Para el
diseño de mezcla Marshall según el Instituto del Asfalto (1995) se debe seleccionar los agregados y el cemento asfáltico que puedan combinarse para
producir el hormigón asfáltico. Los procedimientos que se deben seguir
son:
A.
Evaluación
de los áridos.
B.
Evaluación
del cemento asfáltico.
C.
Preparación
de la briqueta.
D.
Medida
del flujo y de la estabilidad Marshall.
E.
Análisis
de densidad y huecos.
F.
Determinación
del contenido de asfalto de la mezcla.
A. Evaluación de los áridos. Hay que evaluar las característica de los áridos
antes de ser utilizados para una mezcla de hormigón asfáltico entre ella se
incluyen la durabilidad, el pulido, la forma y la textura. El método Marshall es aplicable a áridos con una
granulometría densa y un tamaño máximo de no más de 25 mm (1 pulgada).
Los
pasos para el análisis granulométrico por vía húmeda son los siguientes:
1. La muestra de agregado es secada
y pesada.
2. Cada muestra de agregado es
lavada a través de un tamiz de 0.075
mm (Nº 200), para remover cualquier polvo mineral que
este cubriendo el agregado.
3. Las muestras lavadas son secadas.
4. El peso seco de cada muestra es
registrado. La cantidad de polvo mineral puede ser determinada si se comparan
los pesos registrados de las muestras antes y después del lavado.
FIGURA Juego de Tamices.
B. Evaluación del cemento asfáltico. La selección
del grado del cemento asfáltico se
selecciona basándose en el rango de temperatura y las condiciones de
trafico esperados.
C. Preparación de la briqueta. Las briquetas son preparadas de modo que cada una tenga una ligera cantidad
diferente de cemento asfáltico. El contenido de cemento asfáltico usado en las
briquetas de ensayo se puede determinado
con base en la experiencia que se tiene con
los agregados de la mezcla.
El método Marshall para el diseño de mezcla asfáltica
se requiere 18 briquetas de 4
pulgadas (101.6 mm) de diámetro y 2.5 pulgadas (63.5 mm) de altura. Se
miden la estabilidad y el flujo para 15 briquetas. Se utilizan tres briquetas
para determinar la gravedad específica máxima teórica Gmm. Este valor es necesario para el análisis de hueco
y de la densidad. Se requiere también muestra para un total de cinco contenido
de asfalto diferente que van desde ± 0.5% y el ±1.0%.
La
preparación de las briquetas para el método Marshall es la siguiente:
1. Se calientan el cemento
asfáltico, los agregados y se mezclan completamente hasta que todas las
partículas del agregado estén cubierta de cemento asfáltico. Este proceso es
simular a lo que ocurre en las planta con el calentamiento y mezclado de los materiales.
2. Se colocan en los moldes las
mezclas asfálticas calientes, los molde deben primero ser calentado en el
horno, y se preparan para la
compactación en el martillo Marshall, el martillo se calienta también para que no enfríe la superficie de
la mezcla al golpearla.
3. Las briquetas son compactadas
mediante golpes del martillo Marshall de compactación.
El
número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de la cantidad de para la cual está siendo diseñada. Ambas
caras de cada briqueta reciben el mismo número de golpes.
FIGURA Horno.
Figura Martillo Marshall.
D. Medida del flujo y la estabilidad Marshall. La estabilidad Marshall se
define como la carga máxima que el material puede soportar cuando se prueba en
el aparato Marshall.
La fluencia consiste en medir la deformación bajo una
carga que ocurre en la mezcla. Estos
ensayos se realizan de la siguiente manera:
1.
Las
briquetas son calentadas en el baño de agua a 60º C (140º F). Esta temperatura
representa, la temperatura máxima que un
pavimento en servicio puede alcanzar.
2.
La
briqueta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el aparato
Marshall. El aparato consiste de un dispositivo que aplica a una carga sobre la
briqueta y de unos medidores de carga y deformación (fluencia).
3.
La
carga del ensayo es aplicada a la briqueta a una velocidad constante de 51 mm (2 pulgadas) por minuto
hasta que la muestra falle. La falla está definida como la carga máxima que la
briqueta puede resistir.
4.
La
carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura
del medidor de fluencia se registra como la fluencia.
Figura Aparato Marshall.
E.
Análisis de densidad y huecos. Una vez que se completan los ensayos de la medida del flujo y la estabilidad Marshall, se procede a
efectuar un análisis de densidad y hueco para cada serie de briquetas de prueba. El propósito del análisis es el
de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada. Para esto se
determinan los valores de VTM, VMA y VFA, con las siguientes ecuaciones.
F. Determinación del contenido de asfalto de la mezcla. Los resultados de la prueba y
los cálculos se tabulan y se dibujan en un diagrama para determinar los factores que hay que utilizar en la selección del
contenido de asfalto óptimo. El contenido de asfalto especificado será el más
económico que permita cumplir todos los criterios establecidos. La Tabla 2.4 y 2.5 contienen
los criterios de diseño de mezcla asfáltica recomendado por el Instituto del
Asfalto.
Para determinar el contenido de asfalto se deben
seguir los siguientes pasos:
1.
Determinar
la gravedad específica de los áridos Gse aplicando la ecuación.
2.
Se utiliza Gse para determinar Gmm para los demás contenidos de asfalto
aplicando la ecuación.
3.
Se utiliza la ecuación VTM para calcular los huecos de la mezcla total para
cada contenido de asfalto.
4. Luego se procede a calcular los
huecos en el árido mineral con la ecuación VMA.
5. Procedemos a calcular los huecos rellenos de asfalto utilizando la ecuación VFA.
6.
Los resultados obtenidos se tabulan como un resumen de todos los cálculos
realizados.
7. Se procede a dibujar la
estabilidad, el flujo y los parámetros volumétricos en función del porcentaje
de vacío de hueco de aire.
8. Se determina el contenido de
asfalto que corresponde con VTM= 4% y los parámetros correspondientes.
Con el contenido de asfalto que se obtuvo en la
grafica con el 4% de los huecos de aire se especifica como el contenido de
cemento asfáltico calculado y luego se determina si los demás factores cumplen
con los criterios. Si la estabilidad, el flujo Marshall, el VMA y VFA caen
fuera del rango admisible es necesario rediseñar la mezcla y si cumplen con los
criterios de lo tabla 2.1 y 2.2 ese es el valor del contenido óptimo del
cemento asfáltico.
Cuadro 2.1 Criterios
del Instituto del Asfalto para el Diseño de Mezcla por el Método Marshall
(Instituto del Asfalto, 1995).
Nivel de trafico
|
||||||
Ligero
|
Medio
|
Pesado
|
||||
Computación (golpes)
|
35
|
50
|
75
|
|||
Min.
|
Máx.
|
Min.
|
Máx.
|
Min.
|
Máx.
|
|
Estabilidad, kN
|
3.34
|
-
|
5.34
|
-
|
8.01
|
-
|
Flujo, 0.25 mm
|
8
|
18
|
8
|
16
|
8
|
14
|
Hueco de aire, %
|
3
|
5
|
3
|
5
|
3
|
5
|
VMA, %
|
Utilice los criterios de la Tabla 2.5
|
|||||
VFA, %
|
70
|
80
|
65
|
78
|
65
|
75
|
FUENTE: Velázquez, The Asphalt Institute (1995).
Cuadro 2.2 Porcentaje Mínimo
de Hueco en el Árido Mineral (VMA) (Instituto del Asfalto, 1995).
VMA mínimo, porcentaje
|
|||
Porcentaje de huecos de aire 2
|
|||
Tamaño máximo
nominal de las partículas 1
|
3.0
|
4.0
|
5.0
|
2.36 mm (Nº 8 )
|
19.0
|
20.0
|
21.0
|
4.75 mm (Nº 4)
|
16.0
|
17.0
|
18.0
|
9.5 mm (3/8 pulg)
|
14.0
|
15.0
|
16.0
|
12.5 mm (1/2 pulg)
|
13.0
|
14.0
|
15.0
|
19.0 mm (3/4 pulg)
|
12.0
|
13.0
|
14.0
|
25.0 mm (1.0 pulg)
|
11.0
|
12.
|
13.0
|
|
|||
FUENTE: Velázquez, The Asphalt Institute (1995).
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