El Método Marshalll ñ dpara el Diseño de

Mezclas AsfálticasMezclas Asfálticas en Caliente

gcorredorm@cantv.net

Aplicación del Método Marshall en los Estados Unidos, para 1995.

En Venezuela Centro y SuraméricaEn Venezuela, Centro y Suramérica,se emplea exclusivamente el Marshall (2007)

Desarrollado inicialmente para mezclas de concreto asfálticoDesarrollado inicialmente para mezclas de concreto asfálticodensamente gradadas con tamaño máximo de 25 mm.

4.75 mm

19.0 mm

9 5 mm9.5 mm

25.0 mm

12.5 mm

37.5 mm

El Método resulta en mezclas con:El Método resulta en mezclas con:Suficiente estabilidad para soportar las cargas sin deformarse

El Método resulta en mezclas con:El Método resulta en mezclas con:Bajo contenido de aire para desarrollar buena durabilidad

El Método resulta en mezclas con:Adecuada trabajabilidad para permitir una fácil compactación

Ensayos preliminares sobre los agregados:y p g g

Estructura granulométricaDesgaste Los ÁngelesDesgaste Los ÁngelesArena EquivalentePartículas alargadas y planasCaras producidas por fracturaCaras producidas por fracturaPeso unitario sueltoGravedad Específica Masiva (Bulk)Gravedad Específica AparenteGravedad Específica Aparente

R d i l t l d G d d E ífi dRecordar especialmente el ensayo de Gravedad Específica deLos agregados: gruesos, intermedios y finos.

Y l fi (P t i 200) ti h i t iY que en los finos (Pasa tamiz 200) tiene mucha importanciala corrección por la temperatura a la cual se ejecuta el ensayo,y que éste ensayo debe ser reportado a 23ºC (gruesos, intermediosy finos)y )

Preparación de las muestras para el ensayo MarshallPreparación de las muestras para el ensayo Marshall

Fracciones recomendadas:• 1” – ¾”• ¾” – 3/8”• 3/8” - # 4• 3/8 # 4• # 4 - # 8• Pasante # 8

Se toma cada una de las bandejas que contienen fracciones de tamañoSe toma cada una de las bandejas que contienen fracciones de tamañodiferente y se van pesando acumuladamente, hasta lograr un peso total de agregados de 1.200 gramos.

Se preparan 18 “pesadas”, de tal manera que cada pesada tengaexactamente la misma distribución granulométrica:g

Selección del tipo de ligante

10

1

5

Pa s

Pa s

.2

.3

.5V

isco

sity

, PV

isco

sity

, P

Compaction RangeCompaction Range

Mixing RangeMixing Range

.1100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Temperature, CTemperature, C

Pesado, mezclado y compactación de las briquetas

Importancia del cálculo correctoImportancia del cálculo correctode la pesada de ligante

¿Cuánto debe ser la pesada del ligante para que represente el 5% del peso total de la

l ?mezcla?

¿Cuánto debe ser la pesada en gramos del ligante para que represente el 5% del peso t t l d l l ?total de la mezcla?

Si el ligante es el 5%, los agregados son el 95%

Por lo tanto:Por lo tanto:

Pesada del ligante = 1200 * 5 / 95 = 63,18 gg , g

Verificación:Verificación:

% ligante = {63,18 g / (63.18 + 1.200) }% ligante = {63,18 g / (63.18 + 1.200) }

= 5.00%

MezcladoMezclado mecánico en laboratorio

MezcladoMezclado manualen laboratorio

Cuando se está haciendo control de calidad de mezcla en planta,se toma una muestra de mezcla ya elaborada en planta, secuartea y se prepara la briqueta.

Precalentar los moldes

Precalentar los moldes

10105

.5

1

ity, P

a s

ity, P

a s

.2

.3

.5

Vis

cosi

Vis

cosi

Compaction RangeCompaction Range

Mixing RangeMixing Range

.1100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

T t CTemperature CTemperature, CTemperature, C

Compactadoramanual

Compactadoramecánica

Se aplica el número de golpes por la cara superior de la briqueta

Se aplica el número de golpes por la cara inferior de la briqueta

G íGuía para mantenerverticalidad en caída del martillo

Mecanismo de amarre de la briqueta

Martillo 10 lbs, 18 pulg.

Mecanismo de amarre de la briqueta

Placa superior enAcero de 1 pulg.

Martillo 10 lbs, 18 pulg.de altura de caída

Pedestal normalizado

Importancia derespetar lai id d lrigidez del

pedestalde compactación

S d j f i l b i ( ill )Se dejan enfriar las briquetas (pastillas)hasta que puedan ser extraídas del moldesin deformarse

No se deben enfriar conNo se deben enfriar con chorro de agua

S d j f i l b i ( ill )Se dejan enfriar las briquetas (pastillas)hasta que puedan ser extraídas del moldesin deformarse

No se deben enfriar con chorro de agua

Se prepara un total de 15 briquetas

4% 6%4.5% 5% 5.5% 6%4.5% 5% 5.5%

Cada grupo de 3,tiene el mismocontenido de asfaltoy forma un “punto

Entre cada “punto deasfalto” debe haber unadiferencia de 0 5% dey forma un “punto

de asfalto”diferencia de 0.5% decontenido de ligante

Se recomienda que la altura de cada briqueta sea lo mas cercano a las2.5 pulgadas, para que el “factor de corrección” por volumen esté entre 0 96 y 1 04 y así las densidades de briquetas serán similares ante la0.96 y 1.04, y así las densidades de briquetas serán similares, ante laenergía de compactación constante del martillo Marshall.

Tabla I

FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDA EN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO ELMETODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS

Volumen de la briqueta (cm3)

Altura aproximada de la briqueta Factor multiplicador de la “estabilidad l íd ”

mm pulgadas leída”

368 a 379 46.0 1 13/16 1.79 380 a 392 47.6 1 7/8 1.67 393 a 405 49.2 1 15/16 1.56 406 a 420 50.8 2 1.47 421 431 52 4 2 1/16 1 39421 a 431 52.4 2 1/16 1.39432 a 443 54.0 2 1/8 1.32 444 a 456 55.6 2 3/16 1.25 457 a 470 57.2 2 ¼ 1.19 471 a 482 58.7 2 5/16 1.14 483 a 495 60.3 2 3/8 1.09496 a 508 61.9 2 7/16 1.04 509 a 522 63.5 2 ½ 1.00523 a 535 64.0 2 9/16 0.96 536 a 546 65.1 2 5/8 0.93547 a 559 66.7 2 11/16 0.89 560 a 573 68.3 2 ¾ 0.86 574 a 585 71.4 2 13/16 0.83 586 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

Análisis de densidad y vacíos

Peso de la briqueta “al aire”

Peso de la briquetaPeso de la briqueta“sumergida en agua”

Se seca superficialmente la briqueta

Y se vuelve a pesar al aire “después de sumergida yY se vuelve a pesar al aire, después de sumergida ycon superficie seca”

Volumen de la briqueta =

Peso al aire (sss) – Peso sumergido

Peso unitario de la briqueta = Peso al aire / (peso al aire “sss” – peso sumergido)

(Gmb)

Se grafican los resultados de “peso unitario” para cada “punto de asfalto”:

El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máximade la mezcla sin vacíos

Se realiza por triplicado sobre muestras de la mezcla sin compactar,l l l t id d li t d lpara la mezcla con el contenido de ligante que corresponda al

“Punto de asfalto “medio del rango de diseño.

El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos

El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos

El “Ensayo de Rice” o Gravedad Específica Máxima de la mezcla sin vacíos

Se realiza por triplicado en la mezclaSe realiza por triplicado en la mezclacon contenido de ligante igual almedio del rango de diseño

Gravedad máxima de la mezcla sin compactar y sin vacíos = Gmm

Efecto del “tiempo de curado” en los valores de Gmm

2 435

2.440

os

2 420

2.425

2.430

2.435

mez

cla

sin

vací

o

2 405

2.410

2.415

2.420

Máx

ima

de la

m(G

mm

)

2 390

2.395

2.400

2.405

Den

sida

d M

2.3900 1 2 3 4 5 6

Tiempo de curado de la mezcla (Horas)

Vv = (Gmm – Gmb) / Gmm

VAM = 100 – (Ps / Gmb)VAM = 100 (Ps / Gmb)

Vll = (VAM – Vv) / VAM

Curva de “vacíos totales (%) –vs- contenido de ligante”

Curva de “VAM (%) –vs- contenido de ligante”

Curva de “Vacíos llenados (%) –vs- contenido de ligante”

Determinación de las propiedadesDeterminación de las propiedades“mecánicas” de la mezcla:

Estabilidad(lbs)

Deformación (flujo)(0.01 pulgadas)

Baño de temperatura constante (60ºC)

Baño de temperatura constante (60ºC)

Agua a 60 ºC

¿Por qué se le llama “B ñ d M í ”?“Baño de María”?

¿Por qué se le llama “Baño de María”?

Nombre correcto = Baño de temperatura constante

Estabilidad: Carga máxima antes de la rotura

Tabla I

FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDA EN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO ELMETODO MARSHALL DE DISEÑO DE MEZCLAS

Volumen de la briqueta (cm3)

Altura aproximada de la briqueta Factor multiplicador de la “estabilidad l íd ”

mm pulgadas leída”

368 a 379 46.0 1 13/16 1.79 380 a 392 47.6 1 7/8 1.67 393 a 405 49.2 1 15/16 1.56 406 a 420 50.8 2 1.47 421 431 52 4 2 1/16 1 39421 a 431 52.4 2 1/16 1.39432 a 443 54.0 2 1/8 1.32 444 a 456 55.6 2 3/16 1.25 457 a 470 57.2 2 ¼ 1.19 471 a 482 58.7 2 5/16 1.14 483 a 495 60.3 2 3/8 1.09496 a 508 61.9 2 7/16 1.04 509 a 522 63.5 2 ½ 1.00523 a 535 64.0 2 9/16 0.96 536 a 546 65.1 2 5/8 0.93547 a 559 66.7 2 11/16 0.89 560 a 573 68.3 2 ¾ 0.86 574 a 585 71.4 2 13/16 0.83 586 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

Flujo: deformación diametral en el momento de la rotura

Flujo: deformación diametral en el momento de la rotura

Estabilidad Marshall (lbs) –vs- contenido de ligante

Deformación (flujo) Marshall (0.01 pulg) –vs- contenido de ligante

Selección del contenidoóóptimo de ligante

¿Cuál % ligante?

Paso 1: Entrar en la curva de “Vv –vs- % ligante” con el valor medio de las especificaciones para los Vv (3%-5%)el valor medio de las especificaciones para los Vv (3% 5%)

% de ligante para el 4% de Vv = 4.8%

Paso 2: Con el 4.8 de % de ligante seleccionado en el Paso 1,se entra en cada una de las otras 5 curvas y de cada una dese entra en cada una de las otras 5 curvas, y de cada una deellas se lee el correspondiente valor:

Peso unitario para el 4.8% de ligante = 2.425 kg/m3

Estabilidad Marshall para el 4.8% de ligante = 3.280 lbs.

Flujo Marshall para el 4.8% de ligante = 10.8 / 100 pulg.

VAM para el 4.8% de ligante = 12.4 %

Vll para el 4.8% de ligante = 67%

Resumen de propiedades para la mezcla con el 4.8% de contenido de ligante:

Peso unitario = 2.425 kg/m3

Estabilidad Marshall = 3 280 lbsEstabilidad Marshall = 3.280 lbs.Flujo Marshall = 11.8 / 100 pulg.

í lVacíos totales = 4% (valor de entrada)

VAM = 12.4%Vll = 67%

Paso 3: los valores obtenidos en los pasos 1&2 se comparan con los de la E ifi ió li blEspecificación aplicable:

Especificación seleccionada (INVEAS 2004), para “tránsito alto”, y para unaMezcla Tipo M25: p

TRÁNSITO Propiedades

Marshall ALTO MEDIO BAJOMarshall ALTO MEDIO BAJONº de golpes por

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

Estabilidad Marshall (mínima) lbs 2.200 1.800 1.600

Flujo (pulg/100) 8-14 8-14 8-16j (p g )Vacíos del agregado

mineral (VAM) valor según Tabla 8, en función del tamaño nominal

máximo del agregado y el % de vacíos (1) calculados en base a la densidad máxima teórica determinada según el ensayo de Rice (Método ASTM D-2041)el ensayo de Rice (Método ASTM D-2041)

Valores Mínimos de Vacíos en el Agregado Mineral (VAM), en función delTamaño Nominal Máximo del Agregado y del % de vacíos totales de la mezclaTamaño Nominal Máximo del Agregado y del % de vacíos totales de la mezcla

Contenido de vacíos totales en la

mezcla (%) Tamaño nominal máximoTamaño nominal máximo

(mm) 3.0 4.0 5.0 25.4 11 12 13 19.1 12 13 14 12 5 13 14 1512.5 13 14 159.5 14 15 16

Nota: interpolar linealmente en caso de que el porcentaje de vacíos totales se encuentre entre los valores enteros indicados

En nuestro diseño:

Propiedad Unidad Valor Especificación Condición

Peso Unitario

Kg/m3 2.425 No aplica OK

Estabilidad Lbs. 3.280 > 2.200 OK

Flujo 0.01 pulg. 11.8 8 – 14 OK

Vv % 4.0 3 – 5 OKVv % 4.0 3 5 OK

VAM % 12.4 > 12% OK

Vll % 67 65 - 75 OK

Paso 4: Aprobación del diseño

En nuestro ejemplo:

Ya que la mezcla con el 4.8% (expresado como %

en peso de mezcla total) de contenido de liganteen peso de mezcla total) de contenido de ligante satisface todas las exigencias de la Especificación éste porcentaje seEspecificación, éste porcentaje se selecciona como “contenido óptimo” de ligante y se pasa a la etapa de “producciónligante, y se pasa a la etapa de producción en planta”.

Paso 5: Producción en planta con mezcla con el 4.8% de ligante, y granulometríaIgual a la empleada en la preparación de las briquetas de laboratorio:

Propiedad Mezcla en l b t i

Mezcla enlaboratorio planta

Peso unitario 2.425 kg/m3 2.392 kg/m3

Estabilidad 3.280 lbs. 2.850 lbs.

Flujo 11 8 (0 01 pulg) 12 3 (0 01 pulg)Flujo 11.8 (0.01 pulg) 12.3 (0.01 pulg)

Vv 4.0 % 3.6 %

VAM 12 4 % 12 9 %VAM 12.4 % 12.9 %

Vll 67 % 72 %

Los resultados de la “mezcla en planta”Los resultados de la mezcla en planta serán empleados para establecer los criterios de “aceptación y rechazo” encriterios de aceptación y rechazo en obra, durante la etapa de producción industrialindustrial

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9

6

7

8

3

4

5

Vv (%

)

R2 = 0.99861

2

3

04.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% de ligante

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9.0

6.0

7.0

8.0

(Vv)

%

3.0

4.0

5.0

íos

tota

les

0 0

1.0

2.0Vací

0.0

4.00 4.50 5.00 5.50 6.00% Cemento asfáltico

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9.0

6.0

7.0

8.0(V

v) %

3.0

4.0

5.0

os to

tale

s

0 0

1.0

2.0

3.0

Vací

o

0.0

4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00% Cemento asfáltico

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9

6

7

8

4

5

6

Vv (%

)

1

2

3

R2 = 0.81420

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% de ligante

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9

6

7

8 Curva potencial

4

5

6

Vv (%

)

R2 0 8971

2

3

R2 = 0.8970

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% de ligante

Importancia de la graficación de la curva de Vv

9.0

6.0

7.0

8.0

9.0

(Vv)

%

3.0

4.0

5.0

os to

tale

s (

0.0

1.0

2.0Vací

4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00% Cemento asfáltico

Las nuevas tendencias en elLas nuevas tendencias en el ensayo de mezclas asfálticas

Rotura de muestras mediantela “Mordaza Lottman”

La Mordaza LottmanLa Mordaza Lottman

P2DtPSt π

2=

El compactadorGgratorio para lapreparaciónpreparaciónde briquetasSuperpave

Resistencia a la fatiga

El “Analizador dePavimentos deAsfalto (APA)Asfalto (APA)

(Cámara climatizadapara mediciónde ahuellamiento)

El “Analizador dePavimentos deAsfalto (APA)Asfalto (APA)

(Cámara climatizadapara mediciónde ahuellamiento)

Otras novedades en la evaluación de mezclas:

Otras novedades en la evaluación de mezclas:

El Método Marshalll ñ dpara el Diseño de

Mezclas AsfálticasMezclas Asfálticas en Caliente