Superpave (PAvimentos Asfálticos de SUPERior Desempeño) es un sistema de diseño y análisis de mezclas asfálticas basado en el desempeño, desarrollado bajo el Programa Estratégico de Investigación Vial (SHRP) entre 1987 y 1993. Utiliza el Compactador Giratorio Superpave (SGC), la especificación de ligante de Grado de Desempeño (PG) y criterios de diseño volumétrico con propiedades consensuadas de agregados adaptadas al tráfico y clima. Cubre los Niveles 1-3 de Superpave, selección de ligante PG, requisitos de agregados y especificaciones Superpave para aeropuertos según la FAA P-401.
Superpave — un acrónimo de SUperior PERforming Asphalt PAVEments (Pavimentos Asfálticos de Superior Desempeño) — es un sistema de diseño y análisis de mezclas asfálticas basado en el desempeño, desarrollado como el principal producto asfáltico del Programa Estratégico de Investigación Vial (SHRP) realizado desde octubre de 1987 hasta marzo de 1993. El programa SHRP invirtió $50 millones en investigación para desarrollar métodos mejorados para especificar, ensayar y diseñar materiales asfálticos, culminando en el sistema Superpave. El sistema fue diseñado para reemplazar los métodos de diseño de mezclas Marshall y Hveem, que habían estado en uso desde las décadas de 1940 y 1950 respectivamente.
Superpave no es meramente un único ensayo o especificación, sino un sistema integrado que aborda tres componentes esenciales de la tecnología de pavimentos asfálticos: especificación del ligante, requisitos de los agregados y diseño y análisis de la mezcla. El componente del ligante introdujo el sistema de especificación de Grado de Desempeño (PG) que clasifica los ligantes asfálticos según el rango de temperatura en el que se desempeñarán en el campo. El componente de agregados introdujo las propiedades consensuadas — requisitos físicos estandarizados para la angularidad, forma y contenido de arcilla de los agregados, vinculados a los niveles de carga de tráfico. El componente de diseño de mezclas introdujo el Compactador Giratorio Superpave (SGC) como dispositivo de compactación de laboratorio y estableció criterios de diseño volumétrico de mezclas basados en vacíos de aire, vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos llenos de asfalto (VFA) y relación polvo-ligante.
El sistema fue diseñado para producir pavimentos asfálticos que resistan tres mecanismos principales de deterioro: deformación permanente (ahuellamiento) causada por la carga del tráfico a altas temperaturas del pavimento, agrietamiento por fatiga causado por la carga repetida del tráfico a temperaturas intermedias, y agrietamiento a baja temperatura (térmico) causado por la contracción del pavimento durante el clima frío. Al vincular la selección del ligante, las propiedades de los agregados y el esfuerzo de compactación a las condiciones específicas de tráfico y clima de cada proyecto, Superpave permite a los ingenieros adaptar el diseño de la mezcla a las condiciones reales de servicio que experimentará el pavimento durante su vida útil de diseño.
La Administración Federal de Carreteras (FHWA) asumió un papel de liderazgo en la implementación de la investigación SHRP mediante el establecimiento del Centro Nacional de Capacitación en Asfalto (NATC) en el Instituto del Asfalto en Lexington, Kentucky. Se estableció el Proyecto de Demostración 101 para capacitar a técnicos de laboratorio e ingenieros en la aplicación práctica de las tecnologías de ligante y diseño de mezclas Superpave. Desde su introducción, el método de diseño volumétrico de mezclas Superpave ha sido adoptado por las 50 agencias viales estatales de EE. UU. y por numerosas autoridades viales internacionales, convirtiéndolo en el método de diseño de mezclas predominante en América del Norte.
Las raíces de Superpave se remontan al Informe Especial 202 de la Junta de Investigación del Transporte (TRB) , publicado en 1984 bajo el título “America’s Highways: Accelerating the Search for Innovation.” Este informe identificó una necesidad crítica de aumentar la financiación de la investigación para desarrollar materiales viales mejores y más duraderos. En respuesta, el Congreso de los Estados Unidos autorizó el Programa Estratégico de Investigación Vial (SHRP) en la Ley de Asistencia para la Reubicación Uniforme y Transporte Superficial de 1987. El SHRP se estableció como una unidad del Consejo Nacional de Investigación y se financió con $150 millones durante cinco años, con $50 millones asignados específicamente a la investigación del asfalto.
El Programa de Investigación del Asfalto del SHRP se organizó en cuatro áreas técnicas: caracterización del ligante asfáltico, diseño y análisis de mezclas asfálticas, ensayos de desempeño acelerados y validación en campo. La investigación se realizó mediante un esfuerzo coordinado que involucró al Instituto del Asfalto, la Universidad de Texas en Austin, la Universidad Estatal de Pensilvania, el Centro Nacional de Tecnología del Asfalto (NCAT) en la Universidad de Auburn, y numerosas otras instituciones de investigación. El programa incluyó la construcción y monitoreo de secciones de ensayo de Desempeño de Pavimentos a Largo Plazo (LTPP) en toda América del Norte para validar los hallazgos de laboratorio con datos de desempeño en campo.
El programa SHRP concluyó en marzo de 1993 con la entrega del sistema Superpave, que incorporó tres innovaciones principales. La primera fue la Especificación de Ligante de Grado de Desempeño (PG) (AASHTO M 320) , que reemplazó los sistemas de grado de penetración y grado de viscosidad más antiguos al medir directamente las propiedades del ligante a temperaturas relevantes para el desempeño en campo. La segunda fue el Compactador Giratorio Superpave (SGC) y el procedimiento de diseño volumétrico de mezclas asociado, que reemplazaron el martillo de caída Marshall y el compactador de amasado Hveem. La tercera fue un conjunto de modelos de predicción de desempeño que utilizaban resultados de ensayos de laboratorio para predecir el deterioro del pavimento durante la vida útil de diseño.
Tras la finalización del SHRP, la FHWA lanzó un programa agresivo de implementación, estableciendo el NATC y desarrollando el plan de estudios de capacitación que se convirtió en la base para la adopción a nivel nacional de la tecnología Superpave. El Subcomité de Materiales de AASHTO adoptó normas provisionales para los ensayos de ligante y diseño de mezclas Superpave, que posteriormente fueron elevadas a la categoría de normas completas. La Ley de Eficiencia del Transporte Superficial Intermodal (ISTEA) de 1991 proporcionó financiamiento adicional para la implementación de los productos del SHRP.
A pesar de la implementación exitosa del Nivel 1 de Superpave (diseño volumétrico de mezclas), la visión original de un sistema completamente basado en el desempeño con Niveles 2 y 3 nunca se realizó por completo. Los ensayos de desempeño y modelos de predicción desarrollados durante el SHRP resultaron ser demasiado complejos y lentos para el uso rutinario por parte de las agencias viales estatales. Sin embargo, investigaciones posteriores bajo el Programa Nacional de Investigación Cooperativa de Carreteras (NCHRP) llevaron al desarrollo del Ensayo de Desempeño Simple (SPT) — ahora estandarizado como el Ensayador de Desempeño de Mezclas Asfálticas (AMPT) — que proporciona capacidades prácticas de ensayo de desempeño para aplicaciones rutinarias de diseño de mezclas y control de calidad.
El sistema Superpave original definió tres niveles jerárquicos de diseño y análisis de mezclas, cada uno proporcionando una sofisticación creciente en la predicción del desempeño a costa de una mayor complejidad y gasto en los ensayos. Estos niveles de diseño se desarrollaron durante el programa SHRP, pero solo el Nivel 1 se ha implementado ampliamente en la práctica rutinaria.
Nivel 1 es el procedimiento básico de diseño volumétrico de mezclas que forma la base del sistema Superpave. Es el único nivel que ha sido completamente implementado por las agencias viales estatales y es el nivel descrito en AASHTO R 35 (Diseño Volumétrico Superpave para Mezcla Asfáltica en Caliente) y AASHTO M 323 (Especificación Estándar para el Diseño Volumétrico de Mezclas Superpave). El Nivel 1 involucra cuatro pasos principales: selección de materiales (agregado y ligante), selección de la estructura del agregado de diseño (combinación de granulometría para cumplir con las propiedades consensuadas y los puntos de control de granulometría), selección del contenido de ligante asfáltico de diseño (determinado al alcanzar 4% de vacíos de aire a los giros Ndesign), y evaluación de la susceptibilidad a la humedad mediante AASHTO T 283 (Resistencia de Mezclas Asfálticas Compactadas al Daño Inducido por Humedad).
El Nivel 1 no incluye ningún ensayo de desempeño mecánico más allá de la evaluación de sensibilidad a la humedad. Los criterios volumétricos — vacíos de aire, VMA, VFA y relación polvo-ligante — sirven como medidas sustitutas de la calidad de la mezcla y el desempeño esperado. El esfuerzo de compactación, expresado como el número de giros (Ndesign), se determina a partir de la carga de tráfico anticipada a 20 años en millones de Cargas Equivalentes por Eje Simple (ESALs) .
Nivel 2 fue diseñado para proporcionar un análisis de desempeño de nivel intermedio mediante ensayos de desempeño y modelos de predicción de deterioro. En el Nivel 2, el diseño volumétrico de mezclas del Nivel 1 se somete a ensayos adicionales utilizando el Ensayador de Corte Superpave (SST) y el Ensayador de Tracción Indirecta (IDT) . Los resultados de los ensayos se utilizan con modelos de predicción de desempeño para estimar la cantidad de ahuellamiento y agrietamiento por fatiga esperada durante la vida útil de diseño del pavimento con un nivel de confiabilidad del 50% .
Los ensayos SST utilizados en el Nivel 2 incluyen el ensayo de corte repetido a altura constante para la evaluación del ahuellamiento, el ensayo de barrido de frecuencia a altura constante para la determinación del módulo dinámico, y el ensayo de corte simple a altura constante para propiedades de corte. Los ensayos IDT incluyen ensayos de fluencia y resistencia para la evaluación del agrietamiento a baja temperatura. El Nivel 2 requiere ensayos al contenido de ligante de diseño, así como al 0.5% por encima y por debajo del contenido de diseño para evaluar la sensibilidad del desempeño a las variaciones del contenido de ligante.
El Nivel 2 nunca fue implementado ampliamente por las agencias estatales porque el SST era costoso, complejo de operar y los protocolos de ensayo consumían mucho tiempo. Los modelos de predicción de desempeño también requerían calibración a condiciones locales que no estaba disponible para la mayoría de las agencias. Sin embargo, el concepto del Nivel 2 influyó en el desarrollo posterior del Ensayo de Desempeño Simple (NCHRP Project 9-29) que condujo al desarrollo del Ensayador de Desempeño de Mezclas Asfálticas (AMPT) ahora utilizado para ensayos de módulo dinámico y número de flujo.
Nivel 3 representó el nivel más sofisticado de análisis Superpave, incorporando ensayos de desempeño integrales y modelos avanzados de predicción de deterioro con un nivel de confiabilidad del 95% . El Nivel 3 requería los mismos ensayos SST e IDT que el Nivel 2, pero con protocolos de ensayo más extensos y requisitos de análisis de datos más rigurosos. El mayor nivel de confiabilidad (95% frente a 50%) estaba destinado a pavimentos en carreteras críticas de alto volumen donde el costo de una falla prematura sería extremadamente alto.
El Nivel 3 requería ensayos a múltiples temperaturas, múltiples frecuencias de carga y múltiples presiones de confinamiento para caracterizar completamente las propiedades viscoelásticas de la mezcla. Los modelos de desempeño para el Nivel 3 incorporaban relaciones constitutivas más sofisticadas, incluyendo el modelo VECD (Daño por Continuo Viscoelástico) para el agrietamiento por fatiga y el modelo viscoplástico para la deformación permanente.
Al igual que el Nivel 2, el Nivel 3 nunca se implementó en la práctica rutinaria debido a la complejidad de los ensayos, el costo del equipo y la falta de modelos de desempeño validados y calibrados. Sin embargo, la investigación realizada durante el desarrollo de los Niveles 2 y 3 contribuyó significativamente a la comprensión del comportamiento de las mezclas asfálticas y sentó las bases para la Guía de Diseño de Pavimentos Mecanicista-Empírica (MEPDG) y el desarrollo del software AASHTOWare Pavement ME Design, que ahora utiliza el módulo dinámico (E*) como el principal parámetro de rigidez de la mezcla para el diseño estructural de pavimentos flexibles.
La especificación de ligante de Grado de Desempeño (PG) es posiblemente la innovación más significativa del sistema Superpave. A diferencia de las especificaciones más antiguas de grado de penetración y grado de viscosidad que clasificaban los ligantes basándose en ensayos empíricos a temperaturas arbitrarias, el sistema PG clasifica los ligantes según el rango de temperatura real en el que se espera que se desempeñen en el campo. Este cambio fundamental de la clasificación empírica a la basada en el desempeño fue un cambio revolucionario en la tecnología de ligantes asfálticos.
La designación del ligante PG utiliza un sistema de dos números, como PG 64-22. El primer número (64) representa el grado de alta temperatura en grados Celsius, correspondiente a la temperatura máxima promedio de diseño del pavimento durante siete días a una profundidad de 20 mm bajo la superficie. El segundo número (-22) representa el grado de baja temperatura en grados Celsius, correspondiente a la temperatura mínima de diseño del pavimento esperada en la superficie. Un ligante clasificado como PG 64-22 es, por lo tanto, adecuado para aplicaciones donde la temperatura máxima promedio del pavimento durante siete días es de 64°C y la temperatura mínima del pavimento es de -22°C.
La especificación PG está documentada en AASHTO M 320 (Especificación Estándar para Ligante Asfáltico de Grado de Desempeño) y AASHTO M 332 (Especificación Estándar para Ligante Asfáltico de Grado de Desempeño usando el Ensayo de Recuperación por Fluencia a Múltiples Esfuerzos [MSCR]). AASHTO M 332 es una especificación más nueva que incorpora el Ensayo de Recuperación por Fluencia a Múltiples Esfuerzos (MSCR) (AASHTO T 350) para caracterizar mejor la resistencia al ahuellamiento de los ligantes, particularmente los ligantes modificados con polímeros. Los equivalentes ASTM son ASTM D6373 y ASTM D8239.
El proceso de selección del ligante PG utiliza la base de datos meteorológica LTPP Bind, que contiene datos climáticos de miles de estaciones meteorológicas en toda América del Norte. El ingeniero ingresa la ubicación del proyecto y el nivel de confiabilidad deseado (típicamente 50% para pavimentos estándar, 98% para pavimentos críticos), y la base de datos devuelve las temperaturas de diseño del pavimento, alta y baja, apropiadas. El nivel de confiabilidad representa la probabilidad de que la temperatura del pavimento no exceda los valores especificados durante la vida útil de diseño. Niveles de confiabilidad más altos resultan en selecciones de grado de ligante más conservadoras.
Los ensayos requeridos para la clasificación del ligante PG incluyen:
| Norma AASHTO | Nombre del Ensayo | Propósito | Equipo |
|---|---|---|---|
| T 48 | Punto de Inflamación | Seguridad (mínimo 230°C) | Copa Abierta Cleveland |
| T 316 | Viscosidad Rotacional | Trabajabilidad (máx. 3 Pa·s a 135°C) | Viscosímetro Rotacional |
| T 315 | Reómetro de Corte Dinámico (DSR) | Resistencia al ahuellamiento y fatiga | DSR |
| T 240 | Horno de Película Fina Rotatorio (RTFO) | Simulación de envejecimiento a corto plazo | Horno RTFO |
| R 28 | Vasija de Envejecimiento a Presión (PAV) | Simulación de envejecimiento a largo plazo | PAV |
| T 313 | Reómetro de Viga Flexural (BBR) | Resistencia al agrietamiento a baja temperatura | BBR |
| T 314 | Ensayo de Tracción Directa (DTT) | Deformación de falla a baja temperatura | Dispositivo de Tracción Directa |
El Reómetro de Corte Dinámico (DSR) mide el módulo de corte complejo (G*) y el ángulo de fase (δ) del ligante a temperaturas altas e intermedias. El parámetro G/sin δ* (factor de ahuellamiento) se mide en el ligante original y envejecido en RTFO y debe ser de al menos 1.0 kPa (original) y 2.2 kPa (residuo RTFO) para garantizar la resistencia al ahuellamiento. El parámetro G×sin δ* (factor de fatiga) se mide en el ligante envejecido en PAV y no debe exceder los 5000 kPa para garantizar la resistencia al agrietamiento por fatiga.
El Reómetro de Viga Flexural (BBR) mide la rigidez de fluencia (S) y el valor m del ligante envejecido en PAV a la temperatura de diseño del pavimento más 10°C. La rigidez de fluencia no debe exceder los 300 MPa y el valor m (tasa de cambio de la rigidez con el tiempo de carga) debe ser de al menos 0.300 para garantizar la resistencia al agrietamiento térmico. El Ensayo de Tracción Directa (DTT) mide la deformación de falla del ligante envejecido en PAV a la temperatura de diseño del pavimento, requerido cuando la rigidez BBR está entre 300 y 600 MPa.
Para niveles de tráfico más altos, tráfico lento o pavimentos críticos, el grado PG puede ser incrementado a un grado de alta temperatura superior. Por ejemplo, un ligante PG 64-22 podría incrementarse a PG 70-22 o PG 76-22 para una autopista interestatal de alto volumen. El incremento de grado proporciona resistencia adicional al ahuellamiento a costa de un desempeño potencialmente reducido frente a la fatiga y las bajas temperaturas. Los ligantes modificados con polímeros (como PG 70-22 o PG 76-22 modificados con SBS) se utilizan comúnmente para aplicaciones con incremento de grado.
Los agregados constituyen aproximadamente el 95% de la masa de una mezcla asfáltica, lo que hace que la calidad de los agregados sea crítica para el desempeño del pavimento. El sistema Superpave especifica la aceptabilidad de los agregados mediante dos categorías de requisitos: propiedades consensuadas y propiedades de fuente. Además, Superpave impone puntos de control de granulometría que definen rangos de granulometría aceptables para cada tamaño máximo nominal del agregado.
Las propiedades consensuadas son cuatro requisitos físicos de los agregados que se desarrollaron durante el programa SHRP mediante un proceso de consenso que involucró a representantes de la industria y agencias. Estas propiedades se consideran esenciales para obtener un buen desempeño del pavimento independientemente de la ubicación geográfica o la fuente del agregado. Las propiedades consensuadas están vinculadas al nivel de tráfico (en millones de ESALs) y a la profundidad desde la superficie del pavimento.
Angularidad del Agregado Grueso — medida como el porcentaje en masa de partículas de agregado retenidas en el tamiz de 4.75 mm que tienen una o más caras fracturadas, según ASTM D 5821. Una cara fracturada se define como una superficie rota con un área al menos igual al 25% del área transversal máxima de la partícula. Los niveles de tráfico más altos requieren porcentajes más altos de caras fracturadas. Para tráfico superior a 30 millones de ESALs, el 100% del agregado grueso debe tener al menos una cara fracturada y el 95% debe tener al menos dos caras fracturadas. Para niveles de tráfico bajos (menos de 0.3 millones de ESALs), los requisitos se reducen a 55-85% con una cara fracturada y 50-80% con dos caras fracturadas, dependiendo de la profundidad.
Angularidad del Agregado Fino — medida como el contenido de vacíos sin compactar de la fracción de agregado fino (que pasa el tamiz de 2.36 mm) mediante AASHTO T 304 (Método A). El ensayo mide el porcentaje de vacíos de aire en una muestra de agregado fino vertida sin compactar. Un mayor contenido de vacíos sin compactar indica partículas más angulares y cúbicas con mayor fricción interna y resistencia al ahuellamiento. Para tráfico superior a 30 millones de ESALs, el contenido de vacíos sin compactar debe ser de al menos 45%. Para niveles de tráfico bajos, el requisito puede ser tan bajo como 40% para carpetas superficiales. Las arenas naturales (sin triturar) típicamente tienen contenidos de vacíos sin compactar de 38-42%, mientras que las arenas manufacturadas (trituradas) pueden alcanzar valores de 44-48% o superiores.
Partículas Planas y Alargadas — medidas mediante ASTM D 4791 (Método del Calibrador Proporcional) para partículas de agregado retenidas en el tamiz de 9.5 mm. Una partícula se considera plana y alargada cuando su relación longitud-espesor excede un valor especificado, típicamente 5:1 o 3:1 según la especificación. Para Superpave, el porcentaje máximo permitido de partículas planas y alargadas (relación 5:1) es del 10% para todos los niveles de tráfico. Las partículas planas y alargadas son indeseables porque tienden a romperse durante la compactación y la carga del tráfico, creando finos que reducen el contenido efectivo de ligante y pueden causar agrietamiento prematuro.
Contenido de Arcilla — medido como el valor de Equivalente de Arena (SE) mediante AASHTO T 176. El ensayo de equivalente de arena mide la proporción de finos similares a la arcilla en la fracción de agregado que pasa el tamiz de 4.75 mm. Un valor de equivalente de arena de 45 es el mínimo típicamente requerido, lo que significa que el 45% de la altura de la columna de sedimento consiste en partículas de arena limpias después de la floculación. Los niveles de tráfico más altos pueden requerir valores de equivalente de arena de 50 o superiores. Los valores bajos de equivalente de arena indican la presencia de minerales arcillosos que pueden causar daño por humedad y reducir la adherencia ligante-agregado.
Las propiedades de fuente son características de los agregados que no son exclusivas de Superpave sino que se heredan de las especificaciones tradicionales de las agencias. Estas propiedades se consideran específicas de la fuente porque dependen del origen geológico del agregado más que del proceso de fabricación. Las propiedades de fuente comunes incluyen:
Tenacidad (Abrasión L.A.) — medida mediante AASHTO T 96 (Ensayo de Abrasión Los Ángeles). El ensayo mide el porcentaje de masa de agregado perdido durante la rotación con esferas de acero. La pérdida máxima permitida es típicamente del 35-45% según las especificaciones de la agencia. Los agregados con alta pérdida por abrasión L.A. son susceptibles a la desintegración durante la construcción y bajo el tráfico.
Solidez — medida mediante AASHTO T 104 (Solidez del Agregado mediante el Uso de Sulfato de Sodio o Sulfato de Magnesio). El ensayo simula la meteorización por congelación-descongelación sumergiendo el agregado en una solución salina saturada y sometiéndolo a ciclos repetidos de remojo y secado. La pérdida máxima permitida es típicamente del 10-20% para el ensayo con sulfato de sodio.
Materiales Deleznables — limitaciones en el porcentaje de esquisto, terrones de arcilla, partículas friables, chert y otros materiales indeseables que pueden causar descascaramientos, desprendimientos o despojamiento en el pavimento. Los ensayos se realizan según AASHTO T 112 (Terrones de Arcilla y Partículas Friables en Agregados) y métodos de inspección visual.
Superpave define puntos de control de granulometría para cada Tamaño Máximo Nominal del Agregado (NMAS) — el tamaño de tamiz más grande que retiene menos del 10% del agregado. Los puntos de control establecen el rango permitido de porcentaje que pasa para tamaños de tamiz clave, definiendo un sobre dentro del cual debe pasar la granulometría del agregado. Las opciones de NMAS disponibles son: 37.5 mm, 25.0 mm, 19.0 mm, 12.5 mm, 9.5 mm y 4.75 mm.
Además de los puntos de control, Superpave especifica una Zona Restringida — una región de la curva granulométrica que la combinación debe evitar atravesar. La zona restringida tenía como objetivo prevenir el uso excesivo de arena natural y garantizar un contacto adecuado piedra-sobre-piedra en la estructura del agregado. Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que la zona restringida no estaba consistentemente relacionada con el desempeño, y muchas agencias han modificado o eliminado el requisito de la zona restringida. El FHWA TechBrief sobre Diseño de Mezclas Superpave (FHWA-HIF-11-031) señala que la zona restringida ya no se considera un requisito obligatorio en AASHTO M 323.
La combinación de agregados es típicamente necesaria para lograr la granulometría objetivo, ya que la mayoría de los proyectos utilizan agregados de múltiples acopios (agregado grueso, agregado intermedio, arena manufacturada, arena natural y filler mineral). El proceso de combinación implica proporcionar cada acopio para producir una granulometría combinada que pase a través de los puntos de control mientras cumple con todos los requisitos de propiedades consensuadas y de fuente.
El Compactador Giratorio Superpave (SGC) es la innovación mecánica más significativa del sistema Superpave. El SGC reemplazó al martillo de caída Marshall (compactación por impacto) y al compactador de amasado Hveem como el dispositivo de compactación de laboratorio estándar para preparar especímenes asfálticos. El SGC produce especímenes que replican más de cerca la densidad y orientación de los agregados lograda por los equipos de compactación en campo (rodillos de acero y de neumáticos).
El SGC opera colocando una muestra suelta de mezcla asfáltica en un molde cilíndrico (150 mm de diámetro para ensayos estándar, 100 mm para especímenes más pequeños) y aplicando una presión vertical constante de 600 kPa (87 psi) mientras el molde se inclina en un ángulo de giro de 1.25 grados y se rota a 30 giros por minuto. La combinación de presión vertical y movimiento giratorio crea una acción de amasado que reorienta las partículas de agregado en una configuración densa similar a la lograda por la compactación con rodillos en el campo.
Los parámetros operativos principales especificados por AASHTO T 312 (Preparación y Determinación de la Densidad de Especímenes de Mezcla Asfáltica en Caliente [HMA] mediante el Compactador Giratorio Superpave) incluyen:
| Parámetro | Valor de Especificación |
|---|---|
| Presión vertical | 600 kPa ± 18 kPa |
| Ángulo de giro | 1.25° ± 0.02° (ángulo interno) |
| Velocidad de giro | 30.0 ± 0.5 giros por minuto |
| Diámetro del molde | 149.90 - 150.00 mm (nuevo) |
| Altura del espécimen | 115 mm ± 5 mm (objetivo) |
El SGC define tres números de giro críticos que se relacionan con el nivel de tráfico:
Ninicial (Nini) — el número de giros utilizado para evaluar la compactabilidad de la mezcla durante la construcción en etapa inicial. Esto es típicamente de 6 a 9 giros dependiendo del nivel de tráfico. En Ninicial, la densidad del espécimen debe estar en o por debajo de un porcentaje especificado de la Densidad Máxima Teórica (TMD) — típicamente ≤91.5% para tráfico bajo (<0.3 millones de ESALs) y ≤89.0% para tráfico alto (≥30 millones de ESALs). Si la densidad en Ninicial es demasiado alta, la mezcla se considera tierna — se compactará demasiado rápido durante la construcción y puede ser inestable bajo el tráfico, particularmente si contiene exceso de arena natural.
Ndiseño (Ndes) — el número de diseño de giros que produce una densidad del espécimen equivalente a la densidad de campo esperada después de la compactación por tráfico. Este es el nivel de compactación principal utilizado para el diseño de mezclas. En Ndiseño, el contenido objetivo de vacíos de aire es del 4.0% . El número de giros en Ndiseño varía de 50 para tráfico bajo (<0.3 millones de ESALs) a 125 para tráfico ≥30 millones de ESALs según AASHTO R 35.
Nmáx — el número máximo de giros que produce una densidad que nunca debe excederse en el campo. En Nmáx, el contenido de vacíos de aire debe ser ≥2.0%. Si los vacíos de aire en Nmáx están por debajo del 2.0%, la mezcla se considera demasiado compactable — se densificará excesivamente bajo el tráfico, reduciendo el contenido de vacíos de aire por debajo del mínimo requerido para la estabilidad y potencialmente causando ahuellamiento y exudación (sangrado).
Los giros de diseño del SGC según AASHTO R 35 son:
| Tráfico a 20 Años (millones de ESALs) | Ninicial | Ndiseño | Nmáx |
|---|---|---|---|
| < 0.3 | 6 | 50 | 75 |
| 0.3 a < 3 | 7 | 75 | 115 |
| 3 a < 10 | 8 (7) | 100 (75) | 160 (115) |
| 10 a < 30 | 8 | 100 | 160 |
| ≥ 30 | 9 | 125 | 205 |
Nota: Para 3 a <10 millones de ESALs, las agencias pueden usar los valores entre paréntesis a su discreción.
El SGC también proporciona información valiosa durante la compactación a través de la curva de densificación — un gráfico de la altura del espécimen (o densidad) versus el número de giros. La pendiente de la curva de densificación proporciona información sobre la compactabilidad de la mezcla y su sensibilidad al esfuerzo de compactación. Las mezclas que se compactan muy rápidamente (pendiente pronunciada en números de giro bajos) pueden ser tiernas, mientras que las mezclas que se compactan muy lentamente (pendiente suave en toda la curva) pueden ser difíciles de compactar en el campo.
La calibración del SGC es crítica para lograr resultados consistentes y reproducibles. Un desarrollo clave en la calibración del SGC fue la adopción de la tecnología de medición del ángulo interno, que mide el ángulo de giro desde sensores ubicados dentro del molde del espécimen en lugar del marco externo del compactador. El FHWA TechBrief sobre Compactadores Giratory Superpave (FHWA-HIF-11-032) documenta que la deformación del marco bajo carga puede afectar las mediciones del ángulo externo, haciendo que la medición del ángulo interno sea esencial para una densidad consistente del espécimen. La presencia de residuos debajo de la placa base, moldes desgastados y espacios excesivos entre el molde y la placa base pueden afectar el ángulo de giro interno efectivo y deben controlarse mediante mantenimiento y calibración regulares.
El procedimiento de diseño volumétrico de mezclas Superpave es el núcleo del diseño de mezclas de Nivel 1. Establece el contenido óptimo de ligante asfáltico que alcanza 4.0% de vacíos de aire a Ndiseño mientras cumple con todos los criterios volumétricos de VMA, VFA y relación polvo-ligante. El procedimiento se detalla en AASHTO R 35 (Diseño Volumétrico Superpave para Mezcla Asfáltica en Caliente) y AASHTO M 323 (Especificación Estándar para el Diseño Volumétrico de Mezclas Superpave).
Los Vacíos de Aire (Va) , también expresados como Vacíos en la Mezcla Total (VTM) , es el volumen de bolsas de aire entre las partículas de agregado recubiertas en una mezcla asfáltica compactada, expresado como un porcentaje del volumen total del espécimen. En el diseño de mezclas Superpave, el contenido objetivo de vacíos de aire a Ndiseño se fija en 4.0% . Este valor representa un equilibrio entre tener suficientes vacíos para la durabilidad y resistencia a la exudación (si es demasiado bajo) versus tener demasiados vacíos que permitirían la infiltración de humedad y la oxidación acelerada (si es demasiado alto).
El contenido de vacíos de aire se determina a partir de la gravedad específica bulk (Gmb) y la gravedad específica máxima teórica (Gmm) de la mezcla:
Va (%) = 100 × [1 - (Gmb / Gmm)]
La gravedad específica bulk (Gmb) se mide en el espécimen compactado mediante AASHTO T 166 (Método de Ensayo Estándar para la Gravedad Específica Bulk de Mezcla Asfáltica en Caliente Compactada usando Especímenes de Superficie Seca Saturada) o AASHTO T 275 (Método Recubierto con Parafina) para agregados absorbentes. La gravedad específica máxima teórica (Gmm) se mide en la mezcla suelta (sin compactar) mediante AASHTO T 209 (Gravedad Específica Máxima Teórica y Densidad de Mezcla Asfáltica en Caliente), comúnmente conocido como el ensayo Rice.
Los Vacíos en el Agregado Mineral (VMA) es el volumen de espacio vacío intergranular entre las partículas de agregado en una mezcla de pavimentación compactada, expresado como un porcentaje del volumen total del espécimen. El VMA incluye tanto los vacíos de aire como el volumen ocupado por el ligante asfáltico efectivo. En otras palabras, el VMA representa el espacio vacío total disponible dentro del esqueleto del agregado, que debe llenarse con una combinación de ligante asfáltico y aire.
Los requisitos mínimos de VMA son función del Tamaño Máximo Nominal del Agregado (NMAS) y se especifican en AASHTO M 323 de la siguiente manera:
| NMAS (mm) | VMA Mínimo (%) |
|---|---|
| 37.5 | 11.0 |
| 25.0 | 12.0 |
| 19.0 | 13.0 |
| 12.5 | 14.0 |
| 9.5 | 15.0 |
| 4.75 | 16.0 |
El VMA se calcula utilizando la siguiente fórmula:
VMA (%) = 100 - (Gmb × Ps / Gsb)
Donde:
Un VMA inadecuado (por debajo del mínimo) significa que la estructura del agregado es demasiado densa para acomodar suficiente ligante asfáltico para la durabilidad. El espesor de la película de ligante asfáltico alrededor de las partículas de agregado será demasiado delgado, lo que conducirá a envejecimiento prematuro, desprendimiento y agrietamiento. Un VMA excesivo significa que la estructura del agregado es demasiado abierta, requiriendo altos contenidos de ligante que pueden llevar a exudación, sangrado o problemas de estabilidad.
El requisito de VMA es el criterio volumétrico más importante para la estructura del agregado, ya que controla directamente el espacio disponible para el ligante asfáltico. Cambiar el nivel de giro no cambia el requisito de VMA — la granulometría del agregado debe ajustarse para proporcionar un VMA adecuado independientemente del esfuerzo de compactación.
Los Vacíos Llenos de Asfalto (VFA) es el porcentaje del VMA que está lleno de ligante asfáltico (excluyendo el ligante absorbido). El VFA es un parámetro derivado calculado a partir de los vacíos de aire y el VMA:
VFA (%) = 100 × [(VMA - Va) / VMA]
Los requisitos de VFA son función del nivel de tráfico según lo especificado en AASHTO M 323:
| Tráfico a 20 Años (millones de ESALs) | Rango de VFA (%) |
|---|---|
| < 0.3 | 70 - 80 |
| 0.3 a < 3 | 65 - 78 |
| 3 a < 10 | 65 - 75 |
| 10 a < 30 | 65 - 75 |
| ≥ 30 | 65 - 75 |
Para niveles de tráfico altos, el rango de VFA es más estrecho y se desplaza hacia valores más bajos, proporcionando más espacio dentro del VMA para los vacíos de aire y asegurando que la mezcla no se sobresature con ligante bajo la compactación adicional del tráfico. Para niveles de tráfico bajos, el rango de VFA permite un mayor contenido de ligante, mejorando la durabilidad.
La Relación Polvo-Ligante (P0.075/Pbe) es la relación entre el porcentaje de agregado que pasa el tamiz de 0.075 mm (No. 200) (P0.075) y el porcentaje de contenido de ligante asfáltico efectivo (Pbe) en masa de la mezcla. El contenido de ligante efectivo es el ligante total menos el ligante absorbido en los poros del agregado:
P0.075/Pbe = P0.075 / Pbe
La relación polvo-ligante requerida para mezclas Superpave es típicamente de 0.6 a 1.2. Para mezclas con NMAS ≤ 25 mm, si la granulometría pasa por debajo del punto de control del tamiz de control primario (PCS), la agencia puede aceptar un rango extendido de 0.8 a 1.6. Una relación por debajo de 0.6 indica finos insuficientes (polvo) en la mezcla, lo que puede resultar en un mástico ligante-filler de baja rigidez y un mayor potencial de ahuellamiento. Una relación por encima de 1.6 indica polvo excesivo, que puede producir un mástico rígido y quebradizo propenso al agrietamiento y que también puede absorber demasiado ligante.
El proceso para seleccionar el contenido óptimo de ligante implica:
Los métodos de diseño de mezclas Marshall y Superpave representan enfoques fundamentalmente diferentes para el diseño de mezclas asfálticas. Si bien ambos métodos determinan en última instancia un contenido óptimo de ligante, difieren en equipo, filosofía, indicadores de desempeño y el alcance del proceso de diseño.
| Parámetro | Método Marshall | Método Superpave |
|---|---|---|
| Método de compactación | Martillo de impacto (50 o 75 golpes por cara) | Giratorio (50-125 giros) |
| Tamaño del espécimen | 102 mm diámetro × 63.5 mm altura | 150 mm diámetro × 115 mm altura |
| Criterios de desempeño | Estabilidad (kN) y Flujo (mm) | Solo propiedades volumétricas (Nivel 1) |
| Clasificación del ligante | Grado de penetración o viscosidad | Grado de Desempeño (PG) |
| Consideración del tráfico | Compactación fija (todas las mezclas) | Compactación variable (Ndiseño según tráfico) |
| Consideración del clima | Ninguna | Selección de ligante PG según clima |
| Propiedades de agregados | No especificadas en el método de diseño | Propiedades consensuadas por nivel de tráfico |
| Sensibilidad a la humedad | Opcional | Obligatoria (AASHTO T 283) |
| Objetivo de densidad en campo | ≥95% de la densidad Marshall de laboratorio | 92-98% de Gmm (4% de vacíos de aire objetivo) |
El método Marshall fue desarrollado por Bruce Marshall del Departamento de Carreteras de Mississippi en 1939 y refinado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. durante la Segunda Guerra Mundial para el diseño de pavimentos de aeródromos. Utiliza compactación por impacto con un martillo deslizante de 4.54 kg que cae desde 457 mm, aplicando 50 o 75 golpes por cara del espécimen. El espécimen compactado se carga en una máquina de ensayo Marshall a 60°C para determinar la estabilidad (carga máxima en kN) y el flujo (deformación vertical en mm). El contenido óptimo de ligante se selecciona como el contenido de ligante que alcanza el 4% de vacíos de aire (o 3-5% según la especificación) mientras cumple con los requisitos mínimos de estabilidad y rango de flujo.
El método Marshall, a pesar de su uso generalizado y simplicidad, tiene varias limitaciones reconocidas. La compactación por impacto no simula la acción de amasado de los rodillos en campo, produciendo especímenes con una orientación de agregados diferente a la del pavimento compactado en campo. El ensayo de estabilidad no mide adecuadamente la resistencia al corte sino más bien una combinación de corte y compresión. El método no considera el clima ni el nivel de tráfico en el proceso de diseño — una mezcla diseñada para una carretera de bajo volumen recibe el mismo esfuerzo de compactación que una mezcla para una autopista interestatal. Estas limitaciones llevaron al creciente reconocimiento entre los tecnólogos del asfalto de que el método Marshall había superado su utilidad para aplicaciones modernas de pavimentos de alto tráfico.
Superpave aborda estas limitaciones directamente. El sistema de ligante de Grado de Desempeño (PG) asegura que el ligante se seleccione basándose en el rango de temperatura real de la ubicación del proyecto. El compactador giratorio aplica una acción de amasado que replica mejor la compactación en campo. El esfuerzo de compactación variable (Ndiseño) varía de 50 a 125 giros dependiendo del nivel de tráfico, por lo que los pavimentos de alto tráfico reciben más esfuerzo de compactación. Las propiedades consensuadas de los agregados aseguran una calidad adecuada de los agregados para el nivel de tráfico. El enfoque en las propiedades volumétricas (VMA y VFA) en lugar de estabilidad y flujo proporciona una base más fundamental para la calidad de la mezcla.
Investigaciones que comparan mezclas Marshall y Superpave han demostrado que las mezclas diseñadas con Superpave exhiben típicamente una resistencia superior al ahuellamiento, una mejor vida a la fatiga y una mejor resistencia al daño por humedad. Un estudio de Farooq et al. reportó que las mezclas Superpave tenían mayor resistencia a la tracción indirecta (ITS) y módulo resiliente (MR) que las mezclas Marshall. Zumrawi y Edrees encontraron que las mezclas Marshall convencionales proporcionaban una resistencia al ahuellamiento y al agrietamiento térmico inferior en comparación con las mezclas Superpave en regiones de clima cálido. El NCHRP Report 573 proporcionó datos extensos de validación en campo que demuestran que las mezclas Superpave generalmente se desempeñan bien bajo condiciones reales de tráfico y ambientales.
Sin embargo, ha existido la preocupación de que el sistema Superpave produce mezclas que son “demasiado secas” — es decir, con un contenido de ligante asfáltico inferior al deseable para la durabilidad a largo plazo. El Grupo de Trabajo de Expertos en Mezclas (ETG) de la FHWA reconoció que hay casos donde los requisitos Superpave pueden ser excesivos, produciendo mezclas difíciles de construir y potencialmente menos duraderas. La solución, según lo recomendado en el FHWA TechBrief (FHWA-HIF-11-031), no es simplemente reducir los niveles de giro sino evaluar cuidadosamente el impacto de cualquier cambio en el desempeño de la mezcla mediante ensayos de desempeño como el Ensayo de Rueda Hamburguesa o el Analizador de Pavimentos Asfálticos (APA) .
La aplicación de la tecnología Superpave a pavimentos aeroportuarios sigue las normas establecidas por la Administración Federal de Aviación (FAA) , que incorpora los principios Superpave dentro de su especificación Ítem P-401 para Pavimentos Bituminosos de Planta (AC 150/5370-10H). Los pavimentos aeroportuarios presentan desafíos únicos en comparación con los pavimentos de carreteras debido a las cargas más altas, las presiones de neumáticos más altas y la naturaleza crítica para la seguridad de las operaciones de aeronaves.
La especificación FAA P-401 reconoce tres tipos de granulometría para mezclas aeroportuarias:
| Granulometría | NMAS | Espesor Mínimo de Capa | Aplicación Principal |
|---|---|---|---|
| Granulometría 1 | 19.0 mm | 3 pulgadas (75 mm) | Pistas y calles de rodaje de carga pesada |
| Granulometría 2 | 12.5 mm | 2 pulgadas (50 mm) | Pavimentos de carga media |
| Granulometría 3 | 9.5 mm | 1.5 pulgadas (38 mm) | Capas de nivelación, áreas de carga ligera |
La especificación P-401 incorpora requisitos Superpave específicos de la FAA que incluyen:
Niveles de Compactación Giratoria — Las mezclas Superpave para aeropuertos utilizan típicamente niveles de giro más bajos que las aplicaciones en carreteras debido a las diferentes características de carga de las aeronaves. Para la aviación general y pavimentos de aeronaves más ligeras, se utilizan comúnmente 50 giros. Para aeródromos de servicio comercial que sirven aeronaves pesadas, se pueden especificar 75 giros. La FAA ha financiado investigación en NCAT (Centro Nacional de Tecnología del Asfalto) para validar niveles de giro apropiados para aplicaciones aeroportuarias, reconociendo que la relación entre los niveles de giro de laboratorio y la densificación en campo difiere para los pavimentos aeroportuarios.
Selección de Ligante PG con Incremento de Grado — La FAA especifica la selección de ligante PG basada en el clima con incremento de grado adicional para considerar las presiones más altas de los neumáticos de las aeronaves. La guía establece que el grado base se determina únicamente a partir del clima, sin incremento por tráfico. Al incrementar un grado, se requieren ensayos PG Plus si el límite superior de temperatura es de 92°C o mayor (indicando un ligante modificado). La base de datos de especificaciones de ligantes del Instituto del Asfalto se utiliza como referencia. Los grados de ligante comunes para aeropuertos incluyen PG 64-22, PG 70-22, PG 76-22 y PG 76-28 dependiendo del clima y los requisitos operativos.
Requisitos de Ensayos de Desempeño — La especificación P-401 ahora incluye un requisito de ensayo de rueda cargada para la evaluación del diseño de mezclas. El método predeterminado utiliza el Analizador de Pavimentos Asfálticos (APA) con 250 psi de presión de manguera a 64°C según AASHTO T 340, con una profundidad máxima de ahuellamiento de 10 mm a 4,000 pasadas. Los métodos alternativos incluyen ensayos APA a 100 psi y 64°C (máx. 5 mm a 8,000 pasadas) o el Ensayo de Rueda Hamburguesa según AASHTO T 324 (máx. 10 mm a 20,000 pasadas). Estos requisitos de ensayos de desempeño aseguran que las mezclas aeroportuarias se evalúen para resistencia al ahuellamiento bajo condiciones simuladas de carga de aeronaves.
Control de Calidad y Aceptación — La especificación P-401 pone un énfasis significativo en el control de calidad, haciendo del programa de CC del contratista un ítem de pago separado. La especificación requiere un taller de CC/AC antes de que comience la construcción, involucrando al ingeniero, representante residente del proyecto, contratista, subcontratistas, laboratorios de ensayo y el representante del propietario. La aceptación se basa en la metodología de Porcentaje Dentro de Límites (PWL) , con ítems de pago de densidad de juntas para juntas de construcción longitudinales y transversales.
Medición de Compactación — La FAA ahora especifica la compactación como un porcentaje de la Densidad Máxima Teórica (TMD) , consistente con la práctica en carreteras, en lugar del método anterior de porcentaje de la densidad bulk de laboratorio. El rango de densidad objetivo es típicamente del 92-98% de Gmm, correspondiente a 2-8% de vacíos de aire en el campo.
La OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) hace referencia a las normas FAA y ASTM para materiales de pavimentos aeroportuarios a través de su Anexo 14 — Aeródromos y el Manual de Diseño de Aeródromos (Doc 9157, Parte 3) . Si bien la OACI no redacta sus propias especificaciones detalladas de materiales, requiere que los pavimentos aeroportuarios se construyan y mantengan según normas que garanticen la seguridad de las operaciones de aeronaves, lo que efectivamente exige el uso de métodos de diseño de mezclas basados en el desempeño como Superpave para pavimentos aeroportuarios críticos.
El control de calidad (CC) y el aseguramiento de la calidad (AC) para mezclas Superpave siguen procedimientos establecidos de control estadístico de calidad que son esenciales para garantizar que la mezcla producida cumpla con los requisitos de diseño y se desempeñe según lo previsto en el campo.
El marco de aceptación estándar para la producción Superpave utiliza la metodología de Porcentaje Dentro de Límites (PWL) según AASHTO R 9 (Planes de Muestreo de Aceptación para Construcción de Carreteras) y AASHTO R 42 (Práctica Estándar para Desarrollar un Plan de Aseguramiento de la Calidad para Mezcla Asfáltica en Caliente). El PWL estima el porcentaje del lote de producción que se encuentra dentro de los límites de especificación basándose en el análisis estadístico de resultados de ensayos de muestras aleatorias.
Los parámetros clave de CC/AC para la producción Superpave incluyen:
| Parámetro | Especificación Típica | Método de Ensayo |
|---|---|---|
| Contenido de ligante asfáltico | ±0.3-0.5% del JMF | AASHTO T 308 (horno de ignición) o AASHTO T 164 (extracción) |
| Granulometría (% que pasa cada tamiz) | ±4-8% del JMF | AASHTO T 30 / AASHTO T 27 |
| Vacíos de aire a Ndiseño | 4.0% ± 1.0% | AASHTO T 166, T 209, T 312 |
| VMA | ≥ mínimo especificado | Calculado a partir de datos volumétricos |
| VFA | Dentro del rango especificado | Calculado a partir de datos volumétricos |
| Densidad de la carpeta | 92-98% de Gmm | AASHTO T 166 (núcleos) o medidor nuclear |
Nivel de Calidad Aceptable (AQL) — La mayoría de las agencias especifican un PWL mínimo del 90% para parámetros clave como densidad y vacíos de aire. Esto significa que al menos el 90% de la producción debe estar dentro de los límites de especificación para que el lote sea aceptado con el pago al 100%. Valores de PWL más bajos resultan en factores de pago reducidos (reducciones de precio), mientras que valores de PWL más altos pueden calificar para pagos de incentivo.
Ensayos de Verificación — La agencia realiza típicamente ensayos de verificación independientes en muestras obtenidas por separado de las muestras de CC del contratista. La comparación estadística mediante pruebas F (para varianza) y pruebas t (para medias) determina si los resultados de los ensayos del contratista pueden usarse para la aceptación. Si la prueba F o la prueba t indican una diferencia significativa entre los resultados del contratista y la agencia, pueden requerirse ensayos de resolución o ensayos de laboratorio independiente.
Estructura del Lote de Producción — La producción Superpave se divide típicamente en lotes de 500-1000 toneladas (dependiendo de la especificación de la agencia), con cada lote subdividido en 4-5 sublotes. Se toma una muestra aleatoria de cada sublote, proporcionando 4-5 muestras por lote para el análisis estadístico.
Control de Procesos — El contratista mantiene el control de procesos mediante el monitoreo continuo de los parámetros de producción de la planta, incluyendo tasas de alimentación de agregados, temperaturas del quemador, retorno de finos del filtro de mangas, temperatura de la mezcla y condiciones del silo de almacenamiento. Los medidores nucleares de contenido de asfalto se utilizan comúnmente para el monitoreo en tiempo real del contenido de ligante, mientras que los ensayos periódicos de laboratorio proporcionan verificación.
Si bien el diseño de mezclas Superpave de Nivel 1 se basa en criterios volumétricos como indicadores sustitutos del desempeño, los ensayos de desempeño proporcionan una medición directa de la resistencia de la mezcla a mecanismos específicos de deterioro. El desarrollo de ensayos de desempeño prácticos para uso rutinario ha sido el tema de extensa investigación bajo los Proyectos NCHRP 9-19, 9-29 y 9-33.
El Analizador de Pavimentos Asfálticos (APA) según AASHTO T 340 es un ensayo de ahuellamiento con rueda cargada que evalúa la resistencia al ahuellamiento de especímenes asfálticos compactados. El APA utiliza una manguera de goma presurizada (típicamente 100-250 psi) que presiona contra un espécimen rectangular mientras una rueda pasa de un lado a otro. La profundidad del ahuellamiento se mide después de un número especificado de pasadas (típicamente 4,000-8,000). El APA es ampliamente utilizado por las agencias estatales y es el ensayo de desempeño especificado en la especificación FAA P-401 para mezclas aeroportuarias.
El Ensayo de Rueda Hamburguesa según AASHTO T 324 evalúa tanto la resistencia al ahuellamiento como la susceptibilidad a la humedad. Ruedas de acero (47 mm de ancho) ruedan sobre especímenes compactados sumergidos en un baño de agua caliente a 50°C. El ensayo registra la profundidad del ahuellamiento en función de las pasadas de la rueda hasta 20,000 pasadas. El ensayo Hamburguesa proporciona dos parámetros clave: la pendiente de fluencia (ahuellamiento en condiciones secas) y el punto de inflexión por despojamiento (número de pasadas en el que el daño por humedad comienza a acelerar el ahuellamiento). Se requiere típicamente un mínimo de 10,000-20,000 pasadas antes del punto de inflexión por despojamiento.
El Ensayador de Desempeño de Mezclas Asfálticas (AMPT) según AASHTO TP 79 (Ensayo de Módulo Dinámico) y AASHTO TP 107 (Ensayo de Número de Flujo) proporciona una caracterización integral del desempeño. El ensayo de Módulo Dinámico (E)* mide la rigidez de la mezcla en un rango de temperaturas (4°C a 54°C) y frecuencias de carga (0.1 a 25 Hz), produciendo una curva maestra que caracteriza el comportamiento viscoelástico de la mezcla. El ensayo de Número de Flujo (Fn) aplica una carga axial haversine repetida a un espécimen no confinado y mide la deformación permanente acumulada en función de los ciclos de carga. El Índice de Flujo en el punto de flujo terciario es una medida de la resistencia al ahuellamiento.
El Ensayo de Tracción Indirecta (IDT) según AASHTO T 322 se utiliza para determinar la fluencia y la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas a bajas temperaturas para la evaluación del agrietamiento térmico. El ensayo IDT carga un espécimen cilíndrico a través de su diámetro, creando un esfuerzo de tracción relativamente uniforme en el plano vertical. El parámetro de fluencia (D(t)) se utiliza en el Modelo de Agrietamiento Térmico de la MEPDG para predecir el desempeño frente al agrietamiento a baja temperatura.
El ensayo de susceptibilidad a la humedad según AASHTO T 283 (Ensayo Lottman Modificado) es el único ensayo de desempeño requerido en el diseño de mezclas Superpave de Nivel 1. Se preparan seis especímenes y se dividen en dos subconjuntos: un subconjunto se ensaya en seco, y el otro se somete a saturación parcial al vacío seguida de un ciclo de congelación-descongelación y acondicionamiento en agua tibia. Ambos subconjuntos se ensayan para determinar la resistencia a la tracción indirecta. La Relación de Resistencia a la Tracción (TSR) se calcula como la relación entre la resistencia a la tracción condicionada y no condicionada, expresada como un porcentaje. Se requiere típicamente un TSR mínimo del 80%.
La integración de los ensayos de desempeño en el diseño rutinario de mezclas Superpave y el CC de producción representa la evolución continua del sistema hacia la visión original de una especificación completamente basada en el desempeño. El enfoque de Diseño de Mezclas Equilibrado (BMD) , actualmente en desarrollo e implementación por múltiples agencias viales estatales, busca medir y equilibrar directamente la resistencia al ahuellamiento, la resistencia al agrietamiento y la susceptibilidad a la humedad en el proceso de diseño de mezclas, yendo más allá de la dependencia actual únicamente de criterios volumétricos.
Nuestro equipo ofrece evaluaciones profesionales de la condición de pavimentos, incluyendo verificación de diseño de mezclas Superpave, consultoría en selección de ligantes PG e inspección de control de calidad para proyectos asfálticos en aeropuertos y carreteras.
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