Ensayo y Metodo Marshall.pdf

8/12/2019 Ensayo y Metodo Marshall.pdf

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El Mtodo Marshall de diseo de mezclas en caliente

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EL METODO MARSHALL

1. Desarrollo

Los conceptos bsicos del Mtodo Marshall para el diseo de mezclasasflticas fueron formulados a finales de la dcada de los aos 40 por elIngeniero Bruce Marshall, un experto en pavimentos asflticos, junto con otrosingenieros del Departamento de Carreteras del Estado de Mississippi, en losEstados Unidos. El Cuerpo de Ingenieros de Carreteras de los EstadosUnidos, a travs de extensas investigaciones y estudios de correlacin, lomejor e incorpor ciertas modificaciones al mtodo, conducindolo alprocedimiento actual, el cual tambin ha sido adoptado por la ASTM bajo lacodificacin ASTM D 1559: "Resistencia al Flujo de las Mezclas AsflticasMediante el Empleo del Equipo Marshall".

2. Aplicabilidad del Mtodo

El Mtodo Marshall, tal como ha sido normalizado por la ASTM, es aplicable amezclas asflticas en caliente elaboradas con cemento asfltico y agregadosde granulometra densa o fina, con un tamao nominal mximo de 25 mm. Seutiliza tanto para el diseo en laboratorio como para el control de mezclaselaboradas en planta. Su empleo en mezclas abiertas es de relativaconveniencia, y exige la aplicacin del criterio del ingeniero para que conduzcaa resultados confiables.

En los ltimos aos el Instituto del Asfalto (IDA) ha modificado el mtodooriginal para que pueda tambin ser empleado en el diseo y control demezclas en fro, preparadas con mezclas densas y asfaltos del tipo RC, oasfalto emulsificado.

3. Resumen del mtodo

El procedimiento del Mtodo Marshall comienza con la preparacin de lasbriquetas de ensayo. Previamente se requiere que:

Los materiales, tanto ptreos como el cemento asfltico, cumplancon las especificaciones de calidad establecidas en la Norma que seest aplicando: Desgaste Los ngeles, forma (% de caras

fracturadas), angularidad y limpieza de la fraccin fina, etc.


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Figura 1: Determinacin de las Gravedades Especficas de los agregados

La combinacin de los agregados resulte dentro de lasespecificaciones granulomtricas establecidas para la mezcla

seleccionada. Esta combinacin se mantendr constante para cadauna de las diferentes briquetas o testigos de ensayo que sernpreparadas a lo largo de la ejecucin del Ensayo Marshall.

Que se hayan determinado los pesos especficos bulk y aparente delos diversos agregados a emplear en el diseo.

Que se conozca el peso especfico aparente del cemento asfltico(Gb), a 25C. Recordemos que este valor es tomado directamente delCertificado de Calidad que expide PDVSA cada vez que realiza undespacho de ligante asfltico.

El Mtodo Marshall utiliza briquetas de 100 mm (4.0 pulg) de dimetro y 63,5mm (2.5 pulg) de altura, las cuales son preparadas siguiendo un procedimientonormalizado de calentamiento, mezclado y compactacin dinmica de lamezcla.

Figura 2: Moldes y briqueta compactada

MoldesBriquetas


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El desarrollo del mtodo de ensayo sigue dos etapas perfectamente definidas:

1. el anlisis de densidad y vacos, mediante el cual se determinala composicin volumtrica de la mezcla.

2. el ensayo de estabilidad y flujo de las briquetas compactadas,que permite determinar las propiedades mecnicas de la mezcla.

4. Objetivo del mtodo

El mtodo persigue la determinacin de un contenido de asfalto ptimo, parala combinacin de agregados establecida, tal que resulte en una mezcla conlas caractersticas de estabilidad, durabilidad y trabajabilidad que han sidodefinidas y comentadas anteriormente. El mtodo no mide la resistencia a ladeformacin ni la resistencia a la fatiga de la mezcla, pero estascaractersticas de la mezcla se miden de una manera indirecta por medio deuna propiedad fundamental del ensayo Marshall, a saber, el contenido de airedentro de la mezcla compactada.

5. Estimacin del contenido de asfalto promedio inicial

Para la determinacin del contenido de asfalto promedio, ste debe serprimeramente estimado. Para este propsito, an cuando sea en formaaproximada se recurre a la experiencia del Ingeniero y/o Laboratorista conmezclas similares. Una vez estimada esta cantidad se prepararn mezclas conel promedio inicial de ligante y otras cuatro (4) mezclas, dos de ellas concontenidos de ligante por encima del promedio inicial y otras dos concontenidos de ligante por debajo del promedio estimado. Cada uno de losdiferentes contenidos de ligante se denominan puntos de asfalto; por lo cualun diseo completo incluye la preparacin y anlisis de muestras para cincopuntos de asfalto.

En el caso de Venezuela, la prctica comn es que las mezclas con TNM 19 25 tienen su ptimo en el entorno del 5%, si estn del lado fino de lagranulometra y al 4.5% si lo estn del lado grueso, mientras que las mezclascon TNM 12 19 se acercarn mas al 6.0%, si estn en el lado fino de lagranulometra y al 5.5% si estn del lado grueso.La diferencia entre un punto de asfalto y el siguiente es de un medio por

ciento (0.5%) de la cantidad de asfalto considerada. Para cada contenido deasfalto se preparan tres (3) briquetas, y se preparan otras tres (3) mezclaspara el contenido de asfalto correspondiente al promedio inicial, por lo cualse requiere de una cantidad de dieciocho (18) pesadas de agregadocombinado. En el caso de que sea una mezcla con caractersticas especiales,o cuyos agregados se usen por primera vez en un diseo, habr de sernecesario de ampliar el rango de muestras a ser ensayadas.


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6. Proceso de laboratorio

En la literatura tcnica disponible en espaol se describe detalladamente elmtodo de ensayo Marshall. Una de las mejores referencias se encuentra enel Manual Visualizado de Ensayos, elaborado por la Fundacin LaboratorioNacional de Vitalidad (Fundalanavial), el cual ha sido preparado tanto enversin impresa como en digital.

A continuacin se presentan, en forma resumida, las etapas fundamentales delMtodo Marshall, para lograr la adecuada explicacin de las etapas de anlisisde densidad y vacos y de las propiedades mecnicas del mtodo de ensayo.

6.1 Pesaje de agregados, calentamiento del asfalto y de los agregados

Cada pesada de agregado, por otra parte, se prepara con 1.200 g de pesototal. Con esta pesada del agregado total, mas la cantidad de asfalto que searequerida se obtienen briquetas compactadas con un volumen de masapromedio que corresponde a las dimensiones de 100*63.5 mm. Para estapesada individual de 1.200 g de cada briqueta, se requiere, en consecuencia,una cantidad mnima de agregado de aproximadamente 21.6 kg.

Figura 3: Preparacin de las pesadas de agregado combinado

Los agregados y el cemento asfltico se calientan a la temperatura demezclado, determinada a partir del Grfico viscosidad-temperatura, deacuerdo al procedimiento explicado en el Captulo 2, Aparte Consistencia.


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6.2 Expresin del contenido de asfalto y adicin del asfalto

Existen dos maneras de expresar la cantidad de asfalto que se incorpora auna mezcla: (a) como porcentaje del peso total de agregados, o (b) comoporcentaje en peso total de mezcla. En este ltimo caso, cuando se dice queuna mezcla tiene el 5% de asfalto, quiere significarse que de cada 100 kg demezcla, 5 kg sern de ligante y los restantes 95 kg corresponden a la totalidadde los agregados utilizados en la elaboracin de la mezcla.

Esta ltima forma de expresin del contenido de ligante (% en peso demezcla total) es la que se ha adoptado en Venezuela para el MtodoMarshall, por lo cual debe tomarse en cuenta que las frmulas que sepresentan ms adelante para el "Anlisis de Densidad y Vacos", siempreconsideran que la cantidad de asfalto est formulada "como porcentaje enpeso de mezcla total".

Si, por ejemplo, se desea formar una briqueta que contenga el 5% de ligante,expresado como % en peso de mezcla total, y se tienen pesados 1.200 g deagregado total combinado, la cantidad de ligante a ser aadido al peso de los1.200 g de agregados es de 63.16 g {(1.200/0.95) * 0.05}.

La cantidad requerida de cemento asfltico (63.16 g en el ejemplo anterior),previamente calentado a la temperatura determinada segn el Aparte 6.1, sele aade al peso de los agregados, que tambin se encuentran calentados a lamisma temperatura, o hasta unos 5-10C por encima de esta temperatura,para compensar cualquier enfriamiento del agregado durante su manejo.

Figura 4: Adicin del ligante a los agregados, ambos debidamente calentados a la temperaturadeterminada segn el grfico viscosidad-temperatura del cemento asfltico.


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6.3 Mezclado de las briquetas

Una vez que la mezcla ha sido preparada, sta se deja enfriar hasta latemperatura de compactacin, la cual tambin se determina de acuerdo alGrfico viscosidad-temperatura.

Figura 5-aProcediendo al mezclado de los

Agregados y el ligante

Figura 5-bVerificacin de la temperatura de

compactacin de la mezcla

6.4 Compactacin de las briquetas. Nmero de golpes por cada cara.

Una vez que la mezcla ha enfriado hasta alcanzar la temperatura deseada, seprocede a compactarla mediante el empleo del martillo Marshall, el cual tieneun peso de 10 lbs y una altura de cada de 18 pulgadas. Las briquetas semoldean sobre un pedestal de madera de 20*20*45 cm, que debe tener unpeso determinado (entre 12.8 y 14.5 kg); sobre el pedestal se coloca una planchade acero de 25mm de espesor, con este pedestal normalizado se logra que ala energa de compactacin estandarizada por el peso fijo del martillo,corresponda una reaccin tambin estandarizada por la densidad del pedestal.El nmero de golpes que se aplican sobre cada cara de las briquetasdependen del trfico esperado. La Norma venezolana recomienda lo siguiente:

Tipo de trnsito ALTO MEDIO BAJON de golpes por cara 75 75 50

Las definiciones aplicables de tipo de trnsito son las siguientes:

TIPO DE TRNSITOCaractersticas del trnsito ALTO MEDIO BAJO

Ejes Equivalentes (EE) a 8,2Ton. en el perodo de diseo > 20 millones 2 a 20 millones < 2 millones

Camiones/Da por sentido > 800 100 - 800 < 100PDT por sentido > 3.000 500 3.000 < 500


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Una vez que las briquetas han sido moldeadas, se dejan enfriar hasta unatemperatura cercana, o menor a los 60C, y se extraen del molde paraproceder a su pesado.

6.5 Pesado de las briquetas y Anlisis de densidad y vacos

Despus de que las briquetasse extraen del molde, seprocede a pesarlas al aire(peso al aire), sumergidas enagua (peso en agua), ynuevamente al aire despusde secarla superficialmente alsacarla del agua de labalanza hidrosttica (peso alaire despus de sumergida con

superficie seca).Figura 6: peso de las briquetas al aire, en

agua y nuevamente al aire despus desumergida

Con los pesos de la briqueta se procede a determinar tanto su volumen (peso alaire despus de sumergido peso sumergido)y su densidad o peso unitario (Gmb),que es el resultado de dividir el peso al aire entre el volumen de la briqueta.

Los procedimientos analticos que se describen mas adelante en el ejemplo dediseo, permitirn calcular los valores de Vacos Totales (Vv), los Vacos del

Agregado Mineral (VAM), y los Vacos Llenados con Asfalto (Vll), con loscuales se podr proceder posteriormente a la graficacin de estos valores y su

interpretacin para la seleccin del contenido de asfalto mas conveniente uptimo.

Los vacos totales se definen como los pequeos espacios ocupados por elaire entre las partculas de agregado cubiertas por asfalto, mientras que losVAM corresponden al espacio no ocupado por las partculas de agregado enla mezcla compactada, es decir los espacios de aire mas los espacios queocupa el asfalto. Los vacos llenados, por su parte, corresponden a aquellafraccin de los VAM que son realmente ocupados por el ligante asfltico.

Tanto los Vvcomo los VAM y losVll se expresan como un porcentaje de su

volumen en funcin del volumen total de la mezcla compactada.

6.6 Determinacin de Gravedad especfica (densidad)mxima de la mezclasin vacos (Gmm)

Para la determinacin de los volmenes de los diferentes tipos de vacos esnecesario conocer previamente el valor de la Gravedad especfica mxima dela mezcla sin vacos (Gmm), el cual se obtiene a travs de la ejecucin del


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Ensayo de Rice (ASTM D2041), el que consiste en sumergir una mezcla sincompactar en un frasco de vidrio (picnmetro) y extraerle el aire mediante laaplicacin de un vaco parcial. Sin el resultado de este ensayo los valores quese calculasen de los vacos seran solo aproximados. El resultado del ensayode Rice es, por lo tanto, fundamental para la correcta determinacin de losvalores de Vv, VAM y Vll.

Figura 7: bomba de vaco parcial y muestra sumergida en agua durante la ejecucin del ensayode Rice

6.7 Determinacin de la estabil idad y flu jo

Una vez que las briquetas han sido pesadas en agua y sumergidas en agua,para determinar su valor de peso unitario, o de densidad real, se sumergendurante un lapso de 30 minutos, en un bao de agua a temperatura constantede 60C con el fin de proceder posteriormente a la determinacin de su valorde estabilidad y flujo.

La temperatura de 60C ha sido seleccionada para representar la mximatemperatura a la puede llegar que un pavimento asfltico en pocas deveranos intensos, caso muy comn en Venezuela, y el hecho de sumergirla

representa la condicin de ocurrencia de una lluvia intensa en un momento dealta temperatura, que hace que el agua corra sobre la superficie delpavimento.


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Figura 8: Prensa Marshall en laboratoriode campo y colocacin de la briquetadentro de la mordaza Marshall yposicionamiento del medidor de flujo.

La figura 9 muestra el mecanismo de rotura de una briqueta. En el momentoinmediatamente anterior al que se produce la rotura de la briqueta, y en elanillo de carga, se lee la carga axial aplicada: esta carga mxima se registracomo la Estabilidad de la briqueta, la estabilidad se registra en libras (lbs)-fuerza, aun cuando en el Sistema Internacional (SI) la unidad de medida es elNewton-fuerza (N). (La equivalencia entre la (lbf) y el (N) es: una (1) lbf = 4,448222 N).

Por otra parte, en el momento en que ocurre la carga mxima se registra ladeformacin diametral que ha sufrido la briqueta. Esta deformacin sedenomina flujo o deformacin Marshall, y convencionalmente se expresa suunidad como centsimas de pulgada (0.01 pulg)

Debe sealarse que la estabilidad medida (o tambin llamada leda)en el ensayodebe ser corregida en funcin de la altura de la briqueta, o ms sencillamenteen funcin del volumen de cada briqueta, ya que para que la comparacinentre estabilidades sea real todas las briquetas deben ser de la misma altura.

Para esta correccin se emplea la Tabla I, que se presenta mas adelante.


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Figura 9: mecanismo de aplicacin de la carga en el Ensayo Marshall

Es conveniente reproducir, con autorizacin del Autor, el Ing. R. Adrin Nosetti,de la Universidad de La Plata, en Argentina, algunas consideraciones sobre laEstabilidad y el Flujo en el Ensayo Marshall. En ese sentido el Ing. Nosetticomenta:

Estabilidad

El parmetro de Estabilidad se obtiene en el mtodo Marshall mediante la rotura de las

probetas en condiciones normalizadas (60C y una velocidad de avance de

2pulgadas/minuto); por lo expuesto, la viscosidad de masa en el ensayo Marshall esconstante puesto que la temperatura y la velocidad de deformacin son parmetros que

no varan en dicho ensayo. Para ejecutar el ensayo se utiliza una mordaza de

dimensiones y formas conocidas, detallada en la Norma ASTM D1559.

La mordaza permite aplicar una carga diametralmente en condiciones de semi-

confinamiento. La estabilidad Marshall ha sido considerada por algunos autores, como

equivalente a la carga mxima en compresin incofinada. Para Goetz dicha carga

supera la carga de compresin inconfinada y es la que corresponde a un ensayo triaxial,

cuando se aplica presin lateral de confinamiento de aproximadamente 0.7 kg/cm;

tambin es vlido decir que la estabilidad Marshall es comparable a la carga mxima en

compresin inconfinada cuando se utilizan probetas de esbeltez cercanas a 1; y esto es

debido al efecto de zunchado producido por los distintos mdulos de deformacin entre

la cabeza de la mquina de ensayo y la probeta (similar situacin se produce en la roturade probetas de hormign) que determinan condiciones equivalentes a las del ensayo

Marshall.

Por lo expresado anteriormente tambin la curva de cargadeformacin en el ensayo

Marshall es similar a la obtenida por compresin inconfinada y, antes de alcanzar la

carga mxima, existen deformaciones plsticas con expansin lateral y la falla se

produce por corte segn planos definidos. La curva caracterstica es la que se presenta

en el siguiente grfico.


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Se nota un periodo de comportamiento casi elstico e, existiendo proporcionalidad

entre las cargas y las deformaciones hasta el punto indicado como E. Puedeconsiderarse que en el segmento O-E las deformaciones son recuperables por

elasticidad instantnea y/o retardada. Luego a partir del punto E y hasta alcanzar la

carga mxima indicada en el grfico comoEstabilidad Marshall, la curva toma la forma

de una parbola presentando un periodo elastoplstico i; las deformaciones son

mayores en este periodo en relacin al periodo elstico para iguales incrementos de

carga con una prdida de la reaccin elstica, dado por la diferencia entre la curva real

y la prolongacin del segmento O-E. El momento en que se llega al mximo es aquel en

que se destruye la estructura granular; la mezcla aqu ya se ha dislocado por los efectos

de los esfuerzos de corte, o sea se ha producido la falla de la misma llegando al mximo

valor de corte que puede resistir. Por ultimo la curva presenta un periodo en que la

mezcla fluye plsticamente f, con una deformacin de mayor magnitud en la parte

descendente de la curva antes de la falla total.Fluencia

Las mezclas asflticas convencionales poseen un esqueleto granular que se deforma bajo

carga o por movimientos diferenciales de las capas inferiores, esta deformacin est

dada por el cambio de la posicin relativa y orientacin de las partculas, porque slo el

medio ligante puede fluir o romperse en las zonas ms solicitadas. El desplazamiento en

los planos de corte slo es posible cuando el esfuerzo de corte es capaz de producir unaexpansin (dilatancia) que abre la estructura granular lo suficiente como para

posibilitarlo.

Paralelamente, actan esfuerzos de compresin por confinamiento que tienden a reducir

el volumen y enmascarar la expansin por dilatancia como sucede en los ensayos

triaxiales. La relacin entre esfuerzos y deformaciones es prcticamente lineal, hasta quese inicia, en las zonas ms dbiles, el desplazamiento de las partculas en los planos de

corte, que luego se generaliza al conjunto.

La fluencia Marshall es la disminucin del dimetro de la probeta normalizada en el

momento de alcanzar la carga mxima y medida en la direccin de la misma.

En las mezclas convencionales la fluencia tiene una variacin casi nula a diferentes

temperaturas y velocidades de aplicacin de las cargas, tampoco vara marcadamente al

utilizar ligantes de distinta consistencia para una condicin de iguales composiciones

volumtricas y tipo de ridos.

DeformacinFluencia Marshall

e

P[libras]

i

rotura

f

Estabilidad Marshall

E

0


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La variacin de la fluencia se produce al incrementar el contenido de ligante en primera

instancia en forma suave y luego se hace mas pronunciada.

Las investigaciones de Gooetz, dan una explicacin a lo dicho, al establecer la relacin

existente entre la fluencia Marshall y el ngulo de friccin interna medido en el ensayo

triaxial. Con veintids determinaciones que incluyen diferentes contenidos de asfalto,

granulometra de los agregados ptreos, penetracin del ligante y velocidad dedeformacin, encuentran que el ngulo de friccin interna decrece linealmente con el

incremento de la fluencia segn la ecuacin:

= 59,7 - 0,942 . Fl

= ngulo de friccin interna en grados

Fl = fluencia Marshall, en 0,01 pulgadas

El coeficiente de correlacin es 0,96, lo que ilustra sobre el valor significativo de dicha

relacin y, por lo tanto, puede afirmarse que si bien la fluencia no es una medida de ,

las propiedades de la mezcla que determinan su valor son las mismas que para .En el siguiente grfico se presenta el incremento de la fluencia y el correspondiente

descenso del ngulo calculado, en funcin del contenido de asfalto para un concreto

asfltico tipo A,, y otro B.

Se observa que hasta el contenido ptimo de asfalto en ambos concretos (5,9 %), la

relacin es prcticamente lineal. Para mayor contenidos de ligante contina la relacin

lineal para el A, en cambio, el B, cae parablicamente en concordancia con su mayor

contenido de pasa N 200 (10 % y la forma menos aplastada de su curva de

compactacin que como se ha dicho, es un ndice de su mayor sensibilidad al efecto

lubricante del asfalto).

La flexibilidad no est directamente vinculada con un parmetro en particular delmtodo Marshall, pero si existe una correspondencia con la relacin estabilidad /

fluencia pero no considera al conjuntos de la estructura sino un valor muy puntual de las

mezcla asfltica en el momento de su elaboracin.

Figura 10:Fluencia y ngulo de friccin interna calculado segn Gooetz

en funcin del porcentaje de asfalto.


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Tabla I

FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDAEN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO EL

METODO MARSHALL DE DISEO DE MEZCLAS

Volumen de labriqueta (cm3)

Altura aproximada de la briqueta Factor multiplicadorde la estabilidadleda

mm pulgadas

368 a 379 46.0 1 13/16 1.79380 a 392 47.6 1 7/8 1.67393 a 405 49.2 1 15/16 1.56406 a 420 50.8 2 1.47421 a 431 52.4 2 1/16 1.39432 a 443 54.0 2 1/8 1.32444 a 456 55.6 2 3/16 1.25

457 a 470 57.2 2 1.19471 a 482 58.7 2 5/16 1.14483 a 495 60.3 2 3/8 1.09496 a 508 61.9 2 7/16 1.04509 a 522 63.5 2 1.00523 a 535 64.0 2 9/16 0.96536 a 546 65.1 2 5/8 0.93547 a 559 66.7 2 11/16 0.89560 a 573 68.3 2 0.86574 a 585 71.4 2 13/16 0.83586 a 598 73.0. 2 7/8 0.81

599 a 610 74.6 2 15/16 0.78611 a 625 76.2 3 0.76

6.8 Ejemplo de Anlisis de Densidad y Vacos

A continuacin se presenta un ejemplo detallado de los clculos que sonrequeridos en un " Diseo de mezcla por el Mtodo Marshall".

(a) Tipo de mezcla a disearSe desea disear una mezcla de concreto asfltico densamente gradada, deacuerdo a la granulometra establecida en la Norma INVEAS para la mezclaTipo M19, para una condicin de trnsito pesado.

(b) Agregados disponiblesPara el diseo se dispone de cuatro agregados: polvillo triturado arrocillo arena cernida piedra picada


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De igual manera, sustituyendo en la misma ecuacin los resultados de laGravedad Especfica Aparente (Gsa) para cada fraccin granulomtrica seobtendra que

Gsapolvillo = 2.701

(d.2) Gravedad Especfica del los otros tres agregados en este ejemploSiguiendo el mismo procedimiento empleado para el polvillo, asumamos que,en base a la distribucin granulomtrica de cada uno, y a suscorrespondientes resultados de laboratorio de las gravedades especficas porfraccin de tamao, se han obtenido los siguientes valores de Gsb y de Gsapara cada material:

Material Aparente Masivo (Bulk)

Arrocillo 2.723 2.622Arena 2.733 2.668

Piedra picada 2.715 2.605

Pesos Especficos

(d.2) Gravedad Especfica del agregado total combinadoEn el diseo Marshall se emplear un agregado combinado, el cual seobtiene al mezclar, en este ejemplo, un 43% de polvillo, 14% de arrocillo, 18%de arena y 25% de piedra picada. Debe, en consecuencia, calcularse tanto elvalor de Gsbcomo del de Gsapara el agregado total combinado. Para estecalculo se emplea la misma ecuacin:

Gs = Peso / volumen = W / V

y segn se emplee el volumen bulk (masivo) o el volumen aparente, seobtendr respectivamente la Gravedad Especfica Bulk (Gsb) o la GravedadEspecfica Aparente (Gsa).

En este ejemplo, el valor de Gsb del agregado combinado viene dado por lasiguiente ecuacin:

Gsb(total)= (Peso polvillo + Peso arrocillo + Peso arena + Peso piedra picada)(Volumen bulk polvillo+ Volumen bulk arocillo+ Volumen bulk arena+ Volumen bulk piedra

picada

Gsb(total) = (43 + 14 + 18 + 25)(43/2.592 + 14/2.622 + 18/2.668 + 25/2.605)

Gsb(total)= 2.613


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Empleando la misma ecuacin, pero sustituyendo los valores de Gsa de cadamaterial se obtiene:

Gsa(total)= 2.713

(e) Gravedad Especfica del cemento asfltico (Gb)El valor de la Gravedad Especfica del ligante (Gb) se obtiene de la hoja deCertificado de Calidad que es expedida por la Industria Petrolera Nacional(Pdvsa), cada vez que se despacha una carga (gandola) de material asfltico.

Asumamos que, en nuestro diseo, el valor de Gb es de1.028.

La siguiente figura ilustra uno de los certificados de calidad que suministraPdvsa al momento del llenado de una gandola con asfalto:


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Recordemos, por otra parte, que este el valor que se emplee en el diseodebe corresponder con el Gb a 25C, por lo tanto, si el valor reportado en elcertificado de calidad viene dado a 25C, se emplea directamente este valor,pero si, como en algunos casos sucede, este ensayo es reportado a 15.5C, elvalor debe ser corregido a 25C, empleando a tal fin la siguiente frmula:

Gb25C= Gb15,5C* Mt* (Gw15,5C/Gw25C) (3)

En donde:Gb 25C= peso especfico del asfalto a 25C

Gb 15,5C= peso especfico del asfalto a 15,5C

Mt = multiplicador para t= 25C, de la Tabla 3 para losmateriales del Grupo 0, que corresponden a aquellos materiales

con Gravedad Especfica mayor a 0.9654 a 15.5 C, o de la Tabla 4para los materiales con Gravedad Especfica comprendida entre elrango de 0.8495 y 0.9653.(la tabla se selecciona en funcin de la gravedad especfica delasfalto a 15,5C

Por otra parte la Gravedad Especfica del agua es:

Gw 15,5C= 0,9988 g/cm3(valor constante)

Gw 25C = 0,9970 g/cm3(valor constante)

Nota: Las tablas 3 4 pueden ser obtenidas en muchas publicacionesreferentes a ligantes asflticos, entre ellas los Apuntes de Pavimentos,Volumen 2. Octubre de 2005. Universidades Santa Mara y Catlica AndrsBello. Autor: Gustavo Corredor M.

(f) Mezclado, compactacin y pesado de las briquetasSe procede a continuacin con el mezclado y compactacin de las briquetas.Haremos el anlisis para el juego de las tres (3) briquetas preparadas con el5% del cemento asfltico (% expresado como parte de la mezcla total). Estasbriquetas en el diseo que se esta ejecutando en este ejemplo se hanidentificado con los nmeros 7, 8 y 9, del total de las quince (15) briquetas queconforman el total de las briquetas preparadas.

(Cada una de las restantes 12 briquetas sern pesadas en la misma forma enque se muestra para las briquetas 7, 8 y 9).Los pesos de estas briquetas al aire, sumergida y al aire despus desumergida y superficialmente seca, son las siguientes:

(Nota: se indica en la tabla la identificacin que se dar a cada columna de datos en la planillaque ser empleada mas adelante)


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a b c d e

Muestra NPorcentaje de

asfaltoPeso en aire

(g)Peso en agua

(g)Peso en aire

(g) SSS

7 5.00 1,207.8 717.0 1,218.3

8 5.00 1,207.8 719.0 1,218.69 5.00 1,207.0 717.0 1,218.4

Una vez que las briquetas han sido pesadas, se procede a determinar suvolumen y su densidad, o peso unitario:

El volumen de cada briqueta se calcula por la siguiente expresin:

Volumen (cm3) = peso en aire (g) peso sumergido (g)

Y el peso unitario mediante la frmula:

Peso unitario = densidad = Gmb = (peso aire / volumen)

Para las briquetas 7, 8 y 9 se obtendrn en consecuencia, los valores que sesealan a continuacin, y se procede a obtener el promedio aritmtico de lostres pesos unitarios individuales, tal como se muestra:

a b c d e f g


asfaltoPeso en aire

(g)Peso en agua

(g)Peso en aire

(g) SSSVolumen

(cm3)Peso unitario

(g/cm3)

e-d c/f

7 5.00 1,207.8 717.0 1,218.3 501.3 2.409

8 5.00 1,207.8 719.0 1,218.6 499.6 2.4189 5.00 1,207.0 717.0 1,218.4 501.4 2.407

Promedio 5.00 2.411

El peso unitario promedio de las briquetas se expresa como Gmb y serempleado mas adelante en la composicin volumtrica de la mezcla; as, parala mezcla con 5% de ligante, este valor es de 2.411 g/cm3.

(g) Determinacin, mediante ensayo de laboratorio de la Densidad mxima dela mezcla sin vacos Gmm.Tal como fue mencionado en la descripcin del mtodo Marshall, se requierela ejecucin de un ensayo adicional, llamado Ensayo de Rice, mediante elcual se puede determinar la Gravedad Mxima de la mezcla sin compactar ysin vacos, y en las frmulas se denomina Gmm.


20/47


5-20

El Ensayo de Rice se hace por triplicado y lo recomendado es que se realiceen una mezcla que contenga el porcentaje promedio estimado de ligante (ennuestro ejemplo 5%). El resultado de este ensayo se presenta en el siguientecuadro:

Muestra 1 2 3

Peso frasco 2,889.0 2,889.0 2,889.0

Peso frasco + agua 5,123.0 5,123.0 5,123.0

Peso frasco + muestra 4,089.0 4,123.1 4,200.9

Peso frasco + muestra + agua(despes vaco parcial) 5,842.0 5,861.8 5,909.6

Peso muestra 1,200.0 1,234.1 1,311.9

Volumen de la muestra 481.0 495.3 525.3

Valor Rice Muestra 2.495 2.492 2.497

Promedio Rice (Gmm)

Porcentaje de asfalto en la muestra:

2.495

5.00

(h) Anlisis de Densidad y vacosSe procede a continuacin al clculo de los espacios que ocupan, dentro de labriqueta, el aire (Vv), el total del asfalto + el aire, denominado Vacos en elAgregado Mineral (VAM) y el que ocupa el asfalto dentro del total (aire +asfalto) o Vacos llenados (Vll). Estos espacios se expresan como porcentajedel volumen de la briqueta, y por facilidad de clculo se emplear unabriqueta virtual de 100 g de peso. Esta briqueta virtual tiene la ventajaadicional que su composicin en peso se corresponde con los mismos valores

numricos en porcentajes. As, la briqueta con 100 g de peso, tendr 5 g deligante asfltico y 95 g de agregados, o lo que es lo mismo: 5% en peso deligante y 95% en peso de agregados minerales.

El peso total de esta briqueta, denominado Pmm, es en consecuencia iguala:

Pmm = 100 = Pb + PsEn donde,

Pb= peso (g), o porcentaje (%) del ligante en la mezcla total, yPs= peso (g), o porcentaje (%) del agregado en la mezcla total

El esquema que se presenta en la Figura 11 ilustra la composicin volumtricade una briqueta compactada:


21/47


5-21

Figura 11: Esquema de composicin volumtrica de una briqueta compactada

(h.1) Clculo de los vacos totalesLos Vacos totales Vv, se calculan por medio de la siguiente expresin:

Vv= 100 * (Gmm Gmb) / Gmm

As, para la mezcla con 5% de ligante tendremos:

Vv= 100 * (2.495 2.411) / 2.495 = 3.37%

(h.2) Clculo de los VAMLos Vacos en el Agregado Mineral (VAM), se calculan por la siguientefrmula:

VAM = 100 (Gmb* Ps) / Gsb

Por lo tanto, para la mezcla con 5% de ligante se tendr:

VAM = 100 (2.411 * 95) / 2.613 = 12.34%


22/47


5-22

(h.3) Clculo de los Vacos llenados (Vll)

Los Vacos llenados con asfalto (Vll), se calculan por la siguiente expresin:

Vll = 100 * ((VAM Vv) / VAM)

Por lo tanto, para la mezcla con 5% de ligante se tendr:

Vll = 100 * ((12.34 3.37) / 12.34) = 72.69%

La Planilla del Ensayo Marshall toma, hasta este momento, la siguienteforma:

a b c d e f g h i j k


asfaltoPeso en aire

(g)Peso en agua

(g)Peso en aire

(g) SSSVolumen

(cm3)Peso unitario

(g/cm3)

Pesoespecfico

mximo de lamezcla (Rice)

Vacostotales (%) VAM (%) Vll (%)

e-d c/f

7 5.00 1,207.8 717.0 1,218.3 501.3 2.409

8 5.00 1,207.8 719.0 1,218.6 499.6 2.4189 5.00 1,207.0 717.0 1,218.4 501.4 2.407

Promedio 5.00 2.411 2.495 3.37 12.34 72.69

El proceso de Anlisis de Densidad y Vacos que ha sido detallado para lasbriquetas 7, 8 y 9, se repite para cada una de las otras doce (12) briquetas. LaPlanilla de laboratorio toma la forma que se muestra en el siguiente cuadro:siguiente:


23/47


5-23

Es necesario comentar lo siguiente, en cuanto al valor de Gmmpara cada unode los puntos de asfalto:

Los valores de Gmmpueden ser obtenidos de ensayos de laboratorio, talcomo fue realizado para el punto de asfalto del 5%, ya que los valoresde Gmmson requeridos para el clculo de los valores de Vv, VAM y Vll.Este ensayo consume bastante tiempo y su realizacin para cada puntode asfalto hara que el Ensayo Marshall fuese largo.

Los valores de Gmm se pueden calcular, para los otros puntos deasfalto, distintos al del promedio estimado, tomando como premisa elhecho de que se puede calcular el valor de la Gravedad EspecficaEfectiva Gse, por medio de la frmula que se indica mas adelante, ypartir de la realidad que esta gravedad especfica es constante comotambin lo son Gsby Gsa. La frmula para determinar Gsees:

)}/()//{()( GbPbGmmPmmPbPmmGse =

a b c d e f g h i j k

Muestra N

Porcentaje

de asfalto

Peso en aire

(g)

Peso en

agua (g)

Peso en aire

(g) SSS

Volumen

(cm3)

Peso unitario

(g/cm3)

Peso

especfico

mximo de la

mezcla (Rice)

Vacos

totales (%) VAM (%) Vll (%)

e-d c/f

1 4.00 1,205.0 705.0 1,215.3 510.3 2.361

2 4.00 1,210.0 715.0 1,220.1 505.1 2.396

3 4.00 1,205.9 710.4 1,216.6 506.2 2.382

Promedio 4.00 2.380 2.533 6.04 12.55 51.9

4 4.50 1,207.6 717.6 1,218.0 500.4 2.413

5 4.50 1,211.6 719.6 1,222.2 502.6 2.411

6 4.50 1,205.8 712.8 1,216.1 503.3 2.396

Promedio 4.50 2.407 2.513 4.22 12.02 64.90

7 5.00 1,207.8 717.0 1,218.3 501.3 2.409

8 5.00 1,207.8 719.0 1,218.6 499.6 2.418

9 5.00 1,207.0 717.0 1,218.4 501.4 2.407

Promedio 5.00 2.411 2.495 3.37 12.34 72.69

10 5.50 1,204.9 712.0 1,215.7 503.7 2.392

11 5.50 1,206.0 714.0 1,217.3 503.3 2.396

12 5.50 1,203.8 713.0 1,215.3 502.3 2.397

Promedio 5.50 2.395 2.476 3.27 13.38 75.60

13 6.00 1,204.1 710.0 1,215.0 505.0 2.384

14 6.00 1,204.3 711.9 1,216.1 504.2 2.389

15 6.00 1,203.8 712.0 1,214.0 502.0 2.398

Promedio 6.00 2.390 2.458 2.77 14.02 80.20


24/47


5-24

Debe acotarse que para poder calcular Gsedebe haberse ejecutado, porlo menos, un Ensayo de Rice, que, en nuestro ejemplo lo fue para elpunto de asfalto del 5%.En nuestro ejemplo el valor de Gse ser, en consecuencia, el siguiente:

697.2)}028.1/5()495.2/100/{()5100( ==Gse

Conocido el valor de Gse, se puede calcular el valor de Gmm paracualquier otro punto de asfalto, a partir de la siguiente ecuacin:

)}/()//{( GbPbGsePsPmmGmm += Aplicando esta ecuacin, para el punto de 4.5% de asfalto, por ejemplo,el valor de Gmmsera:

513.2)}028.1/5.4()697.2/5.95/{(100 =+=Gmm

debemos recordar que en esta frmula, para el 4.5% de ligante se tieneque:

Ps = 100Pb = 1004.5= 95.5

Una vez calculado Gmm para el 4.5% de asfalto, se pueden calcular losvalores de Vv, VAM y Vll, empleando las mismas ecuaciones que fueronempleadas para el clculo de estos vacos para el punto de asfalto del5%. Se procede despus a calcular el Gmm para los otros puntos de

asfalto, y aplicando estas ecuaciones se calculan los vacos para todo eldiseo de la mezcla, resultando en los valores que se han indicado en laPlanilla Marshall que se ha presentado en la pgina anterior.

(h.4) Otras frmulas volumtricas

Ocasionalmente se requiere determinar el porcentaje de asfalto absorbido(Pba), lo que se realiza aplicando la siguiente frmula:

Pba = 100 *{ (Gse Gsb) / (Gsb * Gse) }

Nota: Este valor de Pba se expresa como porcentaje en peso deagregados

A partir de este valor se puede, adicionalmente, determinar el porcentajede asfalto efectivo (Pbe), a partir de la siguiente ecuacin:

Pbe = Pb {(Pba * Ps) /100}


25/47


5-25

(i) Rotura de las briquetas y medicin en laboratorio de la Estabilidad y elFlujo MarshallTal como ha sido descrito anteriormente, una vez concluido el Anlisis deDensidad y Vacos, se colocan las briquetas en un Bao de temperaturaconstante, a 60C, por un periodo comprendido entre 30 y 40 minutos, al finaldel cual las briquetas se rompen en la Mordaza Marshall.

Tomemos en nuestro ejemplo las briquetas 7, 8 y 9, y los valores obtenidos enel ensayo sean:

Recordemos ahora que la Estabilidad leda debe ser corregida hasta hacerlaigual a la que hubiese resultado de una briqueta de un volumen igual alnormalizado en el Ensayo Marshall, para lo cual se emplean los Factores deCorreccin de la Tabla I (Pgina 5-12), en funcin del volumen de cadabriqueta. Al multiplicar la Estabilidad leda por el correspondiente factor decorreccin se obtiene la Estabilidad corregida, y se promedian lasestabilidades corregidas de las tres briquetas del mismo punto de asfaltopara as obtener la Estabilidad corregida promedio. Para las briquetas 7, 8 y9 los factores de correccin, de acuerdo a la Tabla I, sern de 1.04, enfuncin del volumen de cada una de ellas, y el cual haba sido ya calculado enla columna (f) en la Planilla Marshall.

(Nota: los valores de los factores de correccin podrn ser, como en el caso de las briquetas7, 8 y 9, todos iguales en este caso 1.04, o todos diferentes, o dos iguales y el tercerodistinto).

Los valores de flujo se promedian directamente, sin aplicarles ningn factor decorreccin, ya que, por ser la deformacin aplicada en el sentido del dimetrode la briqueta, y haber sido todas las briquetas formadas dentro de un molde

estandarizado (que corresponde al dimetro del molde metlico en el cual seformaron las briquetas), todas las briquetas tendrn el mismo dimetro.

Para las briquetas 7, 8 y 9, los resultados promedio del ensayo dinmicosern para la Estabilidad promedio y el Flujo promedio, en consecuencialos siguientes:

a b l o

Muestra N

Porcentaje

de asfalto

Estabilidad

leda (lbs)

Flujo

(0,01 pulg)

7 5.00 3,200 11

8 5.00 2,970 11

9 5.00 3,080 12


26/47


5-26

Se repite el proceso descrito anteriormente para cada una de las restantes 12briquetas, y se tiene ahora totalmente calculada la informacin que se vacaen la Planilla Marshall, y la cual se muestra en la siguiente pgina.

7. Representacin grfica de los resultados de los ensayos y del anlisisde densidad y vacos

7.1 Peso unitario (Gmb) vs- % de liganteEl primer grfico que debe ser preparado, es el de "Peso Unitario deBriqueta", o "Densidad Real de Briqueta", o "Peso Especfico de la BriquetaCompactada (Gmb)", contra los diversos contenidos de asfalto empleados enel proceso de diseo de laboratorio.

Luego de graficados los puntos correspondientes a cada valor de Gmb, paracada % de C.A, deben unirse para obtener una curva con una ramaascendente hasta un valor mximo, a partir del cual comienza a descender.Esta curva podr unir perfectamente a cada uno de los puntos, o ser la "curvade mejor ajuste", tal como se observa en el grfico de peso unitario-vs-%ligante.

a b l m n o

Muestra NPorcentajede asfalto

Estabilidadleda (lbs)

Factor decorreccin

Estabilidad

corregida(lbs)

Flujo(0,01 pulg)

l*m

7 5.00 3,200 1.04 3,328 11

8 5.00 2,970 1.04 3,089 11

9 5.00 3,080 1.04 3,203 12

Promedio 5.00 11.3


27/47


OBRA: Ejemplo Marshall % en peso Material Aparente Masivo (Bulk) FE

Asfalto 1.028 Peso especfico ma

Diseo de Mezclas Asflticas en Caliente por el Mtodo Marshall 43 Polvillo 2.701 2.592 Peso especfico efe

Resultados del Ensayo Marshall 14 Arrocillo 2.723 2.622 Peso especfico apa

18 Arena 2.733 2.668 % absorcin de asfa

25 Piedra picada 2.715 2.605

Diseo Marshall para Mezcla Tipo M-19 Peso especfico par

100.00 2.713 2.613

Muestra N

Porcentaje

de asfalto

Peso en aire

(g)

Peso en

agua (g)

Peso en aire

(g) SSS

Volumen

(cm3)

Peso unitario

(g/cm3)

especfico

mximo de la

mezcla (Rice)

Vacos

totales (%) VAM (%) Vll (%)

Estabilidad leda

(lbs)

1 4.00 1,205.0 705.0 1,215.3 510.3 2.361 2,640

2 4.00 1,210.0 715.0 1,220.1 505.1 2.396 2,860

3 4.00 1,205.9 710.4 1,216.6 506.2 2.382 2,596

Promedio 4.00 2.380 2.533 6.04 12.55 51.9

4 4.50 1,207.6 717.6 1,218.0 500.4 2.413 3,255

5 4.50 1,211.6 719.6 1,222.2 502.6 2.411 3,060

6 4.50 1,205.8 712.8 1,216.1 503.3 2.396 3,280

Promedio 4.50 2.407 2.513 4.22 12.02 64.90

7 5.00 1,207.8 717.0 1,218.3 501.3 2.409 3,200

8 5.00 1,207.8 719.0 1,218.6 499.6 2.418 2,970

9 5.00 1,207.0 717.0 1,218.4 501.4 2.407 3,080

Promedio 5.00 2.411 2.495 3.37 12.34 72.69

10 5.50 1,204.9 712.0 1,215.7 503.7 2.392 2,310

11 5.50 1,206.0 714.0 1,217.3 503.3 2.396 2,580

12 5.50 1,203.8 713.0 1,215.3 502.3 2.397 2,540

Promedio 5.50 2.395 2.476 3.27 13.38 75.60

13 6.00 1,204.1 710.0 1,215.0 505.0 2.384 2,030

14 6.00 1,204.3 711.9 1,216.1 504.2 2.389 1,800

15 6.00 1,203.8 712.0 1,214.0 502.0 2.398 2,030

Promedio 6.00 2.390 2.458 2.77 14.02 80.20

USM-UCAB Pavimento s Pesos Especficos


28/47


5-28

El uso de Programas de Excel en las computadoras personales, facilita eltrazado de la curva de mejor ajuste, la cual es una curva polinmica de segundogrado.

La tendencia de esta curva se explica en funcin de que, para una mismaenerga de compactacin, a medida que se incrementa el porcentaje deasfalto, las partculas de agregado son mejor lubricadas y consiguen un mejoracomodo, con la correspondiente consecuencia de que el peso unitario vaaumentando. Esto contina sucediendo hasta que la cantidad de liganteaadido (que tiene una menor gravedad especfica que la de los agregados,comienza a ocupar mas espacio, a costa del espacio que antes ocupaban losagregados que son, en consecuencia desplazados por el asfalto, y laresultante del peso unitario comienza a disminuir. El punto mximo del pesounitario normalmente se encuentra un poco hacia el lado de mas asfalto queen la curva de estabilidad.

7.2 Estabilidad Marshall vs- % de liganteEl segundo grfico corresponde a la propiedad de la Estabilidad Marshallcontra el porcentaje de asfalto.

La curva presenta una rama ascendente, conocida como "rama seca", quecrece a medida que se aumenta el % de C.A; se llega a un punto de mximovalor y luego comienza a descender la estabilidad con incrementos del C.A.por encima del correspondiente al de mayor estabilidad, esta rama se conoce

como "rama rica en asfalto". Esta curva, que est ntimamente relacionada conla de densidad, tiene tal forma convexa hacia arriba, debido a que, a bajoscontenidos de asfalto y ante un esfuerzo dado de compactacin, para unagranulometra establecida, el total de la resistencia proviene prcticamenteexclusivamente del contacto grano a grano de las partculas de agregado, sinningn aporte de la cohesin. A medida que se incrementa el porcentaje deligante, el aporte de la cohesin se va haciendo mayor, y se va sumando alaporte de la friccin interna del agregado. Por otra parte, el ligante va

2.360

2.370

2.380

2.390

2.400

2.410

2.420

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% C.A.

PesoUnitario(kg/m3)


29/47


5-29

lubricando mejor las partculas del agregado, que consiguen mejor acomodo(empaquetamiento) y su contacto grano a grano se hace mayor, y aumenta lafriccin interna entre partculas. Esto sucede hasta un punto en el cual, ante unexceso de asfalto se comienza a perder el contacto grano a grano, y laestabilidad comienza a ser aportada especialmente por la cohesin del ligantey la fraccin fina de los agregados. A medida que sigue aumentando elporcentaje de asfalto, se sigue perdiendo aporte de friccin, el de cohesintiende a estabilizarse, y la estabilidad resultante contina descendiendo.

Normalmente, para este grfico, el punto de mxima estabilidad se encuentraen un contenido de ligante algo menor que el de mximo peso unitario.

7.3 Flujo Marshall vs- % de liganteEl flujo aumenta con valores mayores de ligante, lo cual es una consecuencialgica de que mezclas ms ricas, al tener mayor cantidad de asfalto, son msflexibles y deformables que mezclas mas secas.

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

Esta

bilidad

(lbs)

6

8

10

12

14

16

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

Flujo(0,0

1pulg)


30/47


5-30

7.4 Vacos totales (Vv) vs- % de liganteA medida que aumenta el contenido de asfalto, para una misma granulometray esfuerzo de compactacin, se van llenando los espacios que ocupa el aireentre los agregados, y en consecuencia su porcentaje respecto al volumen dela briqueta, se va haciendo menor.

Es muy importante el que la curva de mejor ajuste en la curva de vacos nopresente una tendencia a incrementarse a medida que se aumenta elcontenido de ligante. Esto puede suceder cuando se emplea una curvapolinmica de segundo grado. En este caso debe cambiarse el tipo de la curvade mejor ajuste, ya sea a una lnea recta o a una potencial. La hoja de Exceles una excelente herramienta para evaluar cul ser la mejor curva detendencia, o de mejor ajuste, a ser finalmente seleccionada.

7.5 Vacos en el agregado mineral (VAM)vs- % de liganteLas mezclas de agregado sin ligante logran, al menos tericamente, su mejorgrado de densidad ante un esfuerzo de compactacin determinado. A medidaque se incrementa el % de C.A., ste cubre las partculas y hace que ellascomiencen a separarse, perdindose el contacto grano a grano, y por lo tantolos espacios no ocupados por los agregados, que es el VAM, comienza acrecer. A mayores valores de C.A., sin embargo, ste comienza a actuar como

agente lubricante, las partculas vuelven a buscar un mejor grado de acomodo,y los espacios entre los granos, nuevamente el VAM, tienden a disminuir., yaque el espacio que ocupa el aire disminuye a una mayor rata que elincremento que aporta el ligante en la formacin del VAM.

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

%Vv


31/47


5-31

Esta disminucin del VAM contina hasta que los vacos se llenan a su gradomximo con el asfalto; pero a partir de este punto, cada vez que aumenta lacantidad de asfalto dentro de la briqueta, tambin aumentan los VAM, que noson otra cosa que la suma de los espacios ocupados por el aire + los espaciosque ocupa el ligante, y como el espacio ocupado por el aire ha llegado aprcticamente su valor mnimo, cualquier incremento de la cantidad de ligantecomienza a aumentar la resultante de la suma de espacio de aire + espacio deasfalto.

7.6 Vacos llenados (Vll)vs- % de liganteLa ultima curva en dibujarse corresponde a la que muestra la relacin entrecontenido de ligante y aqulla parte del VAM que son llenados por el asfalto.

Por definicin de vacos llenados, es fcil visualizar como a medida que seaumenta el contenido de ligante, se aumenta la proporcin de los vacos en elagregado mineral (VAM), que son llenados por asfalto.

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

%

VAM

45

55

65

75

85

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

%Vll


32/47


5-32

En la siguiente pgina se muestra el conjunto de las propiedades Marshall, yque conforman las caractersticas que deben ser evaluadas para la seleccindel contenido de asfalto que ser definido como porcentaje ptimo de asfalto,de acuerdo al procedimiento que se describir mas adelante.

8. Determinacin del contenido pt imo de asfalto

El Mtodo Marshall establece para la determinacin del mejor contenidoposible de cemento asfltico, o porcentaje ptimo, de acuerdo alprocedimiento actualizado recomendado por el Instituto del AsfaltoAmericano (IDA), y el cual ha sido adoptado en la mayora de los pases, entreellos Venezuela, el procedimiento siguiente:

8.1 Se entra en la curva de Vacos totales vs- contenido de ligante con el 4%de Vv y se traza una perpendicular al eje de las ordenadas, hasta cortar lacurva de mejor ajuste de los Vv. En el punto de corte con esta curva se trazauna perpendicular al eje de las abcisas; el punto de interseccin en este ejecorresponde al ptimo probable de asfalto. Se denomina probable, puestienen que ser comparadas las otras propiedades contra la exigencia de lanorma que se est aplicando en el diseo. En el siguiente grfico se muestraeste procedimiento.

En este ejemplo de diseo, para el 4% de Vvse obtiene un correspondiente %de asfalto del 4.7%.

El 4% de vacos totales se selecciona como criterio de entrada, por ser elpunto medio de las especificaciones del contenido de aire (rango entre un 3%y un 5%); este rango, por otra parte ha sido fijado en funcin de los criteriossiguientes:

Cuando el porcentaje de vacos totales es muy bajo cercano al 1%, elpavimento presenta una tendencia a la exudacin. Ya que el error en ladeterminacin del porcentaje de vacos totales, debido a la precisin propia delmtodo de ensayo se ha estimado como de un 1%, el valor mnimo de Vv debeser del 3%, con el fn de proporcionar un margen de seguridad contra talexudacin. Sin embargo, cuando por razones econmicas y/o prcticas nopueda cumplirse con el mnimo del 3%, puede aceptarse hasta un mnimo

absoluto del 2%.


33/47


5-33

USM-UCAB

CURVAS DE DISEO MARSHALL

2.360

2.370

2.380

2.390

2.400

2.410

2.420

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% C.A.

11

12

13

14

15

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

6

8

10

12

14

16

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

2

3

4

5

6

7

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

45

55

65

75

85

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

%C.A.


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El porcentaje mximo de Vvdebe ser del 5%, ya que cuando se excede estevalor el agua y el aire pueden acceder rpidamente hacia la mezcla, y seacelera el proceso de oxidacin que, tal como fue visto ya anteriormente,produce el fenmeno de transformacin de las resinas en asfaltenos,perdindose gran parte de la ductilidad y adherencia del ligante, es decir unenvejecimiento prematuro de la mezcla asfltica. Por otra parte, deberecordarse que, tal como fue comentado en el Captulo referente a laspropiedades de la mezcla asfltica, se deber proveer un porcentaje adicionalde compactacin en el campo, que la mayora de las normas fijan en un 4%,por lo cual, al 45 de vacos en el diseo se le sumar otro 4% de vacos encampo, con lo cual se llega a un 8% de vacos iniciales en el momento definalizar la compactacin en obra, y este 8% ha sido un valor limitante porcomportamiento de la mezcla ante la fatiga, la durabilidad, la impermeabilidad,etc.

8.2 Verificacin de otras propiedades

Ahora, con este 4.7% de cemento asfltico se entra en cada una de las otraspropiedades, se levanta una vertical al eje de las abcisas en el 4.7% de asfaltoy se corta la curva de la propiedad que se est evaluando, desde el punto deinterseccin con la curva de ajuste de la propiedad se traza una perpendicularal eje de las ordenadas y en el punto de interseccin se lee el valorcorrespondiente a la propiedad que se est evaluando.

En el ejemplo que nos ocupa, para el 4.7% de cemento asfltico, se leen lossiguientes valores en cada una de las otra cinco (5) propiedades:

Propiedad Marshall Unidad de

medicin

Valor obtenido

en el diseoPeso unitario g/cm3 2.408Estabilidad Lbs 3.200Flujo 0.01 pulgada 10.2Vacos en el agregado mineral (VAM) % 12.2Vacos llenados con asfalto % 67

El procedimiento que anteriormente se haba venido empleando era elsiguiente:

a. En la curva de Estabilidad -vs- % C.A., se selecciona el porcentaje decemento asfltico correspondiente al mximo valor de estabilidad

b. En la curva de Densidad -vs- % C.A., se selecciona el porcentaje decemento asfltico correspondiente al mximo valor de densidad

c.En la curva de Vacos totales -vs- % C.A., se selecciona el porcentaje decemento asfltico correspondiente al punto medio de las especificacionesaplicables en cuanto al contenido de vacos totales que deber tener la mezcla

d. Se promedian aritmticamente los tres valores anteriores, y ese valorpromedio se corresponde con el "porcentaje ptimo probable".


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e. Para este "porcentaje ptimo probable", se leen, al igual que en elprocedimiento actualizado, los correspondientes valores para cada una de lasseis propiedades evaluadas en el diseo Marshall.

Como puede entenderse, el criterio de seleccin del porcentaje de asfalto noes ni nico ni obligatorio, an cuando la tendencia actual es a emplear elprocedimiento descrito primeramente y el cual es recomendado por el InstitutoAmericano del Asfalto, por estar relacionado posteriormente con los criteriosde compactacin de la mezcla en obra.

9. Verificacin de los criterios establecidos en las especificaciones parael porcentaje ptimo de cemento asfltico

9.1 comparacin con Norma aplicableCada uno de los valores ledos de las curvas para el "porcentaje ptimoprobable", tal como ha sido sealado, deber ser comparado y verificado sicumple o no, cada uno de los criterios establecidos en las especificacionesque hayan sido seleccionadas para ser aplicadas en el diseo.

Aplicaremos en nuestro ejemplo la Norma INVEAS, que, tal como fue descritoen el Captulo 4, es la indicada en las Tablas 7 & 8, recordando que nuestrodiseo es para una condicin de trnsito alto y para una mezcla de tamaonominal 19 (M19.

Tabla 7Propiedades Marshall exigidas para el diseo de mezclas en Laboratorio

TRNSITOPropiedades

Marshall ALTO MEDIO BAJON de golpes por

cara 75 75 50% vacos totales (1) 3 - 5 3 - 5 3 - 5% vacos llenados 65-75 65-75 65-78

Estabilidad Marshall(mnima) lbs 2.200 1.800 1.600

Flujo (pulg/100) 8-14 8-14 8-16Vacos del agregado

mineral (VAM)valor segn Tabla 8, en funcin del tamao nominal

mximo del agregado y el % de vacos

(1) calculados en base a la densidad mxima terica determinada segn

el ensayo de Rice (Mtodo ASTM D-2041)


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Tabla 8:Valores Mnimos de Vacos en el Agregado Mineral (VAM), en funcin del

Tamao Nominal Mximo del Agregado y del % de vacos totales de la mezcla

Contenido de vacos totales en la

mezcla (%)amao nominal mximo(mm) 3.0 4.0 5.025.4 11 12 1319.1 12 13 1412.5 13 14 159.5 14 15 16

Nota: interpolar linealmente en caso de que el porcentaje de vacos totales seencuentre entre los valores enteros indicados

Para el 4.7% de porcentaje ptimo probable, se prepara la siguiente tabla,en la cual se registran los valores de cada propiedad y el criterio

correspondiente:

Propiedad MarshallUnidad demedicin

Valor obtenidoen el diseo

CriterioNorma

INVEAS

CondicinDe

diseo

Peso unitario g/cm3 2.408 Ninguno OK

Estabilidad Lbs 3.200 >= 2200 OK

Flujo 0.01 pulgada 10.2 814 OK

Vacos totales % 4 35 OKVacos en elagregado mineral(VAM)

%12.2 >= 13 NO CUMPLE

Vacos llenadoscon asfalto % 67 6575 OK

9.2 alternativa de seleccinSi el porcentaje de asfalto seleccionado para el 4% de Vv (4.7% en esteejemplo), hubiese satisfecho todos los requisitos de la norma, pasara a sercalificado como porcentaje ptimo de diseo, y aceptado para la elaboracinde la mezcla en obra.

Cuando una o mas de las propiedades no satisface la norma aplicable, como eneste ejemplo, la primera alternativa consiste en moverse dentro del rango de

contenidos de ligante, hasta tratar de conseguir un valor que satisfaga todos ycada uno de los criterios de la norma.

Si seleccionamos ahora, como alternativa, un porcentaje de asfalto del 5.2%, sepreparara una tabla similar a la anterior, pero para las propiedades ledas paraeste 5.2%, con el siguiente resultado:


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Verificacin del cumplimiento de la norma para el 5.2% de cementoasfltico, valor considerado como nuevo ptimo probable :

Propiedad MarshallUnidad de

medicin

Valor obtenido

en el diseo

CriterioNorma

INVEAS

CondicinDe

diseoPeso unitario g/cm3 2.409 Ninguno OK

Estabilidad Lbs 3.000 >= 2200 OK

Flujo 0.01 pulgada 12 814 OK

Vacos totales % 3.0 35 OKVacos en elagregado mineral(VAM)

%12.7 >= 12 OK

Vacos llenadoscon asfalto % 75 6575 OK

Como se observa en la tabla anterior, con un 5.2% de cemento asfltico sesatisfacen todos y cada uno de los criterios establecidos en la Norma INVEAS,por lo cual el 5.2% pasa ser el porcentaje ptimo de diseo. Como seobserva en el cuadro anterior, el criterio de mnimo VMA ha variado, comoconsecuencia de que el % de Vv se ha modificado de un 4% anterior a un 3%actual.

Evaluacin y ajuste del diseo de mezclas asflticas en caliente

Pudiera darse el caso de que no se encontrase un porcentaje de asfalto que

cumpliese todas las exigencias de la norma, debe procederse a un rediseo,para lo cual debe evaluarse la(s) propiedad(es) que no se puedan cumplir ytomar las acciones correctivas convenientes, para lo cual puede servir de gualos comentarios siguientes:

A menudo, en el proceso de diseo de una mezcla determinada, es necesariohacer varias pruebas hasta encontrar una que cumpla con todos los criteriosdel mtodo de diseo utilizado. Cada prueba de diseo servir, adems, comogua para evaluar y ajustar las pruebas posteriores.

Para un diseo de mezcla preliminar, o exploratorio, es aconsejable comenzarcon una mezcla de agregados cuya granulometra se aproxime a la media delas especificaciones. Las pruebas de mezclas iniciales en el proceso deestablecimiento de la "Frmula de Trabajo", por el contrario, deben resultar enla granulometra producto de la mejor combinacin con los materiales que seestn produciendo en la picadora o procesadora de los agregados, ancuando se exige que tal combinacin tambin debe caer dentro de los lmitesde las especificaciones seleccionadas.


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En algunos casos, la combinacin de los agregados que haya sido establecidapuede conducir a una mezcla cuyos porcentajes de cemento asfltico nocumple con las especificaciones de la mezcla en s. Cuando tal cosa sucede,ser necesario redisear la mezcla, partiendo desde el establecimiento de unanueva proporcin de los agregados disponibles.

Para muchos materiales de ingeniera, a menudo se considera la estabilidadcomo su calidad ms sobresaliente; este no es necesariamente verdad en elcaso de mezclas asflticas en caliente. Frecuentemente se obtienenestabilidades extremadamente altas, a expensas de una reduccin en ladurabilidad de la mezcla. Debe recordarse que, en la evaluacin y ajuste deldiseo de mezclas, la granulometra del agregado y el contenido de asfaltodeben ser el resultado de un balance favorable entre estabilidad y durabilidad,y con una mezcla que pueda ser trabajada en forma fcil y econmica.

A continuacin se indican ciertas condiciones generalmente encontradas en eldiseo de mezclas en caliente, as como las medidas correctivas que pueden,en la mayora de los casos, conducir a una nueva mezcla que s cumpla contodas las condiciones ptimas de diseo.

Mezcla con vacos bajos y estabilidad baja

Los vacos pueden ser aumentados en varias formas, an cuando la msconvencional es mediante el incremento de la fraccin fina, o de la fraccingruesa de la combinacin de agregados.

Para ello es muy til el empleo de las curvas granulomtricas. Cuando, en ungrfico semilogartmico, se dibujan las curvas de mxima densidad, stasresultan de forma cncava hacia arriba. Las mezclas preparadas conagregados que tengan tales granulometras son de trabajabilidad adecuada,es decir de mezclado, extendido y compactado fcil. Su contenido de vacoses, por lo contrario, normalmente muy bajo, y se har necesario unarecombinacin granulomtrica que se aleje de la curva de mxima densidad.

Para este ajuste es ms prctico el empleo de la curva BPR, que tienen laventaja de que las granulometras de mxima densidad resultan en una linearecta, que se obtiene uniendo el punto de "cero por ciento pasante" (origen enel punto izquierdo del grfico), con el tamao nominal mximo, o tamiz con un

retenido cercano al 5% para la mezcla en estudio. Para obtener una curvagranulomtrica que no sea de mxima densidad, debe simplementeobservarse que la curva resultante de tal combinacin se aleje de la recta demxima densidad, recordando sin embargo que la granulometra en estudiodebe caer dentro de los lmites de las especificaciones.

Las mezclas que, dibujadas en un papel semi-log, resultan convexas haciaarriba, tienen un buen valor de VAM, es decir tambin valores altos de vacos


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totales; sin embargo tienen una capacidad reducida de trabajo, son dficiles decompactar, y su estabilidad es generalmente muy baja.

Otra manera de aumentar el porcentaje de vacos es mediante la reduccin delcontenido de asfalto en la mezcla. Esto es recomendable slo en los casos enque el contenido original de asfalto sea mayor que lo normal, y que no searequerido para reemplazar el asfalto absorbido por el agregado. Deberecordarse, sin embargo, que una disminucin del contenido de asfalto reduceel espesor de la pelcula de ligante sobre cada partcula de agregado, lo cualsignifica una reduccin de la durabilidad de la mezcla. Si la disminucin delporcentaje de asfalto es muy grande, puede obtenerse una mezcla contendencia a la fragilidad.Generalmente, adems, al aumentar el contenido de partculas de agregadosque hayan sido producidos por trituracin (incremento en el valor delporcentaje de caras cortadas), es posible aumentar la estabilidad eincrementar el valor de los vacos.

En ciertos casos, puede ser necesario el recurrir al cambio de uno, o ms delos agregados, si no se obtienen los resultados esperados al tomar lasacciones que se han indicado anteriormente. Puede ser necesario, comoltimo recurso, el que se cambie la especificacin de la combinacin, o an dela mezcla. Esta medida debe siempre realizarse bajo el anlisis del tipo detrfico y de las condiciones ambientales imperantes.

Mezcla con vacos bajos y estabilidad satisfactoria

Un bajo contenido de vacos puede resultar en mezclas inestables, o quetiendan al fenmeno de exudacin, despus que el pavimento ha sidoexpuesto al trfico por un tiempo determinado (normalmente un ao y medio ados aos), a causa de la reorientacin de las partculas por efecto de lacompactacin adicional bajo el paso de los vehculos.Las soluciones a esta condicin de mezcla son iguales a las dadas en el casoanterior.

Mezcla con vacos satisfactorios y estabilidad baja

Esta condicin de mezcla asfltica es generalmente la consecuencia de unagregado de pobre calidad. La solucin es generalmente la de incrementar el

porcentaje de caras producidas por fractura, o de modificar el tipo de ligantehacia uno de mayor viscosidad.

Mezcla con vacos altos y estabilidad satisfactoria

Los altos contenidos de vacos estn siempre asociados con una disminucinen la durabilidad de la mezcla. En este caso, el exceso de vacos no ocupadospor asfalto o los agregados, permiten la fcil circulacin del agua y del aire


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dentro de la mezcla; se produce en mayor grado el fenmeno de la oxidacinde las resinas hacia asfaltenos, y la mezcla tiende a envejecerprematuramente.De ser este el caso de la mezcla, las soluciones consistirn en incrementar elcontenido de asfalto, aumentar el contenido de polvillo mineral, o unarecombinacin de los agregados para acercar la granulometra resultante a lacurva de mxima densidad.

Mezcla con vacos altos y estabilidad baja

Este caso requiere de la aplicacin de las medidas correctivas indicadas en elAparte anterior para reducir el contenido de vacos. Si esos ajustes no mejoransimultneamente la estabilidad, debe recurrirse en segundo lugar aincrementar las caras fracturadas, a recombinar los agregados, o a susustitucin por otros de mejor calidad, tal como ha sido sealadoanteriormente.

Sensibilidad de las mezclas asflticas al efecto del agua

1. Alcance

En algunas oportunidades mezclas asflticas que han sido adecuadamentediseadas, y para las cuales se han obtenido resultados de laboratorio ycampo adecuados, presentan un comportamiento inadecuado bajo lascondiciones reales de trabajo. Las razones de tal hecho son todava oscuras,pero el anlisis de las mezclas asflticas con respecto a su "sensibilidad alagua" permite reducir el riesgo de un comportamiento insatisfactorio. Estosanlisis permiten la posibilidad de que los procedimientos para ladeterminacin del contenido ptimo de asfalto tomen en consideracin lasmezclas en seco, y bajo la accin del agua. El contenido ptimo de una mezclaen seco, siguiendo el Mtodo Marshall normalizado, por ejemplo, puederesultar en propiedades totalmente diferentes si se disea bajo condicionesque simulen la accin del agua en la mezcla en campo. Esta ltima condicinpuede resultar en la conveniencia de variar el tipo de agregado, o en lasmodificaciones de las caractersticas propias de la mezcla en s. Algunasmezclas sufrirn una disminucin en su estabilidad y contenido de asfalto, y unincremento en el valor del flujo; otras mezclas pueden no ser afectadas por la

presencia de agua.

Los procedimientos que se sealan a continuacin deben ser consideradosms como "ensayos de durabilidad", que como mtodos de diseo de mezclas.Sin embargo, la consideracin de los resultados de estos ensayos dedurabilidad puede hacer recomendable algunas modificaciones en el diseo ypropiedades de la mezcla, al tomar en cuenta estos resultados y el trficoesperado y las condiciones ambientales imperantes.


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2. Ensayos de durabilidad

Los ensayos de durabilidad pueden dividirse en dos tipos:

(a) sobre los agregadosEstos no sern tratados en este captulo, pero normalmente incluyen Desgastelos ngeles, desgaste en sulfatos, forma de las partculas y Arena Equivalente,y fueron, por otra parte, ya comentados en el Captulo referente a laspropiedades de los agregados ptreos.

(b) sobre las mezclasUna vez que los agregados han sido aprobados, basndose en los resultadosde los ensayos que las especificaciones establecen para los ensayosenumerados en el Aparte (a), se disea la mezcla siguiendo los pasosnormalizados en el Mtodo Marshall .

Los ensayos de durabilidad permiten medir como reaccionan las propiedadesde la mezcla ya diseada cuando la mezcla se somete a la accin del agua.

Estos ensayos sobre las mezclas pueden, a su vez, dividirse en:

1. Ensayos cualitativos de denudacin

Permiten medir el grado de permanencia de la unin agregado-asfalto, enpresencia de agua, en forma simplemente estimativa por observacin visual deuna mezcla sometida a un proceso de inmersin en agua.

Entre los ms comunes se encuentran:

1.1 Ensayos estticosEl agregado se cubre con el cemento asfltico, y se sumerge en agua a unatemperatura determinada. Luego de transcurridas 24 horas, se observa elgrado de prdida de cobertura del asfalto. Este ensayo ha sido normalizadobajo el Mtodo ASTM D 3625, y simula el efecto del agua cuando cae sobre lasuperficie del pavimento en los meses de verano.

1.2 Ensayo en agua hirviendo

Este ensayo es una variacin del ASTM 3625, y consiste en colocar la mezclaasfltica sin compactar en agua hirviendo, durante un tiempo de10 minutos,despus del cual se observa el grado de denudacin, o prdida de coberturaque han tenido el rea total de mezcla en observacin, y se calificasimplemente como mayor o menor del 95% de rea cubierta por asfaltodespus del ensayo. Como se entiende, es muy difcil apreciar la denudacinde la fraccin fina de la mezcla.


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1.3 Ensayos dinmico de denudacin simple

Este ensayo persigue simular el efecto del trfico sobre la superficie delpavimento hmedo. Este ensayo ha sido normalizado por el Estado deCalifornia bajo el Nmero Cal-DOT-T-302, y es similar al ASTM 3625, pero lamezcla de agregado y asfalto se somete a un proceso de agitacin, queacelera y hace ms marcada la accin del agua sobre la muestra.

2. Ensayos cuantitativos de resistencia

Permiten medir directamente el efecto del agua sobre las propiedades deresistencia de la mezcla.

Los ms comunes son:

(2.1) Ensayo de Resistencia Retenida (RRR)

Este ensayo, tambin conocido como de Inmersin-Compresin ha sidonormalizado por la AASHTO bajo la numeracin T-165 y consiste en lapreparacin de seis (6) briquetas de 102 mm (4 Pulg.) de dimetro por 102 mm(4 pulg.) de altura. Las briquetas se compactan por aplicacin de una presinesttica de 3.000 psi, durante 2 minutos, hasta alcanzar un contenido de vacoscercano al 6%.

Tres briquetas sern tratadas como no condicionadas (PNC) y las tresrestantes como condicionadas (PCC). Las briquetas PCC se sumergen enagua a 49C durante 4 das a 60C por un (1) da. Todas las briquetas serompen a la compresin simple a 25C con una velocidad de aplicacin de lacarga de 5.1 mm/min. El promedio de los tres valores de compresin noconfinada de las briquetas PNC se divide entre el promedio de los valores decompresin no confinada de las briquetas PCC. Esta relacin se define comoResistencia retenidaRRR y la mayora de las especificaciones establece,para mezclas densas de concreto asfltico, una relacin mnima de 70%. Coneste ensayo se presentan dos limitantes (1) carencia de precisin en el ensayo1y (2) el ser necesario un equipo de aplicacin de carga esttica que no estdisponible en muchos laboratorios.

1National Center for Asphalt Technology (NCAT): Hot Mix Asphalt Materials, Mix Design andConstruction, University of Auburn, Alabama, Second Edition, 1996. Pgina 308.


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(2.2) Ensayo de Relacin de Tensin Diametral (RTD)

El segundo ensayo, tambin conocido como Lottman Modificado, ha sidoestandarizado por la AASHTO bajo el cdigo T-283, y persigue igualmentemedir la relacin de resultados de condiciones de resistencia de briquetascondicionados y de briquetas sin condicionar.

En este ensayo las briquetas se preparan con el equipo Marshall, con lo cualse elimina la dificultad (2) del ensayo RRR. Se preparan seis briquetas, todascompactadas con el martillo Marshall, hasta que alcancen un contenido devacos entre 6 y 8%.

Tres de ellas sern rotas sin ningn condicionamiento adicional que elsumergirlas en agua a 25C durante una (1) hora antes de su rotura por tensinindirecta. Las otras tres briquetas se saturan entre un 55 y un 80%, yposteriormente se sumergen en agua a 60C por 24 horas y una (1) hora a25C antes de su rotura a tensin indirecta en la Mordaza Lottman.

La Figura 12 muestra tanto la Mordaza Lottman, como el tipo de fractura quese produce en una briqueta cuando se somete a este ensayo de carga portensin indirecta.

Figura 12: Briqueta en Mordaza Lottman y

forma de rotura

La relacin entre el promedio de la tensin indirecta de las tres briquetas sincondicionar y el promedio de la tensin indirecta de las tres condicionadas se

define como la Relacin de Tensin Diametral RTD, y la mayora de lasespecificaciones establece, para mezclas densas de concreto asfltico, unavalor mnimo de 70 a 80%.

En Venezuela, por el contrario, para mezclas densas de concreto asflticose exige una relacin mnima de 60% 2. El NCAT comenta, por otra parte,

2Norma Venezolana del Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS) para mezclas de concreto asfltico,2002.

Formarotura


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y = 0.5606x + 17.152

R20.2997 =

20

30

40

50

60

70

80

90

100

40 50 60 70 80 90 100

Est abilidad Retenida Mars hall (%)

ResistenciaRetenidaLottman(%)

Determinacin del Mdulo Elstico en mezclas asflticas

El mdulo elstico ([Eca]) se determina mediante el Mtodo de Ensayo ASTMD4123 y sustituye, en las mezclas asflticas, a los valores de estabilidadMarshall como criterio para la seleccin de los correspondientes "coeficientesestructurales" que luego participan en el establecimiento de los espesores dediseo.

El valor de [Eca] se ha seleccionado para sustituir a la estabilidad por lasrazones siguientes:

a. Indica una propiedad bsica de los materiales, la cual puede ser utilizada enlos anlisis mecansticos de sistemas multicapas para predecir agrietamientos,

rugosidades, ahuellamientos, etc.

b. Se ha aceptado mundialmente como un mtodo para la caracterizacin delas propiedades de los materiales y mezclas, para su uso en el diseo yevaluacin de pavimentos.

En Venezuela no se cuenta an con los equipos requeridos para ladeterminacin en laboratorio de los valores de mdulo elstico de las mezclasasflticas. Como los ltimos mtodos de diseo de pavimentos, yparticularmente el AASHTO-1993, requiere del valor de [Eca] para ladeterminacin de los coeficientes estructurales, es necesario apoyarse en

algunas ecuaciones de correlacin para el establecimiento de estos valores de[Eca].


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1. Ecuacin de Correlacin N 1

Una de las primeras ecuaciones de correlacin fue desarrollada por los Ings.Kallas & Sook( 1971), y posteriormente modificada por M. Witczak durante larevisin del Mtodo de Diseo para Pavimentos Flexibles del Instituto delAsfalto (IDA) del ao 1981.

Esta ecuacin se desarrolla a partir de los anlisis de regresin sobre 369valores de [Eca] obtenidos directamente en laboratorio sobre mezclasasflticas en caliente, y su expresin es la siguiente:

log [Eca]= 0,553833 + 0,028829 (P200/0,17033) - 0,03476 Vv+

+ 0,070377(106, 70F) + 0,000005 T (1,3 + 0,49825 log) Pcam0,5 -

- 0,00189 T (1,3 + 0,49825 log) (Pcam0,5/1,1) + (0,931757/0,02774)

en donde:[Eca]= mdulo elstico de la mezcla asfltica (105psi)P200 = porcentaje de material pasa el tamiz N 200 en la combinacin deagregados que conforma la mezcla asflticaVv= porcentaje de vacos totales en la mezcla asfltica(106, 70F)= viscosidad a 70 F, en poises, del cemento asfltico empleado en

la mezcla asfltica = frecuencia de carga, en Hz (este valor puede ser 2, 4 6, peronormalmente se toma el valor medio de 4)T = temperatura promedio de trabajo de la mezcla asfltica al ser colocadasobre el pavimento (este valor normalmente se toma como 68 F, para poderutilizar los grficos de "ar" del mtodo de diseo de pavimentos de la

AASHTO)Pcam = porcentaje de asfalto en la mezcla asfltica, expresado comoporcentaje en peso de mezcla total

2. Ecuacin de Correlacin N 2

Durante el perodo 1976-1980, la Universidad de Maryland en los Estados

Unidos, bajo la direccin del mismo Ing. M. Witczak, realiz un amplio trabajode laboratorio para ajustar la ecuacin de Correlacin N 1, al hacerlaextensiva a un mayor nmero y tipo de mezclas asflticas en caliente.

El estudio mencionado contempl el ensayo de laboratorio de 810 mezclasadicionales, y mediante anlisis de regresin se obtuvo la ecuacin siguiente:


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log [Eca]= 0,553833 + 0,028829 (P200/0,17033) - 0,03476 Vv+

+ 0,070377(106, 70F) + (0,931757/0,02774) +

+ [0,000005 T (1,3 + 0,49825 log) - 0,00189 T (1,3 + 0,49825 log)/1,1] *

* (Pcam- Popt/cam+ 4,0) 0,5

en donde sus trminos se corresponden exactamente con los definidos para laecuacin de correlacin N 1, y el nuevo trmino Popt/camse define como:

Popt/cam = porcentaje ptimo de cemento asfltico en la mezcla, obtenido deacuerdo al procedimiento Marshall.

Es importante sealar que en ambas ecuaciones de correlacin no se muestrauna dependencia del Mdulo Dinmico con referencia a la EstabilidadMarshall, que es empleada en el Mtodo AASHTO-93 para la estimacin delmdulo de las mezclas asflticas.

3. Ecuacin de correlacin N 3

El Ingeniero venezolano Freddy Snchez Leal ha propuesto una nuevaecuacin de correlacin 7, basada en anlisis de regresin de resultados deensayos Marshall y mediciones de mdulo secante mediante el equipo detensin indirecta.

Esta ecuacin toma la siguiente forma:

[Eca] = 1.2 * (P/(v*t) * (a+0.64),

En donde:

[Eca] = Mdulo elstico, en psiP = Carga Marshall, en lbsv= Deformacin (Flujo Marshall), en pulgadast = altura de la briqueta, en pulgadas

(de no disponerse de esta medicin en el ensayo, puede emplearse un valor de 2.50)a = constante experimental (adimensional) que vara entre 20 y 26,sugirindose un valor de 25 como mas frecuente= relacin de Poisson para mezclas asflticas, el cual se asume en 0.35

Documents

Ensayo y Metodo Marshall.pdf