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pavimentos
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DISEÑO DE MEZCLAS
ASFALTICAS
EN CALIENTE
Ing. José Luis Ponce Filios
A S P H A L T I N S T I T U T E
MANUAL SERIES No 22 (MS –22)
CARACTERISTICAS QUE DEBEMOS
OBTENER EN LA MEZCLA
Suficiente asfalto para garantizar un pavimento durable.
Adecuada estabilidad para que satisfaga las demandas de tránsito sin producir deformación o desplazamiento.
Un contenido de vacíos lo suficientemente alto para permitir una ligera cantidad de compactación adicional bajo las cargas del tránsito sin que se produzca exudación o perdida de estabilidad.
Suficiente trabajabilidad para permitir una colocación eficiente sin segregación.
METODO MARSHALL DE
DISEÑO DE MEZCLAS
OBJETIVO: Determinar el contenido óptimo de
asfalto para una combinación específica de
agregados.
El método también provee información sobre
propiedades de la mezcla asfáltica en caliente y
establece densidades y contenidos óptimos de
vacío que deben ser cumplidos durante la
construcción del pavimento.
LABORATORIO
ELABORACIÓN DE BRIQUETAS
Número de Briquetas
Selección del Agregado
Mineral
Selección del Ligante
Temperatura
Mezclado
Número de Golpes
Manipuleo de Testigos
Rotura Marshall
Se observan Probetas
en el Aparato
Marshall
ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA
El ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia ala deformación de la mezcla. La fluencia, mide ladeformación bajo carga, que ocurre en la mezcla.
El aparato Marshall es un dispositivo que aplica una carga sobre la probeta, y de unos medidores de carga y deformación (fluencia) .
La falla está definida como la carga máxima que la briquetapuede resistir.
La carga de falla es el valor de estabilidad Marshall y lalectura del medidor de fluencia se registra como la fluencia
Lecturas del Calibrador, Prueba Marshall de Estabilidad.
VALOR DE ESTABILIDAD Y VALOR
DE FLUENCIA MARSHALL
El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente.
La fluencia Marshall, medida encentésimas de pulgada, representa ladeformación de la briqueta, aquellasque tienen valores altos de fluencia sonconsideradas demasiado plásticas, ytienen tendencia a deformarsefácilmente bajo las cargas de tránsito.
Probeta Marshall y Lectura
del Medidor de Fluencia.
ANALISIS DE LOS RESULTADOS DEL
ENSAYO MARSHALL
Graficando los resultados: Se trazan los resultados en gráficas
para entender las características particulares de cadaprobeta usada en la serie. Mediante el estudio de las gráficas
se puede determinar cuál probeta de la serie cumple mejor
los criterios establecidos para el pavimento terminado. Las
proporciones de asfalto y agregado se convierten en las
proporciones usadas en la mezcla final.
GRAFICOS DE LOS RESULTADOS
MARSHALL
Porcentaje de vacíos
Porcentaje de vacíos en el agregado
mineral
Porcentaje de vacíos llenos de asfalto
Pesos unitarios
Valores de estabilidad marshall
Valores de fluencia marshall
EJEMPLO DE GRAFICAS PARA LOS RESULTADOS
DE UNA SERIE DE CINCO PROBETAS MARSHALL
GRAFICO N° 4
2370.00
2390.00
2410.00
2430.00
2450.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
Peso
Un
ita
rio
, k
g/m
3
GRAFICO N° 6
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
Flu
en
cia
, 0
.25
mm
GRAFICO N° 5
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
Est
ab
ilid
ad
, k
N
GRAFICO N° 1
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
Va
cio
s,
po
r c
ien
to
GRAFICO N° 3
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
VF
A,
po
r c
ien
to
GRAFICO N° 2
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
Contenido de Asfalto por ciento
VM
A,,
po
r c
ien
to
OBSERVACIONES DE LOS
RESULTADOS MARSHALL
El porcentaje de vacíos disminuye a medida que aumenta elcontenido de asfalto.
El VMA disminuye hasta un valor mínimo, y luego aumenta conaumentos en el contenido de asfalto.
El VFA aumenta con aumentos en el contenido de asfalto
La curva para el peso unitario de la mezcla es similar a la curva deestabilidad, excepto que el peso unitario máximo se presenta a uncontenido de asfalto ligeramente mayor que el que determina lamáxima estabilidad
Sólo hasta cierto punto ,los valores de estabilidad aumentan amedida que el contenido de asfalto aumenta.
Los valores de fluencia aumentan con aumentos en el contenido deasfalto.
VERIFICANDO LOS CRITERIOS DE DISEÑO
Usando los datos de la figura 3.18, podemos observar que elcontenido de asfalto (Gráf. 1), para un contenido de vacíosde 4 por ciento, es de 4.7 por ciento.
Los valores de las otras propiedades de la mezcla son luegorevisados para garantizar que cumplen con los criterios dediseño Marshall. Refiriéndonos de nuevo a las gráficas de laFigura 3.18, encontramos que un contenido de asfalto de 4.7por ciento:
• Estabilidad (Gráfico 5) = 10,200 N (2,300 lbf)
• Fluencia (Gráfico 6) = 9
• Porcentaje de VFA (Gráfico 3) = 70
• Porcentaje de VMA (Gráfico 2) = 14
Podemos ahora comparar estos valores con los valoresrecomendados por el Instituto del asfalto (U.S.A.) en losCriterios de Diseño Marsall (Figura 3.19), para una mezclasuperficial con tránsito pesado.
El valor de estabilidad de 10,200 N (2,300 lbf) excede el criterio
mínimo de 8,007 N (1,800 lbf). El valor de flujo (de 9) cae
dentro del margen establecido por los criterios, el cual es de 8
a 14. El porcentaje de vacíos llenos de asfalto (VFA) cae
dentro del margen establecido por los criterios, el cual es de
65 a 75.
El porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral
también puede ser revisado usando el grafico de Porcentaje
mínimo de VMA, donde debe ser comparado con el VMA de
la graduación del agregado en cuestión.
CRITERIOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (U.S.A.)
PARA EL DISEÑO MARSHALL
NOTAS
1 Todos los crriterios y no solo estabilidad, deben ser considerados al diseñar una mezcla asfaltica de pavimentación. Las mezclasasfalticas en caliente de base que no cumplan esos criterios, cuand se ensayen a 60°C, se consideraran satisfactorias si cumplen loscriterios cuando se ensayan a 38°C, y si se colocan a 100mm o mas por debajo de la superficie. Estas recomendaciones se aplicansolamente a las regiones de EEUU. En las regiones que tengan condiciones climáticas mas extremas puede ser necesario usartemperaturas más bajas de ensayo.
2 Clasificación del Transito.Liviano Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño < 104Mediano Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño entre 104 y 106Pesado Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño > 106
3 Los esfuerzos de compactación en el laboratorio deberán aproximarse a la densidad máxima obtenida en el pavimento bajo el transito.
4 Los valores de fluencia se refieren al punto en donde la carga comienza a disminuir
5 Cuando se este calculando el porcentaje de vacios, deberá permitirse cierta tolerancia en la porción de cemento asfaltico perdida por absorción en las partículas del agregado.
6 El porcentaje de vacios en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso específico total ASTM del agregado.
Criterios para mezcla del metodo marshall
Transito LivianoCarpeta y Base
Transito Mediano Transito Pesado
Min. Max. Min. Max. Min. Max.
Compactación, número de golpes en cada cara de la probeta
35 50 75
Estabilidad en Newton 3336 5338 8006
Flujo, 0.25 mm (0.01 pulgadas) 8 18 8 16 8 14
Porcentaje de vacios 3 5 3 5 3 5
Porcentaje de vacios en el agregado mineral (VMA) (ver figura)
Porcentaje de vacios llenos de asfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75
PORCENTAJE MINIMO DE VMA
1. Especificación Normal para Tamaños de Tamices usados en Pruebas, ASTM E 11 (AASTO M
92)
2. El tamaño máximo nominal de partícula es un tamaño más grande que el primer tamiz que
retiene mas de 10 % de material.
3. Interpole el VMA mínimo para los valores de vacíos de diseño que se encuentren entre los que
estan citados.
TAMAÑO MÁXIMO
En mm.
Porcentaje
VMA MINIMO, POR CIENTO
Vacíos de Diseño, por ciento 3
mm In. 3.0 4.0 5.0
1.18 N° 16 21.5 22.5 23.5
2.36 N° 8 19.0 20.0 21.0
4.75 N° 4 16.0 17.0 18.0
9.50 3/8 14.0 15.0 16.0
12.50 1/2 13.0 14.0 15.0
19.00 3/4 12.0 13.0 14.0
25.00 1.0 11.0 12.0 13.0
37.50 1.5 10.0 11.0 12.0
50 2.0 9.5 10.5 11.5
63 2.5 9.0 10.0 11.0
