Perfil_y_propiedades_Mezclas_asfálticas_en_caliente

8/13/2019 Perfil_y_propiedades_Mezclas_asfálticas_en_caliente

http://slidepdf.com/reader/full/perfilypropiedadesmezclasasfalticasencaliente 1/79

Perfil y propiedades.

Diseño de mezclas asfálticas en caliente con

la metodología Marshall.

Referencias:

Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot Mix Types

(Asphalt Institute, Manual Series No. 2. Sixth Edition).

Especificaciones Generales de Construcción INV 2007.

Universidad Nacional de Colombia

Sede Manizales

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Departamento de Ingeniería Civil

Pavimentos. Profesor: Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc.



Mezcla en caliente.

• Combinación de agregadosuniformemente mezclados ycubiertos con asfalto.

• El agregado se calienta para

secarlo (eliminar el agua).

• El asfalto se calienta parafluidificarlo y logrartrabajabilidad.

• Los agregados se mezclan conel asfalto en una planta deproducción en lotes ocontinua.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 2

http://generalblacktop.webs.com/faq.htm







Partes principales deuna planta de bachada:

1. Tolvas en frío.2. Alimentador en frío.3. Elevador en frío.4. Secador (contraflujo).5. Colector de polvo.6. Escape.7. Elevador en caliente.

8. Unidad de gradación.9. Tolvas en caliente.10. Caja de pesaje.11. Unidad de mezclado – molino.12. Almacenamiento de llenante mineral.13. Almacenamiento de asfalto caliente.14. Balde para pesar el asfalto.

http://www.transportengineer.net/2011/11/batch-hot-mixture-asphalt-plant-part-1.html



















Partes principales de una planta de mezcla continua:

Tolvas de agregado

Bandas alimentadoras

Transportador colector

Criba

Transportador

QuemadorTambor secador

Mezclador



Diseño de mezclas.Objetivos del diseño de mezcla asfáltica para pavimentación.

• Determinar, dentro de los límites de la especificación del proyecto,una mezcla económica que tenga:

– Suficiente asfalto para garantizar un pavimento duradero.

– Suficiente estabilidad de la mezcla para soportar las cargas de tránsito sindistorsión o desplazamiento.

– Suficientes vacíos en la mezcla compactada que permitan una pequeñacompactación adicional bajo el tránsito y algo de expansión del asfaltodebido a incrementos de temperatura sin que se presente exudación o

pérdida de estabilidad.

– Un contenido de vacíos máximo para limitar la permeabilidad al aire y alagua, las cuales son dañinas para la mezcla.




• Determinar…

– Suficiente trabajabilidad para permitir una colocación eficiente de lamezcla sin segregación y sin sacrificar la estabilidad y el desempeño.

–

Para mezclas de rodadura, dureza y textura apropiada de los agregadospara proveer suficiente resistencia al deslizamiento en condicionesmeteorológicas desfavorables.

• Seleccionar un contenido de asfalto que balancee las propiedadesrequeridas.

• Las propiedades fundamentales no se miden, pero el buencomportamiento de la mezcla se estima a partir de un contenido devacíos de aire entre 3% y 5%.




Tipos de mezclas asfálticasdensas.

• Capas de rodadura asfáltica.

• Capas asfálticas intermedias.

• Capas de base asfáltica.

• Dependen de la disponibilidad local de agregados.

–

El tamaño máximo del agregado se incrementa de la rodadura a la base.

– El espesor mínimo de construcción de una capa es de 2 a 3 veces su tamañomáximo.

– El espesor máximo depende de los equipos de compactación disponibles.




• Capas de rodadura asfáltica.

– Alta estabilidad y durabilidad.

– Requiere mayores contenidos de asfalto pues a menor tamañomáximo se tienen más vacíos en el agregado mineral.

– El tamaño máximo varía de 9.5 mm a 19.0 mm.

– Pueden usarse gradaciones abiertas – drenantes.




• Contraste entre rodaduras drenante (izquierda) y densa (derecha).


http://www.youtube.com/watch?v=Jbf58UhML4o&feature=player_detailpage






• Capas asfálticas intermedias (binder).

– Actúa como capa intermedia o de unión (binder) entre la rodadura y labase asfáltica o la base granular.

– El tamaño máximo varía entre 19.0 mm y 38.0 mm.

– En ocasiones se la emplea como rodadura:

•

Vías con tráfico muy pesado.• Patios de carga.

• Puertos.

• En general, altos esfuerzos de corte debido al giro de las ruedas.




• Capas de base asfáltica.

– Tamaño máximo hasta 75.0 mm.

– Bajo contenido de asfalto, aislado del medioambiente.

– Pueden usarse gradaciones abiertas:

•

Drenaje eventual de agua.• Capas de alivio de reflexión de grietas en rehabilitación (100% de

trituración).




Gradación de las mezclasasfálticas.


http://pavementinteractive.org/index.php?title=Gradation_Test






Gráfico de gradaciónMezcla Superpave ® con tamaño máximo nominal de 0.5 pulgadas (12.5 mm).

Gráfico con potencia 0.45 (FHWA).

Tamaño de los tamices (notación ASTM / AASHTO)

Tamaño de los tamices (tamaño de la abertura de la malla en milímetros)

El tamaño de la abertura del tamiz seeleva a la potencia 0.45 y se grafica en eleje X

P o r c e n t a j e q u e p a s a

Tamaño de tamiz

El porcentaje del peso total del agregadoque pasa a través de un tamiz dado segrafica en el eje Y

Los puntos graficados representan el porcentaje delpeso total del agregado que pasa a través de un tamañode tamiz específico denotado en el eje X

Línea que conecta los puntos graficados

A d a p t a d o d e : h t t p : / / p a v e m e n t i n t e r a c t i v e . o r g / i n d e x . p h

p ? t i t l e = G r a d a t i o n_

T e s t



































































Tipos de gradaciones de agregados

P o r c e n t a j e

q u e p a s a

Tamaño de tamiz

Gradación uniforme

Gradación abierta

Gradación uniforme

Gradación incompleta / con saltos

A d a p t a d o d e : h t t p : / / p a v e m e n t i n t e r a c t i v e . o r g / i n d e x . p h

p ? t i t l e = G r a d a t i o n_

T e s t


































































Artículo 450-07 del INVIAS.Mezclas asfálticas en caliente.

• Tabla 450.2 Franjas granulométricas para mezclas asfálticas en caliente.


Tipo de mezcla

Tamiz (mm / U.S. estándar)

37.5 25.0 19.0 12.5 9.5 4.75 2.00 0.425 0.180 0.075

1 ½” 1” ¾” ½” ⅜” No. 4 No. 10 No. 40 No. 80 No. 200

% que pasa

Densa

MDC – 1 100 80 – 95 67 – 85 60 – 77 43 – 59 29 – 45 14 – 25 8 – 17 4 – 8

MDC – 2 100 80 – 95 70 – 88 49 – 65 29 – 45 14 – 25 8 – 17 4 – 8

MDC – 3 100 65 – 87 43 – 61 16 – 29 9 – 19 5 – 10

SemidensaMSC – 1 100 80 – 95 65 – 80 55 – 70 40 – 55 24 – 38 9 – 20 6 – 12 3 – 7

MSC – 2 100 80 – 95 65 – 80 40 – 55 24 – 38 9 – 20 6 – 12 3 – 7

Gruesa

MGC – 0 100 75 - 95 65 – 85 47 – 67 40 – 60 28 – 46 17 – 32 7 – 17 4 – 11 2 – 6

MGC – 1 100 75 – 95 55 – 75 40 – 60 28 – 46 17 – 32 7 – 17 4 – 11 2 – 6

Alto módulo MAM 100 80 – 95 65 – 80 55 – 70 40 – 55 24 – 38 10 – 20 8 – 14 6 – 9



• Tabla 450.3 Tipo de mezcla por utilizar en función del tipo y espesorcompacto de la capa.


Tipo de capa Espesor compacto (mm) Tipo de mezcla

Rodadura

30 – 40

40 – 60> 60

MDC –3

MDC –2 y MSC –2MDC –1, MDC –2 y MSC –2

Intermedia > 50 MDC –1 y MSC –1

Base > 75 MSC –1, MGC –0 y MGC –1

Alto módulo 60 – 130 MAM

Bacheos 50 – 75> 75 MSC –1 y MGC –1MSC –1, MGC –0 y MGC –1



Componentes clave del diseño deuna mezcla.

• Compactación en laboratorio de especímenes de mezclas deprueba.

• Ensayos de estabilidad (o resistencia) y característicasvolumétricas de la mezcla.

• Análisis de resultados.

• Evaluación de la susceptibilidad a la humedad ocompatibilidad entre el agregado y el asfalto.




Propósito de la compactación enlaboratorio.

• Simular el peso unitario in situ de la mezcla asfáltica en caliente luego devarios años de estar sometida al tránsito.

• Ningún método de compactación simula adecuadamente las condicionesde campo para todas las propiedades de la mezcla.

• Métodos de compactación en uso:

– Por impacto, como en el método Marshall.

– Por amasado, como en el método de Hveem.

– Compactación giratoria.

– Compactación con martillos vibratorios de impacto.




Evaluación y ajuste del diseño dela mezcla.

• Gradación media de agregados.

• Asfalto adecuado según la especificación.

• Preparación de 5 mezclas de prueba (contenido de asfalto variable)con tres muestras cada una.

• Evaluación del diseño.

• Ajuste de la mezcla, usualmente de la granulometría.

– Incluye la evaluación de otras fuentes si los problemas persisten.




• Con frecuencia, se asume que la resistencia del materialindica calidad; sin embargo, esto no es necesariamente ciertoen las mezclas asfálticas.

• Una estabilidad extremadamente alta se obtiene a costa deuna durabilidad menor, y viceversa.

• Al evaluar y ajustar los diseños de mezcla tenga en cuenta que

la gradación de agregados y el contenido de asfalto del diseñode mezcla final deben lograr un balance entre losrequerimientos de estabilidad y durabilidad para el usopretendido de la mezcla.




Guías generales para el ajuste deuna mezcla.

• Vacíos bajos y estabilidad baja:

– Incremento de vacíos en el agregado mineral:

• Adición de más agregado grueso o fino.

• Reducción del contenido de asfalto sin perjuicio del asfalto absorbido y dela durabilidad de la mezcla.

– Incremento del material triturado.

• Se requieren caras frescas y rugosas.

• Puede lograrse con arena triturada.

– Reducción del material que pasa el tamiz No. 200.




• Vacíos bajos y estabilidad satisfactoria:

– Insuficientes vacíos producirán inestabilidad por flujo plástico bajo eltránsito por:

• Compactación adicional.• Reordenamiento de partículas.

– En mezclas finas, el asfalto necesario para garantizar la durabilidad puedecomprometer la estabilidad.

– La degradación en planta o bajo tránsito de agregados de calidad pobrepuede generar inestabilidad en presencia de pocos vacíos.

– Siempre deben corregirse los vacíos, así la estabilidad parezca sersatisfactoria.




• Vacíos satisfactorios y estabilidad baja:

– Indica deficiencia en el agregado.

– Incremente la trituración del agregado grueso.

– Incremente el agregado grueso en la mezcla.

–

Incremente el tamaño máximo.




• Vacíos altos y estabilidad satisfactoria:

– Mezclas con alta permeabilidad.

• Endurecimiento prematuro del asfalto.

• Desprendimientos de agregados.

– Aún si la estabilidad es satisfactoria, deben corregirse los vacíos.

– Incremente el polvo mineral.

– Seleccione una gradación cercana a la curva de máxima densidad(Fuller).




• Vacíos altos y estabilidad baja:

– Ajuste los vacíos como se ha indicado previamente.

– Si el ajuste no mejora la estabilidad evalúe la calidad del agregado.• Trituración.

• Dureza del agregado.




Preparación de mezclas deprueba.

• Materiales necesarios para la elaboración de un diseño:

– 25 kg. de agregado grueso o retenido en el tamiz No. 8 (2.36 mm).

– 25 kg. de agregado fino o pasante del tamiz No. 8.

–

10 kg. de llenante mineral o pasante del tamiz No. 200 (75 µm) de llegar a requerirse.

– 4 litros (1 galón) de asfalto.

• Procedimiento de elaboración de las mezclas:

– Peso de las fracciones de agregado.

– Calentamiento en horno de las fracciones de agregado.

– Adición de asfalto al agregado caliente y mezcla de los mismos.




Análisis de la gradación ycombinación de agregados.

• Calidad de los agregados:

– Limpios y durables.

– Libres de arcilla o materiales deletéreos.

– Resistentes al proceso de mezclado y construcción.





– Ensayos sugeridos:

• Sanidad: Resistencia a la meteorización. – Sulfatos de sodio y magnesio.

– Pérdida entre 12% y 20%.

• Forma de las partículas del agregado grueso: – 60% a 100% con una cara fracturada.

–

50% a 80% con dos caras fracturadas.

• Presencia de arena natural. – Poca fricción.

– Máximo 15% a 25% del peso total del agregado.





– Ensayos sugeridos:

• Equivalente de arena. – Presencia de “arcillas”.

– Mínimo 45%; se complementa con el análisis de la plasticidad.

• Abrasión Los Ángeles. – Máximo 40% a 45%.

– Relación polvo – asfalto.

• El exceso de finos deteriora la película de asfalto sobre los agregados.

• FHWA. Relaciones entre 0.6 y 1.2.




Análisis preliminar de agregados.

• Seque totalmente las muestras de agregado separadas enlotes.

• Haga el análisis granulométrico con lavado y los ensayos depeso específico, incluyendo los del llenante.

• Calcule la combinación de agregados para producir lagradación requerida. Tome como referencia la mediana de lasespecificaciones.




• Separe el agregado seco en fracciones:

– Mayor de 19.0 mm. (3/4”).

– 19.0 mm (3/4”) a 9.5 mm. (3/8”).

–9.5 mm (3/8”) a 4.75 mm. (No. 4).

– 4.75 mm (No. 4) a 2.36 mm. (No. 8).

– Menos de 2.36 mm. (No. 8).

•

Calcule las proporciones y pese los lotes de cada fracción para producir lamezcla.

• Prepare especímenes de mezcla de acuerdo con el método de diseñoadoptado.




PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DEMEZCLAS PARA PAVIMENTACIÓN.

Pesos específicos y análisis del volumen de vacíos.




Propiedades volumétricas de mezclaspara pavimentación compactadas.

• Propiedades volumétricas de una mezcla:

– Vacíos de aire (Va).

–

Vacíos en el agregado mineral (VMA).

– Vacíos llenos de asfalto (VFA).

– Contenido efectivo de asfalto (Pbe).

• Dan una indicación del comportamiento probable de unamezcla.




Definiciones.

• El agregado mineral es poroso y absorbe agua y asfalto en gradovariable.

• La relación entre las absorciones de agua y asfalto varía con cadaagregado.

• Se plantean tres métodos para medir el peso específico delagregado considerando estas variaciones:

– Peso específico ASTM bulk.

– Peso específico ASTM aparente.

– Peso específico efectivo.


i




Liganteasfálticoefectivo

Agregado

Vacíode aire

Vacío permeable alasfalto(Asfalto absorbido)

Pesos específicos bulk, efectivo y aparente; vacíos de aire y contenido de asfaltoefectivo en una mezcla asfáltica para pavimentación.

Vacío permeable al agua.(Hace parte del volumen bulk delagregado, pero no hace parte de suvolumen aparente).

Vacío permeable al agua que nose llena de asfalto.(Hace parte del volumen efectivo

del agregado).



• Peso específico bulk, Gsb. – Relación del peso en el aire de un volumen unitario de un material permeable

(incluyendo vacíos permeables e impermeables), con el peso en el aire un volumenigual (unitario) de agua destilada y desgasificada.

• Peso específico aparente, Gsa. – Relación del peso en el aire de un volumen unitario de un material impermeable

con el peso en el aire de un volumen igual (unitario) de agua destilada ydesgasificada.

• Peso específico efectivo, Gse. – Relación del peso en el aire de un volumen unitario de un material permeable

(excluyendo los vacíos permeables al asfalto) con el peso en el aire de un volumenigual (unitario) de agua destilada y desgasificada.

• Estas relaciones se establecen a una temperatura determinada y en airede densidad constante.





Aire

Asfalto

Agregadomineral

Vma = Volumen de vacíos en el agregado mineral.Vmb = Volumen bulk de la mezcla compactada.Vmm = Volumen sin vacíos de la mezcla para pavimentación.Vfa = Volumen de vacíos llenos de asfalto.Va = Volumen de vacíos de aire.Vb = Volumen de asfalto (bitumen).Vba = Volumen de asfalto absorbido.Vsb = Volumen del agregado mineral según el peso específico bulk.Vse = Volumen del agregado mineral según el peso específico efectivo.



• Vacíos en el agregado mineral, VMA. – Volumen de espacio vacío intergranular entre las partículas de agregado de una mezcla

compactada para pavimentación, el cual incluye los vacíos de aire y el contenido efectivode asfalto, expresado como porcentaje del volumen total de la mezcla.

• Contenido efectivo de asfalto, Pbe. – Contenido total de asfalto de una mezcla menos la porción de asfalto que se pierde por

absorción de los agregados.

• Vacíos de aire, Va. – Volumen total de las pequeñas bolsas de aire entre partículas recubiertas de asfalto en

todo la mezcla compactada, expresado como un porcentaje del volumen bulk de lamezcla compactada.

• Vacíos llenos de asfalto, VFA. – Porción del volumen de espacio vacío intergranular entre las partículas de agregado

(VMA) que es ocupado por el asfalto efectivo.




Normas de interpretación.

• El Asphalt Institute recomienda que los vacíos en el agregadomineral (VMA) de mezclas compactadas se calculen en términos delpeso específico bulk del agregado, Gsb.

• El peso específico efectivo, Gse, debe ser la base para calcular los

vacíos de aire (Va) en la mezcla compactada.

• VMA y Va se expresan como porcentaje del volumen de la mezcla.

• Los vacíos llenos de asfalto (VFA) es el porcentaje de VMA ocupado

por el asfalto efectivo.

• El contenido de asfalto se expresa en porcentaje del peso total de lamezcla o del peso de los agregados.




Procedimiento para analizar unamezcla compactada.

• Mida los pesos específicos bulk del agregado grueso y del agregado fino. – http://www.youtube.com/watch?v=k-No1xEB63k

– http://www.youtube.com/watch?v=15GrA1sWq1A&NR=1

• Mida los pesos específicos del asfalto y del llenante mineral.

• Calcule el peso específico bulk de la combinación de agregados de lamezcla.

• Mida el peso específico máximo de la mezcla no compactada. – http://www.youtube.com/watch?v=4r2D6heuczo&feature=related

• Mida el peso específico bulk de la mezcla compactada. – http://www.youtube.com/watch?v=ZzWx8jTxhFY&feature=related


http://www.youtube.com/watch?v=k-No1xEB63k

http://www.youtube.com/watch?v=15GrA1sWq1A&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=4r2D6heuczo&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ZzWx8jTxhFY&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ZzWx8jTxhFY&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=4r2D6heuczo&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=15GrA1sWq1A&NR=1






• Calcule el peso específico efectivo del agregado.

• Calcule el peso específico máximo de la mezcla para otros contenidos deasfalto.

•

Calcule la absorción de asfalto por el agregado.

• Calcule el contenido efectivo de asfalto de la mezcla.

• Calcule el porcentaje de vacíos en el agregado mineral de la mezclacompactada.

• Calcule el porcentaje de vacíos de aire de la mezcla compactada.

• Calcule el porcentaje de vacíos llenos de asfalto.




Ejemplo de cálculos.


(a) Constituyentes

Material Peso específico Composición de lamezcla

Bulk AASHTO ASTM % peso

total de lamezcla

% peso

total delagregado

Asfalto

Agregado grueso

Agregado fino

Llenante mineral

1.030 (Gb)

-----

2.716 (G1)

2.689 (G2)

T 228

T 85

T 84

T 100

D 70

C 127

C 128

D 854

5.3 (Pb)

47.4 (P1)

47.3 (P2)

-----

5.6 (Pb)

50.0 (P1)

50.0 (P2)

----(b) Mezcla

Peso específico bulk de una muestra de mezcla compactada, Gmb: 2.442.

Peso específico máximo de una muestra de mezcla, Gmm: 2.535.



Peso específico bulk del agregado, Gsb.

• Cuando el agregado total secompone de fraccionesgruesa, fina y llenantemineral con diferentes pesos

específicos se ponderan lasfracciones.

• El peso específico bulk delllenante mineral es difícil demedir, por lo cual se usa supeso específico aparente.


703.2

689.2

0.50

716.2

0.50

0.500.50

...2

2

1

1

...21

Gsb

Gn

Pn

G

P

G

P

Pn P P Gsb



Peso específico efectivo del agregado, Gse.

• Gse incluye todos los vacíos delas partículas de agregado,excepto aquellos que absorbenasfalto.

• Se basa en el peso específicomáximo de la mezcla, Gmm.

• Considere Pmm = 100 y Pb en

% del peso total de la muestra.


761.2

030.1

3.5

535.2

100

3.5100

Gse

Gb

Pb

Gmm

Pmm

Pb PmmGse



Nota:

• El volumen de asfalto absorbido por el agregado siempre es menorque el volumen de agua absorbida. En consecuencia, el valor delpeso específico efectivo del agregado debe estar entre sus pesosespecíficos bulk y aparente (Gsb < Gse < Gsa).

•

Cuando el peso específico efectivo se sale de estos límites, debeconsiderarse como errado.

• Debe buscarse el error revisando los cálculos, el peso específicomáximo de la mezcla y la composición de la misma en términos deagregado y asfalto total.

• El peso específico aparente del agregado total, Gsa, puedecalcularse con la misma fórmula del bulk empleando los pesosespecíficos aparentes de cada fracción de agregado.




Peso específico máximo de mezclas condiferentes contenidos de asfalto.

• El peso específico máximo, Gmm, decada contenido de asfalto se requierepara el cálculo del Vacorrespondiente.

• Se obtienen varios Gse y se

promedian.• El Gse se puede considerar constante

pues la absorción del asfalto nocambia con el contenido del mismo.

• Considere Ps como el contenido deagregado y Pb como el contenido de

asfalto en porcentajes por peso totalde la muestra.

• ¿Cuánto es Gmm para Pb = 4.0%?


587.2

030.1

0.4

761.2

4100

0.100

Gmm

Gb

Pb

Gse

Ps

PmmGmm



Absorción de asfalto, Pba.

• Se expresa como porcentaje del peso del agregado.


%80.0030.1

761.2703.2

703.2761.2100

100

Pba

Gb

GseGsb

GsbGse Pba



Contenido efectivo de asfalto de la mezcla,Pbe.

• Es la porción del asfalto totalque recubre las partículas deagregado y determina elcomportamiento de la mezcla.

• Se expresa como porcentajedel peso total de la mezcla.


%5.47.940.100

8.03.5

100

Pbe

Ps Pba

Pb Pbe



Porcentaje de vacíos en el agregadomineral de la mezcla compactada, VMA.

• Se puede obtener a partir de las dos formas de indicar lacomposición de la mezcla:

– Por peso total de la mezcla.

– Gmb es el peso específico bulk de la mezcla compactada.


%4.14703.2

7.94442.2100

100

VMA

Gsb

PsGmbVMA



• O se puede obtener…:

– Por peso del agregado.

– Gmb es el peso específico bulk de la mezcla compactada.

– Pb es el contenido de asfalto en porcentaje del peso del agregado.


%4.141006.5100

100

703.2

442.2100

100100

100100

VMA

PbGsb

GmbVMA



Porcentaje de vacíos de aire en la mezclacompactada, Va.

• Se expresa como porcentaje del volumen total.


%7.3535.2

442.2535.2100

100

Va

Gmm

GmbGmm

Va



Porcentaje de vacíos llenos de asfalto en lamezcla compactada, VFA.

• El VFA no incluye el asfalto absorbido.

– Se expresa como porcentaje del VMA.


%3.74

4.14

7.34.14100

100

VFA

VMA

VaVMAVFA



MÉTODO MARSHALL DE DISEÑO DEMEZCLAS.

Compactación y criterio de selección del contenido óptimo de asfalto.




Generalidades.

• Desarrollado por Bruce Marshall en el Estado de Mississippi.

• Adoptado y mejorado por el USACE.

• ASTM D1559 Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using MarshallApparatus.

• Marshall original:

– Mezcla asfáltica en caliente con tamaño máximo de 25.0 mm o menos.

– Se han desarrollado metodologías para tamaño máximo hasta 38.0 mm

•

El método Marshall permite el diseño de mezcla en laboratorio y el control de calidaden campo.

• El método es empírico y su significado se pierde completamente si el procedimiento deensayo no se respeta en su totalidad.




Resumen del método.

• Preparación de especímenes.

– Todos los materiales propuestos deben satisfacer las especificacionesdel proyecto.

– Las combinaciones de agregados deben satisfacer la granulometría delas especificaciones.

– Para los análisis de peso unitario y vacíos se debe determinar el peso

específico bulk de las fracciones de agregado y del cemento asfáltico.




• Preparación de especímenes…

– El método emplea especímenes cilíndricos de 64 mm de alto x 102 mm dediámetro (briquetas).

– Se preparan con un procedimiento específico de calentamiento, mezclado ycompactación.

• Las principales características del método Marshall son:

– Análisis de peso unitario y vacíos de los especímenes compactados.

– Ensayo de la estabilidad y el flujo de los especímenes compactados.• Estabilidad: Máxima resistencia a la carga diametral a 60°C (libras).

• Flujo: Deformación total en el espécimen en la determinación de la estabilidad (0.01pulgadas).




Preparación de especímenes.

• El objetivo del diseño es establecer el contenido óptimo de asfalto.

• Se preparan muestras con diferentes contenidos de asfalto:

– Se estima el contenido óptimo.

• Por experiencia.• Con una fórmula.• A partir de la relación polvo – asfalto (0.6 – 1.2).

– Deben elaborarse dos muestras por encima y dos por debajo del óptimoestimado.

•

Cada muestra se compone de al menos tres especímenes.• Seis contenidos de asfalto requieren de 18 briquetas.

– Los incrementos de asfalto entre muestras son de 0.5%.




• Ejemplo de cálculo con fórmula:

– P: contenido aproximado de asfalto en la mezcla en % del peso de la mezcla.

– a: Porcentaje del agregado mineral retenido en el tamiz de 2.36 mm (No. 8).

– b: Porcentaje del agregado mineral que pasa el tamiz de 2.36 mm (No. 8) y esretenido en el tamiz de 75 µm (No. 200).

– c: Porcentaje del agregado mineral que pasa el tamiz de 75 µm (No. 200).

– K:•

0.15 para c de 11% a 15%• 0.18 para c de 6% a 10%.

• 0.20 para c de 5% o menos.

– F: 0% a 2%, basado en la absorción de agregados ligeros o pesado. En ausenciade datos se toma 0.7%.


= 0.035 × + 0.045 × + × +



Equipos.

• Bandejas para calentar los agregados.

• Recipientes para mezclar el asfalto y el agregado (capacidad: 4 litros).

• Horno y plancha caliente con control termostático para calentar agregados, asfalto y equipos.

• Cucharón para el loteo de los agregados.

• Contenedores de varios tipos.

• Termómetros con rango de 10°C a 235°C.

• Balanzas con precisión de 0.1 gramos.

• Cuchara para mezclar.

• Espátula grande.

• Mezclador mecánico (opcional).




• Pedestal de compactación. – Pedestal de madera de 200 mm x 200 mm x 460 mm.

• Cedro, pino u otra madera con peso unitario seco de 670 a 770 Kg /m3.

– Placa superior de acero de 305 mm x 305 mm x 25 mm. – El pedestal debe estar firmemente instalado y nivelado sobre una placa de concreto.

•

Molde de compactación: placa, molde y collar de extensión. – El molde tiene 101.6 mm de diámetro x 75 mm de alto. – La placa y el collar deben poder instalarse en cualquier extremo del molde.

• Martillo de compactación. – Cara circular de 98.4 mm de diámetro. –

Peso del martillo: 4.5 Kg. – Altura de caída del martillo: 457 mm.

• Porta molde: dispositivo de tensión que mantiene centrado el molde sobre elpedestal de compactación.




• Discos de papel de 100 mm para la compactación.

• Extractor de especímenes.

• Guantes de soldador para trabajar con los instrumentoscalientes.

• Guantes de caucho para remover especímenes del baño

caliente.

• Crayolas para marcar los especímenes.




Preparación de especímenes.

• Número de especímenes: Tres para cada contenido de asfalto.

• Preparación de agregados:

– Seque los agregados a peso constante (105°C - 110°C) y sepárelos enfracciones:

• 25.0 mm a 19.0 mm.

• 19.0 mm a 9.5 mm.

• 9.5 mm a 4.75 mm.

• 4.75 mm a 2.36 mm.

• Pasante de 2.36 mm.




• Determinación de temperaturas de mezclado y compactación.

– Se obtiene de la carta propia del asfalto empleado.

– Temperatura de mezclado:• 170±20 centistokes.

– Temperatura de compactación:

• 280±30 centistokes.




• Preparación del molde y el martillo.

– Limpie el ensamblaje del molde (fondo, molde y anillo) y la cara delmartillo de compactación.

– Caliente estos instrumentos a una temperatura entre 95°C y 150°C.

– Ponga un pedazo de papel filtro o circular en el fondo del molde decompactación (impide que la mezcla se pegue).




• Prepare las mezclas.

– Pese las fracciones de agregados necesarios para elaborar un espécimen de 63.5 ± 1.27 mm (2.5±0.05pulgadas) de altura.

– Ponga las bandejas en la placa caliente o en el horno y caliéntelas a una temperatura que no exceda en másde 28°C la temperatura de mezclado establecida.

– Llene el recipiente de mezclado con el agregado caliente y mezcle generosamente en seco.

– Forme un cráter en la mezcla de agregado y pese el asfalto necesario para la mezcla de acuerdo con ladosificación calculada.

– En este punto las temperaturas del asfalto y del agregado deben estar dentro de los límites de latemperatura de mezclado.

– El asfalto no debe permanecer más de una hora a la temperatura de mezclado.

– Mezcle el agregado y el asfalto, en lo posible de forma mecánica, hasta lograr una distribución uniforme delasfalto.

http://www.youtube.com/watch?v=BCctjp8Rt2Q&feature=related






• Actualmente, no existe un procedimiento estandarizado orecomendado para la maduración o curado de la mezcla antesde la compactación Marshall.




• Llenado del molde.

– Ponga un disco de papel en el fondo.

– Llene el molde con toda la mezcla.

– Palee vigorosamente, con una espátula precalentada, 15 veces alrededor delperímetro y 10 en el interior.

– Pula la superficie a una forma ligeramente redondeada.

–

La temperatura de la mezcla antes de compactación debe estar en los límitesestablecidos para compactación.

– Si la mezcla está por debajo de la temperatura mínima de compactación sedesecha; nunca se debe recalentar una mezcla.




• Compactación de especímenes.

– Ponga un disco de papel en la parte superior de la mezcla.

– Ponga el molde sobre el pedestal de compactación.

– Aplique los golpes que correspondan con el martillo de compactación según la especificación de diseño.

–

Mantenga el eje del martillo perpendicular a su base durante la compactación.

– Remueva la base y el collar del molde, voltéelo y vuélvalo a ensamblar para compactar la otra cara delespécimen.

• http://www.youtube.com/watch?v=XkVm4HGNArM

– Luego de compactar remueva la base y los discos de papel y permita que la muestra se enfríe hasta quepueda ser extraída del molde sin deformarse.

– Remueva el espécimen del molde con un extractor, ponga en una superficie plana y déjelo enfriar durante lanoche.

• http://www.youtube.com/watch?v=_LajEKpZhgg&NR=1


http://www.youtube.com/watch?v=XkVm4HGNArM

http://www.youtube.com/watch?v=_LajEKpZhgg&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=_LajEKpZhgg&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=XkVm4HGNArM



Procedimiento del ensayo.

• Generalidades.

– Cada espécimen compactado será sometido a:• Determinación del peso específico bulk.• Ensayo de estabilidad y flujo.• Análisis de densidad y vacíos.

• Equipos.

– Máquina de ensayo Marshall.• Dispositivo de compresión.• Aplica cargas a los especímenes mediante mordazas cilíndricas.• Velocidad constante de 51 mm por minuto.• Se mide la carga máxima, estabilidad, y la deformación correspondiente o flujo.

– Baño térmico.• Al menos 152 mm de profundidad.• Temperatura controlada en el rango 60 ± 1°C.• Soporte de separación de los especímenes de mínimo 51 mm del fondo.




•

Determinación del peso específico bulk.

– Esta determinación se hace en especímenes que se han enfriado a temperatura ambiente.

• Ensayo de estabilidad y flujo.

– Sumerja los especímenes en el baño a 60 ± 1°C de 30 a 40 minutos antes del ensayo.

– Fije el cero del dial de medición del flujo.

– Limpie los cabezales de carga y manténgalos entre 21.1°C y 37.8°C.

– Remueva los especímenes del baño térmico, séquelos y colóquelos entre los cabezales de carga.

– Aplique la carga a un tasa constante de desplazamiento de 51 mm por minuto hasta que se presente el picode carga de la muestra que se reportará como estabilidad.

– Mida la máxima deformación del espécimen y repórtela como flujo.

– Todo el procedimiento de ensayo desde la remoción de la muestra del baño térmico se debe completar enmenos de 30 segundos.




• Análisis de peso unitario y vacíos.

– Haga el análisis volumétrico de los especímenes.

– Promedie el peso específico bulk de los especímenes para cada contenido de asfalto;elimine datos evidentemente errados.

– Determine el peso unitario promedio para cada contenido de asfalto multiplicando elpeso específico bulk por 62 libras / pie3.

– Determine el peso específico máximo teórico con dos contenidos cercanos al óptimo yobtenga de estos el peso específico efectivo promedio del agregado. A partir de estepodrá calcular el peso específico máximo para varios contenidos de asfalto.

– Calcule el asfalto absorbido por peso del agregado, los VMA, los Va y los VFA.

http://www.youtube.com/watch?v=65m7CFvCjZw&NR=1 http://www.youtube.com/watch?v=JqoGodLBLNk&NR=1


Interpretación de los resultados

http://www.youtube.com/watch?v=65m7CFvCjZw&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=JqoGodLBLNk&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=JqoGodLBLNk&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=65m7CFvCjZw&NR=1



Interpretación de los resultadosdel ensayo.

• Corrija la estabilidad de los especímenes con alturas diferentes de 63.5 mm (ver lasiguiente diapositiva).

• Promedie las estabilidades corregidas y flujos de las muestras para un mismo contenidode asfalto.

• Prepare gráficas de:

– Estabilidad vs. Contenido de asfalto.

– Flujo vs. Contenido de asfalto.

– Peso unitario de la mezcla total vs. Contenido de asfalto.

–

Porcentaje de vacíos de aire, Va vs. Contenido de asfalto.

– Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA vs. Contenido de asfalto.

– Porcentaje de vacíos en el agregado mineral, VMA vs. Contenido de asfalto.


Volumen delespécimen (cm3)

Espesor aproximado(mm)

Espesor aproximado(pulgadas)

Relación decorrelación




200 a 213214 a 225226 a 237238 a 250251 a 264265 a 276

277 a 289290 a 301302 a 316317 a 328329 a 340341 a 353354 a 367368 a 379380 a 392393 a 405406 a 420421 a 431432 a 443444 a 456457 a 470471 a 482483 a 495496 a 508509 a 522

523 a 535536 a 546547 a 559560 a 573574 a 585586 a 598599 a 610611 a 625

25.427.028.630.231.833.3

34.936.538.139.741.342.944.446.047.649.250.852.454.055.657.258.760.361.963.5

65.166.768.369.871.473.074.676.2

11 1/16

1 1/8

1 3/16

1 ¼1 5/16

1 3/8

1 7/16

1 ½1 9/16

1 5/8

1 11/16

1 ¾1 13/16

1 7/8

1 15/16

22 1/16

2 1/8

2 3/16

2 ¼2 5/16

2 3/8

2 7/16

2 ½

29

/162 5/8

2 11/16

2 ¾2 13/16

2 7/8

2 15/16

3

5.565.004.554.173.853.57

3.333.032.782.502.272.081.921.791.671.561.471.391.321.251.191.141.091.041.00

0.960.930.890.860.830.810.780.76



L a s c e l d a s c o n f o

n d o a m a r i l l o s e o b t i e n e n

m e d i a n t e c á l c u l o .


75 60 / 70 pen

1.03 0.6

2.674 2.717

Flujo

En e l ai re En el agua

En el aire saturada

superficialmente

seca

Volumen

bulk (cm3)

Peso específico

bulk de la

briqueta

Peso específico

máximo de la

mezcla suelta

Peso unitario

(libras/pie3)

VMA (%) Va (%) VFA (%) Medido Ajustado0,01

pulgadas

3.5 A 1240.6 726.4 1246.3 519.9 2.386 148.9 2440 2440 8

3.5 B 1238.7 723.3 1242.6 519.3 2.385 148.8 2420 2420 7

3.5 C 1240.1 724.1 1245.9 521.8 2.377 148.3 2510 2510 7

3.5 Promedio 2.383 2.570 148.7 14.0 7.3 48.0 2457 7

4.0 A 1244.3 727.2 1246.6 519.4 2.396 149.5 2180 2180 9

4.0 B 1244.6 727.0 1247.6 520.6 2.391 149.2 2260 2260 9

4.0 C 1242.6 727.9 1244.0 516.1 2.408 150.2 2310 2310 8

4.0 Promedio 2.398 2.550 149.6 13.9 6.0 57.1 2250 9

4.5 A 1249.3 735.8 1250.2 514.4 2.429 151.5 2420 2420 9

4.5 B 1250.8 728.1 1251.6 523.5 2.389 149.1 2410 2314 9

4.5 C 1251.6 735.3 1253.1 517.8 2.417 150.8 2340 2340 9

4.5 Promedio 2.412 2.531 150.5 13.9 4.7 66.0 2358 9

5.0 A 1256.7 739.8 1257.6 517.8 2.427 151.4 2290 2290 9

5.0 B 1258.7 742.7 1259.3 516.6 2.437 152.0 2190 2190 8

5.0 C 1258.4 737.5 1259.1 521.6 2.413 150.5 2240 2240 9

5.0 Promedio 2.425 2.511 151.3 13.8 3.4 75.3 2240 9

5.5 A 1263.8 742.6 1264.3 521.7 2.422 151.2 2210 2210 9

5.5 B 1258.8 741.4 1259.4 518.0 2 .430 151.6 2300 2300 10

5.5 C 1259.0 742.5 1259.5 517.0 2.435 152.0 2210 2210 9

5.5 Promedio 2.429 2.493 151.6 14.1 2.6 81.9 2240 9

Peso específico efectivo:

Fecha:

Mezcla de prueba:

Peso (gramos) Análisis volumétrico Estabilidad (libras)

Compactación (golpes por cara):

Peso específico del asfalto:

Peso específico bulk del agregado:

Tipo de asfalto:

Absorción de asfalto por e l agregado (%):

Formato de reporte para un diseño de mezcla asfáltica por método Marshall

Altura de la

briqueta

(mm)

Briqueta

% de asfalto

por peso de

la mezcla

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO. TRAMO. SECTOR. ABSCISAS

MAYO DE 2010

MEZCLA NÚMERO 01.

Proyecto:

Localización:




0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

V a c í o s d e a i r e ,

V a ( % )

Contenido de asfalto (%)

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

V F A ( % )


13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

V M A ( % )


148.0

148.5

149.0

149.5

150.0

150.5

151.0

151.5

152.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 P e

s o u n i t a r i o ( l i b r a s / p i e 3 )


2100

2200

2300

2400

2500

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

E s t a b i l i d a d ( l i b r a s )


6

7

7

8

8

9

9

10

10

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

F l u j o ( 0

, 0 1 p u l g a d a s )




•

Tendencias y relaciones de los datos del ensayo.

– Sensibilidad de la mezcla al contenido de asfalto.

– El valor de la estabilidad se incrementa con el contenido de asfalto hasta un valor pico a partir delcual decrece.

– El flujo se incrementa de forma consistente con el aumento del contenido de asfalto.

– La curva del peso unitario de la mezcla total sigue una tendencia similar a la estabilidad, salvo que elmáximo peso unitario se presenta (la mayoría de las veces) para un contenido de asfalto ligeramentemayor que el de la máxima estabilidad.

– El porcentaje de vacíos de aire, Va, se reduce con el incremento en el contenido de asfaltoaproximándose a un valor mínimo.

– El porcentaje de vacíos en el agregado mineral, VMA, generalmente se reduce a un valor mínimo yluego se incrementa con el incremento en el contenido de asfalto.

– El porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA, se incrementa con el aumento del contenido de asfaltoya que los VMA se llenan de ligante.




• Criterio para una mezcla asfáltica satisfactoria.

– La guía de aceptación de mezclas recomendada por el Asphalt Institute es:


Criterios de diseño de mezclas densas en caliente con la metodología Marshall

Criterios de diseño del método Marshall

Tráfico liviano Tráfico medio Tráfico pesado

Rodadura Base Rodadura Base Rodadura Base

Min. Máx. Min. Máx. Min. Máx.

Compactación, No. de golpes en cada extremo del espécimen 35 35 50 50 75 75

Estabilidad, libras 750 1,200 1,800

Flujo, 0.01 pulgadas 8 18 8 16 8 14

Porcentaje de vacíos de aire (Va), % 3 5 3 5 3 5

Porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA), % Ver Tabla

Porcentaje de vacíos llenos con asfalto (VFA), % 70 80 65 78 65 75

NOTAS:

1) En el diseño de la mezcla asfáltica deben considerarse todos los criterios, no solamente la estabilidad.

2) Clasificación del tránsito de acuerdo con las condiciones de diseño:

Liviano: El número de ejes sencillos equivalentes de 80 kN menor que diez mil (NESE < 10,000).

Medio: El número de ejes sencillos equivalentes de 80 kN mayor o igual que diez mil y menor que un millón (10,000 NESE <

1’000,000). Alto: El número de ejes sencillos equivalentes de 80 kN mayor que un millón (NESE > 1’000,000).

3) Los esfuerzos de compactación de laboratorio deberán representar de la mejor forma posible a la densidad máxima obtenida en el

pavimento bajo la acción del tránsito.

4) El valor del flujo se refiere al punto donde la carga comienza a decrecer.

5) En el cálculo del porcentaje de vacíos de aire debe considerarse la porción de cemento asfáltico que se pierde por la absorción en los

agregados.

6) El porcentaje de vacíos en el agregado mineral debe calcularse con base en el peso específico bulk del agregado de acuerdo con la

norma ASTM D 2041.

Porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral

Tamaño máximo nominal de las

partículas (1 2)

Porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral (VAM)

Porcentajes de vacíos de aire (VA) de diseño (3)



• Determinación del contenido de asfalto de diseño.

– Determine el contenido de asfalto para un porcentaje de vacíos de aire de 4%.

– Para este contenido de asfalto, verifique que todas las otras propiedades calculadas omedidas satisfagan los criterios de diseño. Si esto es positivo se adopta el contenido de

asfalto preliminar como definitivo.

– En caso contrario, se trata de ajustar con otro contenido que satisfaga todos losparámetros.

– De no lograrse una solución debe rediseñarse la mezcla

partículas (1, 2) Porcentajes de vacíos de aire (VA) de diseño (3)

mm. Pulgadas 3.0 4.0 5.0

1.18 No. 16 21.5 22.5 23.5

2.36 No. 8 19.0 20.0 21.0

4.75 No. 4 16.0 17.0 18.0

9.5 3/8 14.0 15.0 16.0

12.5 ½ 13.0 14.0 15.0

19.0 ¾ 12.0 13.0 14.025.0 1.0 11.0 12.0 13.0

37.5 1.5 10.0 11.0 12.0

50.0 2.0 9.50 10.5 11.5

63.0 2.5 9.00 10.0 11.0

1) Especificación estándar de tamices de malla para propósitos de ensayo, ASTM E 11 (AASHTO M92).

2) El tamaño máximo nominal de las partículas corresponde a la abertura del tamiz inmediatamente superior a aquel que retenga más del

diez por ciento (10%) del material.

3) Se debe interpolar el porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral para porcentajes de vacíos de aire de diseño diferentes a

los valores indicados.

Perfil_y_propiedades_Mezclas_asfálticas_en_caliente

Documents

Transcript of Perfil_y_propiedades_Mezclas_asfálticas_en_caliente