DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS METODO MARSHALL
ILUSTRACION DEL VMA EN UNA PROBETA DE MEZCLA COMPACTADA
2
METODOLOGÍA MARSHALL MARSHALL DE DISEÑO DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS ASFÁLTICAS
•
Primer paso: determinación de proporción de agregados (diseño de mezcla de agregados: dos o tres materiales).
•
Método aproximado: •
Si se tienen dos agregados (AG y AF), de la especificación hallar el porcentaje promedio que retiene el tamiz Nº 4 (4.75 mm) y probar asignándole ese porcentaje al AG (la diferencia al AF).
•
Si se tiene tres materiales (AG, AF y más fino), igual que anterior para AG. Luego, de la especificación hallar el promedio de pasa tamiz Nº 200 (0.075 mm) y asignarle este valor proporcional proporcional a la parte más fina. La diferencia se asigna al AF AF (probar).
4
•
Mezcla de tres materiales: % de mezcla de cada agregado
Agregado
A
B
C
% en la mezcla
X%
Y%
Z%
% que pasa Tamiz
Abert mm
A
B
C
MEZCLA
1
25,400
a1
B1
c1
a1.X + b1.Y + c1.Z
100,00
100,00
3/4
19,100
a2
b2
c2
a2.X + b2.Y + c2.Z
80,00
100,00
1/2
12,700
a3
b3
c3
a3.X + b3.Y + c3.Z
67,00
85,00
3/8
9,525
a4
b4
c4
60,00
77,00
4
4,760
a5
b5
c5
43,00
54,00
10
2,000
a6
b6
c6
29,00
45,00
40
0,426
a7
b7
c7
14,00
25,00
80
0,200
a8
b8
c8
8,00
17,00
200
0,074
a9
b9
c9
4,00
8,00
…
….
….
….
….
a9.X + b9.Y + c9.Z
ESPECIFICACIÓN
5
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS •
Segundo paso: de acuerdo con la granulometría de la mezcla de agregados, se calcula un porcentaje de asfalto definido como óptimo. De acuerdo con el Instituto del Asfalto: P = 0.0345a + 0.045b + Nc + F P: porcentaje de asfalto en peso, del total de la mezcla a: porcentaje de agregado retenido en el tamiz Nº 8 (2.36 mm) b: porcentaje que pasa Nº 8 y retiene tamiz Nº 200 c: porcentaje que pasa tamiz Nº 200 Si c está entre 11 y 15 %, N = 0.15 si c está entre 6 y 10 %, N = 0.18 Si c es 5 % o menos, N = 0.20 F: factor de corrección (0.8)
6
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
•
Se redondea el valor P obtenido y se fijan dos valores hacia arriba y dos hacia abajo, cada 0.5 %.
•
Para cada uno de los 5 porcentajes, se preparar por lo menos 3 probetas.
•
Se calientan los agregados y se mezclan.
•
Se calienta molde y martillo.
•
Se compacta la mezcla. Se deja enfriar.
7
Equipo de Laboratorio: Metodología Marshall
8
Selección de agregados
Peso del agregado
9
Peso del asfalto
Colocación del asfalto
10
Mezclado
Verificación de mezclado 11
Equipo de compactación: Base Martillo Molde
12
Compactación de la mezcla
13
Medición de probetas
14
Peso al aire
Peso sumergido 15
Probetas marcadas
16
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
•
Las briquetas se sumergen en agua durante 4 horas.
•
Se determina la estabilidad y el flujo en el aparato Marshall: •
La carga necesaria para producir la rotura de la briqueta es el valor de estabilidad Marshall.
•
Al mismo tiempo se mide la deformación a la que se llega con la carga máxima, que es el valor del flujo.
•
Se realiza el análisis de densidad: vacíos de mezcla (VMA).
17
Muestra sometida a inmersión en baño de agua 18
ENSAYO MARSHALL
19
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS Datos de diseño: •
% de asfalto en peso de la mezcla, % Asf
•
% de agregado grueso en peso de la mezcla, % AG
•
% de agregado fino en peso de la mezcla, % AF
•
Peso específico nominal (bulk) del AG: γAG
•
Peso específico nominal (bulk) del AF: γAF
•
Peso específico del cemento asfáltico (aparente), γ´Asf
•
Peso específico aparente del AG: γ´AG
•
Peso específico aparente del AF: γ´AF
•
Peso de la briqueta Marshall al aire: Wa
•
Peso de la briqueta Marshall sumergida en agua: Ww 20
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Cálculos: •
Peso específico Bulk de la briqueta o Densidad Marshall: W a W a W w
DM •
Peso específico máximo teórico (Densidad Teórica o Densidad Rice): DT
% AG ´ AG
100 % AF ´ AF
% Asf ´ Asf
21
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Cálculos: •
Porcentaje de Vacíos (VA):
VA 1
•
DM
*100
DT
Peso específico Bulk del agregado total: % AG % AF G sb % AG % AF
AG
AF
22
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Cálculos: •
Porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA): VMA 100 (% AG % AF )
•
DM G sb
Porcentaje de vacíos llenos de asfalto (VFA):
VMA VA *100 VMA
VFA
23
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Cálculos: •
Peso específico efectivo del agregado total: 100 % Asf G se 100 % Asf Asf DT
•
Porcentaje de asfalto absorbido por el agregado total:
G G sb * Asf *100 P ba se G se * G sb 24
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
•
Para seleccionar el porcentaje óptimo de asfalto se procede de la siguiente manera:
•
Se dibujan los siguientes 06 gráficos aproximando curvas: •
% asfalto vs VA
•
% asfalto vs VMA
•
% asfalto vs DM
•
% asfalto vs VFA
•
% asfalto vs Estabilidad
•
% asfalto vs Flujo
25
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
26
METODOLOGÍA MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
•
Se elige como óptimo de asfalto el contenido promedio de los valores correspondientes a la máxima estabilidad, peso específico y al VA promedio, igual a 4 %.
•
Además, para el óptimo calculado se evalúan las demás propiedades (flujo, VMA y VFA) comparándolas con las especificaciones.
•
Si no cumplen, se ajusta o se hace un nuevo diseño.
27
28
29
30
EJEMPLO DE DISEÑO •
Paso 1: diseño de mezclas de agregados
•
Previamente, selección de agregados: Ag. Grueso: Piedra chancada de cantera Sojo TM: 1” Ag. Fino: dos tipos, de Cantera Sojo y Cantera Cerro Mocho
31
EJEMPLO DE DISEÑO Ensayos realizados al agregado grueso: •
Granulometría del agregado grueso
•
Peso especifico y absorción: 1.03 % de absorción
•
Peso unitario suelto y compactado
•
Ensayo de abrasión de Los Ángeles: desgaste de 16 %
•
Afinidad con el asfalto:
•
la mezcla con PEN logró un recubrimiento mayor al 95 % con 0.5 % de aditivo mejorador de adherencia
•
Sin aditivo, el recubrimiento en la mezcla con PEN fue de 80 % (no cumple con la especificación). 32
EJEMPLO DE DISEÑO •
Ensayos realizados al agregado fino: •
Granulometría del agregado fino (tamizado vía húmeda).
•
Peso especifico y absorción: •
1.78 % absorción de cantera Sojo
•
1.73 % absorción de Cantera Cerro Mocho
•
Peso unitario suelto y compactado.
•
Afinidad con el asfalto (Readel Weber): •
Cantera Sojo con PEN, se obtuvo grado 4 con 0.75 % de aditivo mejorador de adherencia. Sin aditivo obtuvo grado 1.
•
Cantera Cerro Mocho con PEN, grado 4 con 1 % de aditivo. Sin aditivo, grado 0. 33
EJEMPLO DE DISEÑO •
Mezcla de agregados: % de mezcla de cada agregado
Agregado
1
2
3
1 Arena de Sojo
% de mezcla
0,3
0,15
0,55
2 Arena Cerromocho
3 Grava Sojo
% que pasa Tamiz
Abert mm
1
2
3
Mezcla
Especificación
1
25,400
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
3/4
19,100
100,00
100,00
94,43
96,94
80,00
100,00
1/2
12,700
100,00
100,00
62,46
79,35
67,00
85,00
3/8
9,525
100,00
100,00
46,00
70,30
60,00
77,00
4
4,760
94,98
98,66
5,79
46,48
43,00
54,00
10
2,000
83,10
75,98
0,00
36,33
29,00
45,00
40
0,426
55,00
14,80
0,00
18,72
14,00
25,00
80
0,200
30,00
6,00
0,00
9,90
8,00
17,00
200
0,074
12,00
5,00
0,00
4,35
4,00
8,00 34
EJEMPLO DE DISEÑO •
Curva granulométrica de mezcla de agregados:
Granulometr ia Mezcla de agregados
100 90 80 a s a p e u q e j a t n e c r o p
70 60
especif. inferior
50
especif. superior
40
mezcla
30 20 10 0 25,400
19,100
12,700
9,525
4,760
2,000
abertura de m alla
0,426
0,200
0,074 35
EJEMPLO DE DISEÑO •
Paso 2: De acuerdo con el Instituto del Asfalto: P = 0.0345a + 0.045b + 0.20c + 0.80 a: porcentaje retenido en el tamiz Nº 08: 62.00 % b: porcentaje que pasa Nº 08 y retiene tamiz Nº 200: 33.65 % c: porcentaje que pasa tamiz Nº 200: 4.35 % P = 5.322
Entonces, los porcentajes seleccionados para la preparación de mezcla serán: 4.0 – 4.5 – 5.0 – 5.5 – 6.0 En todos los casos, se adiciona 1 % de aditivo mejorador de adherencia. 36
EJEMPLO DE DISEÑO •
Se prepara aprox. 1,100 gr. de mezcla asfáltica para cada porcentajes de asfalto (3 briquetas):
•
Tener en cuenta la proporción adecuada de agregados.
•
Mezcla de agregados:
•
•
Grava Sojo: 55 %
•
Arena Sojo: 30 %
•
Arena Cerro Mocho: 15 %
Por ejemplo: 4 % de asfalto
: 44.0 gr
1 % de aditivo (con respecto al asfalto)
: 0.44 gr (0.04 % del total)
55 % de grava de lo que resta
: 0.55*(1100 44 0.44) = 580.56 gr (52.78 %)
30 % arena Sojo
: 0.30*(1100 44 0.44 ) 316.67 gr (28.79 %)
15 % arena Cerro Mocho
: 0.15* (1100 44 0.44) = 158.34 gr (14.39 %)
–
–
–
–
–
–
37
EJEMPLO DE DISEÑO •
Proporción de materiales para la mezcla asfáltica:
Porcentaje en peso de mezcla total Cemento Asfáltico
4,0%
4,5%
5,0%
5,5%
6,0%
Aditivo
0,040%
0,045%
0,050%
0,055%
0,060%
Grava Sojo
52,78%
52,50%
52,22%
51,94%
51,67%
Arena Sojo
28,79%
28,64%
28,49%
28,33%
28,18%
Arena Cerro Mocho
14,39%
14,32%
14,24%
14,17%
14,09%
38
EJEMPLO DE DISEÑO •
Proporción de materiales para la mezcla asfáltica:
Cantidad de mezcla necesaria para preparar tres briqueta:
1.100,00
gr
Cemento asfáltico (gr)
44,00
49,50
55,00
60,50
66,00
Aditivo (gr)
0,44
0,50
0,55
0,61
0,66
Grava de Sojo (gr)
580,56
577,50
574,45
571,39
568,34
Arena Sojo (gr)
316,67
315,00
313,34
311,67
310,00
Arena Cerro Mocho (gr)
158,33
157,50
156,67
155,83
155,00 39
Resultados (promedios) para todos los contenidos de asfalto Resultados para todos los contenidos de cemento asfáltico
% cemento asfáltico 4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
Porcentaje de grava (%)
52,78
52,50
52,22
51,94
51,67
Porcentaje de arena (%)
43,17
42,96
42,73
42,50
42,27
Peso específico del Cemento asfáltico (gr/cm3)
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
Peso específico bulk de la grava (gr/cm3)
2,72
2,72
2,72
2,72
2,72
Peso específico aparente de la grava (gr/cm3)
2,80
2,80
2,80
2,80
2,80
Peso específico bulk de la arena (gr/cm3)
2,57
2,57
2,57
2,57
2,57
Peso específico aparente de la arena (gr/cm3)
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
Peso de la briqueta al aire (gr)
1120,70
1134,53
1137,23
1143,47
1158,63
Peso de la briqueta en agua (gr)
632,80
645,70
650,60
660,60
670,37
Volumen de la briqueta (cm3)
487,90
488,83
486,63
482,87
488,26
Peso específico bulk de la briqueta (gr/cm3)
2,30
2,32
2,34
2,37
2,37
Peso específico teórico máximo (gr/cm3)
2,50
2,48
2,46
2,44
2,42
Porcentaje de vacíos (VA) (%)
8,01
6,28
4,85
2,79
1,80
Peso específico bulk del agregado total (gr/cm3)
2,64
2,64
2,64
2,64
2,64
Peso específico aparente del agregado total (gr/cm3)
2,72
2,72
2,72
2,72
2,72
Vacíos en el agregado mineral (VMA) (%)
16,33
15,90
15,76
15,09
15,36
Vacíos llenos de asfálto (VFA) (%)
50,95
60,52
69,24
81,51
88,31
Peso específico efectivo del agregado total
2,68
2,68
2,68
2,68
2,68
Asfalto absorbido por el agregado total (%)
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
40
EJEMPLO DE DISEÑO •
Cuadro resumen de resultados: Contenido de asfalto, por ciento
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
8,01
6,28
4,85
2,79
1,80
Contenido de asfalto, por ciento
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
VMA, por ciento
16,33
15,90
15,76
15,09
15,36
Contenido de asfalto, por ciento
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
VFA, por ciento
50,95
60,52
69,24
81,51
88,31
Contenido de asfalto, por ciento
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
2,30
2,32
2,34
2,37
2,37
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
6,29
7,05
7,89
8,17
8,08
Contenido de asfalto, por ciento
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
Flujo, 0,25mm
15,25
15,90
14,83
14,75
17,66
VA, por ciento
Peso específico, gr/cm3
Contenido de asfalto, por ciento Estabilidad, kN
41
% de vacíos vs Contenido de asfalto o t n e i c r o p , s o í c a V
9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
8,01 6,28 4,85
2,79 1,80
4, 00%
4, 50%
5,00%
5, 50%
5.25 %
6,00%
Contenido de asfalto, por ciento
Estabilidad vs Contenido de asfalto 9,00 8,00 N 7,00 k , d 6,00 a 5,00 d i l i 4,00 b a 3,00 t s E 2,00 1,00 0,00
7,89
8,17
8,08
7,05 6,29
4, 00%
5.50 %
4, 50%
5, 00%
5, 50%
6, 00%
Contenido de asfalto, por ciento
42
Peso específico vs Contenido de asfalto 2,38
2,37
2,36 3 m c / r g e . p
2,34
2,34
2,32 2,30
2,37
5.75 %
2,32 2,30
2,28
Óptimo de asfalto: (promedio) 5.50 %
2,26 2,24 4, 00%
4, 50%
5, 00%
5, 50%
6, 00%
Contenido de asfalto, por ciento
Fluencia vs Contenido de asfalto 20,00
m m 5 2 . 15,00 0 , a i c 10,00 n e u l F
17,66 15,25
15,90
14,83
14,75
Fluencia para 5.50 % de asfalto: 14.75 % (Dentro del límite)
5,00
4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
Contenido de a sfalto, por ciento
6,00% 43
VMA vs Contenido de asfalto 16,50 o t n 16,00 e i c 15,50 r o p 15,00 , A M14,50 V
16,33 15,90
15,76 15,09 15,07
14,00 4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
6,00%
Contenido de asfalto, por ciento
VMA cumple con el mínimo de especificación
VFA vs Contenido de asfalto 100,00 o t n e i c r o p , A F V
88,31
80,00 60,00 40,00
VFA cumple con especifícación
81,51 69,24 60,52 50,95
20,00 0,00 4,00%
4,50%
5,00%
5,50%
Contenido de asfalto, por ciento
6,00%
44
SOBRE EL PORCENTAJE DE VACIOS
45
SOBRE EL PORCENTAJE DE VACIOS
46
SOBRE EL PORCENTAJE DE VACIOS
47
SOBRE EL PORCENTAJE DE VACIOS
48
