DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS

Docente: Ing. Poma Guevara Luigui D.

INTRODUCCION Veremos tres métodos para la creación el diseño del asfalto en caliente:Marshall, Hveen y Superpave.

Uno de los métodos mas utilizados en la actualidad es el método Marshall que fue desarrollado por Bruce Marshall, este método es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una adecuada mezcla asfáltica por medio del análisis de su estabilidad, fluencia, densidad y vacíos.Una de las virtudes del método Marshall es la importancia que se asigna a las propiedades densidad/vacíos del material asfáltico. Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de rangos adecuados para asegurar una mezcla durable.

El propósito del método Marshall es determinar el contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de agregados. El método Marshall, sólo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación que usan cemento asfáltico clasificado con viscosidad o penetración y que contienen agregados con tamaños máximos de 25.0 mm o menos. El método Marshall usa muestras normalizadas de pruebas (probetas) de 64mm (2.5in) de espesor por 103mm (4in) de diámetro.Los dos datos más importantes del diseño de mezclas del Método Marshall son: un análisis de la relación de vacíos-densidad, y una prueba de estabilidad-flujo de las muestras compactadas.

DISEÑO MARSHALL

Diferentes agregados y asfaltos presentan diferentes características.

El primer paso en el método de diseño, entonces, es determinar las cualidades (estabilidad, durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc.) que debe tener la mezcla de pavimentación.

PR

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PREPARACIÓN PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTO MARSHALL AASHTOT245

DISEÑO MARSHALL

La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y del agregado que van a ser usados en la mezcla de pavimentación.

Es importante que las muestras de asfalto tengan características idénticas a las del asfalto que va a ser usado en la mezcla final.

SELECCIÓN DE LAS MUESTRAS DE

MATERIAL

DISEÑO MARSHALL

Los procedimientos preliminares se enfocan hacia el agregado, con el propósito de identificar exactamente sus características.

Secado del Agregado - 110 º C Análisis Granulométrico por Vía Húmeda Determinación del Peso Específico

PREPARACIÓN DEL AGREGADO

PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE ENSAYO

Las probetas de ensayo de las posibles mezclas de pavimentación son preparadas haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de asfalto.

La proporción de agregado en las mezclas esta formulada por los resultados del análisis granulométrico.

DISEÑO MARSHALL

El peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Densidad-vacíos.

ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA

DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO TOTAL (AASHTO T 166)

El peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Densidad-vacíos.

VALOR DE ESTABILIDAD MARSHALL

El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente.

Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la deformación, existe una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno, entonces un valor más alto será mucho mejor.

DISEÑO MARSHALL

Representa la deformación de la briqueta. La deformación esta indicada por la disminución en el diámetro vertical de la briqueta.

Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un pavimento en servicio.

VALOR DE FLUENCIA MARSHALL

UNA VEZ QUE SE COMPLETAN LOS ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA, SE PROCEDE A EFECTUAR UN ANÁLISIS DE DENSIDAD Y VACÍOS PARA CADA SERIE DE PROBETAS DE PRUEBA.

SELECCIONANDO UN MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLA

El diseño de mezcla seleccionado para ser usado en un pavimento es, generalmente, aquel que cumple, de la manera más económica, con todos los criterios establecidos.

DISEÑO MARSHALL

Componentes

PLANTA MOVIL DE MEZCLA ASFALTICA

Tolva de recepciónDe agregadosHornos giratorios donde

Se calientan los agregadosMezcladora

Tubería de alimentaciónDe cemento asfáltico Calentado a > 150°C

Lanzallamas

Lo principal es lograr un adecuado diseño, consiste fundamentalmente, en lograr la MÁXIMA DENSIDAD posible de la mezcla.

Para ello un factor determinante es la GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO a emplear, tamaño máximo del A.G. ¾».

También el CONTENIDO DE ASFALTO a utilizar. Ideal de 5 a 6 %.

PORCENTAJE DE VACIOS.- ideal 3.5 % Estabilidad Marshall.- Estabilidad media o promedio

85%

FUNDAMENTOS BASICOS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS

DEL INSTITUTO DEL ASFALTO.

P = 4 R + 7S + 12F Donde: P = % de asfalto en peso sobre el peso total de la mezcla.R= % del agregado que pasa la # ¾ y retenida en la # 8.S= % del agregado que pasa la # 8 y retenida en la malla 200.F= Porcentaje del agregado que pasa la malla 200

FORMULAS EMPIRICAS

Determinar la cantidad de asfalto en galones que es necesario emplear en una mezcla asfáltica, donde el agregado a emplear tiene la siguiente granulometría.

Malla % que Pasa % que retiene. ¾» 100 ½» 82 18 3/8» 69 13 N° 4 55 14 N° 8 42 13 56%(R) N° 30 29 13 N° 50 21 8 N° 100 15 6 N° 200 8(F) 7 34%(S)

Consecuentemente: P= 4x0.56+7x.34+12x.08 = 5.48%

EJEMPLO DE MEZCLA ASFALTICA EN FRIO

Cantidad de asfalto necesario: 5.48% de peso sobre el peso total de la mezcla.

Referencias. Peso de la mezcla asfáltica aprox.= 2,000 Kg/ m3. Densidad del asfalto = 1.10 Equivalencia 1 Galón = 3.785 litros Cant. de asfalto en Kg=0.0548x2,000 = 109.60 Kg/m3 Cant. De asfalto en Litros= 109.6/1.1 = 99.64 Litros Cant. de asfalto = 99.64/3.785= 26.33 Galones/m3 Cantidad de asfalto RC-250 = 26.33 x 1.30 = 34

Glns/m3

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE ASFALTO RC-250 EN GALONES

P = 0.035 a + 0.045 b + Xc + F Donde:

P = porcentaje de asfalto del total de la mezcla.a = % del agregado que pasa la # ¾» y es retenida en la # 8.b = % del agregado que pasa la # 8 y es retenida en la # 200.c = % del agregado que pasa la # 200

◦ Xc =0.18c, cuando 6 – 10% pasa Tamiz Nº 200◦ Xc =0.15c, cuando 11 – 15% pasa Tamiz Nº 200◦ Xc = 0.20c, cuando< 5% pasa Tamiz Nº 200

F = Factor de corrección por absorción, F varía: Muy poroso = 2.0%. Muy liso = 0.7% . Mediano = 1.0%

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO MODERNO (Fórmula de Mac

Kenson y Frickstad.)

Determinar la cantidad de asfalto en galones por m3 que es necesario emplear en una mezcla asfáltica, donde el agregado a emplear tiene la siguiente granulometría. La textura del agregado grueso es bastante liso.

Malla % que Pasa % que retiene. ¾» 100 ½» 82 18 3/8» 69 13 N° 4 55 14 N° 8 42 13 58% (a) N° 30 29 13 N° 50 21 8 N° 100 15 6 N° 200 8(c) 7 34% (b)

Ejemplo de aplicación

DONDE: a= 58 % b=34% c=8%

P = 0.035 a + 0.045 b + Xc + F P = 0.035x58 + 0.045x34 + 0.18x8 + 0.7

P = 2.03+1.53+1.44+0.7= 5.70%

Solución

Se basa bajo el concepto de cada partícula que forma parte de los agregados de una mezcla asfáltica, esté recubierta por una película de asfalto de un espesor suficiente que permita una óptima adherencia.

Donde:P= Porcentaje de asfalto en peso sobre el peso total de la mezcla.Área superficial de la suma de todas las partículas, en pies cuadrados/ libra de peso.Indice Asfáltico, cantidad de asfalto de recubrimiento

METODO DE LAS AREAS SUPERFICIALES

Se Introduce el concepto de índice le Asfalto (I.A.) que da la cantidad de asfalto en libras que requiere cada pie cuadrado de superficie de agregado.Cada pie cuadrado de área superficial del agregado, tiene un peso determinado de asfalto que varía entre: 0.001 y 0.003 libra de asfalto por pie cuadrado de superficie de agregado.Se ha elaborado el gráfico con las curvas 1 a 5, según la naturaleza del agregado.

CALCULO DEL INDICE ASFALTICO

I.A = 0.0008 - 0.0030lb. Asfalto/pie2 de superficie de AgregadoSe obtiene de ABACOS entrando con el área superficial obtenida hasta cortar la curva de agregado, encontrando en las ordenadas el valor del índice asfáltico en libra asfalto/ pie2 agregado.

Si no se tiene el gráfico, se puede usar un Indice de 0.0015 lb de asfalto/ p2.

CALCULO DEL INDICE ASFALTICO

Halle el área superficial de la muestra como se ha obtenido en las tablas en la línea inferior de este gráfico. Sige hacia arriba hasta encontrar la curva. De aquí sige hacia la izquierda en la línea de este extremo se encuentra el índice asfáltico. Multiplique el área superficial por el índice asfáltico: el resultado dará el número de libras de asfalto por libra de agregado. Empléese las curvas de la manera siguiente.

Para agregados duros y de superficie lisa : curva : 1 ó 2Para partículas ásperas é irregulares : curva : 4 ó 5Para agregados de tipo ordinario : curva : 3

GRAFICO DEL INDICE ASFALTICO

1. Se encuentra la granulometría del agregado, para poder utilizar una de las tablas de constantes de superficie que se tengan.2. Se toma el peso específico del agregado.3. Se busca el Indice Asfáltico utilizando el gráfico.4. Se aplica la fórmula, la que nos dará la cantidad de asfalto.

1. Se escoge el tipo de agregados con los que se va a obtener la zcla.Para ello puede tomarse cualquiera de los cinco s degranulometría, recomendados por el Instituto del Asfalto2. Se calcula la cantidad de bitumen que va a emplearse en la mezcla,utilizando una de las fórmulas empíricas o el mé odo de las áreassuperficiales.3. Se determina el tipo de asfalto diluido que se ira usar.4. Se calcula la cantidad del asfalto escogido

UTILIZACION DEL METODO

PROCESO PARA EL DISEÑO DE UNA MEZCLA EN FRIO

EJEMPLO