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Publicada porFrancisco Javier Salvador Zúñiga Torres Modificado hace 6 años
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Diseño de mezclas asfálticas en caliente (MAC). Método Marshall
Prof. Johannes Briceño
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Métodos para el diseño de mezclas:
Método Mashall. Método Hubbard- Field. Método Hveen. Método Super Pave Otros. Estudiar los materiales: 1.1) Agregados: Piedra, arrocillo, arena y filler. Estudios: Peso especifico, granulometría, desgaste de los ángeles, equivalente de arena, caras fracturadas, partículas planas y alargadas.
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1.2) Cemento asfaltico: Estudios: Peso especifico, penetración, solubilidad, ductilidad, punto de inflamación, viscosidad. Método de diseño a utilizar: Método Marshall.
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Método Marshall (original), Bruce Marshall, método de tanteos (ensayo y error).
Pasos: Estudio de Cemento Asfaltico (CA). Estudio de los agregados. Diseño de las mezclas de agregados. Elaboración de briquetas. Relación Peso-Volumen. Ensayos de las briquetas. Gráficos de los resultados. Determinación del contenido optimo de asfalto.
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Elaboración de las Briquetas:
a) Materiales: Agregado grueso Peso Especifico: Agregado Fino ) Bruto ( bulk), ensayo Agregado Filler valor mas bajo. 2) Efectivo, calculado, valor medio. 3) Aparente, ensayo, valor mayor.
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Cemento asfaltico: Gb=1.020 ---- 1.030
P1,P2,P3 Proporciones de agregados en la mezcla. Ejemplo: 100% Peso mezcla 5% CA (en peso) y 95% Agregado (en peso) 50% Grueso=0.95*50 30% Fino= *30 20% Filler= *20 %CA = 5% 100%
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Briquetas 15 briquetas, 3 briquetas para cada porcentaje de CA.
Briqueta de: h=2 ½ plg. 𝜙= 4 plg. Peso: 1200 g.
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Energía de Compactación
b) Compactación de Briquetas Se compactan a una temperatura de ± 120°C. La compactación se hace en una sola capa, en el martillo Marshall. Energía de Compactación # Capas # Golpes Peso Martillo Altura de Caída 1 75 golpes/cara para Trafico pesado y medio 50 golpes/cara para Trafico bajo 10 lbs 18 plg
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Mezclado Temp. ±165°C Compactado Temp. ±120 °C
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c) Briqueta Compactada: c.1) Peso Briqueta. c.2) Medir Volumen.
c.2.1 Geométricamente c.2.2 Peso de la briqueta balanza hidrostática.
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c.2.4 Briqueta cubierta de parafina.
c.2.3 Superficie seca saturada, comparar peso en el aire y peso sumergido, esta forma es mas recomendable. Peso al aire c.2.4 Briqueta cubierta de parafina. Densidad bruta o bulk de mezcla= Peso briqueta al aire/ Volumen
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d) Relación Peso - Volumen
Aire Asf. Efectivo, Adherencia Asfalto Asf. absorbido, Cohesión Vol bruto (bulk) Máximo teórico Vol. Efectivo Agregado
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Peso especifico de los agregados:
Peso especifico bruto (bulk) (laboratorio) (Gsb). Peso especifico efectivo (calculado) (Gse). Peso especifico aparente (laboratorio). Gse>Gsb a) Peso especifico bruto (bulk) del agregado(Gsb). P1,P2,Pn= % de peso de cada agregado en la mezcla. G1,G2,Gn= Peso especifico bulk del agregado
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Gse= 𝑃𝑚𝑚−𝑃𝑏 𝑃𝑚𝑚 𝐺𝑚𝑚 − 𝑃𝑏 𝐺𝑏
Ejemplo: Gsb= =2.703 b) Peso especifico efectivo del agregado(Gse). Ejem: Gse= 𝑃𝑚𝑚−𝑃𝑏 𝑃𝑚𝑚 𝐺𝑚𝑚 − 𝑃𝑏 𝐺𝑏 Pmm=% en peso de la mezcla suelta = 100% Pb=% peso del cemento asfaltico = 4,4.5,5,5.5,6 Gb= Peso especifico del CA. Gmm= Peso especifico máximo de la mezcla, Método RICE Gse= 100−5, − =2.761
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Densidad teórica máxima de la mezcla ( efectiva sin vacíos)
Densidad teórica máxima de la mezcla ( efectiva sin vacíos). Método RICE, para diferentes contenidos de CA. El ensayo lleva mucho tiempo (1/2 dia), consiste en tomar la muestra suelta, pesarla y medir su volumen sin compactar. Gmm= 𝑊(𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎) 𝑊 𝑝𝑖𝑐+𝑎𝑔𝑢𝑎 −(𝑊 𝑝𝑖𝑐+𝑎𝑔𝑢𝑎+𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 −𝑊(𝑝𝑖𝑐+𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎) Gmm= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 sin 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠
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Gmm= 𝑃𝑚𝑚 𝑃𝑠 𝐺𝑠𝑒 + 𝑃𝑏 𝐺𝑏 Gmm= 100 96 2.761 + 4 1.030 =2.582
Ps=% de agregado en la mezcla. Pb= % de CA en la mezcla. Gse= Gravedad especifica efectiva del agregado. Gb=Peso especifico del CA. Gmm= 𝑃𝑚𝑚 𝑃𝑠 𝐺𝑠𝑒 + 𝑃𝑏 𝐺𝑏 Ejemplo: Pb=4% Nota: El ensayo se hace para un % de CA y para los demás el Gmm de halla con formulas. Gmm= =2.582
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PE aparente>PE efectivo>PE bulk
En General: PE aparente>PE efectivo>PE bulk PE aparente= 𝑊 (𝑚𝑎𝑠𝑎) 𝑉 𝑚𝑎𝑠𝑎 +𝑉(𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠) PE efectivo= 𝑊 (𝑚𝑎𝑠𝑎) 𝑉 𝑚𝑎𝑠𝑎 +𝑉 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 +𝑉(𝑝𝑜𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑛𝑜 𝑎𝑙 𝑎𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜) PE bulk (bruto)= 𝑊 (𝑚𝑎𝑠𝑎) 𝑉 𝑚𝑎𝑠𝑎 +𝑉 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 +𝑉(𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠)
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Contenido de asfalto efectivo en la mezcla (Pbe): Recubre las partículas y da adherencia.
Pbe=% asfalto efectivo. Pb=% peso del cemento asfaltico = 4,4.5,5,5.5,6 Pba=% Asfalto absorbido. Ps=% en peso de agregado en la mezcla Pbe=Pb - 𝑃𝑏𝑎 100 𝑥𝑃s
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Contenido de asfalto absorbido (Pba):
Ejemplo: Pba=100x 𝐺𝑠𝑒−𝐺𝑠𝑏 𝐺𝑠𝑏𝑥𝐺𝑠𝑒 xGb Pba=100x (2.761−2.703) 2.703𝑥 x1.030=0.8% Pbe= ∗ =4.5%
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Vacíos Totales (Va) Espacios ocupados por aire.
Vacíos en el agregado mineral (VAM) Del total lo no ocupado por agregado. Vacíos llenados con asfalto (Vll) Espacio ocupado por asfalto efectivo. Gmm= Densidad teórica máxima (RICE) Gmb=Peso especifico bruto de la mezcla compactada (Briqueta) Gmb=W/Vol Gsb= Peso especifico bruto del agregado total. Va= 𝐺𝑚𝑚 −𝐺𝑚𝑏 𝐺𝑚𝑚 x100
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Ensayo de las Briquetas
Las briquetas ya compactadas se someten a calor y humedad para simular condiciones ambientales extremas, se sacan del baño maría (60 °C por 30 min), luego se llevan a la prensa Marshall.
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Especificaciones de las propiedades índices de la mezcla:
Se mide deformación en sentido vertical, aunque se produce en todos los sentidos. A esa deformación se le llama flujo (deformación permanente). Estabilidad Resistencia ≥2200 lbs Flujo Deformación ( (1/100) pulg) Según el tamaño de la briqueta, la estabilidad tiene una corrección: Estabilidad Medida*FC=Estabilidad corregida. Especificaciones de las propiedades índices de la mezcla:
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Gráficos y Resultados Va vs %CA VAM vs %CA VLL vs %CA PU vs %C Estabilidad vs %CA Flujo vs %CA
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Determinación del contenido optimo de asfalto
Método del Instituto del asfalto % CAoptimo= (%CA1+%CA2+%CA3+%CA4)/4 Con %CAoptimo Flujo vs %CA Se chequea que cumpla con la Normativa ( (1/100 plg))
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Con %CAoptimo VAM vs %CA
Debe cumplir con las especificaciones, depende del tipo de mezcla, según el tamaño nominal de los agregados (Tabla) VAM=?
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Nota: Si no cumple el flujo y VAM, entonces se tantea con valores de flujo y VAM dentro de las especificaciones de la norma y se toma un nuevo %CAoptimo, luego se chequea con ese nuevo %CAoptimo Estabilidad, Va, Vll. El %CAoptimo tiene una tolerancia en planta de ± 0.3% %CAplanta= %CAoptimo ± 0.3% Nota: La densidad de campo de mezcla asfáltica debe ser ≥97% de la densidad de diseño (no es de la densidad de la grafica sino de una briqueta testigo). La densidad de campo se puede determinar con densímetro nuclear o núcleos testigos (Core Drill)
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Método de la Asociación Nacional de Pavimentos Asfalticos (NAPA)
Con Va promedio 3%----5% Va=4% Para Va=4% determinar en la curva Va vs %CA el %CA. Con el %CA determinado en el paso (b) hallar: Estabilidad, Flujo, VAM, Vll. Comparar con las especificaciones: Estabilidad, Flujo, VAM, Vll. Si cumple con todas Ese es el %CA preliminar de diseño. Si no cumple con alguna hay que rediseñar la mezcla.
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Tamaño Nominal Máximo (mm)
Tabla de especificaciones para VAM Ejercicio: A partir de la siguiente tabla contentiva de los ensayos realizados a las briquetas de mezcla asfáltica, determinar el contenido de cemento asfaltico optimo por los dos métodos. % VAM Tamaño Nominal Máximo (mm) Va=3% Va=4% Va=5% 25 11 12 13 19 14 12.5 15 9.5 16
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