diseÑo de mezclas asfÁlticas por el mÉtodo marshall

DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS POR EL MÉTODO MARSHALL


Originalmente desarrollado por Bruce Marshall (1939)

Procedimiento:

1. Selección del agregado

2. Selección del ligante asfáltico

3. Preparación de la muestra (inclusive compactación)

4. Determinación de la densidad empleando la estabilidad Marshall

5. Determinación de densidad y vacíos

6. Determinación del contenido óptimo del ligante asfáltico


EVALUACIÓN DEL AGREGADO

1. Determinación de las propiedades físicas:

- Abrasión y dureza

- Durabilidad

- Limpieza

- Forma y textura de las partículas

2. Caracterización del agregado:

- Tamaño y granulometría

- Absorción y gravedad específica

3. Efectuar el diseño de la mezcla para el agregado. A menudo los agregados son obtenidos de diferentes acopios. Se deben efectuar mezclas tentativas hasta encontrar la mezcla deseada.

- La granulometría no debe estar próxima a la regla de la curva de máxima densidad (0.45 potencia)


EVALUACIÓN DEL LIGANTE

El método Marshall no presenta un procedimiento para selección del ligante asfáltico.

Superpave.

PREAPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Típicamente se preparan 5 mezclas con tres muestras cada una (15 en total)

Luego, evaluando el desempeño de cada muestra puede obtenerse un contenido óptimo de ligante asfáltico.

En este sentido, las muestras de prueba deben contener distintos contenidos de asfalto por encima y por debajo del óptimo.


DETERMINACION DEL CONTENIDO OPTIMO DE LIGANTE ASFÁLTICO

Se preparan muestras preparadas variando los contenidos de asfalto de 0.5% en peso.

Cada muestra es calentada a la temperatura de compactación y compactada con el martillo Marshall

AASHTO T245


Ensayo de Estabilidad y Fluencia Marshall

La estabilidad determina la máxima carga soportada por el espécimen a una tasa de carga de 50.8 mm/min.

Durante la carga se registra el flujo plástico ocasionado por la carga.


Análisis de Densidad y de Vacíos

Masa específica aparente



El contenido óptimo de ligante asfáltico es finalmente encontrado basado en resultados combinados de estabilidad, flujo, densidad y volumen de vacíos.

Este puede ser determinado plotando los gráficos de:

- Contenido de ligante asfáltico Vs. Densidad. La densidad por lo general aumenta conforme el contenido asfáltico aumenta hasta un máximo y luego disminuye.

- Contenido de ligante asfáltico Vs. Estabilidad. La estabilidad por lo general aumenta conforme el contenido asfáltico aumenta hasta un máximo y luego disminuye.- Contenido de ligante asfáltico Vs. Flujo.

- Contenido de ligante asfáltico Vs. Vacíos. Los vacíos disminuyen conforme el ligante asfáltico aumenta.

- Contenido de ligante asfáltico Vs. Vacíos en el agregado mineral (VMA). % VMA disminuye conforme el ligante asfáltico aumenta. - Contenido de ligante asfáltico Vs. Vacíos llenos con asfalto (VFA). % VFA aumenta conforme el ligante asfáltico aumenta.



Finalmente se determina el contenido de ligante asfáltico que corresponde a un contenido medio de vacíos del 4%.

DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS POR EL MÉTODO SUPERPAVE

Strategic Highway Research Program SHRP

Establecido para reemplazar el método Marshall

Incorpora consideraciones relacionadas al tráfico y al clima

Los dispositivos de compactación usados en el Marshal son reemplazados por un compactador giratorio, siendo la energía de compactación empleada en la mezcla de diseño, relacionada con el tráfico a ser esperado.

Procedimiento

1. Selección del agregado

2. Selección del ligante asfáltico

3. Preparación de las muestras

4. Ensayos de desempeño

5. Determinación de densidad y de vacíos

6. Contenido óptimo de ligante asfáltico

7. Evaluación de la susceptibilidad a la humedad.


Selección del Agregado

Control granulométrico, angularidad de agregados finos y gruesos, contenido de finos, partículas alargadas.

Superpave especifica las fajas granulométricas para el agregado



Relación Finos Asfalto:

Esta relación debe estar dentro de los límites 0.6-1.2



Requerimientos de consenso:


Evaluación del Ligante Asfáltico

Sistemas de clasificación PG

Preparación de Muestras

Cada mezcla tentativa de agregados debe poseer rangos de contenido asfáltico

Cada muestra es calentada a la temperatura de fabricación del HMA y envejecida por un corto periodo (4 hrs), y luego compactada con el compactador giratorio.



El compactador giratorio establece tres grados diferentes de giro

1. N(inicial): El número de giros es empleado como medida de compactabilidad de la mezcla durante la construcción.

Mezclas que compactan muy rápido (volumen de vacíos bajo) pueden quebrarse durante la construcción y resultar inestables cuando sometidas al tráfico.

HMA con exceso de arena natural no cumple con este requerimiento. Una mezcla diseñada para más de 3 millones de ESAL´s con 4% de vacíos durante su vida útil debe presentar en esta etapa por lo menos un 11% de contenido de vacíos.

2. N (design): Es el número de giros requerido para producir una muestra con la densidad que se espera obtener en campo bajo cargas de tráfico. Se espera en esta etapa una mezcla con un contenido de vacíos de 4%

3. N (max): El número de giros requerido para producir una densidad que nunca será alcanzada en campo. Si el contenido de vacíos a Nmax es muy bajo la mezcla puede compactar de manera considerable bajo cargas de tráfico que se traduce en ahuellamiento. El contenido de vacíos a Nmax nunca debe ser inferior al 2%.


Análisis de Densidad y Vacíos

Masa Específica Aparente

Densidad Máxima Teórica (TMD)

Estos parámetros son empleados para determinación de los parámetros volumétricos de una HMA, generalmente se mide:

Volumen de vacíos

Vacíos en el agregado mineral (VMA)

Vacíos llenos con asfalto (VFA)


Contenido Optimo de Asfalto

Es obtenido para la muestra que presenta 4% de vacíos a N (design), este contenido debe cumplir otros requisitos:

1. Contenido de Aire N(initial)>11%

2. Contenido de Aire a Nmax>2%

3. VMA y VFA de acuerdo a la tabla indicada anteriormente

SMA – Stone Matrix Asphalt

Un SMA presenta un esqueleto pétreo en el cual se garantice el contacto entre los granos de agregado grueso.

Esto se consigue cuando los vacíos de la fracción gruesa en la mezcla compactada (VCADRC) es inferior o igual a los vacíos de la fracción gruesa del agregado compactado (VCAMIX).

SMA – Stone Matrix Asphalt

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Es un revestimiento flexible de espesor delgado, obtenido por la extensión de ligante asfáltico y agregado mediante operación simple o múltiple.

El tratamiento superficial simple se inicia con la aplicación del ligante siendo enseguida recubierto por una única capa de agregado, el ligante penetra de abajo para arriba en el agregado (penetración invertida).

En el tratamiento superficial el agregado es el que color a la vía, siendo sus funciones principales:

Transmitir cargas

Resistir a la abrasión y fragmentación por la acción del tráfico

Resistir al clima

Asegurar superficie anti deslizante

Proveer drenaje superficial adecuada

Requisitos:

Recomendado el uso de granulometría continua


Se acostumbra denominar a los agregados de dimensiones similares por los diámetros nominales mínimo (d) y máximo (D).

d>=k*D, K=0.50 a 0.80


Método Experimental directo

También denominado de placa o bandeja

Consiste en extender el agregado sobre una placa de área 500X500 mm de manera a cubrir el área de la placa. Este proceso se debe repetir tres veces.Se calcula la tasa de agregado:

Se calcula la tasa en litros:

La tasa de ligante es calculada por:

Tm es la fracción de finos


Método Experimental directo

Sea Pt=9.019 Kg, siendo Pp=3.593 Kg y área de la Placa A=0.32 m2

Se considera la porción fina como siendo mitad de la gruesa

Considerando la masa del agregado 1.35 g/cm3:

La tasa de ligante será:

Para TSD se aplicarán dos baños de ligante, siendo el primero de 60% aproximadamente

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