trabajo sobre diseño marshall

7/26/2019 Trabajo sobre Diseo Marshall

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DISEO MARSHALL (Investigacin sobre el mtodo)

RESUMEN

El propsito del Mtodo de dosificacin Marshall es determinar el contenido ptimo de

asfalto para una combinacin especfica de materiales ptreos, y se basa en un ensayo

mecnico que consiste en romper probetas cilndricas de 101,6 mm de dimetro por 63,5

mm de altura, compactadas mediante un martillo de peso y altura de cada normalizados,

y precalentadas a 60 C, mediante la aplicacin de una carga vertical a travs de una

mordaza perimetral y a una velocidad de deformacin constante de 50,8 mm/min. Elmtodo establece densidades y contenidos ptimos de vaco que deben ser cumplidos

durante la construccin del pavimento.


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INTRODUCCIN

En una mezcla asfltica en caliente de pavimentacin, el asfalto y el agregado son

combinados en proporciones exactas: Las proporciones relativas de estos materiales

determinan las propiedades fsicas de la mezcla y, eventualmente, el desempeo de la

misma como pavimento terminado. Existen dos mtodos de diseo comnmente

utilizados para determinar las proporciones apropiadas de asfalto y agregado en una

mezcla. Ellos son el mtodo Marshall y el Mtodo Hveem. En el presente estudio slotrataremos el mtodo Marshall.

Ambos mtodos de diseo son ampliamente usados en el diseo de mezclas asflticas

de pavimentacin. La seleccin y uso de cualquiera de estos mtodos de diseo de

mezclas es, principalmente, asuntos de gustos en ingeniera, debido a que cada mtodo

contiene caractersticas y ventajas singulares. Cualquier mtodo pude ser usado con

resultados satisfactorios.


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1. DISEO DE MEZCLA ASFALTICA.

Debido a que el diseo de mezcla asfltica, aun tratndose de un pas que tiene

carencias pero que de ninguna manera estas deben ser causa de que se olvide la calidad

ni mucho menos que se siga llevando por mtodos que han demostrado ser obsoletos y

que han llevado a una durabilidad de la mezcla muy pobre, se propone realizar el diseo

por mtodos ms modernos que nos garanticen un buen comportamiento.

Para la propuesta de diseo debemos considerar que se deber recurrir a contar con un

agregado ptreo de calidad adecuada y una granulometra que permita que la mezcla se

mantenga estable dependiendo del tipo de trnsito, clima y la vida til que se pretende

de la mezcla en el pavimento.

Para lograr una calidad adecuada de los materiales ptreos se considera que lo ms

importante es lo siguiente:

a) Angularidad del agregado grueso que corresponde al porcentaje de partcula

triturada en una o dos caras que depender del tipo de trnsito, la vida til y la

profundidad de la capa pudiendo tener de 60% de dos caras y hasta 100%

triturado con dos caras nuevas en donde en el periodo de diseo se tendrn ms

de 30 millones de ejes equivalentes.

b) Angularidad del agregado fino que se mide por los vacos que se tienen en laarena y ser de 40 para poco trnsito y de 45 para alto trnsito a mayor

angularidad, mayor porcentaje a vacos.


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c) Porcentaje de partculas alargadas o lajeadas es importante sobre todo en alto

transito dado que se pueden romper estar partculas y modificar el valor del VAM

por lo que se recomiendo que el valor mximo de la que sea mayor no rebase el

15% (esto ayudara a mejorar los conjuntos de trituracin).d) Porcentaje de arcilla en el agregado fino, que se determina por la prueba del

equivalente de arena cuyo valor mnimo ser de 50 a 60% dependiendo del tipo

de mezcla asfltica a elaborar.

e) Dureza del material ptreo, determinado por medio de la prueba de desgaste a la

mquina de los ngeles con valores de 30% para carpetas 40% para bases

asflticas y 25% para carpetas delgadas, abiertas y tratamientos superficiales.

f) La prueba de durabilidad o sanidad por medio del intemperismo acelerado con

valores de perdida mximas de 12%.

g) Por ltimo, el contenido de materiales deletreos o contaminantes como madera,

mica, carbn con valores de 0% para capas de rodamiento y 1% para bases

asflticas.

Por ltimo, la graduacin o granulometra del agregado ptreo en el cual se busca que

se tenga la graduacin adecuada de acuerdo al tipo de pavimento a utilizar ya sea de

graduacin abierta o cerrada, as como intermitente con el objeto de que el material tenga

un buen esqueleto mineral. De acuerdo a la estructura que busca el SHRP tiene unos

puntos de control que corresponde a las mallas No. 200 (0.075); No. 8 (2.36 mm) y el del

tamao nominal. Para efectos de control de la curva si tiene manejo promedio de tamices

con una malla elevada al 0.45.

h) Es importante incorporar la prueba de azul de metileno, mxime en aquellas

muestras que tienen un alto contenido de


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Para efectos de tener un buen esqueleto mineral se requiere que la parte de grava

sea la ms importante por lo que se requiere que su clasificacin SUCS empiece

por la letra G (grava) Gravel y que la arena ocupe los huecos dejados por la

grava.

Tambin es importante tomar en cuenta lo que corresponde a tratar de evitar que

la curva granulomtrica pase por lo que se ha dado en llamar la zona restringida

dado que forman una joroba (curva de la felicidad) en los agregados producto de

cribados o triturados parciales principalmente de ros. Las curvas que pasan por

la zona restringida indica la presencia de un alto contenido de arena que

desemboca en mezclas debeles con una difcil compactacin y resistencia baja ala deformacin (formacin de roderas y corrimientos) durante la vida de servicio

siendo inestables teniendo tendencia a perder fcilmente los vacos; este tipo de

mezclas difcilmente pueden cumplir con la norma de que al fin de la vida til

conserven algn porcentaje de vacos, las granulometras tambin son variables

de 9.5 a 37.5 mm (3/8 a 1 ) y su eleccin deber depender del espesor de la

capa a colocar.

Para determinar si la granulometra de la mezcla es de forma adecuada se determina a

el agregado mineral, el valor del VAM (vacos de aire en el material ptreo) cuyo

porcentaje depender del tamao nominal mximo del agregado y que luego parte de

estos vacos puedan se ocupados por el asfalto en un porcentaje que depender del

nmero de ejes equivalente durante la vida de diseo ESALs.

Otra condicionante de control es lo que se ha denominado como el porcentaje de

filler/asfalto que es una relacin entre el porciento en peso que pasa la malla No. 200 yel % de asfalto efectivo en la mezcla, cuyo valor debe oscilar entre 0.6 y 1.2 para

cualquier tipo de mezcla asfltica.


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Por ultimo algo que puede ser muy importante es la afinidad del material ptreo con el

asfalto en la mezcla para lo cual si no tiene afinidad se deber utilizar de algn agente

externo para que no se desprenda la mezcla asfltica, pueden ser los aditivos contra la

falta de adherencia que normalmente son aminas. Tambin la cal hidratada, aun enocasiones el uso de polmeros en el asfalto puede ayudar a la adherencia esto es

evaluado por medio de la prueba de resistencia de las mezclas asflticas a los daos

producidos por la humedad

Para la decisin del ligante asfltico SHRP se basa principalmente con relacin a la

temperatura ms baja y ms alta del lugar donde se va a colocar el producto con las

siguientes observaciones.

o SHRP hace su clasificacin de asfaltos por temperatura de 6 en 6 anteponiendo

el prefijo PG seguido de la temperatura alta y luego de la baja con un guion

intermedio. Para el alta, considera el promedio de los 7 das de mxima

temperatura del ao ms caliente cuando menos en los ltimos 20 aos y la ltima

se calcula por la ms fra a 20 mm de profundidad de los ltimos 20 aos.

Se calcula con unas formulas la temperatura del pavimento que se auxilia con las

temperaturas del aire y se corrigen en la temperatura alta con la velocidad (+ 1

grado PG) y las lentas (hasta 2 grados ms PG).

o SHRP considera en temperaturas altas de 46 a 82C para nuestro pas, el de 64

a 82C es suficiente.

o Para temperaturas bajas se tienen grados de10 a46C para nuestro pas los

rangos de10 a22C nicamente.

o Se determinar la temperatura de elaboracin y compactacin (en laboratorio y

en el campo) de acuerdo a la viscosidad que ser determinada por el viscosmetro


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rotacional del SHRP (Brookfield) cuyo rango oscilar del orden de 0.15 a 0.4

pascales y que se adecuar en parmetros de trabajo en el campo.

Para el diseo de la mezcla se considera una serie de valores. Pero no considero quesea pertinente dar una descripcin total del mtodo de diseo nicamente y

considerando que hay otros trabajos que lo describen y lo comparan dar nicamente

algunas ideas de la columna vertebral del SHRP.

o SHRP considera que para el nivel de diseo del pavimento existan tres niveles de

acuerdo a lo siguiente:

Nivel Trnsito Requerimientos

1Transito hasta 1 de ejes

equivalentesDiseo volumtrico

2Transito hasta 10 de ejes

equivalentes

Diseo Volumtrico + ensayes de prediccin de

comportamiento

3Transito ms de 10 de ejes

equivalentes

Diseo Volumtrico + ensayes completos de

prediccin de comportamiento

Y esto depender tambin del periodo de diseo de pavimento, 10 y 15 o ms

aos y para reconstruccin al nivel mayor ser de 10 a 15 aos.

o Para nuestro pas que se considera una tasa de retorno de 10 aos para el diseo

de un pavimento nicamente la autopista que entrara al nivel 3 es la Mxico-

Quertaro, Monterrey, Guadalajara-Lagos de Moreno y Mxico-Puebla, as como

algunas Carreteras Federales como la Quertaro-Irapuato, Len-Irapuato,

Zapotlanejo, Guadalajara-Tepic, Zapotlanejo-Lagos de Moreno etc., y en el nivel2 estaran la mayora de autopistas de cuota faltantes y del orden de 20,000 km.,

de carreteras federales y falta ubicar perifricos y vas rpidas de las Ciudades de

Guadalajara, Monterrey y rea metropolitana de la Ciudad de Mxico.


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o Como vemos para la inmensa mayora de las mezclas asflticas un diseo

volumtrico es ms que suficiente en el cual se tiene que tomar en cuenta la

componente volumtrica, densidad, vacos, vacos con asfalto, densidad o

gravedad especfica, absorcin, absorcin de asfalto, para determinar laconsistencia de la mezcla.

o La compactacin del espcimen de diseo - un compactador giratorio que

compacte con un grado de ataque que permita analizar lo que sucede durante la

compactacin de campo que deje que se compacte de manera similar en ataque

y peso de compactacin de campo que permita que se le aplique carga de

acomodo de compactacin durante todo el periodo de diseo (vida til) con los

siguientes parmetros:

Acomodo Nmero inicial de giros (N inicial)

Compactacin Numero de giros de diseo (N diseo)

Vida til Nmero mximo de giros (N mximo)

Este nmero de giros depender del trnsito y la temperatura del are en el lugar

de diseo y la carga total.

o Con este sistema y las variaciones del asfalto (%) se van obteniendo los pesos

volumtricos y los vacos de la mezcla hasta llegar al optimo (4%) y el que se

tenga con el nivel mximo de carga (ESALs a la vida til) sin olvidar que la mxima

carga se debe mantener cuando menos el 2% de vacos.

Para el diseo volumtrico una vez seleccionado el asfalto y los agregados, se pasar a

la seleccin de la estructura de los agregados, para esta etapa debemos considerar que

mucho depende del trnsito esperado en la vida de diseo. Para esto al inverso de otros

mtodos de diseo de inicio se seleccionarn 3 granulomtricas (gruesa, media y fina)

que tienen las siguientes caractersticas:


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a) Granulometra gruesagrava retenida de de 30 a 40%, gravilla de 3/8 de

15 a 30%, arena de 25 a 30% y finos (pasa 200) de 3 a 4%.

b) Granulometra intermediagrava de de 25 a 35%, gravilla de 3/8de 20 a

35% y arena de 30 a 35% y finos de 4 a 5%.

c) Granulometra fina grava de media de 20 a 30%, gravilla de 3/8 de 25 a

40%, arena de 35 a 40% y finos de 5 a 6%.

En cada una de las mezclas propuestas se determinan densidades, y las

propiedades de cada agregado fino y grueso.

Normalmente las mezclas finas son seleccionadas para menos trnsito y con ms asfalto

y las mezclas gruesas para mayor trnsito y con menos asfalto dado que tienen mejor

esqueleto mineral y tardan ms en obtener la compactacin. En la mayora de los diseos

(gruesos, finos o intermedios) se pasa la zona restringida por la parte de abajo que aun

cuando no es obligatorio da mejores caractersticas de la mezcla eventualmente en la

granulometra fina puede pasar la curva por la zona restringida.

Del diseo volumtrico se obtienen los siguientes datos:

% ptimo de asfalto

Contenido de finos, arena, gravilla y grava.

Peso volumtrico y vacos.

Con los cuales podemos proceder a elaborar los especmenes Marshall para el control

de campo los cuales se elaboran seis con el ptimo de asfalto de los cuales 3 se

ensayarn a valores Marshall y los otros 3 a tensin indirecta (a una temperatura que

variar de acuerdo al clima del lugar siendo 10 para clima fro, 25C para climas


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templados y 40% para climas calientes), de lo anterior tenemos los siguientes datos que

se enviaran para el control de campo.

1. Estabilidad Marshall2. Flujo Marshall

3. Tensin indirecta (a temperatura de proyecto) a 25C (climas fros) o 40C

(climas calientes)

4. % del asfalto.

5. Peso volumtrico Marshall.

6. % de asfalto.

7. Todos los valores de la granulometra de diseo, as como la calidad de materialptreo y sus proporciones para el trabajo de campo

Nota: No necesariamente se tendr el mismo peso volumtrico del diseo dado que el

proceso de compactacin es diferente (dinmica en Marshall y de amasado en giratorio)

pero se puede homologar a seguir con la variante Marshall normal.

2. METODO DE DISEO MARSHALL

2.1 Metodologa.

El concepto del mtodo Marshall para diseo de mezclas para pavimentacin fue

formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del

estado de Mississippi. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a travs de una

extensiva investigacin y estudios de correlacin, mejor y adicion ciertos aspectos al

procedimiento de prueba Marshall, a la vez que desarroll un criterio de diseo de

mezclas.

El mtodo original de Marshall slo es aplicable a mezclas asflticas en caliente para

pavimentacin que contengan agregados con un tamao mximo de 25 mm (1) o menor.

El mtodo Marshall modificado se desarroll para tamaos mximo arriba de 38 mm


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(1.5). El procedimiento est pensado para diseo en laboratorio y control en campo de

mezclas asflticas en caliente con graduacin densa. Debido a que la prueba de

estabilidad es de naturaleza emprica, la importancia de los resultados en trminos de

estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a losprocedimientos estndar.

El mtodo Marshall utiliza especmenes de prueba estndar de una altura de 64 mm (2

) y 102 mm (4) de dimetro. Estos se preparan mediante un procedimiento para

calentar, combinar y compactar mezclas de asfalto- agregado (ASTM D1559). Los dos

aspectos principales del mtodo Marshall son la densidad-anlisis de vacos y la prueba

de estabilidad y flujo de los especmenes compactados; cabe mencionar que esteproceso de diseo no tiene especificado pruebas para agregados minerales ni para

cementos asflticos.

La estabilidad del espcimen de prueba es la mxima resistencia en N (lb) que un

espcimen estndar desarrollar a 60 C cuando es ensayado. El valor de flujo es el

movimiento total o deformacin, en unidades de 0.25 mm (1/100) que ocurre en el

espcimen entre estar sin carga y el punto mximo de carga durante la prueba de

estabilidad.

2.2 Granulometra.

La metodologa Marshall utiliza una grfica semilogartmica para definir la granulometra

permitida, en la cual en la ordenada se encuentran el porcentaje de material que pasa

cierta malla, y en la abscisa las aberturas de las mallas en mm, graficadas en forma

logartmica.

La seleccin de una curva granulomtrica para el diseo de una mezcla asfltica cerradao densa, est en funcin de dos parmetros: el tamao mximo nominal del agregado y

el de las lneas de control (superior e inferior), Las lneas de control son puntos de paso

obligado para la curva granulomtrica. La Tabla 2.1 presenta los tamaos mximos


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nominales ms utilizados, as como sus lneas de control de acuerdo con la ASTM

D3515.

2.3 Especificaciones de la Metodologa.

La seleccin del contenido ptimo de asfalto depende de muchos criterios que se

discutirn en este captulo. Un punto inicial para el diseo es escoger el porcentaje deasfalto para el promedio de los lmites de vacos de aire, el cual es 4%. Todas las

propiedades medidas y calculadas bajo este contenido de asfalto debern ser evaluadas

comparndolas con los criterios para el diseo de mezclas (Tabla 1.2). Si todos los

criterios se cumplen, entonces se tendr el diseo preliminar de la mezcla asfltica, en

caso de que un criterio no se cumpla, se necesitar hacer ajustes, o redisear la mezcla


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Criterio de Mezcla Mn Mx Mn Mx Mn Mx

Compactacin, nmero de golpes en cadauno de los especmenes

Estabilidad, (N) 3336 5338 8006

(lb) 750 ----- 1200 ----- 1800 -----

Flujo, (0.25 mm) (0.01 in) 8 18 8 16 8 14

Porcentaje de vacos 3 5 3 5 3 5

Porcentaje de vacos rellenos de asfalto 70 80 65 78 65 75

35 50 75

Tabla 1. Criterio de diseo de mezclas Marshall

Trfico li gero

Carpeta y bas eMtodo Marshall

Trfico medio

Carpeta y bas e

Trfico pesado

Carpeta y base

mm in 3.0 4.0 5.0

1.18 No. 16 21.5 22.5 23.5

2.36 No. 8 19.0 20.0 21.0

4.75 No. 6 16.0 17.0 18.0

9.5 3/8 14.0 15.0 16.0

12.5 1/2 13.0 14.0 15.0

19 3/4 12.0 13.0 14.0

25 1.0 11.0 12.0 13.0

37.5 1.5 10.0 11.0 12.0

Tabla 2. Mnimo porcentaje de vacos de agregado mineral (VAM)

Mximo tamao de

partcula nominal

Porcentaje mnimo VAM

Porcentaje dseo vacos de aire

2.4 Evaluacin y ajustes de una mezcla de diseo.

Cuando se desarrolla una mezcla de diseo, es frecuentemente necesario hacer varias

mezclas de prueba para encontrar una que cumpla con todos los criterios de diseo.

Cada una de las mezclas de prueba sirve como una gua para evaluar y ajustar las

pruebas siguientes. Para diseo de mezclas preliminares o exploratorias, es aconsejable

comenzar con una graduacin de agregado que se acerque a la media de los lmites

establecidos. Las mezclas de prueba iniciales sirven para establecer la frmula de trabajoy verificar que la graduacin de agregado dentro de los lmites especificados puede ser

reproducida en una planta mezcladora.

Cuando las mezclas de pruebas iniciales fallan con los criterios de diseo en cualquier

contenido de asfalto seleccionado, ser necesario modificar o, en algunos casos,


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redisear la mezcla. Para corregir una deficiencia, la manera ms fcil de redisear una

mezcla es cambiar la graduacin de los agregados ajustando los porcentajes utilizados.

Frecuentemente este ajuste es suficiente para cumplir con las especificaciones. Si el

ajuste de los porcentajes no es suficiente, se debern realizar serias consideraciones.Existen lineamientos generales para ajustar las mezclas de prueba, aunque estas

sugerencias no funcionan en todos los casos:

2.4.1 Vacos bajos y estabilidad baja

Los vacos pueden incrementarse en diferentes formas. Como un

acercamiento general para lograr vacos altos en el agregado mineral (enconsecuencia, proveer de suficientes espacios, para una adecuada

cantidad de asfalto y vacos de aire), la graduacin del agregado debe

ajustarse mediante la adicin de ms agregado grueso o fino.

Si el contenido de asfalto es ms alto de lo normal y el exceso no es

necesario para remplazar el absorbido por el agregado, entonces el

contenido de asfalto deber reducirse a fin de incrementar el porcentaje de

vacos, proveyendo un adecuado VAM. Se deber recordar que disminuir

el porcentaje de asfalto podr tender a bajar la durabilidad del pavimento.

Demasiada reduccin en el contenido de asfalto puede ocasionar

fracturacin, oxidacin acelerada e incremento de la permeabilidad. Si los

ajustes anteriores no producen una mezcla estable, el agregado tendr que

cambiarse.

Es tambin posible mejorar la estabilidad e incrementar el contenido de

vacos en el agregado de la mezcla, mediante el incremento del agregado

grueso o reduccin de la cantidad de material que pasa la malla No. 200.Con la incorporacin de arena procesada, el contenido de vacos puede

mejorarse sin sacrificar la estabilidad de la mezcla.

2.4.2 Vacos bajos y estabilidad satisfactoria


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Bajos contenidos de vacos pueden eventualmente resultar en inestabilidad

debido a flujo plstico o despus de que el pavimento ha sido expuesto al

trnsito por un periodo de tiempo ante la reorientacin de las partculas y

compactacin adicional.Por su parte, insuficientes vacos pueden ser producto de la cantidad

requerida de asfalto para obtener una durabilidad alta en mezclas finas; sin

embargo, la estabilidad es inicialmente satisfactoria por el trnsito

especfico. Una degradacin de agregado pobre durante la produccin de

la mezcla y/o bajo la accin de trnsito puede ocasionar subsecuentemente

inestabilidad y flujo si el contenido de vacos de la mezcla no es suficiente.

Por estas razones, mezclas con vacos bajos tendrn que ajustarse por unode los mtodos dados, en el inciso anterior sin importar que la estabilidad

inicial sea satisfactoria.

2.4.3 Vacos satisfactorios y estabil idad baja

La baja estabilidad cuando los vacos y la graduacin del agregado son

satisfactorios, puede indicar algunas deficiencias en el agregado. Se

debern tomar consideraciones para mejorar la forma de la partcula de los

agregados utilizando material producto de trituracin o incrementando el

porcentaje de agregado grueso en la mezcla o posiblemente aumentando

el tamao mximo del agregado. Partculas de agregado con textura rugosa

y superficies menos redondeadas, presentan ms estabilidad cuando se

mantiene o incrementa el volumen de vacos.

2.4.4 Vacos altos y estabilidad satisfactoria

Altos contenidos de vacos se asocian frecuentemente con mezclas conalta permeabilidad; al permitir la circulacin de aire y agua a travs del

pavimento pueden ocasionar endurecimiento prematuro del asfalto,

desprendimiento del agregado, o posible desprendimiento del asfalto en el

agregado. Aun cuando la estabilidad es satisfactoria, se debern realizar


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ajustes para reducir los vacos. Pequeas reducciones se lograrn

mediante la adicin de polvo mineral a la mezcla. Podra ser necesario

seleccionar o combinar agregados para lograr una graduacin, la cual

deber estar cerca de la curva de mxima densidad.

2.4.5 Vacos altos y estabilidad baja

Se debern tomar en cuenta dos pasos para este tipo de condiciones; el

primero es ajustar el volumen de vacos mediante los mtodos discutidos

en los puntos anteriores; y en el segundo, si los ajustes no mejoran la

estabilidad, deber hacer una consideracin de la calidad de los materiales,

conforme en 1.4.1 y 1.4.2.

2.5 Pruebas a las mezclas asflticas compactadas

En el mtodo Marshall se llevan a cabo tres tipos de pruebas para conocer tanto sus

caractersticas volumtricas como mecnicas.

2.5.1 Determinacin de la gravedad especfica

La prueba de gravedad especfica puede desarrollarse tan pronto como el

espcimen se haya enfriado en un cuarto de temperatura. Esta prueba se

desarrolla de acuerdo con la Norma ASTM D1188, gravedad especfica de

mezclas asflticas compactadas empleando parafina; o ASTM D2726,

gravedad especfica de mezclas asflticas compactadas utilizando

superficies saturadas de especmenes secos.

Para determinar cul norma se debe utilizar, se realizarn pruebas de

absorcin a la mezcla asfltica compactada; si la absorcin es mayor al 2%,

se utiliza la Norma ASTM D1188, en caso contrario, se recurre a la NormaASTM D2726.

2.5.2 Prueba de estabil idad y f lujo


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Despus de que la gravedad especfica se ha determinado, se desarrolla

la prueba de estabilidad y flujo, que consiste en sumergir el espcimen en

un bao Mara a 60 C 1 C (140 F 1.8 F) de 30 a 40 minutos antes

de la prueba.

Con el equipo de prueba listo, se remover el espcimen de prueba del

bao Mara y cuidadosamente se secar la superficie. Colocndolo y

centrndolo en la mordaza inferior, se proceder a colocar la mordaza

superior y se centrar completamente en el aparato de carga.

Posteriormente se aplica la carga de prueba al espcimen a unadeformacin constante de 51mm (5) por minuto, hasta que ocurra la falla.

El punto de falla est definido por la lectura de carga mxima obtenida. El

nmero total de Newtons (lb) requeridos para que se produzca la falla del

espcimen deber registrarse como el valor de estabilidad Marshall.

Mientras que la prueba de estabilidad est en proceso, si no se utiliza un

equipo de registro automtico se deber mantener el medidor de flujo sobre

la barra gua y cuando la carga empiece a disminuir habr que tomar la

lectura y registrarla como el valor de flujo final. La diferencia entre el valor

de flujo final e inicial expresado en unidades de 0.25 mm (1/100 ) ser el

valor del flujo Marshall.

2.5.3 Anlisis de densidad y vacos

Despus de completar las pruebas de estabilidad y flujo, se realiza el

anlisis de densidad y vacos para cada serie de especmenes de prueba.

Resulta conveniente determinar la gravedad especfica terica mxima

(ASTM D2041) para al menos dos contenidos de asfalto, preferentemente

aquellos que estn cerca del contenido ptimo de asfalto. Un valor


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promedio de la gravedad especfica efectiva del total del agregado se

calcular de estos valores.

Utilizando la gravedad especfica y la gravedad especfica efectiva del totaldel agregado; el promedio de las gravedades especficas de las mezclas

compactadas; la gravedad especfica del asfalto y la gravedad especfica

terica mxima de la mezcla asfltica, se calcula el porcentaje de asfalto

absorbido en peso del agregado seco, porcentaje de vacos (Va);

porcentaje de vacos llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de vacos

en el agregado mineral (VAM).

3. PRESENTACIN DE RESULTADOS.

3.1 Procedimiento para la Aplicacin del Mtodo Marshall

a) Seleccin de las Muestras de Material

El primer paso en el mtodo de diseo, es seleccionar un tipo de agregado y un

tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para producir las cualidades

que se estn buscando para la carpeta (estabilidad, durabilidad, Trabajabilidad.

resistencia al deslizamiento, etctera). La relacin viscosidad-temperatura del

cemento asfltico que va a ser usado debe ser ya conocida para poder establecer

las temperaturas de mezclado y compactacin en el laboratorio. El procedimiento

incluye:

o Secar el agregado: hasta obtener un peso constante a una temperatura de

110 C.

o Determinar peso especfico: es determinado al comparar el peso de unvolumen dado de agregado, con el peso de un volumen igual de agua a la

misma temperatura. El peso especfico del agregado se expresa en

mltiplos del peso especfico del agua (la cual siempre tiene un valor de 1).

El clculo del peso especfico de la muestra seca de agregado, establece


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un punto de referencia para medir los pesos especficos necesarios en la

determinacin de las proporciones de agregado, asfalto y vacos que van

a usarse en el mtodo de diseo.

o Anlisis granulomtrico por lavado: mediante el cual se identifican lasproporciones de partculas diferente en las muestras de agregado.

b) Seleccin del Tipo de Mezcla

Tomando en cuenta el criterio del diseador, las clasificaciones de la tabla N 3

Tabla N 3. CAUSAS Y EFECTOS EN LAS PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS PARA MANTENIMIENTOS

BAJA ESTABILIDADCausas Efectos de la carpeta

Exceso de asfalto en la mezcla Ondulaciones, ahuellamiento y afloramiento o exudacin

Exceso de arena de tamao medio en la mezcla Baja resistencia durante la compactacin y posteriormentedurante un cierto tiempo; dificultad para la compactacin

Agregado redondeado sin, o con pocas superficies trituradasAhuellamiento

Ahuellamiento y Canalizacin

BAJA DURABILIDAD

Causas Efectos de la carpeta

Bajo contenido de asfalto Endurecimiento rpido del asfalto y desintegracin por prdidade agregado

Alto contenido de vacos debido al diseo o a la falta decompactacin

Endurecimiento temprano del asfalto seguido por agrietamientoo desintegracin

Agregados susceptibles al agua (hidroflicos) Pelculas de asfalto se desprenden del agregado dejando unpavimento desgastado, o desintegrado.

MEZCLADO DEMASIADO PERMEABLECausas Efectos de la carpeta

Bajo contenido de asfalto Las pelculas delgadas de asfalto causarn, tempranamente, unenvejecimiento y una desintegracin de la mezcla

Alto contenido de vacos en la mezcla de diseo El agua y el aire pueden entrar fcilmente en el pavimento,causando oxidacin y desintegracin de la mezcla

Compactacin inadecuada Resultar en vacos altos en el pavimento, lo cual conducir ainfiltracin de agua y baja estabilidad.

MALA TRABAJABILIDAD


Tamao mximo de partcula: grande Superficie spera, difcil de colocar

Demasiado agregado grueso Puede ser difcil de compactar

Temperatura muy baja de mezcla Agregado sin revestir, mezcla poco durable; superficie speradifcil de compactar

Demasiada arena de tamao medio La mezcla se desplaza bajo la compactadora y permanece tierna

o blandaBajo contenido de relleno mineral Mezcla tierna, altamente permeable

Alto contenido de relleno mineral Mezcla muy viscosa, difcil de manejar; poco durable

MALA RESISTENCIA A LA FATIGA


Bajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatiga

Vacos altos de diseo Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamientopor fatiga


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Falta de compactacin Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamientopor fatiga

Espesor inadecuado de pavimento Demasiada flexin seguida por agrietamiento por fatiga

POCA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO


Exceso de asfalto Exudacin, poca resistencia al deslizamiento

Agregado mal graduado o con mala textura Pavimento liso, posibilidad de hidroplaneoAgregado pulido en la mezcla Poca resistencia al deslizamiento

Fuente: Serie de Manuales N 22 del Instituto del Asfalto (MS-22), Figuras: 3.3, 3.4, 3.5 y 3.6, Pginas: 61, 62, 63 y 64.

c) Evaluacin de la Granulometra de los Agregados

determinar por medio de ensayos granulomtricos, si los tamaos de agregados

estn dentro de los rangos tericos, propios de cada tipo de granulometra, de

acuerdo a las grficas con las curvas de graduacin.

d) Proporcionamiento de Agregados y AsfaltosSe mezclan los agregados en sus diferentes proporciones con los distintos

contenidos de asfalto que se evaluarn.

e) Preparacin de Especmenes de Ensayo

Las probetas de ensayo de las posibles mezclas de pavimentacin son

preparadas haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de

asfalto. El margen de contenidos de asfalto usado en las briquetas de ensayo estdeterminado con base en experiencia previa con los agregados de la mezcla. El

asfalto y el agregado se calientan y mezclan completamente hasta que todas las

partculas de agregado estn revestidas. Esto simula los procesos de

calentamiento y mezclado que ocurren en la planta. Las mezclas asflticas

calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall, como preparacin

para la compactacin, en donde se usa el martillo Marshall de compactacin, el

cual tambin es calentado para que no enfre la superficie de la mezcla al

golpearla. Las briquetas son compactadas mediante golpes del pisn de

compactacin Marshall (fotografa 1).


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Foto 1. Pisn de compactacin Marshall

El nmero de golpes del pisn de compactacin (35, 50 o 75) depende de la

cantidad de trnsito para la cual la mezcla est siendo diseada (Tabla N 1).

Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo nmero de golpes. Despus de

completar la compactacin las probetas son enfriadas y extradas de los moldes.

f) Determinacin de la Gravedad Especfica de los Especmenes Compactados

g) Ensayo EstabilidadFlujo

Como se mencion anteriormente, el ensayo de estabilidad, est dirigido a medir

la resistencia a la deformacin de la mezcla.

h) Determinacin de la Gravedad Especfica Terica Mxima de la Mezcla Suelta.

i) Anlisis DensidadVaco


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3.2 Ensayos Marshall

Existen tres procedimientos en el mtodo del ensayo Marshall, estos son:

a) Determinacin del peso especfico total,

b) Medicin de la estabilidad y el flujo Marshall, yc) Anlisis de la densidad y el contenido de vacos.

a) Determinacin del Peso Especfico Total El peso especfico total de cada probeta

se determina tan pronto como las probetas recin compactadas se hayan enfriado

a la temperatura ambiente. Esta medicin de peso especfico es esencial para un

anlisis preciso de densidad-vacos.

b) Ensayos de estabilidad y fluencia El ensayo de estabilidad est dirigido a medir la

resistencia a la deformacin de la mezcla. La fluencia mide la deformacin, bajo

carga, que ocurre en la mezcla (Ver fotografa 2).

Foto 2. Probeta Marshall y Pedestal de compactacin.


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Altura aproximada de

espcimen, en milimetrosFactor de coreccin

50 1.51

51 1.46

52 1.41

53 1.36

54 1.32

55 1.27

56 1.23

57 1.2

58 1.16

59 1.13

60 1.1

61 1.07

62 1.04

63 1.01

64 0.99

65 0.96

66 0.94

67 0.91

68 0.89

69 0.87

70 0.85

Tolerancias respectos de los promedios

correspondientes de cada serie:

NOTA: Multiplicando la estabilidad medida en un

espcimen por el factor de correccin, se obtiene la

estabilidad corregida para un espcimen de 63.5

mlimetros de altura.

c) Anlisis de Densidad y Vacos

El propsito del anlisis es el de determinar el porcentaje de vacos en la mezcla

compactada. Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se

procede a efectuar un anlisis de densidad y vacos para cada serie de probetas

de prueba. Anlisis de Vacos Se calcula a partir de los pesos especficos del

asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta

la cantidad de asfalto absorbido por el agregado; o directamente mediante un

ensayo normalizado (AASHTO T- 209) efectuado sobre la muestra de mezcla sin


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compactar. El peso especfico total de las probetas compactadas se determina

pesando las probetas en aire y en agua. La tabla N 1 proporciona valores lmite

de porcentaje de vacos segn intensidad de trnsito.

Anlisis de Peso Unitario

El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso

especfico total de la mezcla por la densidad del agua 1000 kg/m3 (62.4 lb/ft3).

Anlisis de Vacos en el Agregado Mineral (VAM)

El VAM es calculado con base en el peso especfico total del agregado y se

expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lotanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen del agregado (determinado

mediante el peso especfico total del agregado) del volumen total de la mezcla

compactada (tabla N 2.9).

Anlisis de Vacos Llenos de Asfalto (VFA)

El VFA, es el porcentaje de vacos nter granulares entre las partculas de

agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VAM abarca asfalto y

aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los vacos de aire del VAM, y luego

dividiendo por el VAM, y expresando el valor final como un porcentaje. La tabla N

1 proporciona valores lmites de VFA en funcin de la intensidad de trnsito para

el cual de disear la carpeta.

Previo a la ejecucin del mtodo se deben tener en cuenta los siguientes

aspectos:

o Los materiales a usar deben cumplir con las especificaciones del proyecto.o La mezcla de agregados debe cumplir con las especificaciones

granulomtricas del proyecto.

o Se deben determinar las densidades reales secas de todos los agregados

y las del asfalto para ser usados en el anlisis de huecos de la mezcla. Las


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dos caractersticas principales del mtodo de diseo son el anlisis

densidad vacos y el ensayo de fluencia y estabilidad de las probetas.

3.2.1 Anlisis de Resultados Ensayo Marshall

Se procede a trazar los resultados del ensayo en grficas, para poderanalizar las caractersticas particulares de cada muestra. Mediante el

estudio de las grficas se puede determinar cual muestra de la serie,

cumple mejor los criterios establecidos para el pavimento terminado. Las

proporciones de asfalto y agregado en estas muestras se convierten en las

proporciones usadas en la mezcla final. Las grficas que se deben trazar

para el diseo son:

o Porcentajes de vacos

o Porcentajes de vacos en el agregado mineral (VAM)

o Porcentajes de vacos llenos de asfalto (VFA)

o Pesos unitarios (densidades)

o Estabilidad Marshall

o Flujo Marshall

En cada grfica, los puntos representan los diferentes valores que debenser conectados mediante lneas para formar curvas suaves. (Foto N 3).

NOTA: Lo ms prctico es tomar una serie de cinco muestras.

LA ESTABILIDAD DE LA PROBETA DE ENSAYO: ES LA CARGA MXIMA EN NEWTON QUE STA

ALCANZA A 60 C

EL FLUJO:ES LA DEFORMACIN, EN DCIMAS DE MILMETROS, QUE OCURRE DESDE EL INSTANTE

QUE SE APLICA LA CARGA HASTA LOGRAR LA CARGA MXIMA.


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Foto 3. Graficas usadas por el mtodo Marshall

3.3 Seleccin del Diseo de Muestra Adecuado

El diseo de mezcla seleccionado para ser usado en un Recarpeteo es, generalmente,

aquel que cumple, de la manera ms econmica, con todos los criterios establecidos.

Sin embargo, no se debe disear una mezcla para optimizar una propiedad en particular.

Por ejemplo, las mezclas con valores muy altos de estabilidad son, con frecuencia, poco

deseable, debido a que los pavimentos que contienen este tipo de mezclas tienden a ser


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menos durables y pueden agrietarse prematuramente bajo volmenes grandes de

trnsito. Cualquier variacin en los criterios de diseo deber ser permitida solo bajo

circunstancias poco usuales, a no ser que el comportamiento en servicio de una mezcla

en particular indique que dicha mezcla alternativa es satisfactoria. En la Tabla N 4 sepuede observar de una forma sintetizada, los pasos necesarios que son solicitados por

el Mtodo Marshall.

Tabla N 4. PASOS PARA EL DISE O DE MEZCLAS ASF LTICAS POR EL M TODO MARSHALL

1. SELECCIN DE LAS MUESTRAS DE MATERIAL:

SECAR EL AGREGADO

HACER UN ANLISIS GRANULOMTRICO POR VA HMEDA DETERMINAR EL PESO ESPECFICO DEL MATERIAL

2. SELECCIN DEL TIPO DE MEZCLA:

EL ASFALTO DEBE ESTAR CLASIFICADO PREVIAMENTE POR VISCOSIDAD O POR

PENETRACIN.

3. EVALUACIN DE LA GRANULOMETRA DE LOS AGREGADOS:

(El Tamao Mx. del agregado debe ser de 1 Pulgada.)

4. PROPORCIONAMIENTO DE AGREGADOS Y ASFALTOS

5. PREPARACIN DE ESPECIMENES DE ENSAYO

DETERMINACIN DEL PESO ESPECFICO TOTAL

MEDICIN DE LA ESTABILIDADY EL FLUJO

ANLISIS DE LA DENSIDAD Y DEL CONTENIDO DE VACOS

ANLISIS DE VACOS

ANLISIS DEL PESO UNITARIO

ANLISIS DE VACOS EN EL AGREGADO MINERAL (VAM)

ANLISIS DE VACOS LLENOS DE ASFALTO (VFA)

6. DETERMINACIN DE LA GRAVEDAD ESPECFICA DE LOS ESPECIMENES

COMPACTADOS.

7. ENSAYO ESTABILIDADFLUJO

8. DETERMINACIN DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA TERICA MXIMA DE LA MEZCLA

SUELTA

9. ANLISIS DENSIDADVACOS


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3.4 Mtodo Marshall Modi ficado

Existe un Mtodo Marshall modificado que ha sido desarrollado por Kandhal, del Centro

Nacional para la Tecnologa del Asfalto de E.E.U.U. , el cual se aplica para mezclar

compuestos de agregados con tamaos mximos arriba de 38 mm (1.5 pulg.). Esteprocedimiento est documentado en forma de borrador en el Documento de

Procedimientos de la Asociacin de Tecnlogos de Pavimentos Asfltico (AAPT), 1990.

El procedimiento es bsicamente el mismo que el mtodo original, excepto por las

diferencias que se establecen debido al tamao ms grande del espcimen que se usa:

1. El peso del martillo es de 10.2 Kg. (22.5 lb.) y tiene una superficie plana de

compactacin de 149.4 mm (5.88 pulg.) de dimetro.

2. El espcimen tiene un dimetro de 152.4 mm (6 pulg.) por 95.2 mm (3.75 pulg.) dealtura.

3. El peso de la mezcla por bachada es generalmente de 4 Kg.

4. El equipo para compactar y ensayar (moldes y cabezal partido) son proporcionalmente

ms grandes, para acomodar los especmenes ms grandes.

5. La mezcla es colocada dentro del molde en dos incrementos aproximadamente

iguales, con aplicacin de acomodamientos con la esptula despus de cada incremento

para evitar segregacin.

6. El nmero de golpes necesario para estos especmenes es de 1.5 veces (75 112

golpes) que el requerido para los especmenes estndar (50 75 golpes) para obtener

una compactacin equivalente.

7. El criterio de diseo tambin debe modificarse. La Estabilidad mnima debe ser 2.25

veces y el rango de Flujo debe ser 1.5 veces que el criterio establecido para especmenes

de tamao normal.

8. Similar al procedimiento normal, estos valores deben usarse para convertir los valores

medidos de Estabilidad a un valor equivalente para un espcimen con un espesor de95.2 mm, si existe variacin en los especmenes de ensayo.


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4. CONTROL DE CALIDAD.

Para el control de calidad en el campo se deber seguir con los siguientes lineamientos:

4.1 Se obtiene un diseo de mezcla asfltica que se obtuvo de un diseo volumtrico de

Superpave (SHRP con compactador giratorio) en la mayora de los casos y que con

los datos de granulometra del material ptreo el grado de compactacin (peso

volumtrico compacto), los vacos y el contenido de asfalto de acuerdo al diseo se

puede transformar este a valores de Marshall para un control de campo se debe hacer

lo siguiente:

4.1.1 Como se mencion anteriormente se tienen con esos valores datos que al

llevarse a cabo en el compactador Marshall no van a dar un nuevo nmero de

golpes por cara para tener la misma compactacin y ser la nica variante con el

diseo Marshall (que daba un total de golpes de 75 golpes por cara) y en este

caso podrn ser ms o menos dependiendo del diseo del trnsito y lo inherente

al diseo.

4.1.2 Se checar que el peso volumtrico, contenido de asfalto, vacos, flujo, as

como el VAM que correspondan a las del diseo para tomar en cuenta que

estamos cumpliendo con el mismo.

4.1.3 Independientemente deber tenerse en cuenta que la granulometra deber

cumplir con la del diseo que fue determinada para las condiciones de cada

pavimento en particular y permitiendo nicamente las tolerancias de la norma

SCT.

4.2 Para poder cumplir lo anterior se deber checar que la calidad del asfalto sea la del

diseo de acuerdo con lo propuesto y lo solicitado.


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5. El control de calidad de la mezcla asfltica se lleva con los siguientes

lineamientos:

5.1 La periodicidad del muestreo ser determinada por la Dependencia siendoestos los valores de mezcla asfltica independientemente del muestreo y ensaye

de la granulometra y contenido de asfalto que se podr llevar por separado.

El ensaye de los especmenes de la mezcla asfltica, (pastillas Marshall) se har de la

forma en que se establezca ya sea por valores Marshall de estabilidad, flujo y vacos o

por el mtodo de tensin indirecta, para obtener tambin vacos, deformacin a la falla

con el aditamento del Lotman en la prensa Marshall y comparado estos datos con eldiseo propuesto.


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CONCLUSIONES

Interpretacin de los resultados

La densidad aumenta con el contenido de asfalto hasta un mximo despus del cual

comienza a decrecer.La curva de Estabilidad es similar al de la Densidad, salvo que la mxima estabilidad

ocurre normalmente (no siempre) a un contenido de asfalto ligeramente inferior al de la

mxima densidad.

Los valores del flujo aumentan con los incrementos en el contenido de asfalto.

El porcentaje de vacos con el aire en la mezcla total disminuye al incrementar el

contenido de asfalto, tendiendo hacia un mnimo.

El porcentaje de vacos en los agregados minerales disminuye al incrementarse elcontenido de asfalto, hasta alcanzar un mnimo a partir del cual comienza a aumentar.

No se debe exagerar en el tiempo del calentado de la mezcla asfltica, por que esta se

hace quebradiza. Es recomendable calentarla de 3 a 5 minutos.

La temperatura mnima a la cual la mezcla debe llegar al sitio de la obra debe ser de

120C, caso contrario se corre el riesgo de al ser compactada adquiere una superficie

porosa, esto aumenta la posibilidad de oxidacin y envejecimiento prematura del

concreto asfltico.

Sin embargo, es difcil hacer una interpretacin terica del mismo, con lo cual es mucho

ms complejo an el precisar la propiedad de la mezcla que se est evaluando a travs

de la estabilidad Marshall.

Se debe pugnar porque el sistema de contratacin de las obras cambie totalmente, dado

que al otorgar las licitaciones a quienes presentan la propuesta ms econmica es el

principal enemigo de la calidad de la obra si no se toma en cuenta la propuesta tcnica

y de calidad, as como buena experiencia y resultados de obras anteriores tanto en los

concursos de obras como en los de supervisin y control de calidad primordialmente enestos ltimos.

Pugnar, porque en la contratacin que viene derivada de la licitacin tenga todos los

candados necesarios para que no se pueda eludir la buena calidad y adems que la


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supervisin sea la suficientemente estricta y que cuente con los conocimientos tcnicos

y equipos necesarios a este respecto.

Si en los Estados Unidos llevaron a cabo una inversin de ms de 250 millones de

dlares y argumentaba que si los pavimentos duraran tan solo un 1% ms con esoquedaba pagada la inversin del programa del SHRP, que podemos esperar de un pas

como el nuestro en que la mayora de los pavimentos de mezclas asflticas duran menos

de 50% de los pavimentos de Europa y de Estados Unidos.

Nuestros pavimentos que con buena voluntad duran el 50% de ninguna manera con

todas estas deficiencias tienen un costo mayor al 80% de los que se pueden construir

con todos los requisitos de calidad y diseo.

Cuando se lleve a cabo el diseo de una mezcla asfltica que se tome en cuenta todo lorelacionado a clima, transito, materiales, equipo y personal adecuado para que la calidad

de la obra sea la requerida.

Implementar un mtodo que sea lo suficientemente confiable de la durabilidad del

pavimento, mxime el pavimento es el espejo del camino y que deficiencias estructurales

o de ndice de perfil son las que hacen que el transporte se vuelva ms lento y costoso

en su operacin.


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BIBLIOGRAFA

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trabajo sobre diseño marshall

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