PAVIMENTOS

Universidad Continental

Dr. Ing. Andrés Sotil ChávezClase 16

Caracterización de Materiales – Asfaltos Método de Marshall

CONCEPTOS BÁSICOS• La estabilidad de la mezcla asfáltica tiene un comportamiento

similar a los suelos, así depende deCohesiónFricción interna

• Estas dos variables depende deDensidad del asfaltoCantidad del asfalto

• Existen tres métodos para diseño de mezclas asfálticasMétodo de Marshall (usado en Perú)Método de Hveem (de uso limitado a California)Método Superpave (de uso en EEUU)

CONCEPTOS BÁSICOS• Ya que se sabe que las tres fallas más relevantes de una

mezcla asfáltica son:Agrietamiento por fatiga de la capa asfálticaDeformación PermanenteAgrietamiento térmico (baja

temperatura)

• Entonces el propósito de los métodos de diseño es el de minimizar de manera efectiva cada modo de falla. Esto se consigue seleccionando una mezcla estable y con un contenido de asfalto que evite cada falla.

MÉTODO DE MARSHALL• El espesor de la carpeta asfáltica controla el tamaño máximo

del agregado

• La porción pasante de la No 200 se usa como relleno mineral

• Especímenes de mezclas de asfalto con agregados son compactados en el laboratorio utilizando diversas cantidades de asfalto.

4% 4.5% 5% 5.5% y otros porcentajes

MÉTODO DE MARSHALL• Los agregados a usarse tiene que pasar las pruebas

especificadas por la jurisdicción apropiada (MTC, municipalidades, gobierno regional)

• Estas especificaciones incluyen:1) Determinar propiedades físicas de los agregados

Tenacidad y abrasiónDurabilidad y solidezLimpieza y materiales orgánicos/dañinosForma y Textura de partículas

2) Determinar propiedades descriptivasTamaño y granulometríaGravedad especifica y absorción

3) Realizar calculo de mezclas

MÉTODO DE MARSHALL• El método de Marshall no incluye un método formal para

escoger el tipo de ligante asfaltico

• Dependiendo de la jurisdicción, se pueden usar asfaltos tipo PEN, AC, AR o Superpave

• En el Perú, se usa la clasificación tipo PEN.

• Lo que si debe realizarse son pruebas para determinar la susceptibilidad temperatura – viscosidad del material.

VISCOSIDAD-TEMPERATURA• La ecuación A-VTS es el resultado de varias pruebas como el

de penetración, viscosidad rotacional y el punto de ablandamiento

Temperatura

Vis

cosi

dad

Rango de Compactación

Rango de Mezcla

Temp Mezcla y Compactación

Temp Mezcla y Compactación

• Esta información la debería proveer el proveedor de asfalto (Repsol, Conchan) aunque nunca esta mal de doble chequear esa información.

MÉTODO DE MARSHALL• Estos especímenes son compactados usando

esfuerzos que reflejen las condiciones de campo.

• Para caminos y calles con llantas de baja presión, los materiales se compactan en 2 fases, usando 50 pases con un martillo de 10 libras lanzado de una altura de 18”

• Si las llantas a usarse en la vía tienen presiones mayores a 200 psi, se usa 75 pases en vez de 50.

• Se preparan 3 replicas por mezcla, normalmente se hacen 5 combinaciones para un total de 15 especímenes, cada uno con diferentes contenidos de asfalto.

MÉTODO DE MARSHALL• Imagen de compactadoras

automáticas

• Las pruebas se realizan a 140 F (60 C) y el ensayo lo que mide son dos valores:

Flujo: deformación medida en 1/100 de pulgada

Estabilidad: libras-fuerza en la cual falla el espécimen

MÉTODO DE MARSHALL• Datos necesarios antes del ensayo para poder realizar las

relaciones respectivas: Valores de Densidad Porcentaje Total de Vacios (VA o VTM) Porcentaje de vacios de agregados (VMA) Porcentaje de vacios de agregados lleno de asfalto (VFA)

Vac

ios

- Air

e, %

Contenido de Asfalto, %

Est

abil

idad

, lb

Contenido de Asfalto, %

Pes

o U

nit

ario

o

Den

sida

d

Contenido de Asfalto, %

Flu

jo, i

n/1

00

VM

A, %

Limite Bajo

Limite Alto

Mínimo

OK

OK

Contenido de Asfalto, %

Contenido de Asfalto, %

MÉTODO DE MARSHALL• TENDENCIAS

Contenido de Asfalto vs. Densidad: La densidad generalmente se incrementa con el contenido de asfalto, alcanza un máximo y luego disminuye. El pico de densidad normalmente ocurre en un contenido mas alto que el pico de estabilidad

Contenido de Asfalto vs. VTM (% Vacios): El % de vacios deberían reducirse con el contenido de asfalto

Contenido de Asfalto vs. VMA: El % de vacios en el agregado mineral baja con el contenido de asfalto, alcanza un mínimo y luego sube su valor

Contenido de Asfalto vs. VFA: El % de vacios incrementa con el contenido de asfalto

MÉTODO DE MARSHALL• TENDENCIAS

Contenido de Asfalto vs. Estabilidad de Marshall: Puede tener dos tendencias:

Se incrementa con el contenido de asfalto, alcanza un pico y luego se reduce

Para mezclas recicladas se ha mostrado que el material tiene una estabilidad decreciente con el contenido de asfalto y no muestra

pico máximo o mini

Contenido de Asfalto vs. Flujo: el flujo se reduce con el contenido de asfalto, alcanza un mínimo y luego sube su valor

MÉTODO DE MARSHALL• Para que las graficas anteriores resulten, se tiene que primero

determinar el contenido de asfalto optimo. Entonces los especímenes se preparan tanto debajo y por encima de ese contenido.

• Normalmente, el contenido optimo se encuentra cuando el porcentaje de vacios esta en 4%

• En el ej., 5.9% es el AC%

• Se hacen 5 mezclas, a 0.5%5.0% 5.5% 6.0%6.5% 7.5%

MÉTODO DE MARSHALL• El espécimen es de 4 in (10 cm) de diámetro y 2.5 in (6.4 cm) de

altura. Se necesitan hacer correcciones

MÉTODO DE MARSHALL• En base al volumen de la briqueta se calcula la estabilidad

corregida de acuerdo a la tabla de la diapositiva anterior, mediante la expresión

Ec = Dial * Factor de Corrección * Constante del anillo

Donde:Constante del anillo = 51.621 + 10.003 * DialDial = valor registrado de la prueba

MÉTODO DE MARSHALL• Típico Criterio de Marshall (Instituto del Asfalto, 1979)