El Método Marshall para el Diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente C li
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Aplicación del Método Marshall en los Estados Unidos, para 1995.
En Venezuela, Centro y Suramérica, se emplea exclusivamente el Marshall (2007)
Desarrollado inicialmente para mezclas de concreto asfáltico á densamente gradadas con tamaño máximo de 25 mm.
4.75 mm
19.0 mm
9.5 mm
25.0 mm
12 5 mm 12.5
37.5 mm
El Método é resulta en mezclas con: Suficiente estabilidad para soportar las cargas sin deformarse
El Método é resulta en mezclas con: Bajo contenido de aire para desarrollar buena durabilidad
El Método resulta en mezclas con: Adecuada trabajabilidad para permitir una fácil compactación
Ensayos preliminares sobre los agregados:
Estructura granulométrica Desgaste Los Ángeles Arena Equivalente P tí l alargadas Partículas l d y planas l Caras producidas por fractura Peso unitario suelto Gravedad Específica Masiva (Bulk) Gravedad Específica Aparente
Recordar especialmente el ensayo de Gravedad Específica de Los agregados: gruesos, intermedios y finos.
Y que en los finos (Pasa tamiz 200) tiene mucha importancia la corrección por la temperatura a la cual se ejecuta el ensayo, y que éste ensayo debe ser reportado a 23ºC (gruesos, intermedios y finos)
Preparación de las muestras para el ensayo Marshall
Fracciones recomendadas: • 1” – ¾” • ¾” – 3/8” • 3/8” - # 4 •#4-#8 • Pasante # 8
Se toma cada una de las bandejas que contienen fracciones de tamaño diferente y se van pesando acumuladamente, hasta lograr un peso total de agregados de 1.200 gramos.
Se preparan 18 “pesadas”, de tal manera que cada pesada tenga exactamente la misma distribución granulométrica:
Selección del tipo de ligante
Viscosity, Pa s Visco
10 5
1 .5 .33 .2 .1
Compaction C ti Range R Mixing Range 100
110
120
130
140
150
160
Temperature, C
170 180 190 200
Pesado,, mezclado y compactación p de las briquetas q
IImportancia t i del d l cálculo ál l correcto t de la pesada de ligante ¿Cuánto debe ser la pesada del ligante para que represente el 5% del peso total de la mezcla?
¿Cuánto debe ser la pesada en gramos del ligante para que represente el 5% del peso total de la mezcla? Si el ligante es el 5%, 5% los agregados son el 95%
Por lo tanto: Pesada del ligante = 1200 * 5 / 95 = 63,18 g
Verificación: % ligante = {63,18 g / (63.18 + 1.200) } = 5.00%
Mezclado mecánico en laboratorio
Mezclado manual en laboratorio
Cuando se está haciendo control de calidad de mezcla en planta, se toma una muestra de mezcla ya elaborada en planta, se cuartea y se prepara la briqueta.
Precalentar los moldes
Precalentar los moldes
Viiscosity, Pa s
10 5
1 .5 .3 .2 .11
Compaction Range Mixing Range 100
110
120
130
140
150
160
Temperature, C
170 180 190 200
Compactadora manual
Compactadora mecánica
Se aplica li ell número ú de d golpes l por la l cara superior i de d la l briqueta b i
Se aplica li ell número ú de d golpes l por la l cara inferior i f i de d la l briqueta b i
Guía para mantener verticalidad en caída del martillo
Mecanismo de amarre de la briqueta Placa superior Pl i en Acero de 1 pulg.
Pedestal normalizado
Martillo 10 lbs, 18 pulg. de altura de caída
Importancia de respetar espeta la rigidez del pedestal de compactación
Se dejan enfriar las briquetas (pastillas) hasta que puedan ser extraídas del molde sin deformarse
No se deben enfriar con chorro de agua
Se dejan enfriar las briquetas (pastillas) hasta que puedan ser extraídas del molde sin deformarse
No se deben enfriar con chorro de agua
Se p prepara p un total de 15 briquetas q
4%
Cada grupo de 3, tiene el mismo contenido de asfalto y forma o a un u “pu punto to
de asfalto”
4.5%
5%
5.5% 6%
Entre cada “punto de asfalto” debe haber una diferencia de 0.5% de contenido de ligante
Se recomienda que la altura de cada briqueta sea lo mas cercano a las 2.5 pulgadas, para que el “factor de corrección” por volumen esté entre 0.96 y 1.04, y así las densidades de briquetas q serán similares, ante la energía de compactación constante del martillo Marshall.
Tabla I FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDA EN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO EL METODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS
Volumen de la briqueta (cm3) 368 a 379 380 a 392 393 a 405 406 a 420 421 a 431 432 a 443 444 a 456 457 a 470 471 a 482 483 a 495 496 a 508 509 a 522 523 a 535 536 a 546 547 a 559 560 a 573 574 a 585 586 a 598 599 a 610 611 a 625
Altura aproximada de la briqueta mm pulgadas 46.0 47.6 49 2 49.2 50.8 52.4 54.0 55 6 55.6 57.2 58.7 60.3 61.9 63.5 64.0 65.1 66.7 68.3 71.4 73.0. 74.6 76 2 76.2
1 13/16 1 7/8 1 15/16 2 2 1/16 2 1/8 2 3/16 2¼ 2 5/16 2 3/8 2 7/16 2½ 2 9/16 2 5/8 2 11/16 2¾ 2 13/16 2 7/8 2 15/16 3
Factor multiplicador de la “estabilidad leída” 1.79 1.67 1 56 1.56 1.47 1.39 1.32 1 25 1.25 1.19 1.14 1.09 1.04 1.00 0.96 0.93 0.89 0.86 0.83 0.81 0.78 0 76 0.76
Análisis de densidad y vacíos
Peso de la briqueta q “al aire”
Peso d P de lla briqueta bi t “sumergida en agua”
Se seca superficialmente la briqueta
Y se vuelve a pesar al aire, “después de sumergida y con superficie seca”
Volumen de la briqueta = Peso al aire ((sss)) – Peso sumergido g
Peso unitario de la briqueta = Peso al aire / (peso al aire “sss” – peso sumergido)
(Gmb)
Se grafican los resultados de “peso unitario” para cada “punto de asfalto”:
El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos
Se realiza por triplicado sobre muestras de la mezcla sin compactar, para la mezcla con el contenido de ligante que corresponda al “Punto de asfalto “medio del rango de diseño.
El “Ensayo Ensayo de Rice Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos
El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos
El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos
Se realiza por triplicado en la mezcla con contenido de ligante igual al medio del rango de diseño
Gravedad máxima de la mezcla sin compactar y sin vacíos =
Gmm
¿Q é permite ¿Qué it medir di ell Ensayo E RICE?
V = (Gmm Vv (G – Gmb) G b) / G Gmm
VAM = 100 – ((Ps * Gmb) / Gsb) Vll = (VAM – Vv) / VAM
Efecto del “tiempo de curado” en los valores de Gmm
Densid dad Máxima d de la mezcla a sin vacíos (G Gmm)
2.440 2.435 2.430 2 425 2.425 2.420 2.415 2.410 2.405
Mantener en horno a temperatura de compactación
2.400 2.395 2.390 0
1
2
3
4
Tiempo de curado de la mezcla (Horas)
5
6
Curva de “vacíos totales ((%)) –vs- contenido de ligante” g
Curva de “VAM (%) –vs- contenido de ligante”
Curva de “Vacíos llenados (%) –vs- contenido de ligante”
Determinación D t i ió de d las l propiedades i d d “mecánicas” de la mezcla: Estabilidad (lbs)
D f Deformación ió (fl (flujo) j )
(0.01 pulgadas)
Baño de temperatura constante (60ºC)
Baño de temperatura constante (60ºC)
Agua a 60 ºC
¿Por qué se le llama “Baño de María”?
¿Por qué se le llama “Baño de María”?
Nombre correcto = Baño de temperatura constante
Estabilidad: Carga máxima antes de la rotura
Estabilidad: Carga máxima antes de la rotura
La estabilidad leída í es función de los resultados de la calibración del anillo ill
Tabla I FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDA EN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO EL METODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS
Volumen de la briqueta (cm3) 368 a 379 380 a 392 393 a 405 406 a 420 421 a 431 432 a 443 444 a 456 457 a 470 471 a 482 483 a 495 496 a 508 509 a 522 523 a 535 536 a 546 547 a 559 560 a 573 574 a 585 586 a 598 599 a 610 611 a 625
Altura aproximada de la briqueta mm pulgadas 46.0 47.6 49 2 49.2 50.8 52.4 54.0 55 6 55.6 57.2 58.7 60.3 61.9 63.5 64.0 65.1 66.7 68.3 71.4 73.0. 74.6 76 2 76.2
1 13/16 1 7/8 1 15/16 2 2 1/16 2 1/8 2 3/16 2¼ 2 5/16 2 3/8 2 7/16 2½ 2 9/16 2 5/8 2 11/16 2¾ 2 13/16 2 7/8 2 15/16 3
Factor multiplicador de la “estabilidad leída” 1.79 1.67 1 56 1.56 1.47 1.39 1.32 1 25 1.25 1.19 1.14 1.09 1.04 1.00 0.96 0.93 0.89 0.86 0.83 0.81 0.78 0 76 0.76
Flujo: deformación diametral en el momento de la rotura
Flujo: deformación diametral en el momento de la rotura
Estabilidad Marshall (lbs) –vs- contenido de ligante
Deformación (flujo) Marshall (0.01 pulg) –vs- contenido de ligante
Selección del contenido óptimo de ligante
¿C ál % ligante? ¿Cuál li t ?
Paso 1: Entrar en la curva de “Vv –vs- % ligante” con ell valor l medio di de d las l especificaciones ifi i para los l Vv V (3%-5%) (3% 5%)
% de ligante para el 4% de Vv = 4.8%
Paso 2: Con el 4.8 de % de ligante seleccionado en el Paso 1, se entra en cada una de las otras 5 curvas, y de cada una de ellas se lee el correspondiente valor:
Peso unitario para el 4.8% de ligante = 2.425 kg/m3
Estabilidad Marshall para el 4.8% de ligante = 3.280 lbs.
Flujo Marshall para el 4.8% de ligante = 10.8 / 100 pulg.
VAM para el 4.8% 4 8% de ligante = 12.4 12 4 %
Vll para ell 4.8% 4 8% de d ligante li t = 67%
Resumen de p propiedades p p para la mezcla con el 4.8% de contenido de ligante:
Peso unitario = 2.425 kg/m3 Estabilidad Marshall = 3.280 lbs. Flujo Marshall = 11.8 11 8 / 100 pulg. pulg Vacíos totales = 4% (valor de entrada) VAM = 12.4% Vll = 67%
Paso 3: los valores obtenidos en los pasos 1&2 se comparan con los de la Especificación aplicable: Especificación seleccionada (INVEAS 2004), para “tránsito alto”, y para una Mezcla Tipo M25: TRÁNSITO Propiedades Marshall ALTO MEDIO BAJO Nº de golpes por cara 75 75 50 % vacíos totales (1) 3-5 3-5 3-5 % vacíos llenados 65-75 65-75 65-78 Estabilidad Marshall (mínima) lbs 2.200 1.800 1.600 Flujo (pulg/100) 8-14 8-14 8-16 valor según g Tabla 8, en función del tamaño nominal Vacíos del agregado g g máximo del agregado y el % de vacíos mineral (VAM) (1) calculados en base a la densidad máxima teórica determinada según el ensayo de Rice (Método ASTM D-2041)
Valores Mínimos de Vacíos en el Agregado Mineral (VAM) (VAM), en función del Tamaño Nominal Máximo del Agregado y del % de vacíos totales de la mezcla Contenido de vacíos totales en la mezcla (%) Tamaño nominal máximo 3.0 4.0 5.0 (mm) 25 4 25.4 11 12 13 19.1 12 13 14 12.5 13 14 15 9.5 14 15 16 Nota: interpolar linealmente en caso de que el porcentaje de vacíos totales se encuentre entre los valores enteros indicados
En nuestro diseño: Propiedad
Unidad
Valor
Especificación Condición
Peso Unitario
Kg/m3
2.425
No aplica
OK
Estabilidad
Lbs.
3.280
> 2.200
OK
Flujo
0.01 pulg.
11.8
8 – 14
OK
Vv
%
4.0
3–5
OK
VAM
%
12.4
> 12%
OK
Vll
%
67
65 - 75
OK
Paso 4: Aprobación del diseño
En nuestro ejemplo:
Ya que la mezcla con el 4.8% (expresado como % en peso de mezcla total) de contenido de ligante satisface todas las exigencias de la Especificación, éste porcentaje se selecciona l i como “contenido “ t id óptimo” ó ti ” de d ligante, y se pasa a la etapa de “producción en planta”.
Paso 5: Producción en planta con mezcla con el 4.8% de ligante, y granulometría Igual a la empleada en la preparación de las briquetas de laboratorio:
Propiedad P Peso unitario it i Estabilidad Flujo Vv VAM Vll
Mezcla en laboratorio 2 425 2.425
kg/m3
3.280 11.8
lbs.
(0.01 pulg)
Mezcla en planta 2 392 kg/m3 2.392 2.850 12.3
lbs.
(0.01 pulg)
4.0 %
3.6 %
12.4 %
12.9 %
67 %
72 %
Los resultados de la “mezcla en planta” serán empleados para establecer los criterios de “aceptación ó y rechazo” en p de producción p obra,, durante la etapa industrial
Importancia de la graficación de la curva de Vv
9 8 7
Vv v (%)
6 5 4 3 2
2
R = 0.9986 1 0 4.0
4.5
5.0 % de ligante
5.5
6.0
Importancia de la graficación de la curva de Vv
90 9.0
Vacíos to V otales (Vv) %
8.0 7.0 6.0 5.0 40 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 4 00 4.00
4 50 4.50
5 00 5.00
% Cemento asfáltico
5 50 5.50
6 00 6.00
Importancia de la graficación de la curva de Vv
90 9.0
Vacíos tottales (Vv)) % V
8.0 7.0 6.0 5.0 40 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 % Cemento asfáltico
Importancia de la graficación de la curva de Vv
9 8 7
Vv (% %)
6 5 4 3 2 1
R2 = 0.8142
0 4.0
4.5
5.0 % de ligante
5.5
6.0
Importancia de la graficación de la curva de Vv
9
Curva potencial
8 7
Vv (% %)
6 5 4 3 2 1 R2 = 0.897 0 4.0
4.5
5.0 % de ligante
5.5
6.0
Importancia de la graficación de la curva de Vv
9.0
Vacíos tottales (Vv) % V
8.0 70 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 4 00 4.50 4.00 4 50 5.00 5 00 5.50 5 50 6.00 6 00 6.50 6 50 7.00 7 00 7.50 7 50 8.00 8 00 % Cemento asfáltico
Las nuevas tendencias en el ensayo de mezclas asfálticas Rotura de muestras mediante la “Mordaza Mordaza Lottman” Lottman
La Mordaza Lottman
2P St = πDt
El compactador Ggratorio para la preparación de briquetas Superpave
Resistencia a la fatiga
El “Analizador de Pavimentos de Asfalto (APA) (Cámara climatizada para medición de ahuellamiento))
El “Analizador de Pavimentos de Asfalto (APA) (Cámara climatizada para medición de ahuellamiento))
Medición del ahuellamiento
El “Analizador de Pavimentos d A de Asfalto f lt (APA)
Otras novedades en la evaluación de mezclas:
Otras novedades en la evaluación de mezclas:
El Método Marshall para el Diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente C li
