MÉTODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADOS CON CEMENTO ASFÁLTICO INV-E-748 ( LITERATURA TÉCNICA TOMADA DEL LIBRO DEL INGENIERO FERNANDO SÁNCHEZ SABOGAL )
16.1-) OBJETO Y ALCANCE EL MÉTODO MARSHALL SE EMPLEA PARA DOSIFICAR MEZCLAS EN CALIENTE DE AGREGADOS PÉTREOS Y CEMENTO ASFÁITICO CON O SIN LA ADICIÓN DE LLENANTE MINERAL. EL MÉTODO PUEDE UTILIZARSE TANTO PARA DISEÑOS EN LABORATORIO COMO PARA CONTROLES DE CAMPO. EL OBJETIVO DEL DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ES DETERMINAR LA PROPORCIÓN ADECUADA DE CEMENTO ASFÁLTICO EN LA MEZCLA, QUE ASEGURE QUE ESTÁ PRESENTE:
a.-) SUFICIENTE ESTABILIDAD COMO PARA SATISFACER LAS EXIGENCIAS DEL SERVICIO SIN DESPLAZAMIENTOS O DISTORSIONES.
b.-)SUFICIENTE ASFALTO PARA ASEGURAR LA OBTENCIÓN DE UN
PAVIMENTO DURABLE QUE RESULTE DEL RECUBRIMIENTO COMPLETO DE LAS PARTÍCULAS DE AGREGADO PÉTREO, IMPERMEABILIZANDO Y LIGANDO LAS MISMAS ENTRE SÍ, BAJO UNA COMPACTACIÓN ADECUADA.
c.-) SUFICIENTE TRABAJABILIDAD PARA PERMITIR UNA EFICIENTE COLOCACIÓN DE LA MEZCLA CON QUE SE PAVIMENTARÁ, SIN QUE SE PRODUZCA SEGREGACIÓN.
d) SUFICIENTES VACÍOS CON AIRE EN LA MEZCLA COMPACTADA, PARA PROVEER UNA RESERVA DE ESPACIO QUE IMPIDA EXUDACIONES Y PÉRDIDAS DE ESTABILIDAD AL PRODUCIRSE UNA PEQUEÑA COMPACTACIÓN ADICIONAL BAJO LAS CARGAS DEL TRÁNSITO, COMO LOS
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POSIBLES AUMENTOS TEMPERATURAS.
DE
VOLUMEN
DEL
ASFALTO
A
ALTAS
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DONDE :
Vma = VOLUMEN DE VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL Vmb = VOLUMEN APARENTE DE LA MEZCLA COMPACTADA
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Vmm = VOLUMEN DE LA MEZCLA ASFÁLTICA SIN S IN VACÍOS Va = VOLUMEN DE VACÍOS CON AIRE Vba = VOLUMEN DE ASFALTO ABSORBIDO Vsb = VOLUMEN DE AGREGADOS MINERALES ( POR PESO ESPECÍFICO APARENTE ) Vse = VOLUMEN DE AGREGADO MINERAL ( POR PESO ESPECÍFICO EFECTIVO) Vb = VOLUMEN DE ASFALTO
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16.2-) BOSQUEJO DEL METODO EL MÉTODO EMPLEA MUESTRAS NORMALES PARA ENSAYOS DE 2 1 / 2‖ PULGADAS DE ALTURA POR 4 ― DE DIÁMETRO, LAS CUALES SE PREPARAN SIGUIENDO UN PROCEDIMIENTO ESPECIFICADO PARA CALENTAR, MEZCLAR Y COMPACTAR LAS MEZCLAS DE AGREGADOS Y CEMENTO ASFÁLTICO. LAS DOS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL ENSAYO SON UN ANÁLISIS DE DENSIDAD — VACIOS Y UNA PRUEBA DE ESTABILIDAD — FLUJO.
LA ESTABILIDAD ES LA MÁXIMA RESISTENCIA A LA CARGA QUE LA MUESTRA NORMAL SOPORTA A 60°C CUANDO SE ENSAYA.
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FLUJO ES LA DEFORMACIÓN TOTAL QUE SE PRODUCE EN LA MUESTRA, DESDE LA CARGA CERO HASTA LA CARGA MÁXIMA CUANDO FALLA LA PROBETA. .
16.3-) . EQUIPO PARA EL ENSAYO JUEGO DE ELEMENTOS PARA ENSAYO MARSHALL, QUE INCLUYE MOLDE DE COMPACTACIÓN ESPECIAL DE 4 PULGADAS DE DIÁMETRO Y 3 DE ALTURA CON SU COLLAR DE EXTENSIÓN. MARTILLO DE COMPACTACIÓN CON UNA ZAPATA CIRCULAR DE 3 Y 7/8‖ DE DIÁMETRO, PESO DE 10 LIBRAS Y ALTURA DE CAÍDA DE 18 PULGADAS. PEDESTAL DE COMPACTACIÓN FIRMEMENTE ANCLADO AL PISO, PRENSA DE ENSAYO Y MORDAZAS PARA ENSAYO CON SUS GUÍAS. OTROS ELEMENTOS TALES COMO CALENTADORES, TERMÓMETROS, ESTUFA, BANDEJAS METÁLICAS, BAÑO MARÍA, ESTRACTORES DE MUESTRAS. BALANZAS : UNA DE 5 Kg DE CAPACIDAD, SENSIBLE A 1 gr PARA PESAR AGREGADO Y ASFALTO Y OTRA DE 2 KG DE CAPACIDAD, SENSIBLE A 0,1 gr PARA LAS PROBETAS COMPACTADAS. ESPÁTULAS, GUANTES, CUCHARONES TAMICES
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16.4-) PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 16.4.1 NÚMERO DE MUESTRAS DEBERÁN PREPARARSE TRES (3) MUESTRAS PARA CADA COMBINACIÓN DE AGREGADOS Y CONTENIDO DE CEMENTO ASFÁLTICO ELEGIDA. TANTO LOS AGREGADOS COMO EL ASFALTO DEBERÁN CUMPLIR INDIVIDUALMENTE LAS ESPECIFICACIONES CORRESPONDIENTES A ELLOS. GENERALMENTE SE EMPLEAN PARA EL DISEÑO OBJETO DEL ENSAYO, CINCO (5) PORCENTAJES DIFERENTES DE CEMENTO ASFÁLTICO, POR LO QUE SE DEBEN PREPARAR, CUANDO MENOS 15 MUESTRAS PARA ENSAYO. SE ACOSTUMBRA COMENZAR DESDE 4,5% Ó 5% DE CEMENTO ASFÁLTICO, CON RESPECTO AL PESO DE LA MEZCLA TOTAL, ELABORÁNDOSE EL JUEGO
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DE PROBETAS CON INCREMENTOS EN DICHO PORCENTAJE DE 0,5% ( 4,5 % , 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, ) LOS AGREGADOS MUY POROSOS REQUIEREN DE ELEVADOS, CONTENIDOS DE CEMENTO ASFÁLTICO, POR LO QUE AL ENSAYARLOS ES CONVENIENTE COMENZAR CON PORCENTAJES MÁS ALTOS.
16.4.2-) PREPARACIÓN DE LOS AGREGADOS EN PRIMER TÉRMINO, SE SECAN A 110°C HASTA PESO CONSTANTE. COMO CASÍ NUNCA ES POSIBLE OBTENER UN AGREGADO QUE CUMPLA CON LOS REQUISITOS GRANULOMÉTRICOS EXIGIDOS, DEBERÁ HACERSE UNA COMBINACIÓN DE LOS DISPONIBLES. GENERALMENTE, EN LA PLANTA ASFÁLTICA SE DISPONE DEL SIGUIENTE MATERIAL :
UN MATERIAL DEL TIPO GRAVA (RETENIDO EN EL TAMIZ NO. 4)
DE UNA ARENA GRUESA (PASA NO. 4 Y RETIENE NO. 10 Ó NO. 40)
DE UNA ARENA FINA (PASA NO. 10 6 NO. 40 Y RETIENE NO. 200) Y
UN LLENANTE MINERAL (PASA NO. 200)
CON ESTOS MATERIALES SE BUSCA OBTENER LA GRANULOMETRÍA ESPECIFICADA, POR LO QUE PARECE ADECUADO SEPARAR EN EL LABORATORIO EL MATERIAL EN FRACCIONES SIMILARES, DETERMINANDO
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LA PROPORCIÓN EN QUE DEBE INTERVENIR CADA UNA DE ELLAS, PARA OBTENER LA GRADACIÓN REQUERIDA A MANERA DE EJEMPLO, SUPÓNGASE QUE SE DESEA OBTENER UN MATERIAL QUE CUMPLA LA GRADACIÓN IV DE LA NORMA C352 DEL MOPT Y QUE PARA ELLO SE DISPONE DE LOS MATERIALES CUYAS GRADACIONES SE PRESENTAN EN LA TABLA 5.1.
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DEBE DETERMINARSE POR LO TANTO, LA PROPORCIÓN EN QUE DEBEN MEZCLARSE LOS CUATROS ( 4) MATERIALES DISPONIBLES CON EL FIN DE OBTENER LA GRADACIÓN DESEADA COMO LOS MATERIALES SE AGRUPAN BÁSICAMENTE POR MEDIO DE LOS TAMICES NO 4, 40 Y 200 , LOS PORCENTAJES USADOS SE DETERMINAN PARA EFECTO DE LA MEZCLA QUE DEBE REALIZAR APLICANDO LA NORMA ASÍ: TAMIZ
% PASA %GRAVA GRADACIÓN NORMA
1‖
100
3 / 4‖
97,5
1 / 2 ―
82,5
% ARENA GRUESA
% ARENA FINA
(100) – (% PASA (% PASA TAMIZ No TAMIZ No4) 4 ) – ( % PASA TAMIZ No 40
(% PASA TAMIZ No 4 0) – ( % PASA TAMIZ No 200
100-52,5
28-9
52,5 -28
% LLENANTE PASA 200
3/8― 4
52,5
10
41,0
20
-
40
28
47,5
24,5
17
80
20
200
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PARA MAYOR FACILIDAD DE ENCONTRAR COMO SE MEZCLAN LOS MATERIALES PUEDE EMPLEARSE UN CUADRO COMO EL QUE SE PRESENTA A CONTINUACIÓN, EN CUYA PARTE SUPERIOR SE INDICAN LAS GRADACIONES DE LOS CUATRO ( 4) MATERIALES DISPONIBLES , MIENTRAS QUE EN LA INFERIOR SE APLICA UN PORCENTAJE A ACADA UNA DE ELLAS DE ACUERDO A LA GRADACIÓN DESEADA, LA CUAL CORRESPONDE A AQUELLA QUE VA POR EL CENTRO DE LA NORMA.
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NÓTESE QUE MULTIPLICANDO LOS POIRCENTAJES CALCULADOS A LAS GRADACIONES DE LOS MATERIALES DISPONIBLES, SE OBTIENEN LOS
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VALORES QUE APARECEN EN EL CUADRO DE LA PARTE INFERIOR , LOS CUALES SE SUMAN VERTICALMENTE Y SU RESULTADO SE INDICA EN LA ―FILA MEZCLA‖ , COMPARÁNDOSE DICHA SUMA CON LA EXIGENCIA DE LA NORMA.
EN CASO DE NO SER ASÍ , EL PRTOYECTISTA DEBERÁ HACER LOS AJUSTES A QUE HAYA LUGAR, DEBIÉNDOSE BUSCAR , INCLUSIVE, OTROS MATERIALES HASTA QUE LA MEZCLA SATISFAGA LA ESPECIFICACIÓN
16.4.3 DETERMINACIÓN DE LAS TEMPERATURAS DE MEZCLA Y COMPACTACIÓN TEMPERATURA DE MEZCLA A LA CUAL SECALENTARÁ EL CEMENTO ASFÁLTICO PARA LAS MEZCLAS SERÁ LA REQUERIDA PARA PRODUCIR UNA VISCOSIDAD DE 170 +/- 20 CENTISTOKES (VISCOSIDAD SAYBOLT- FUROL DE 85 +/- 10 )
TEMPERATURA DE COMPACTACIÓN A LA CUAL DEBE CALENTARSE EL CEMENTO ASFÁLTICO PARA QUE TENGA UNA VISCOSIDAD DE 280 +/- 30 CENTISTOKES (VISCOSIDAD SAYBOLT- FUROL DE 140 +/- 15 SEGUNDOS )., SERÁ LA TEMPERATUTA DE COMPACTACIÓN (VER FIGURAS ). 100 CENTISTOKES = 1 POISES 1 SAYBOLT ≈ 2 CENTISTOKES ( VISCOSIDAD CINEMÁTICA ) ≈ 1/50 POISES DEBE EVI TARSE EL CALENTAM I ENTO EXCESI VO DEL CEM ENTO ASF ÁL TI CO DEL CEM ENTO ASF ÁLTI CO, EL CUAL TRAE COMO COSECUEN CI A SU OXI DACI ÓN Y/O ENVEJECI M I ENTO PREM ATURO PRESENTA NDO CON L A OXI DACI ÓN.
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TEMPERATURA DE LOS AGREGADOS LA TEMPERATURA DE LOS AGREGADOS DEBERÁ SER SUPERIOR EN 20°C A LA DEL CEMENTO ASFÁLTICO DURANTE LA MEZCLA. SÍ SE SOBREPASA ESTE VALOR PUEDE PERJUDICAR EL ASFALTO DURANTE EL MEZCLADO Y LO PUEDE OXIDAR. PERO SÍ ES MUY BAJA, LA ENVOLTURA DE LOS AGREGADOS POR EL ASFALTO Y LA EXTENSIÓN DE LA MEZCLA SERÁN MUY DIFÍCILES.
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16.4.4 PREPARACIÓN DE LAS MEZCLAS
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LA EXPERIENCIA HA DEMOSTRADO QUE LAS MEZCLAS DE AGREGADOS Y CEMENTO ASFÁLTICO DE 1200 GRAMOS DE PESO PERMITEN OBTENER MUESTRAS COMPACTADAS DE 2,5 +/- 0,01 PULGADAS DE ALTURA. POR LO TANTO, PARA ELABORAR CADA PROBETA SE MEZCLARÁN LAS CANTIDADES NECESARIAS DE CADA FRACCIÓN DE AGREGADOS Y CEMENTO ASFÁLTICO PARA ALCANZAR DICHO PESO. PARA EL EJEMPLO DE DOSIFICACIÓN QUE SE PRESENTÓ ANTERIORMENTE, SE HAN SELECCIONADO LOS PORCENTAJES DE 5%, 5,5%, 6,0 % , 6,5%, Y 7,0%. A CONTINUACIÓN SE RESUMEN LOS PORCENTAJES DE VALORES DE GRAVA, ARENA GRUESA, ARENA, FINA Y LLENANTE REQUERIDOS EN EL EJEMPLO SEGÚN ESPECIFICACIÓN . PORCENTAJE DE GRAVAS = 47, 5,% PORCENTAJE DE ARENA GRUESA = 24,5% PORCENTAJE DE ARENA FINA = 19% PORCENTAJE LLENANTE = 9%
MEZCLA 1 ( PORCENTAJE DE ASFALTO 5% ) PESO MATERIAL EN BRIQUETA 1200 gr CEMENTO ASFÁLTICO : 5% AGREGADOS MINERALES : 100% – 5% = 95% MATERIAL
%
%
(3 ) =
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GRAVAS
MEZCLA AGREGADOS
EN LA MEZCLA AGREGADOS ASFALTO
(1) 47,5
(2)
(1) X (2)
PESO EN LA BRIQUETA 1200 X (3) Gr
45,1
541,2
23,3
279,6
ARENA GRUESA
24,5
ARENA FINA
19,0
18,0
216,0
LLENANTE
9,0
8,6
103,2
5;0
60
100
1200
CEMENTO ASFÁLTICO TOTAL
95 %
PARA LAS OTRAS MEZCLAS SE PROCEDE DE MANERA SIMILAR
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PROCEDIMIENTO DE PREPARACIÓN LA COCHADA DE 1200 GRAMOS SE PREPARA EFECTUANDO LA DOSIFICACIÓN EXPLICADA ANTERIORMENTE . EN LA BANDEJA DE LA MEZCLA DEBERÁ COLOCARSE LA CANTIDAD INDICADA DE CADA FRACCIÓN DE AGREGADO MINERAL A LA TEMPERATURA ESPECIFICADA ( VER FIGURAS 5,4 Y 5,5) , MEZCLÁNDOSE RÁPIDAMENTE Y ABRIÉNDOSE UN CRÁTER DENTRO DEL CUAL SE AÑADE LA
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CANTIDAD CALCULADA DE CEMENTO ASFÁLTICO, TAMBIÉN A LA TEMPERATURA ESPECIFICADA.( FIGURA 5.6 )
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SE HACE LA MEZCLA ENTRE AGREGADOS Y ASFALTO CON UN PALUSTRE Ó UN MEZCLADOR MECÁNICO ( VER FIGURA 5.7 ) TAN RÁPIDO COMO SEA POSIBLE, CON EL FIN DE EVITAR DISMINUCIONES PERJUDICIALES DE TEMPERATURA. ESTE PROCEDIMIENTO SE REPITE PARA LAS OTRAS DOS (2) MUESTRAS POR PORCENTAJE DE ASFALTO, QUE SE VAN A PREPARAR CON EL MISMO PORCENTAJE DE CEMENTO ASFÁLTICO PARA LOS OTROS PORCENTAJES ELEGIDOS, SE PROCEDE DE MANERA SIMILAR, CALCULANDO LAS CANTIDADES DE CADA FRACCIÓN DE
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AGREGADOS Y EL ASFALTO QUE CORRESPONDEN A CADA CASO ( EN EL EJEMPLO : 5,0% , 5,5%, 6,0 %, 6,5% Y 7,0 % )
16.4.5- COMPACTACIÓN DE LAS MEZCLAS
a.-) ANTES DE COLOCAR LA COCHADA DENTRO DEL MOLDE, TANTO ÉSTE
COMO EL PISÓN DE COMPACTACIÓN DEBEN LIMPIARSE CON GASOLINA O KEROSENE Y COLOCARSE A ESTUFA ENTRE 100 Y 150°C POR UNOS 30 MINUTOS.
b.-) AL RETIRARLO DE LA ESTUFA, SE ARMA EL MOLDE, SE LE COLOCA SU
BASE Y COLLAR DE EXTENSIÓN Y SE INTRODUCE UN PAPEL DE FILTRO EN EL FONDO, COLOCANDO LUEGO DE MANERA RÁPIDA DENTRO DE ÉL, LA COCHADA DE 1200 GRAMOS, LA CUAL DEBE EMPAREJARSE CON UNA ESPÁTULA O PALUSTRE CALIENTE, APLICANDO 15 GOLPES ALREDEDOR DEL PERÍMETRO Y 10 EN SU INTERIOR Y NIVELANDO FINALMENTE LA SUPERFICIE DEL MATERIAL (FIGURA 5.8). LA TEMPERATURA EN ESTE INSTANTE DEBE ENCONTRARSE DENTRO DE LOS LÍMITES MENCIONADOS ANTERIORMENTE EN EL NUMERAL 16.4.3 O DE LO CONTRARIO LA MEZCLA DEBE DESCARTARSE, PUES NO SE PERMITE SU RECALENTAMIENTO.
c.-) A CONTINUACIÓN, SE SUJETA EL MOLDE CON EL ARO DE AJUSTE QUE
TIENE PARA TAL EFECTO, SE COLOCA EN EL PEDESTAL DE COMPACTACIÓN, SE APOYA SOBRE LA MEZCLA LA ZAPATA DEL PISÓN Y SE APLICAN 35, 50 Ó 75 GOLPES SEGÚN SE ESPECIFIQUE, A CAÍDA LIBRE Y CUIDANDO QUE EL VÁSTAGO DEL PISÓN SE MANTENGA SIEMPRE VERTICAL (FIGURA 5.9)
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d.-) TERMINADA LA APLICACIÓN DEL NÚMERO DE GOLPES REQUERIDO, SE RETIRA EL MOLDE DEL DISPOSITIVO DEAJUSTE, SE LE QUITA LA PLACA DE BASE Y EL COLLAR DE EXTENSIÓN, SE INVIERTE EL MOLDE Y SE VUELVE A MONTAR EL DISPOSITIVO, APLICANDO EL MISMO NÚMERO DE GOLPES A LA QUE AHORA ES LA CARA SUPERIOR DE LA MUESTRA.
e.-) SE RETIRA EL MOLDE DEL PEDESTAL, SE LE QUITA EL COLLAR Y LA BASE Y SE DEJA ENFRIAR A LA TEMPERATURA AMBIENTE.
f.-) SE LE COLOCA AL MOLDE EL COLLAR DE EXTENSIÓN Y CON EL
EXTRACTOR SE SACA DE ÉL LA PROBETA COMPACTADA, LA CUAL DEBE IDENTIFICARSE MARCÁNDOLA EN CADA CARA CON UNA CRAYOLA.
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g.-) SE PESA LA PROBETA Y SE MIDE SU ESPESOR; SI SU ALTURA ESTÁ
FUERA DE LO ESPECIFICADO, PUEDE AJUSTARSE LA CANTIDAD DE AGREGADO A UTILIZAR PARA ELABORAR LAS SIGUIENTES PROBETAS, APLICANDO LA EXPRESIÓN:
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PESO AJUSTADO 2,5 x PESO DEL AGREGADO USADO DEL AGREGADO = -------------------------------------------------------ALTURA MEDIDA DE LA MUESTRA ( PULG )
h.-) FINALMENTE, SE COLOCA LA PROBETA SOBRE UNA SUPERFICIE LISA Y
BIEN VENTILADA DURANTE TODA LA NOCHE. ESTE PROCEDIMIENTO DE COMPACTACIÓN SE REALIZA SOBRE TODAS LAS MUESTRAS QUE SE ELABOREN CON LOS DIVERSOS PORCENTAJES DE CEMENTO ASFÁLTICO.
16.4.6 .-) ENSAYO DE PROBETAS COMPACTADAS EN EL MÉTODO DE ENSAYO MARSHALL, CADA MUESTRA COMPACTADA SE SOMETE A LOS SIGUIENTES ENSAYOS EN EL ORDEN INDICADO:
i.-) DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO ―BULK‖
ii.-) ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO iii.-) ANÁLISIS DE LA DENSIDAD Y VACÍOS
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i.-) DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO “BULK” DE L AS PROBETAS COMPACTADAS EL PESO ESPECÍFICO ―BULK‖ DE UNA PROBETA COMPACTADA ES LA RELACIÓN ENTRE SU PESO EN EL AIRE Y SU VOLUMEN INCLUYENDO LOS VACÍOS PERMEABLES. SI LA PROBETA TIENE UNA TEXTURA SUPERFICIAL DENSA E IMPERMEABLE, SU PESO ESPECÍFICO ―BULK‖ SE DETERMINA SENCILLAMENTE MEDIANTE LA EXPRESIÓN:
Wa Gb = -----------------Wss - Ww
SIENDO : Wa = PESO DE LA PROBETA SECA EN EL AIRE Ww= PESO DE LA PROBETA EN EL AGUA Wss= PESO EN EL AIRE DE LA PROBETA SATURADA Y SUPERFICIALMENTE SECA. SI LA TEXTURA SUPERFICIAL DE LA PROBETA ES ABIERTA Y PERMEABLE, SU VOLUMEN SE DETERMINA POR LA DIFERENCIA ENTRE SU PESO EN EL
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AIRE Y SU PESO EN EL AGUA ESTANDO PARAFINADA Y EL PESO ESPECÍFICO ―BULK‖ SE HALLARÁ CON LA FÓRMULA:
Wa Gb = ---------------------------------------------Wap – Wwp – ( Wap – Wa) ---------------G DONDE :
Wa = PESO EN EL AIRE DE LA PROBETA SIN PARAFINAR Wap = PESO EN EL AIRE DE LA PROBETA PARAFINADA Wwp = = PESO EN EL AGUA DE LA PROBETA PARAFINADA Gp = PESO ESPECÍFICO DE LA PARAFINA
ii.-) ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO EL PROCEDIMIENTO QUE SE DESCRIBE A CONTINUACIÓN, ES APLICABLE A TODAS LAS PROBETAS COMPACTADAS.
a.-) SI LA PROBETA HA SIDO PARAFINADA, DEBERÁ RASPARSE LA PARAFINA PARA DEJARLA LISTA PARA ESTE ENSAYO.
b.-) SE LLEVA LA PROBETA A UN BAÑO DE AGUA A 60 ± 1 C DURANTE UN LAPSO DE 30 A 40 MINUTOS (FIGURA 5.11).
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c) SE LIMPIA CUIDADOSAMENTE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA MORDAZA
DE PRUEBA Y SE LUBRICAN LAS BARRAS GUÍAS CON UNA DELGADA PELÍCULA DE ACEITE, DE MANERA QUE EL SEGMENTO SUPERIOR DEL ANILLO DESLICE LIBREMENTE. SI SE USA UN ANILLO PARA MEDIR LA CARGA APLICADA, DEBE CONTROLARSE QUE SU DIAL ESTÉ BIEN FIJO Y EN CERO CUANDO NO HAYA CARGA.
d.-)ESTANDO LISTO EL APARATO DE CARGA MARSHALL PARA EL ENSAYO,
SE SACA LA PROBETA DEL AGUA Y SE SECA RÁPIDA Y CUIDADOSAMENTE SU SUPERFICIE.
e.-) SE COLOCA LA PROBETA EN LA MORDAZA INFERIOR DE PRUEBA Y SE CENTRA. LUEGO SE AJUSTA EL ANILLO SUPERIOR EN POSICIÓN Y SE CENTRA EL CONJUNTO EN EL MECANISMO DE CARGA.
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f.-) A CONTINUACIÓN SE COLOCA EL MEDIDOR DE FLUJO SOBRE LA BARRAGUÍA MARCADA Y SE LLEVA SU AGUJA A CERO
g.-) SE APLICA CARGA A LA PROBETA A UNA VELOCIDAD DE 2 PULGADAS/MINUTO HASTA QUE OCURRA LA FALLA (FIGURA 5.12). EL PUNTO DE FALLA SE DEFINE MEDIANTE LA MÁXIMA LECTURA OBTENIDA EN EL DIAL DE CARGA. EL NÚMERO DE LIBRAS CORRESPONDIENTE A ESTA LECTURA SE ANOTA COMO ESTABILIDAD MARSHALL.
38
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H) MIENTRAS SE ESTÁ APLICANDO CARGA, SE MANTIENE EL MEDIDOR DE FLUJO FIRMEMENTE EN POSICIÓN SOBRE LA BARRA-GUÍA Y SE RETIRA CUANDO OCURRA LA CARGA MÁXIMA. LA LECTURA EN EL DIAL EN ESTE INSTANTE SE DENOMINA FLUJO Y SE ACOSTUMBRA EXPRESAR EN CENTÉSIMAS DE PULGADA.
i.-) EL PROCEDIMIENTO COMPLETO, DESDE QUE SE SACA LA PROBETA DEL BAÍO DE AGUA HASTA QUE FALLA EN LA MÁQUINA, NO DEBE TARDAR MÁS DE 30 SEGUNDOS.
iii.-) ANÁLISIS DE DENSIDAD Y VACÍOS AL TERMINAR LOS ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUJO, DEBE REALIZARSE UN ANÁLISIS DE LA DENSIDAD Y VACÍOS PARA CADA SERIE DE MUESTRAS EN LA FORMA SIGUIENTE:
a.-) SE PROMEDIAN LOS PESOS ESPECÍFICOS ―BULK‖ DE TODAS LAS
PROBETAS ELABORADAS CON EL MISMO PORCENTAJE DE ASFALTO, DESCARTANDO LAS QUE SE ALEJEN DEMASIADO DEL PROMEDIO (COLUMNA g. DEL FORMATO ) ESTE VALOR PROMEDIO, MULTIPLICADO POR 62.4, PERMITE OBTENER LA DENSIDAD EN SISTEMA INGLÉS (COLUMNA P DEL FORMATO ). PARA LOS DATOS DEL FORMATO Y CONSIDERANDO LA MEZCLA NO. 1 (5 % DE CEMENTO ASFÁLTICO), DICHOS VALORES SERÁN:
2,246 + 2,235 + 2,241 Gb = ------------------------------------------ ---------------------------- = 2,241 3
40
Gb = 2,241 x 62,4 = 139, 8 Lb / ft3
b.-) SE CALCULA EL PESO ESPECÍFICO PROMEDIO DEL AGREGADO TOTAL, MEDIANTE LA SIGUIENTE EXPRESIÓN. 100 Gagr =--------------------------------------------------P1/ G1 + P2 / G2 + P3 / G3+ …..
.
DONDE : P1 , P2, P3 ……. CORRESPONDEN A LOS POR CENTAJES EN PESO DE CADA UNA DE LAS FRACCIONES DE MATERIAL QUE INTERVIENEN EN EL AGREGADO G1, G2, G3 ……… CORRESPONDEN A LOS PESOS ESPECÍFICOS DE LOS MATERIALES A LOS QUE CORRESPONDEN LAS FRACCIONES ANTERIORMENTE MENCIONADAS. DEBERA EMPLEARSE EL PESO ESPECÍFICO APARENTE PARA EL LLENANTE MINERAL Y EL ― BULK‖ PARA LAS FRACCIONES DE AGREGADO GRUESO Y FINO. PARA EL EJEMPLO QUE SE ILUSTRA EN EL FORMATO, EL PESO ESPECÍFICO PROMEDIO DEL AGREGADO ES :
41
100 Gagr =--------------------------------------------------------
=
2,631
47,5 / 2,61 + 24,5 / 2,64 + 19,0 / 2,65 + 9,0 / 2,68…..
c.-) SE CALCULA EL PESO MÁXIMO TEÓRICO DE LA MUESTRA PARA CADA
PORCENTAJE DE ASFALTO, EL CUAL CORRESPONDE AL QUE TEÓRICAMENTE SE OBTENDRÍA SÍ FUERA POSIBLE COMPRIMIR LA MUESTRA HASTA OBTENER UNA MASA DE ASFALTO Y AGREGADOS CARENTE DE VACÍOS CON AIRE. ESTE VALOR SE CALCULA ASÍ :
100 Gmt = -------------------------------------------% AGREGADOS % ASFALTO ------------------------ +---------------Gagr Gasfalto
PARA EL CASO DEL EJEMPLO QUE SE ADELANTA EN LOS FORMATOS ANEXOS , CON UN 5% DE CEMENTO ASFÁLTICO, EL PESO ESPECÍFICO MÁXIMO TEÓRICO SERÁ :
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100 Gmt = -------------------------------------------- = 2,431 95 5 ------------------------ +---------------2,631 0,996
d.-) SE CALCULA EL PORCENTAJE DE ABSORCIÓN DEL ASFALTO POR PESO DE AGREGADO SECO, PARA CADA PORCENTAJE DE CEMENTO ASFÁLTO UTILIZADO, MEDIANTE LA FÓRMULA :
Gmm - Gmt Aa = -------------------------------------------- x 10000 Gmm x Gmt x % AGREGADOS
DONDE : Gmm = PESO ESPECÍFICO MÁXIMO MEDIDO ( VER APÉNDICE ) Gmt = PESO ESPECÍFICO MÁXIMO TEÓRICO PARA EL CASO DEL 5% DE CEMENTO ASFÁLTICO SE OBTIENE EN EL EJEMPLO :
2,441 - 2,431 Aa = ----------------------------------- x 10000 = 0,18% 2,441 x 2,431 x 95
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e.-) SE DETERMINA EL PORCENTAJE EN VOLUMEN QUE OCUPA EL AGREGADO CON RESPECTO AL VOLUMEN TOTAL DE LA PROBETA (COLUMNA K DEL FORMATO ) % AGREGADOS x Gb Vagr = --------------------------------Gagr
PARA EL 5% DE ASFALTO SERÍA :
95 x 2,241 Vagr = ---------------- = 80,9% 2,631
f.-) SE CALCULA EL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE CON RESPECTO AL VOLUMEN TOTAL DE LA PROBETA ( COLUMNA L )
Gb Vv = ( 1 - ------------ ) x 100 Gmm
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PARA EL 5% DE ASFALTO SERÍA : 2,241 Vv = ( 1 - ------------ ) x 100 = 8,2% 2,441
g.-) SE CALCULA EL VOLUMEN DE ASFALTO EFECTIVO COMO PORCENTAJE DEL VOLUMEN TOTAL DE LA PROBETA ( COLUMNA m ) :
Vae = 100 - ( Vagr + Vv )
PARA EL 5% DE ASFALTO DEL EJEMPLO :
Vae = 100 – ( 80,9 + 8,2) = 10,9 %
h.-) SE DETERMINA EL PORCENTAJE DE VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES EN LA MEZCLA COMPACTADA ( COLUMNA n )
Vam = 100 – Vagr
CON EL 5% DE ASFALTO DEL EJEMPLO SERÍA
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Vam = 100 – 80,9 = 19,1%
i.-) SE DETERMINA LA CANTIDAD DE ASFALTO EFECTIVO CON RESPECTO AL PESO DE LA MEZCLA ( COLUMNA ― O ― DEL FORMATO ) % ASFALTO ABSORBIDO x % AGREGADOS Ae = % ASFALTO AÑADIDO - -----------------------------------------------------------PARA EL 5% DE ASFALTO DEL EJEMPLO SERÍA : 100
Ae = 5 -
0,18 x 95 ------------- = 4,83 100
j.-) LOS VACÍOS LLENOS DE ASFALTO ( Vfa ), SON EL PORCENTAJE DE
VACÍOS INTERGRANULARES ENTRE LAS PARTÍCULAR DE LOS AGREGADOS (Vam) QUE SE ENCUENTRAN LLENOS DE ASFALTO. LOS VACÍOS EN LOS AGREGADOS GRANULARES ( Vma ) ABARCAN ASFALTO Y AIRE, Y POR LO TANTO EL VFA SE CALCULA AL RESTAR LOS VACÍOS DE AIRE ( Vv ) DEL Vma Y LUEGO DIVIDIENDO POR EL Vma, Y EXPRESANDO AL FINAL COMO PORCENTAJE.
Vma - Vv Vfa = ---------------- x 100 Vma
PARA EL CASO DEL 5% DE ASFALTO TENEMOS :
46
19,1 – 8,2 Vfa = --------------- x 100 = 57 % 19,1
16.5- ) INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 16.5.1-) PREPARACIÓN DE LOS DATOS
a.-) LAS ESTABILIDADES MEDIDAS SE ANOTAN EN LA COLUMNA q DEL FORMATO
LOS VALORES OBTENIDOS PARA AQUELLAS MUESTRAS QUE NO TENGAN EXACTAMENTE LA ALTURA DE 2,5 ― DEBEN CORREGIRSE , APLICANDO LOS FACTORES DE LA TABLA 5.2 .
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LOS VALORES DE ESTABILIDAD CORREGIDA PARA CADA GRUPO DE MUESTRAS ELABORADAS CON EL MISMO CONTENIDO DE ASFALTO, SE PROMEDIAN, TOMÁNDOSE DICHO PROMEDIO COMO VALOR DE ESTABILIDAD PARA ESE CONTENIDO DE ASFALTO. DEBE EXCLUIRSE DEL PROMEDIO AQUEL VALOR QUE SE ENCUENTRE NOTORIAMENTE ALEJADO DE LOS DEMÁS
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b.-) LOS VALORES DE FLUJO OBTENIDOS PARA TODAS LAS MUESTRAS ELABORADAS CON DETERMINADO CONTENIDO DE CEMENTO ASFÁLTICO, SE PROMEDIAN (COLUMNA S DEL FORMATO). DEBERÁ TAMBIÉN DESCARTARSE AQUEL VALOR QUE DIFIERA NOTABLEMENTE DEL PROMEDIO, SI LO HAY.
c.-) SE DIBUJAN GRÁFICOS QUE ESTABLEZCAN LAS SIGUIENTES RELACIONES, TAL COMO SE ILUSTRA EN EL FORMATO.
PARÁMETRO
Vs
PARÁMETRO
DENSIDAD
Vs
% CEMENTO ASF LTICO
ESTABILIDAD
Vs
% CEMENTO ASFÁLTICO
FLUJO
Vs
% CEMENTO ASF LTICO
% DE VACÍOS EN LA MEZCLA TOTAL
Vs
% CEMENTO ASFÁLTICO
% DE VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES
Vs
% CEMENTO ASFÁLTICO
% VACÍOS LLENOS DE ASFALTO
Vs
% CEMENTO ASFÁLTICO
16.5.2-) PAUTAS DE COMPORTAMIENTO
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EL COMPORTAMIENTO NORMAL DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ES EL SIGUIENTE:
DENSIDAD AUMENTA CON EL CONTENIDO DE ASFALTO HASTA UN MÁXIMO DESPUÉS DEL CUAL COMIENZA A DECRECER.
52
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CURVAS DEL EJEMPLO
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OTRA ILUSTRACIÓN
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ESTABILIDAD LA CURVA DE ESTABILIDAD ES SIMILAR A LA DE LA DENSIDAD, SALVO QUE LA MÁXIMA ESTABILIDAD OCURRE NORMALMENTE (NO SIEMPRE) A UN CONTENIDO DE ASFALTO LIGERAMENTE INFERIOR AL DE MÁXIMA DENSIDAD.
FLUJO LOS VALORES DE FLUJO AUMENTAN CON LOS INCREMENTOS EN EL CONTENIDO DE ASFALTO.
VACÍOS CON AIRE EL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE EN LA MEZCLA TOTAL DISMINUYE AL INCREMENTARSE EL CONTENIDO DE ASFALTO, TENDIENDO HACIA UN MÍNIMO.
VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES EL PORCENTAJE DE VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES DISMINUYE AL INCREMENTARSE EL CONTENIDO DE ASFALTO, HASTA ALCANZAR UN MÍNIMO A PARTIR DEL CUAL COMIENZA A AUMENTAR.
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VACÍOS LLENOS DE ASFALTO ESTE PARÁMETRO SE INCREMENTA EN LA MEDIDA QUE SE AUMENTA EL CONTENIDO DE ASFALTO
16.5.3-) CRITERIOS DE DISEÑO MARSHALL EN LAS SIGUIENTES TABLAS SE PRESENTAN LOS CRITERIOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO Y DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS – INVÍAS ( VER TABLA S)
INSTITUTO DEL ASFALTO
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ESPECIFICACIÓN INVÍAS PARA MEZCLAS DENSAS EN CALIENTE INV-450-02
CARACTERISTICAS
TRANSITO DE DISE O (N) Ejes equivalentes de 80 kN >5 x 10
5x10 -5x10
<5 x 10
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Compactac ón, go pes cara
75
75
75
kg
900
750
600
mm
2-3.5
2-4
2-4
% %
4-6 4-8
3-5 4-8
3-5 4-8
Gradación MDC-0 Gradación MDC-1 Gradación MDC-2 Gradación MDC-3
% % % %
14 14 15 16
14 14 15 16
14 14 15 16
Vacíos llenos de asfalto
%
65-75
65-78
65-80
Estabilidad mínima Flujo Vacíos con aire: Capa de rodadura Base asfáltica Vacíos mínimos en agregados minerales:
16.5.4-) SELECCIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO EN LA MEZCLA ANTES DE CONTINUAR SE TRANSCRIBEN ALGUNAS RECOMENDACIONES DEL INSTITUTO DEL ASFALTO PARA LA SELECCIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO.
EL CONTENIDO DE DISEÑO DE ASFALTO EN LA MEZCLA FINAL DE PAVIMENTACIÓN SE DETERMINA A PARTIR DE LOS RESULTADOS DESCRITOS ANTERIORMENTE. PRIMERO, DETERMINE EL CONTENIDO DE ASFALTO PARA EL CUAL EL CONTENIDO DE VACÍOS ES DE 4 POR CIENTO.
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LUEGO, EVALÚE LAS PROPIEDADES CALCULADAS Y MEDIDAS PARA ESTE CONTENIDO DE ASFALTO, Y COMPÁRELAS CON LOS CRITERIOS DE DISEÑO DE LA TABLA ANTES DESCRITA SI SE CUMPLEN TODOS LOS CRITERIOS, ESTE ES EL CONTENIDO DE DISEÑO DE ASFALTO. SI NO SE CUMPLEN TODOS LOS CRITERIOS, SEA NECESARIO HACER ALGUNOS AJUSTES O VOLVER A DISEÑAR LA MEZCLA.
EL DISEÑO DE MEZCLA SELECCIONADO PARA SER USADO EN UN PAVIMENTO ES, GENERALMENTE. AQUEL QUE CUMPLE. DE LA MANERA MÁS ECONÓMICA, CON TODOS LOS CRITERIOS ESTABLECIDOS. SIN EMBARGO, NO SE DEBERÁ DISEÑAR UNA MEZCLA PARA OPTIMIZAR UNA PROPIEDAD EN PARTICULAR. POR EJEMPLO, LAS MEZCLAS CON VALORES MUY ALTOS DE ESTABILIDAD SON, CON FRECUENCIA, POCO DESEABLES, DEBIDO A QUE LOS PAVIMENTOS QUE CONTIENEN ESTE TIPO DE MEZCLAS TIENDEN A SER MENOS DURABLES Y PUEDEN AGRIETARSE PREMATURAMENTE BAJO VOLÚMENES GRANDES DE TRÁNSITO. ESTO ES PARTICULARMENTE CIERTO CUANDO LAS CARACTERÍSTICAS DE LA BASE Y LA SUBRASANTE SON TALES QUE PERMITEN DEFLEXIONES RELATIVAMENTE ALTAS EN EL PAVIMENTO. ES DESEABLE QUE EL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE PERMANEZCA DENTRO DE LOS LÍMITES FIJADOS POR LAS ESPECIFICACIONES, YA QUE SÍ ES MUY BAJO HABRÁ TENDENCIA HACIA LA EXUDACIÓN DEL ASFALTO, MIENTRAS QUE SÍ ES MUY ALTO PUEDE PRODUCIRSE UN ENVEJECIMIENTO PREMATURO DEL ASFALTO, POR CUANTO LA CAPA QUEDA EXPUESTA A LOS AGENTES ATMOSFÉRICOS, LO CUAL SE TRADUCE EN LA DESINTEGRACIÓN DEL PAVIMENTO. CUALQUIER VARIACIÓN EN LOS CRITERIOS DE DISEÑO DEBERÁ SER PERMITIDA SOLO BAJO CIRCUNSTANCIAS POCO USUALES, A NO SER QUE EL COMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE UNA MEZCLA EN PARTICULAR INDIQUE QUE DICHA MEZCLA ALTERNATIVA ES SATISFACTORIA. EL PROCEDIMIENTO RUTINARIO EXPLICADO POR EL INGENIERO FERNANDO SÁNCHEZ SABOGAL ES EL SIGUIENTE, ADVIRTIENDO QUE CON
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POSTERIORIDAD A ESTE ESCRITO SE APLICÓ EL REQUERIMIENTO DE LOS VACÍOS LLENOS CON ASFALTO ( Vfa) CON BASE EN LAS CURVAS DIBUJADAS, EL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO SE CALCULA PROMEDIANDO LOS SIGUIENTES VALORES:
a.-) EL QUE CORRESPONDA A LA DENSIDAD MÁXIMA b.-) EL QUE CORRESPONDA A LA ESTABILIDAD MÁXIMA c) EL QUE CORRESPONDA AL VALOR MEDIO DEL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE PERMITIDO POR LAS ESPECIFICACIONES. PARA LOS RESULTADOS INDICADOS EN EL EJEMPLO DESARROLLADO, EL CONTENIDO ÓPTIMO DE CEMENTO ASFÁLTICO SERÁ: PARÁMETRO
LECTURA EN LA CURVA % DE ASFALTO
PARA DENSIDAD M XIMA
6,3%
PARA MÁXIMA ESTABILIDAD
5,8%
PARA 4% DE VACÍOS CON AIRE ( VALOR PROMEDIO 7,2% ENTRE 3 Y 5 INDICADO EN LA TABLA 5.3 PARA CAPAS DE RODADURA EN CONCRETO ASFÁLTICO) 6,4% CONTENIDO PROMEDIO DE CONCRETO ASFÁLTICO CON EL PORCENTAJE PROMEDIO ASÍ OBTENIDO, SE VERIFICA SI LOS VALORES DE FLUJO, ESTABILIDAD Y VACÍOS SE ENCUENTRAN DENTRO DE LOS LÍMITES ESPECIFICADOS Y ADEMÁS SI EL PORCENTAJE DE VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES ES SUPERIOR AL MÍNIMO ADMISIBLE (TAMBIÉN SE DEBEN VERIFICAR LOS VACIÓS LLENOS CON ASFALTO.)
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PARA EL 6.4% DE CEMENTO ASFÁLTICO, LAS PROPIE DADE DE LA MEZCLA SON LAS SIGUIENTES:
a) ESTABILIDAD (LIBRAS) =
2925 ( 1330 Kg )
b.-) FLUJO (1/100 PULGADAS) =
14.5 ( 3,9 mm )
c.-) % VACÍOS CON AIRE =
4.9
d.-) % VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES=
19.0
e.-) % VACÍOS LLENOS CON ASFALTO =
74,2
EL EJERCICIO TAMBIEN PUEDE HACERSE INVOLUCRANDO EN EL PROMEDIO LOS VACÍOS LLENOS CON ASFALTO PARA EL RANGO DE TRÁNSITO MEDIO QUE SE ENCUENTRA ENTRE 65 % Y 78 % ( PROMEDIO 72% ). PARA ESTE VALOR EL PORCENTAJE DE ASFALTO ES 6,0 %. PARÁMETRO
LECTURA EN LA CURVA % DE ASFALTO
PARA DENSIDAD MÁXIMA
6,3%
PARA MÁXIMA ESTABILIDAD
5,8%
PARA 4% DE VACÍOS CON AIRE ( VALOR PROMEDIO 7,2% ENTRE 3 Y 5 INDICADO EN LA TABLA 5.3 PARA CAPAS DE RODADURA EN CONCRETO ASFÁLTICO) PARA 70% DE VACIÓS LLENOS DE ASFALTO
6,0% 6,3%
CONTENIDO PROMEDIO DE CONCRETO ASFÁLTICO
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PARA EL 6.3% DE CEMENTO ASFÁLTICO, LAS PROPIE DADE DE LA MEZCLA SON LAS SIGUIENTES:
a) ESTABILIDAD (LIBRAS) =
2940 ( 1336 Kg )
b.-) FLUJO (1/100 PULGADAS) =
14.4 ( 3,7 mm )
c.-) % VACÍOS CON AIRE =
5,0
d.-) % VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES=
19.0
e.-) % VACÍOS LLENOS CON ASFALTO =
73,7
SI, POR EJEMPLO, LA VÍA PARA LA CUAL SE ESTÁ DISEÑANDO LA MEZCLA SE ESPERA QUE TENGA UN TRÁNSITO MEDIO, PUEDE APRECIARSE EN LA TABLA SIGUIENTE SU CUMPLIMIENTO EN RELACIÓN CON LOS REQUISITOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO Y EL INVIAS, SÍ SE TRATA DE UNA CARPETA DE RODADURA ( TAMAÑO MÁX 3 / 4 ― ).
COMO PUEDE OBSERVARSE EN LA TABLA CON UN CONTENIDO DE ASFALTO DEL 6,3% SE CUMPLEN LOS CRITERIOS EXIGIDOS POR EL INSTITUTO DEL ASFALTO Y EL INVÍAS, PARA UNA CARPETA ASFÁLTICA QUE SOPORTARÁ TRÁNSITO MEDIANO. INVIAS TRÁNSITO MEDIO 5 X 105 – 5 X 106 ESTABILIDAD 750 Kg 1650 Lb FLUJO
INSTITUTO DEL ASFALTO 545 Kg 1200 Lb
2 mm – 4 mm 2 – 4 mm 8 – 16 1/100‖ 8 – 16 1/100‖
RESULTADOS DE DISEÑO EJEMPLO CON 6,3% 1336 Kg 3,7 mm
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VACÍOS CON AIRE VAC OS EN LOS AGREGADOS MINERALES MEZCLA MDC-2 VACÍOS LLENOS DE ASFALTO
3% – 5 %
3% – 5 %
5,0
15 %
14%
19
65 – 78 %
65 -78 %
73,7
DE MANERA INFORMATIVA IGUALMENTE SE PRESENTAN LAS TABLAS 5.3 Y 5.4 CONTENIDAS EN EL LIBRO DE FERNANDO SÁNCHEZ SABOGAL QUE CORRESPONDE A LOS ANTERIORES REQUISITOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO
65
66
CUANDO CON EL PORCENTAJE DE ASFALTO CALCULADO NO SEA POSIBLE CUMPLIR LOS REQUISITOS ESTABLECIDOS, DEBERÁN HACERSE ALGUNOS AJUSTES, TALES COMO LOS INDICADOS EN LA TABLA 5.5. SIN EMBARGO, SI NI SIQUIERA DE ESE MODO SE PUEDEN SATISFACER LOS CRITERIOS DE DISEÑO, PUEDEN PERMITIRSE UNA TOLERANCIA DE 1% EN LOS VACÍOS CON AIRE, , PERO POR NINGÚN MOTIVO SE PODRÁ ACEPTAR QUE EL VALOR DEL
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FLUJO SEA MAYOR AL PERMITIDO, NI LA ESTABILIDAD INFERIOR DE LA EXIGIDA. (VER TABLA 5.5,)
16.6-) . APLICACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EL VALOR ÓPTIMO OBTENIDO EN EL DISEÑO ES EL PORCENTAJE DE CEMENTO ASFÁLTICO QUE DEBE INTERVENIR EN LA MANUFACTURA DE LA
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MEZCLA EN LA OBRA, EMPLEANDO EL MISMO TIPO DE AGREGADOS Y ASFALTO UTILIZADOS EN EL DISEÑO DE LABORATORIO. SIN EMBARGO, COMO DURANTE EL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN ES POSIBLE QUE SE PRESENTEN MODIFICACIONES EN LA GRADACIÓN DE LOS AGREGADOS, EL INGENIERO DE CONTROL DEBERÁ ESTAR ATENTO PARA ORDENAR TODOS LOS AJUSTES QUE CONSIDERE NECESARIOS. DURANTE LA PRODUCCIÓN DE MEZCLAS EN PLANTA, ADEMÁS DEL CONTROL DEL PORCENTAJE DE CEMENTO ASFÁLTICO AÑADIDO, DEBERÁ LLEVARSE UNA CUIDADOSA INVESTIGACIÓN DE LA ESTABILIDAD, FLUJO Y DENSIDAD DE LAS MEZCLAS.
16.7-) ALGUNAS OBSERVACIONES ADICIONALES SOBRE EL EFECTO DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES EN LOS RESULTADOS DEL ENSAYO MARSHALL AL IGUAL QUE EN OTROS ENSAYOS MECÁNICOS, LOS RESULTADOS DEL ENSAYO MARSHALL SON AFECTADOS POR LAS PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS Y LAS DEL ASFALTO QUE INTERVIENE EN LA MEZCLA, COMO DE MANERA MUY RESUMIDA SE INDICA A CONTINUACI6N.
16,7.1 EFECTO DE LOS AGREGADOS
a.-) AL INCREMENTARSE EL TAMAÑO MÁXIMO DE LOS AGREGADOS AUMENTA LA ESTABILIDAD
b.-) CON RELACIÓN AL TIPO DE AGREGADO, SE PUEDE PREDECIR QUE UN AGREGADO CON PARTÍCULAS SIN TRITURACIÓN, LISAS Y REDONDAS, PRODUCIRÁ MENOR ESTABILIDAD QUE UNO TRITURADO CON PARTÍCULAS CUYA SUPERFICIE SEA ÁSPERA CON SUS BORDES DUROS. ESTO ES VÁLIDO TANTO PARA LOS AGREGADOS GRUESOS COMO PARA LOS FINOS. SI SE MEZCLAN AGREGADOS GRUESOS DE TEXTURA ÁSPERA CON FINOS DE SUPERFICIE LISA, LA ESTABILIDAD CRECE CON LA PROPORCIÓN DE
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GRUESOS HASTA VALORES DEL ORDEN DEL 50%, POR ENCIMA DE LOS CUALES LA MEZCLA PIERDE ESTABILIDAD. LA TENDENCIA EN EL FLUJO ES EN ESTE CASO INVERSA A LA DE LA ESTABILIDAD.
c.-) EN LO QUE SE REFIERE AL LLENANTE MINERAL, AL AUMENTAR SU CANTIDAD SE REDUCE EL CONTENIDO NECESARIO DE ASFALTO (PARA CONSERVAR EL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE) Y SE OBTIENEN AUMENTOS IMPORTANTES DE ESTABILIDAD, MIENTRAS LAS VARIACIONES EN EL FLUJO NO SON DE CONSIDERACIÓN.
16.7.2 EFECTO DE CEMENTO ASFÁLTICO RESPECTO DEL GRADO Y/O TIPO DE ASFALTO UTILIZADO EN EL ENSAYO MARSHALL TIENE GRAN EFECTO EN LA ESTABILIDAD, PERO MUY POCO EN EL VALOR DE FLUJO. ENTRE MÁS VISCOSO SEA EL ASFALTO, MAYOR SERÁ LA ESTABILIDAD OBTENIDA PARA UN PORCENTAJE DADO DE ÉSTE.
16.7.3 EFECTO DE LA COMPACTACIÓN EL NIVEL DE COMPACTACIÓN DE LAS PROBETAS DEPENDE DEL NÚMERO DE GOLPES POR CARA QUE SE APLIQUE DURANTE EL ENSAYO. ENTRE MAYOR SEA, MÁS ALTAS SERÁN LAS DENSIDADES OBTENIDAS Y MENORES LOS CONTENIDOS ÓPTIMOS DE ASFALTO REQUERIDOS. ADEMÁS, EL COMPACTAR A ALTAS TEMPERATURAS PRODUCE AUMENTOS EN LA DENSIDAD Y LA ESTABILIDAD Y MENORES CONTENIDOS ÓPTIMOS DE ASFALTO.
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16.8-) RESUMEN SOBRE CAUSALES Y EFECTOS DE PROPIEDADES QUE SE DEBEN CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
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16.9-) CAUSAS DEL ERROR EN EL ENSAYO
a.-) ERRORES EN LA DOSIFICACIÓN DE LOS MATERIALES PARA LA MEZCLA. b.-) TEMPERATURAS DE MEZCLA Y COMPACTACIÓN INADECUADAS. c) BAJA TEMPERATURA DE LAS PROBETAS EN EL INSTANTE EN QUE SE
CARGAN Y/O LECTURAS INCORRECTAS EN LOS DIALES DE ESTABILIDAD Y FLUJO.
d.-) ERRORES EN LAS PESADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS PESOS ESPECÍFICOS. SE HA ENCONTRADO QUE SI LOS PESOS NO SE DETERMINAN CON APROXIMACIÓN AL DÉCIMO DE GRAMO, EL ERROR QUE PUEDE COMETERSE EN LA DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE VACÍOS CON AIRE PUEDE LLEGAR HASTA 1.6% SUPONIENDO QUE EL RESTO DEL ENSAYO SE REALICE EN FORMA CORRECTA.
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SI SE RECUERDA QUE EL PORCENTAJE DE VACÍOS CON AIRE ACEPTADOS PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO PUEDE VARIAR EN UN 2% (ENTRE 3 Y 5 %), SE CONCLUYE QUE EN UN CASO EXTREMO PODRÍA LLEGARSE A COMETER UN ERROR DEL 80% SI BIEN EN CASOS NORMALES EL ERROR ES MUCHO MENOR, ESTO NO EXIME EL ÉNFASIS DE ESTA RECOMENDACIÓN.
GRANULOMETRÍA PARA MEZCALS ASFÁLTICAS EN CALIENTE INV-450 -2
TAMIZ Normal Alterno 1‖ 25.0 mm 3 4‖ 19.0 mm 1 2‖ 12.5 mm 3 8‖ 9.5 mm 4.75 mm No.4 2.00 mm No.10 425 m No.40 180 m No.80 75 m No.200
PORCENTAJE QUE PASA MDC-0 MDC-1 MDC-2 MDC-3 100 100 80-100 80-100 100 65-80 67-85 80-100 55-70 60-77 70-88 100 40-55 43-59 49-65 65-87 24-38 29-45 29-45 43-61 9-20 14-25 14-25 16-29 6-12 8-17 8-17 9-19 3-7 4-8 4-8 5-10
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APENDICE DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO MAXIMO DE UNA MEZCLA ASFALTICA ( RICE ) OBJETO DEL ENSAYO EL PESO ESPECÍFICO MÁXIMO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA SIN VACÍOS CON AIRE (NO COMPACTADA), SE DETERMINA POR MEDIO DEL MÉTODO DESARROLLADO POR JAMES RICE Y SU VALOR ES NECESARIO PARA CONOCER EL PORCENTAJE DE ASFALTO ABSORBIDO POR LOS AGREGADOS Y EL VOLUMEN REAL DE LOS VACÍOS CON AIRE QUE TENDRÁ CUANDO SE ENCUENTRE COMPACTADA.
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EL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ES EN TÉRMINOS GENERALES SIMILAR AL EMPLEADO PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS PESOS ESPECÍFICOS DE LOS AGREGADOS FINOS.
EQUIPO PARA EL ENSAYO RECIPIENTE DE VIDRIO DE CAPACIDAD MÍNIMA DE SUFICIENTEMENTE FUERTE PARA RESISTIR VACÍO PARCIAL.
1000
CM3,
BALANZA, TAPONES PARA EL RECIPIENTE DE VIDRIO, MANGUERA DE CAUCHO, ESPÁTULA, PALUSTRE, BAÑO DE AGUA, MÁQUINA PARA HACER VACÍO, ETC.
CALIBRACIÓN DEL FRASCO
.
EL FRASCO DEBE CALIBRARSE PARA DETERMINAR EXACTAMENTE EL PESO DEL AGUA A 25°C QUE PUEDA LLENARLO. EL PESO DEL FRASCO MÁS EL AGUA A ESTA TEMPERATURA SE LLAMARÁ D.
MUESTRA PARA EL ENSAYO SIMULTÁNEAMENTE CON LA PREPARACIÓN DE LAS MEZCLAS PARA EL ENSAYO MARSHALL ( VER NUMERAL 16.4.4 ) , SE ELABORA OTRA MUESTRA PARA ESTA PRUEBA Y PARA CADA CONTENIDO DE CEMENTO ASFÁLTICO EMPLEADO. EL TAMAÑO DE LA MUESTRA PARA LA DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO DEPENDE DEL TAMAÑO MÁXIMO DE LAS PARTÍCULAS DEL AGREGADO QUE VA A EMPLEARSE ( VER TABLA 5.6 ) .
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EN CASO DE QUE LA MUESTRA SEA MAYOR A LA CAPACIDAD DEL FRASCO, DEBERÁ ENSAYARSE POR PARTES.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
a.-) LA MUESTRA DEBE DESMENUZARSE SIN PARTIR LAS PARTÍCULAS, DE
MANERA QUE LA PORCIÓN DE AGREGADO FINO NO TENGA TAMAÑOS MAYORES A 1/4‖. SI ESTO NO PUEDE HACERSE, SE DEBERÁ CALENTAR AL HORNO EN UNA BANDEJA PLANA, PERO SOLAMENTE EL TIEMPO NECESARIO PARA PODER DESMENUZARLA.
b.-) SE PERMITE QUE LA MEZCLA DE ENSAYO ALCANCE LA TEMPERATURA AMBIENTE, SE COLOCA DENTRO DELFRASCO Y SE PESA. LA DIFERENCIA
80
ENTRE ESTE PESO Y EL DEL FRASCO VACÍO, SERÁ EL PESO DE LA MUESTRA EN EL AIRE (A).
c.-) SE AÑADE UNA CANTIDAD DE AGUA A 25°C, TAL QUE ALCANCE A CUBRIR LA MUESTRA DEL ENSAYO.
d.-) SE REMUEVEN LAS BURBUJAS DE AIRE ATRAPADO, EXPONIENDO EL
CONTENIDO DEL FRASCO A VACÍO PARCIAL DURANTE 15 +/- 2 MINUTOS. EL FRASCO DEBE AGITARSE A INTERVALOS DE 2 MINUTOS CON EL FIN DE AYUDAR A REMOVER LAS BURBUJAS.
e.-) SE LLENA EL FRASCO CON AGUA, SE LLEVA A UN BAÑO A UNA
TEMPERATURA DE 25°C Y LUEGO SE PESA . LLÁMESE ―E‖ A DICHO PESO.
CÁLCULOS EL PESO ESPECÍFICO MÁXIMO MEDIDO SE DETERMINA MEDIANTE LA EXPRESIÓN A Gmm = ---------------A- ( E- D )
A = PESO DE LA MUESTRA D = PESO DEL FRASCO + AGUA E = PESO DEL FRASCO + AGUA + MUESTRA SUMERGIDA
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84
