de color café oscuro o negro, de consistencia sólida o semisólida, en el cual los constituyentes predominantes son bitúmenes, los que se encuentran en la naturaleza o se obtienen como residuo de la refinación del petróleo.

Constituyentes del Asfalto

• Asfaltenos: Partículas bituminosas sólidas de color negro, de alta viscosidad, que proveen elasticidad, resistencia y adhesión.
• Maltenos: Resinas aromáticas, semisólidas o sólidas a temperatura ambiente, fluidas cuando se calientan y frágiles cuando se enfrían, que proveen ductilidad o viscoelasticidad. Aceites saturados, que son líquidos incoloros y que aportan a la fluidez o plasticidad.

Propiedades del Asfalto

• Impermeable (incluso a los ácidos).
• Adherente y cohesivo (a toda superficie).
• Flexible (viscoelástico).
• Termoplástico (susceptible a la temperatura).
• Buen comportamiento ante cargas instantáneas.
• Fluye bajo la acción de cargas permanentes.
• Se oxida con el tiempo.

Cemento Asfáltico

Asfaltos refinados, o una combinación de asfalto refinado y aceites fluidificantes, de consistencia más o menos dura a temperatura ambiente. Se dividen en grados según su dureza o consistencia.

Ensayos de Materiales Asfálticos

Ensayo de Penetración

Mide la penetración de una aguja en décimas de milímetro. Entre los cementos asfálticos comúnmente usados están:

• CA 40-50, para sellado de juntas en pavimentos de hormigón.
• CA 60-70 y CA 85-100, en concreto asfáltico.
• CA 120-150, en tratamientos superficiales.

Para ser trabajable, se calienta a ± 150 °C. Punto de inflamación aproximado mínimo: 232 °C. Mide la dureza del asfalto ante una aguja.

• Equipo: Penetrómetro
• Aguja: 100 g
• Baño de Agua: 25 °C
• Penetración durante: 5 segundos
• Resultado en: décimas de milímetro

Ensayo de Viscosidad

Determina el estado de fluidez del asfalto en el rango de temperaturas que se usan durante su aplicación. Se mide ya sea por viscosidad cinemática o mediante la viscosidad absoluta.

Ensayo de Ductilidad

Mide la resistencia a la ruptura ante alargamiento. También se conoce como viscoelasticidad.

• Equipo: Ductilímetro
• Temperatura: 25 °C
• Velocidad: 5 cm/minuto
• Resultado en: centímetros

Ensayo de Película Delgada

Somete el asfalto a condiciones de envejecimiento.

• Equipo: Horno ventilado a 163 °C
• Muestra: 50 g de cemento asfáltico
• Platillo de: 140 mm de diámetro, 10 mm de profundidad
• Giro: 5 revoluciones/minuto durante 5 horas

Ensayo de Película Delgada Rotatoria

Su propósito es el mismo que el de la película delgada, pero los equipos y procedimientos de ensayo son diferentes.

Ensayo de Punto de Ablandamiento Anillo y Bola

El punto de ablandamiento se define como la menor temperatura a la que una muestra suspendida en un anillo es forzada a caer por el peso de una bolita de acero cuando la muestra se calienta constantemente.

Ensayo de Fraass

Se realiza sobre una lámina (placa de metal delgada). Se aplica una disminución gradual de la temperatura hasta que la película de asfalto se agrieta (bajo 0 °C). Dependiendo de la temperatura a la que se agriete, se mide un punto de quiebre.

Ensayo de Solubilidad

Es una medida de la pureza del cemento asfáltico. Este método sirve para detectar impurezas o materiales extraños que presente el asfalto, o bien algún elemento que no sea soluble al asfalto.

Ensayo de la Mancha

Permite determinar la razón de los constituyentes del asfalto (resinas más aceites), que es fundamental en el comportamiento de los asfaltos, especialmente si es oxidado.

Ensayo de Punto de Inflamación

Indica la temperatura a la cual el asfalto puede calentarse sin que se inflame en presencia de una llama.

Asfaltos Cortados

Asfaltos que han sido fluidificados mezclándolos con disolventes de petróleo. Se dividen en:

• Asfaltos cortados de curado rápido, cuyo fluidificante es bencina. Se designan con las letras RC.
• Asfaltos cortados de curado medio, cuyo fluidificante es kerosene. Se designan con las letras MC-30. Son los más usados en impresiones base.
• Asfaltos líquidos de curado lento, cuyo fluidificante es aceite relativamente poco volátil. Se designan con las letras SC.

Ensayo de Destilación

Determina las proporciones relativas en que se encuentran presentes, en el asfalto fluidificado, el bitumen y el solvente.

Emulsión Asfáltica (No Mezcla)

Sistema heterogéneo de dos fases inmiscibles. Al sistema asfalto-agua, se le incorpora una pequeña cantidad de un agente emulsificador, el cual mantiene estable el sistema de fases continuas, que es el agua, y discontinua, que está constituida por pequeños glóbulos de asfalto en suspensión. Las emulsiones asfálticas se dividen en:

• Emulsión asfáltica de quiebre rápido (RS)
• Emulsión asfáltica de quiebre medio (MS)
• Emulsión asfáltica de quiebre lento (SS)

Debido a la polaridad de la emulsión, es necesario escoger la emulsión eléctricamente afín al árido para tener una buena adherencia.

Ensayos de Emulsiones Asfálticas

Ensayo de Destilación

Se usa para determinar las proporciones relativas de cemento asfáltico y agua presentes en la emulsión.

Ensayo de Carga de Partículas

Sirve para identificar si las emulsiones son catiónicas o aniónicas.

Ensayo de Viscosidad

En el caso de las emulsiones, se utiliza el ensayo Saybolt-Furol. Se usan dos temperaturas: 25 y 50 °C.

Ensayo de Demulsibilidad

Indica la rapidez relativa a la cual los glóbulos coloidales de asfalto en las emulsiones del tipo rápido quebrarán cuando se esparce en delgadas capas sobre un suelo o agregado.

Ensayo de Sedimentación

Indica la estabilidad de la emulsión al ser almacenada. Detecta la tendencia de los glóbulos de asfalto a sedimentar durante el almacenamiento. Indica también la calidad de la emulsión, aun cuando esta no sea almacenada.

Ensayo de Mezcla con Cemento

Representa para las emulsiones lentas lo mismo que el ensayo de demulsibilidad para las emulsiones rápidas.

Asfaltos Modificados

El aumento de los límites de temperatura que soporta el asfalto implica la búsqueda de un aditivo modificador.

Los asfaltos modificados han hecho revisar los procedimientos de:

• Diseño
• Construcción
• Especificaciones

Idealmente, un modificador de asfalto debe:

• Dar mayor rigidez a altas temperaturas.
• Dar menor rigidez a bajas temperaturas.
• Proporcionar menor rigidez a temperatura de manejo con el fin de mejorar condiciones de riegos, bombeos, mezclados y compactación.
• Aumentar la adherencia asfalto-árido.

Clasificación de los Modificadores de Asfalto

• Filler mineral: cenizas, cal, cemento, carbón.
• Expandidores: sulfuros, ligninas.
• Cauchos: látex natural, látex sintético, copolímeros (estireno), goma reciclada.
• Plásticos: poliestireno, polipropileno, acetato vinil-etileno, polivinilo clorhídrico.
• Fibras: asbesto, lana mineral, polipropileno, poliéster.
• Oxidantes: manganeso.
• Antioxidantes: mezcla de plomo, carbón, sal-calcio.
• Hidrocarburos: aceites reciclados rejuvenecidos.
• Materiales antidesprendimiento: aminas, cales.

Índice de Penetración

Hay que tener en cuenta que:

• El IP se mueve normalmente entre -3 y +7.
• El valor -3 se da en asfaltos muy susceptibles térmicamente.
• El valor +7 para asfaltos altamente oxidados (soplados), de muy baja susceptibilidad térmica.
• El IP recomendado para asfaltos para pavimentación es entre -1 y +1. En Chile se acepta entre -2 y +0,5.