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Diseo de Mezclas Asflticas por el Mtodo de Marshall

Maturn, 26 de enero del 201Introduccin

Diseo de mezclas asflticas por el mtodo de Marshall Consideraciones Generales Las mezclas asflticas estn formadas por un material ptreo bien graduado y cemento asfltico como ligante. Se elaboran en una planta que calienta el material ptreo a una temperatura de 140 150 C y el cemento asfltico a una temperatura de 110 a 130 C. Despus que el material ptreo est caliente y seco se mezclan sus componentes de acuerdo a una composicin granulomtrica aprobada, incorporndole a continuacin el cemento asfltico en una cantidad previamente definida. Las mezclas terminadas se extienden en capas uniformes en el espesor y ancho requeridos, para luego ser compactadas a temperaturas superiores a los 90 C. Un pavimento de concreto asfltico debe cumplir los siguientes objetivos principales: Suficiente estabilidad en la mezcla como para satisfacer las exigenciasdel servicio y las demandas del trnsito sin distorsiones o desplazamientos. Suficiente asfalto para asegurar la obtencin de un pavimento durable,que resulte del recubrimiento completo de las partculas de agregado ptreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre s, bajo una compactacin adecuada. Suficiente trabajabilidad como para permitir una eficiente operacinconstructiva en la elaboracin de la mezcla y su compactacin. Suficientes vacos en la mezcla compactada, para proveer una reservaque impida, al producirse una pequea compactacin adicional, afloramientos de asfalto y prdidas de estabilidad.Factores que deben controlarse en las mezclas asflticasPara que una carpeta sea estable, duradera, impermeable y antiderrapante, se deben controlar los siguientes factores: Granulometra del material ptreo Contenido de asfalto Caractersticas del cemento asfltico

Granulometra: Existen varias composiciones granulomtricas del material ptreo, de acuerdo a las caractersticas de la obra y a la especificacin tcnica utilizada. Las mezclas con un contenido de partculas ptreas de mayor tamao tienen mayor estabilidad. El tamao mximo de las partculas no debe ser mayor a del espesor de la carpeta.Contenido de asfalto: El contenido ptimo para la preparacin de la mezcla debe ser el necesario para cubrir con una pelcula de asfalto la superficie de las partculas ptreas, sin llenar completamente los vacos, ya que stos deben ser llenados con las partculas ms finas. Por una parte la mezcla debe contener un porcentaje mnimo de vacos para evitar las exudaciones del asfalto, que pueden provocar la formacin de surcos u ondulaciones; por otra parte deber tener un porcentaje mximo de vacos, ya que si este valor se excede, se puede ocasionar el endurecimiento del asfalto por efecto de los agentes atmosfricos, dando como resultado una carpeta quebradiza.Consistencia y calidad del cemento asfltico: Se debe elegir el cemento asfltico ms adecuado a las condiciones climatolgicas del lugar donde se encuentra la obra. Un asfalto muy duro puede dar lugar a un pavimento quebradizo con problemas de desintegracin y exceso de agrietamientos. En Cochabamba el cemento asfltico ms comnmente usado es el de penetracin85 - 100. El mtodo Marshall en el diseo de mezclas para pavimentacin fue formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. El Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos, a travs de una extensiva investigacin y estudios de correlacin, mejor y adicion ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall, a la vez que desarroll un criterio de diseo de mezclas. El mtodo original nicamente es aplicable a mezclas asflticas en caliente para pavimentacin, que contengan agregados con un tamao mximo de 25 mm (1) o menor. El mtodo Marshall modificado se desarroll para tamaos mximos arriba de 38 mm (1.5), y est pensado para diseo en laboratorio y control en campo de mezclas asflticas en caliente, con graduacin densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza emprica, la importancia de los resultados en trminos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estndar. El mtodo Marshall utiliza especmenes de prueba estndar de 64 mm (2 ) de alto y 102 mm (4) de dimetro; se preparan mediante un procedimiento para calentar, combinar y compactar mezclas de asfalto- agregado (ASTM D1559). Los dos aspectos principales del mtodo Marshall son la densidad-anlisis de vacos, y la prueba de estabilidad y flujo de los especmenes compactados; cabe mencionar que este proceso de diseo no tiene especificado pruebas para agregados minerales ni para cementos asflticos.

Procedimiento de ensayo Marshall Existen tres procedimientos de ensayo en el mtodo del ensayo Marshall. Estos son: determinacin del peso especfico total, medicin de la estabilidad Marshall, y anlisis de la densidad y el contenido de vacos de las probetas.Determinacin del peso especfico-total El peso especfico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recin compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medicin de peso especfico es esencial para un anlisis preciso de densidad-vacos. El peso especfico total se determina usando el procedimiento descrito en la norma AASHTO T 166. 73

Ensayo de estabilidad y fluencia El 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 procedimiento de los ensayos es el siguiente:1. Las probetas son calentadas en el bao de agua a 60 C (140 F). Esta temperatura representa, normalmente, la temperatura ms caliente que un pavimento en servicio va a experimentar.2. La probeta es removida del bao, secada, y colocada rpidamente en el aparato Marshall. El aparato consiste de un dispositivo que aplica a una carga sobre la probeta y de unos medidores de carga y deformacin (fluencia).3. La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm (2 pulgadas) por minuto hasta que la muestra falle. La falla esta definida como la carga mxima 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.Valor de estabilidad Marshall El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente. Durante un ensayo, cuando la carga es aplicada lentamente, los cabezales superior e inferior del aparato se acercan, y la carga sobre la briqueta aumenta al igual que la lectura en el indicador del cuadrante. Luego se suspende la carga una vez se obtiene la carga mxima. La carga mxima indicada por el medidor es el valor de Estabilidad Marshall. Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la deformacin existe una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno, entonces un valor ms alto ser mucho mejor. Para muchos materiales de ingeniera, la resistencia del material es, frecuentemente, una medida de su calidad; sin embargo, este no es necesariamente el caso de las mezclas asflticas en caliente. Las estabilidades extremadamente altas se obtienen a costa de durabilidad.Valor de fluencia Marshall La fluencia Marshall, medida en centsimas de pulgada representa la deformacin de la briqueta. La deformacin est indicada por la disminucin en el dimetro vertical de la briqueta. Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas demasiado frgiles y rgidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado plsticas y tiene tendencia a deformarse bajo las cargas del trnsito.Anlisis de densidad y vacos Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar un anlisis de densidad y vacos para cada serie de Probetas de prueba. El propsito del anlisis es el de determinar el porcentaje de vacos en la mezcla compactada. Anlisis de vacos Los vacos son las pequeas bolsas de aire que se encuentran entre las partculas de agregado revestidas de asfalto. El porcentaje de vacos se calcula a partir del peso especfico total de cada probeta compactada y del peso especfico terico de la mezcla de pavimentacin (sin vacos). Este ltimo puede ser calculado a partir de los pesos especficos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado, o directamente mediante un ensayo normalizado (AASHTO T 2091 ) efectuado sobre la muestra de mezcla sin compactar. El peso especfico total de las probetas compactadas se determina pesando las probetas en aire y en agua. Anlisis de Peso UnitarioEl peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso especfico total de la mezcla por 1000 Kg/m3 (62.4 lb/ft3). Anlisis de VMA Los vacos en el agregado mineral, VMA, est definidos por el espacio intergranular de vacos que se encuentra entre las partculas de agregado de la mezcla de pavimentacin compactada, incluyendo los vacos de aire y el contenido efectivo de asfalto, y se expresan como un porcentaje del volumen total de la mezcla. El VMA es calculado con base en el peso especfico total del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen de agregado (determinado mediante el peso especfico total del agregado) del volumen total de la mezcla compactada. Anlisis de VFA Los vacos llenos de asfalto, VFA, son el porcentaje de vacos intergranulares entre las partculas de agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los vacos de aire de VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando el valor final como un porcentaje.Equipo Entre los elementos ms importantes del equipo necesario para la elaboracin de los ncleos de prueba, se pueden citar los siguientes: a) Horno y placa calentadora elctrica, para calentar los materiales, Horno aireadorpara el curado de las mezclas.b) Termmetro blindado de vidrio o dial con varilla para lecturas entre 50 F (10C) y 450 F (232 C).c) Balanza de 2 kg de capacidad, con aproximacin a 0,1 g. Balanza de 5 kg conaproximacin a 1 g.

d) Pedestal para compactacin, que consta de un soporte de madera, sobre el cual descansa una placa de acero de 12 x 12 x 1 (305 x 305 x 25 mm).

e) Molde de compactacin que consta de una base, molde encofrado y collar de extensin. El molde tiene un dimetro interior de 4 (101,6 mm) y una altura aproximadamente 3 (76 mm). La base y el collar estn diseados para intercambiarse ya sea a uno u otro lado del molde.

Conclusin