Modulo III Diseño de Mezclas Asfálticas

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ING. WESLEY SALAZAR BRAVO EXPOSITOR: EXPOSITOR: MÒDULO III MÒDULO III A S P H A L T I N S T I A S P H A L T I N S T I T U T E T U T E MANUAL SERIES No 22 MANUAL SERIES No 22 (MS –22) (MS –22) DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE EN CALIENTE

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Diseño de Mezclas Asfálticas

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  • ING. WESLEY SALAZAR BRAVOEXPOSITOR:MDULO III

    A S P H A L T I N S T I T U T E MANUAL SERIES No 22 (MS 22)DISEO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE

  • DISEO DE MEZCLASEn una mezcla asfltica de pavimentacin ,el asfalto y el agregado son combinados en proporciones exactas.Existen dos mtodos de diseo comunmente utilizados para determinar las proporciones apropiadas de asfalto y agregado en una mezcla,ellos son el Mtodo Marshall y el Mtodo Hveem.Cada mtodo contiene caractersticas y ventajas singulares y cualquiera puede ser usado con resultados satisfactorios.El anlisis de la mezcla est enfocado en cuatro caractersticas:

  • CARACTERISTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLA.

    Una muestra de mezcla de pavimentacin preparada en el laboratorio puede ser analizada para determinar su posible desempeo en la estructura del pavimento. El anlisis esta enfocado hacia seis caractersticas de la mezcla , y la Influencia que estas puedan tener en el comportamiento de la mezcla. Las seis caractersticas son:Densidad de la mezclaVacos de aire, o simplemente Vacos en el agregado mineralContenido de asfalto EstabilidadFluencia

  • BRIQUETA COMPACTADA de MEZCLA ASFALTICAVACIOS DE AIREASFALTOAGREGADO

  • BRIQUETA de MEZCLA SIN ASFALTOVMA VACIOS EN EL AGREGADO MINERALAGREGADO

  • REPRESENTACION DE LOS VOLUMENES EN UNA BRIQUETA COMPACTADA DE MEZCLA ASFALTICAVACIOS DE AIREASFALTOAGREGADOAGREGADOVMA

  • PARMETROS DE DISEOVacos de aire, o simplemente Vacos

    Contenido de asfalto

    Vacos en el agregado mineral VMA

    Vacos Llenos de Asfalto - VFA

    Densidad de la mezcla

    Estabilidad

    Fluencia

  • AFINIDAD DEL AGREGADO CON EL ASFALTOEs la tendencia del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto.Las calizas, las dolomitas y las rocas trapeanas tienen alta afinidad con el asfalto y son conocidas como hidrofbicas porque repelen el agua. Los agregados hidroflicos ,que atraen el agua, tienen poca afinidad con el asfalto,porque tienden a separarse de las pelculas de asfalto cuando son expuestos al agua.Los agregados silceos como la cuarcita y algunos granitos son ejemplos de agregados susceptibles al desprendimiento y deben ser usados con precaucin.

  • PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEO DE MEZCLASESTABILIDAD: Es la capacidad para resistir desplazamiento y deformacin bajo las cargas del trnsito.Depende de la friccin y de la cohesin interna.

    DURABILIDAD: La durabilidad de un pavimento asfltico es su habilidad para resistir factores tales como la desintegracin del agregado,cambios en las propiedades del asfalto y separacin de las pelculas de asfalto.

  • PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEO DE MEZCLASIMPERMEABILIDAD: Es la resistencia al paso de aire y agua hacia su interior ,o a travs de el.

    TRABAJABILIDAD:Es la facilidad con que una mezcla puede ser colocada y compactada.Las mezclas gruesas tienen tendencia a segregarse durante su manejo, y tambin pueden ser difciles de compactar.

    FLEXIBILIDAD: Es la capacidad de un pavimento asfltico para acomodarse,sin que se agriete,a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante

  • PROPIEDADES CONSIDERADAS EN ELDISEO DE MEZCLASRESISTENCIA A LA FATIGA: Es la resistencia a la flexin repetida bajo las cargas de trnsito.Los vacos relacionados ccon el contenido de asfalto y la viscosidad del asfalto tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga.

    RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO: Es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehculos,particularmente cuando la superficie est mojada.

  • CARACTERISTICAS QUE DEBEMOS OBTENER EN LA MEZCLASuficiente asfalto para garantizar un pavimento durable. Adecuada estabilidad para que satisfaga las demandas de trnsito sin producir deformacin o desplazamiento. Un contenido de vacos lo suficientemente alto para permitir una ligera cantidad de compactacin adicional bajo las cargas del trnsito sin que se produzca exudacin o perdida de estabilidad. Suficiente trabajabilidad para permitir una colocacin eficiente sin segregacin.

  • METODO MARSHALL DE DISEO DE MEZCLASOBJETIVO: Determinar el contenido ptimo de asfalto para una combinacin especfica de agregados. El mtodo tambin provee informacin sobre propiedades de la mezcla asfltica en caliente,y establece densidades y contenidos ptimos de vaco que deben ser cumplidos durante la construccin del pavimento.

  • METODO MARSHALL DE DISEO DE MEZCLASPREPARACION PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS MARSHALL: -Seleccin de las muestras de material: Consiste en reunir muestras del asfalto y del agregado que van a ser usados en la mezcla de pavimentacin.

    -Preparacin del agregado: Secar el agregado,determinar su peso especfico,y efectuar un anlisis granulomtrico por lavado.

    -Preparacin de las muestras o probetas de ensayo: Haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de asfalto.

  • Secando la muestra de Agregado.

  • PREPARACION DE LAS MUESTRASEl 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 precalentados Marshall como preparacin para la compactacin,en donde se usa el martillo Marshall. Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall.El nmero de golpes del martillo(35,50 75) depende de la cantidad de trnsito para la cual la mezcla est siendo diseada.Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo nmero de golpes.Despus de completar la compactacin las probetas son enfriadas y extraidas de los moldes.

  • Determinando el Peso Especfico de una Muestra de AgregadoMartillo Marshall de Cada Compactando una probeta.

  • Preparando Probetas de Ensayo en Moldes Marshall

  • Se observan Probetas en el Aparato Marshall

  • ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIAEl 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. El aparato Marshall es un dispositivo que aplica una carga sobre la probeta, y de unos medidores de carga y deformacin(fluencia). La falla est definida como la carga mxima que la briqueta puede resistir.

    La carga de falla es el valor de estabilidad Marshall y la lectura del medidor de fluencia se registra como la fluencia

  • VALOR DE ESTABILIDAD Y VALOR DE FLUENCIA MARSHALLEl valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente. La fluencia Marshall,medida en centsimas de pulgada,representa la deformacin de la briqueta,aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado plsticas,y tienen tendencia a deformarse fcilmente bajo las cargas de trnsito.

  • Lecturas del Calibrador, Prueba Marshall de Estabilidad.

  • Definicin: Consiste en combinar en proporciones exactas sus materiales componentes conformados por cemento asfltico , agregado y filler. Todos los materiales se mezclan a altas temperaturas a un promedio de 150 grados centigrados.El cemento asfltico est clasificado de acuerdo a su viscosidad o penetracin.Las propiedades fsicas del asfalto son: Durabilidad,adhesin y cohesin,susceptibilidad a la temperatura, y resistencia al envejecimiento y al endurecimiento.Los agregados se clasifican en: Sedimentarios,gneos o metamrficos.Las propiedades de especial inters en la pavimentacin son: la granulometra y el tamao de las partculas,su limpieza su dureza ,su forma ,su textura superficial,su capacidad de absorcin y su afinidad con el asfalto. DISEO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE

  • Probeta Marshall y Lectura del Medidor de Fluencia.

  • ANALISIS DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO MARSHALLGraficando los resultados: Se trazan los resultados en grficas para entender las caractersticas particulares de cada probeta usada en la serie. Mediante el estudio de las grficas se puede determinar cul probeta de la serie cumple mejor los criterios establecidos para el pavimento terminado. Las proporciones de asfalto y agregado se convierten en las proporciones usadas en la mezcla final.

  • GRAFICOS DE LOS RESULTADOS MARSHALLPORCENTAJE DE VACIOSPORCENTAJE DE VACIOS EN EL AGREGADO MINERALPORCENTAJE DE VACIOS LLENOS DE ASFALTOPESOS UNITARIOS VALORES DE ESTABILIDAD MARSHALLVALORES DE FLUENCIA MARSHALL

  • EJEMPLO DE GRAFICAS PARA LOS RESULTADOS DE UNA SERIE DE CINCO PROBETAS MARSHALL

  • OBSERVACIONES DE LOS RESULTADOS MARSHALLEl porcentaje de vacos disminuye a medida que aumenta el contenido de asfalto.

    El VMA disminuye hasta un valor mnimo,y luego aumenta con aumentos en el contenido de asfalto.

    ElVFA aumenta con aumentos en el contenido de asfalto

    La curva para el peso unitario de la mezcla es similar a la curva de estabilidad,excepto que el peso unitario mximo se presenta a un contenido de asfalto ligeramente mayor que el que determina la mxima estabilidad

    Slo hasta cierto punto ,los valores de estabilidad aumentan a medida que el contenido de asfalto aumenta.

    Los valores de fluencia aumentan con aumentos en el contenido de asfalto.

  • DETERMINACIN DEL OPTIMO CONTENIDO DE ASFALTOEl contenido de diseo de asfalto se determina a partir de los resultados(grficas).Primero se determina el contenido de asfalto para el cual el contenido de vacos es de 4%.Luego se evalan todas las propiedades calculadas y medidas para este contenido de asfalto y se comparan con los criterios de diseo;si se cumplen todos los criterios de diseo, este es el contenido de diseo de asfalto,sino ser necesario hacer algunos ajustes o volver a disear la mezcla.

  • VERIFICANDO LOS CRITERIOS DE DISEO

    Usando los datos de la figura 3.18, podemos observar que el contenido de asfalto (grf. 1), para un contenido de vacios de 4 por ciento, es de 4.7 por ciento. Los valores de las otras propiedades de la mezcla son luego revisados para garantizar que cumplen con los criterios de diseo Marshall. Refirindonos de nuevo a las grficas de la Figura 3.18, encontramos que un contenido de asfalto de 4.7 por ciento representa los siguientes valores de las otras propiedades:Estabilidad (Grfico 5)= 10,200 N (2,300 lbf)Fluencia (Grfico 6)= 9Porcentaje de VFA (Grfico 3)= 70Porcentaje de VMA (Grfico 2)= 14

    Podemos ahora comparar estos valores con los valores recomendados por el Instituto del asfalto (U.S.A.) en los Criterios de Diseo Marsall (Figura 3.19), para una mezcla superficial con trnsito pesado.

  • El valor de estabilidad de 10,200 N (2,300 lbf) excede el criterio mnimo de 8,007 N (1,800 lbf). El valor de flujo (de 9) cae dentro del margen establecido por los criterios, el cual es de 8 a 14. El porcentaje de vacios llenos de asfalto (VFA) cae dentro del margen establecido por los criterios, el cual es de 65 a 75.

    El porcentaje mnimo de vacios en el agregado mineral tambin puede ser revisado usando el grafico de Porcentaje mnimo de VMA, donde debe ser comparado con el VMA de la graduacin del agregado en cuestin. Asuma que los datos de los graficos para los Resultados de una Serie de 5 Probetas Marshall, son para una graduacin con un tamao mximo nominal de agregado de 19 mm (3/4 pulgada). Podemos observar, entonces, que el valor de VMA de 14 sobrepasa el mnimo requerido de 13 para una mezcla de 19 mm que tiene un contenido de vacios de 4 por ciento.

  • CRITERIOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (U.S.A.) PARA EL DISEO MARSHALLNOTAS1 Todos los crriterios y no solo estabilidad, deben ser considerados al disear una mezcla asfaltica de pavimentacin. Las mezclas asfalticas en caliente de base que no cumplan esos criterios, cuand se ensayen a 60C, se consideraran satisfactorias si cumplen los criterios cuando se ensayan a 38C, y si se colocan a 100mm o mas por debajo de la superficie. Estas recomendaciones se aplican solamente a las regiones de EEUU. En las regiones que tengan condiciones climticas mas extremas puede ser necesario usar temperaturas ms bajas de ensayo.2 Clasificacin del Transito. Liviano Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseo < 104 Mediano Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseo entre 104 y 106 Pesado Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseo > 1063 Los esfuerzos de compactacin en el laboratorio debern aproximarse a la densidad mxima obtenida en el pavimento bajo el transito.4 Los valores de fluencia se refieren al punto en donde la carga comienza a disminuir5 Cuando se este calculando el porcentaje de vacios, deber permitirse cierta tolerancia en la porcin de cemento asfaltico perdida por absorcin en las partculas del agregado.6 El porcentaje de vacios en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso especfico total ASTM del agregado.

    Criterios para mezcla del metodo marshallTransito LivianoCarpeta y BaseTransito MedianoTransito PesadoMin.Max.Min.Max.Min.Max.Compactacin, nmero de golpes en cada cara de la probeta355075Estabilidad N en (lb)333653388006Flujo, 0.25 mm (0.01 pulgadas)818816814Porcentaje de vacios353535Porcentaje de vacios en el agregado mineral (VMA)(ver figura)Porcentaje de vacios llenos de asfalto (VFA)708065786575

  • PORCENTAJE MINIMO DE VMA1 Especificacin Normal para Tamaos de Tamices usados en Pruebas, ASTM E 11 (AASTO M 92)2 El tamao mximo nominal de partcula es un tamao ms grande que el primer tamiz que retiene . mas de 10 % de material.3 Interpole el VMA mnimo para los valores de vacios de diseo que se encuentren entre los que . estan citados.

    TAMAO MXIMO

    En mm.

    Porcentaje

    VMA MINIMO, POR CIENTO

    Vacos de Diseo, por ciento 3

    mm

    In.

    3.0

    4.0

    5.0

    1.18

    N 16

    21.5

    22.5

    23.5

    2.36

    N 8

    19.0

    20.0

    21.0

    4.75

    N 4

    16.0

    17.0

    18.0

    9.50

    3/8

    14.0

    15.0

    16.0

    12.50

    1/2

    13.0

    14.0

    15.0

    19.00

    3/4

    12.0

    13.0

    14.0

    25.00

    1.0

    11.0

    12.0

    13.0

    37.50

    1.5

    10.0

    11.0

    12.0

    50

    2.0

    9.5

    10.5

    11.5

    63

    2.5

    9.0

    10.0

    11.0

  • ANEXO