Asfalto En Caliente.docx

UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ASIGNATURA: PAVIMENTOS CICLO: X MEZCLA ASFALTICAS EN CALIENTE RONALD CEREZO MAMANI RODRIGO HUAYLLA ANAHUA GIOVANA RAMOS ANCCOTA ALBERTO SILVA PACCO

DOCENTE: ING. JORGE LAMA CORDOVA ILO – PERU 2018

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DEDICATORIA

El presente trabajo está dedicado a nuestros padres, por el esfuerzo en darnos la oportunidad de estudiar, su apoyo incondicional; y a Dios por brindarnos la fuerza para culminar con nuestra carrera.

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INDICE INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 5 1.

OBJETIVOS ................................................................................................................................ 6 1.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 6 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................................................... 6

2.

MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE ................................................................................... 7 2.1. MATERIALES ............................................................................................................................ 8 2.1.1.

AGREGADOS GRUESOS ..................................................................................................... 8

2.1.2.

AGREGADOS FINO ............................................................................................................. 9

2.1.3.

GRADACIÓN ...................................................................................................................... 10

2.1.3.1.

GRADACIÓN PARA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE (MAC) ........................... 10

Filler o polvo mineral.......................................................................................................................... 11 Cemento asfáltico................................................................................................................................ 11 2.2. RESQUISITOS BASICOS DE UNA MEZCLA ASFALTICA ................................................ 12 3.

PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ................................... 14 3.1. ESTABILIDAD ......................................................................................................................... 14 3.2. DURABILIDAD ........................................................................................................................ 16 3.3. IMPERMEABILIDAD .............................................................................................................. 17 3.4. TRABAJABILIDAD ................................................................................................................. 18 3.5. FLEXIBILIDAD ........................................................................................................................ 19 3.6. RESISTENCIA A LA FATIGA ................................................................................................ 20 3.7. RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO ................................................................................... 21

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INTRODUCCIÓN En una mezcla asfáltica en caliente de pavimentación, el asfalto y el agregado son combinados en proporciones exactas: Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el desempeño de la misma como pavimento terminado. Existen dos métodos de diseño comúnmente utilizados para determinar las proporciones apropiadas de asfalto y agregado en una mezcla. Ellos son el método Marshall y el Método Hveem. En el presente estudio sólo trataremos el método Marshall. Ambos métodos de diseño son ampliamente usados en el diseño de mezclas asfálticas de pavimentación. La selección y uso de cualquiera de estos métodos de diseño de mezclas es, principalmente, asuntos de gustos en ingeniería, debido a que cada método contiene características y ventajas singulares. Cualquier método pude ser usado con resultados satisfactorios.

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1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL El objetivo de este trabajo es dar a conocer los conceptos generales para el diseño y las diferentes etapas que consta el proceso de producción de una mezcla asfáltica en el proceso de pavimentos. 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Mencionar las proporciones y la importancia de los materiales que implica en el diseño de pavimento asfaltico en caliente.  Explicar el comportamiento de las propiedades del asfalto que actúan sobre el diseño y las indicaciones que se sugiere para mejores resultados sin problemas más adelante.

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2. MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE Se define como mezcla asfáltica (o bituminosa) en caliente a la combinación de áridos (incluido el polvo mineral) con un ligante. Las cantidades relativas de ligante y áridos determinan las propiedades físicas de la mezcla. La estructura del pavimento terminará con la carpeta asfáltica, este pavimento de concreto asfáltico es el pavimento de mejor calidad. Está compuesto de agregado bien gradado y cemento asfáltico, los cuales son calentados y mezclados en proporciones exactas en una planta de mezclado en caliente. Después de que las partículas del agregado son revestidas uniformemente, la mezcla en caliente se lleva al lugar de la construcción, en donde el equipo de asfaltado la coloca sobre la base que ha sido previamente preparada. Antes de que la mezcla se enfríe, las compactadoras proceden a compactarla para lograr la densidad especificada. A medida que se enfría, el asfalto se endurece y recupera las propiedades ligantes que hacen de un material vial eficaz capaz de soportar el tránsito. La dosificación o fórmula de la mezcla de concreto asfáltico (o simplemente mezcla asfáltica en caliente) así como los regímenes de temperatura de mezclado y de colocación que se pretenda utilizar, se presentan con cantidades o porcentajes definidos y únicos.

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 2.1. MATERIALES 2.1.1. AGREGADOS GRUESOS Estarán constituidos por piedras, grava fracturada natural o artificial y eventualmente por materiales naturales que se presenten en estados fracturados o muy angulosos, con textura superficial rugosa. Quedarán retenidos en la malla Nº08 y estarán limpios, es decir, sin recubrimiento de arcilla u otros agregados de material fino. Además, deberán cumplir con los siguientes requisitos: lo especificado en la Subsección 415.02(a). Los agregados gruesos, deben cumplir además con los requerimientos, establecidos en la Tabla 423-01: TABLA 423-01 REQUERIMIENTOS PARA LOS AGREGADOS GRUESOS

TABLA N° 2.5 - REQUERIMIENTOS PARA CARAS FRACTURADAS

Nota: La notación "85/80" indica que el 85% del agregado grueso tiene una cara fracturada y que el 80% tiene dos caras fracturadas.

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 2.1.2. AGREGADOS FINO

Los agregados finos o materiales que pasa la malla Nª 08, serán obtenidos por el machaqueo de piedras o gravas, o también arenas naturales de granos angulosos. Como en todos los casos, el agregado se presentará limpio, que sus partículas no estén cubiertas de arcilla limosa y otras sustancias perjudiciales, ni contendrá grumos de arcilla u otros aglomerados de material fino. El material deberá estar libre de cualquier sustancia que impida la adhesión del asfalto. Además, deberá cumplir con el sgte. requisito: Se aplica en lo que corresponda, lo especificado en la Subsección 415.02(a). Adicionalmente deberá cumplir con los requerimientos de la Tabla 423-02. TABLA 423-02 REQUERIMIENTOS PARA LOS AGREGADOS FINOS

Tabla N° 2.7 - Requerimientos del Equivalente de Arena

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Tabla N° 2.8 - Angularidad del Agregado Fino

2.1.3. GRADACIÓN

La gradación de los agregados pétreos para la producción de la mezcla asfáltica en caliente deberá ajustarse a alguna de las siguientes gradaciones y serán propuestas por el Contratista y aprobadas por el Supervisor. Además de los requisitos de calidad que debe tener el agregado grueso y fino según lo establecido en el acápite (a) y (b) de esta Subsección, el material de la mezcla de los agregados debe estar libre de terrones de arcilla y se aceptará como máximo el 1% de partículas deleznables según ensayo MTC E 212. Tampoco deberá contener materia orgánica y otros materiales deletéreos. 2.1.3.1. GRADACIÓN PARA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE (MAC) La gradación de la mezcla asfáltica en caliente (MAC) deberá responder a algunos de los husos granulométricos, especificados en la Tabla 423-03. Alternativamente pueden emplearse las gradaciones especificadas en la ASTM D 3515 e Instituto del Asfalto. Tabla 423-03

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 2.1.4. FILLER O POLVO MINERAL El relleno mineral «filler» provendrá de los procesos de trituración de los agregados pétreos o podrá ser de aporte de productos comerciales, generalmente cal hidratada o cemento Portland, partículas muy finas de caliza, u otra sustancia mineral no plástica, que se presentará seca y sin grumos. El material cumplirá con los siguientes requerimientos mínimos de granulometría: Tabla N° 2.9 – Requerimientos mínimos de Granulometría

La fracción del “filler” y de los agregados que pasan la malla Nª 200, que se denomina polvo mineral, no tendrá características plásticas.

2.1.5. CEMENTO ASFÁLTICO El tipo de material asfáltico deberá satisfacer los requisitos siguientes: El cemento asfáltico a emplear en las mezclas asfálticas elaboradas en caliente será clasificado por viscosidad absoluta y por penetración. Su empleo será según las características climáticas de la región, la correspondiente carta viscosidad del cemento asfáltico y tal como lo indica la tabla de Mezclas en Caliente, las consideraciones del Proyecto y las indicaciones del Supervisor. TABLA 2.2: Especificaciones del Cemento Asfáltico Clasificado por Penetración

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 2.2. REQUISITOS BASICOS DE UNA MEZCLA ASFALTICA El asfalto en la mezcla del concreto asfáltico será determinado utilizando el “método Marshall” y debe cumplir con los siguientes requisitos básicos: Tabla N° 2.11 – Requisitos básicos de una mezcla asfáltica según el método Marshall

Tabla N° 2.13 -Requisitos para Mezcla de Concreto Bituminoso

Tabla N° 2.14 -Vacíos mínimos en el agregado mineral (VMA)

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL Tabla N° 2.15 - Ensayos y Frecuencias

(*) N representa el número de tancadas de 30 000 l de cemento asfáltico requeridos en la Obra.

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 3. PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento. El objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclar es el de garantizar que la mezcla de pavimentación posea cada una de estas propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas propiedades, cómo es evaluada, y que representa en términos de rendimiento del pavimento. 3.1. ESTABILIDAD La estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación) y otras señas que indican cambios en la mezcla. Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse después de un análisis completo del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un pavimento dependen del tránsito esperado. 3.1.1. CONDICIONES DE ESTABILIDAD  Valores muy altos de estabilidad producen pavimento rígido y, por lo tanto, menos durable que lo deseado, por consiguiente, las especificaciones de estabilidad deben ser lo suficiente altas, pero no más altas de lo que exijan las condiciones de tránsito.  La estabilidad de una mezcla depende de la fricción y la cohesión interna; La fricción interna en las partículas de agregado (fricción entre partículas) está relacionada con características del agregado tales como forma y textura superficial. la cohesión resulta de la capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de fricción y cohesión interna, en la mezcla, previene que las partículas de agregado se desplacen unas respecto a otras debido a las fuerzas ejercidas por el tráfico.

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL  Cuanto más angular sea la forma de las partículas de agregado y más áspera sea su textura superficial, más alta será la estabilidad de la mezcla; Cuando no hay agregados disponibles con características de alta fricción interna, se pueden usar mezclar más económicas, en lugares donde se espere tráfico liviano, utilizando agregados con valores menores de fricción interna.  La fuerza ligante de la cohesión aumenta con aumentos en la frecuencia de carga (tráfico); La cohesión también aumenta a medida que la viscosidad del asfalto aumenta, o a medida que la temperatura del pavimento disminuye. Además, hasta cierto nivel, la cohesión aumenta en el contenido de asfalto. Cuando se sobrepasa este nivel, los aumentos en el contenido de asfalto producen una película demasiado gruesa sobre las partículas de agregado, lo cual resulta en pérdida de fricción entre partículas. Existen muchas causas y efectos asociados con una estabilidad insuficiente en el pavimento. CAUSAS

Exceso de asfalto en la mezcla

Exceso de arena de tamaño medio en la mezcla

EFECTOS

Ondulaciones, ahuellamientos y afloramiento o exudación. Baja resistencia durante la compactación y posteriormente, durante un cierto tiempo; dificultad para la compactación.

Agregado redondeado sin, o con Ahuellamiento y canalización. pocas, superficies trituradas TABLA Nº3.1: CAUSAS Y EFECTOS DE INESTABILIDAD EN EL PAVIMENTO

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 3.2. DURABILIDAD La durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales como la desintegración del agregado, cambios en las propiedades de asfalto (polimerización y oxidación), y separación de las películas de asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de ambos. Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada en tres formas:  Usando la mayor cantidad posible de asfalto Las películas gruesas de asfalto no se envejecen o endurecen tan rápido. En consecuencia, el asfalto retiene, por más tiempo, sus características originales. Además, el máximo contenido de asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacíos interconectados en el pavimento, haciendo difícil la penetración del aire y del agua.  Usando una graduación densa de agregado resistente a la separación. Contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento. 1. Una graduación densa proporciona un contacto más cercano entre las partículas del agregado, lo cual mejora la impermeabilidad de la mezcla. 2. Un agregado resistente a la separación resiste la acción del agua y las cargas del tránsito, las cuales tienden a separar la película de asfalto de las partículas de agregado, conduciendo a la desintegración del pavimento. 3. La resistencia de una mezcla a la separación puede ser mejorada, bajo ciertas condiciones, mediante el uso de compuestos adhesivos, o rellenos como la cal hidratada.  Diseñando y compactando la mezcla para una máxima impermeabilidad La intrusión del aire y agua en el pavimento puede minimizarse si se diseña y compacta la mezcla para darla al pavimento al máximo impermeabilidad posible. Existen muchas causas y efectos con una poca durabilidad del pavimento.

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL CAUSAS

EFECTOS

Bajo contenido de asfaltos

Endurecimiento rápido del asfalto y desintegración por pérdida de agregado.

Alto contenido de vacíos debido al diseño o a la falta de compactación.

Endurecimiento temprano del asfalto seguido por agrietamiento o desintegración.

Agregados susceptibles al agua (Hidrofilitos).

Películas de asfalto se desprenden del agregado dejando un pavimento desgastado, o desintegrado.

TABLA Nº3.2: CAUSAS Y EFECTOS DE UNA POCA DURABILIDAD

3.3. IMPERMEABILIDAD La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua hacia su interior, o a través de él. Esta característica está relacionada con el contenido de vacíos de la mezcla compactada, y es así como gran parte de las discusiones sobre vacíos en las secciones de diseño de mezcla se relaciona con impermeabilidad. Aunque el contenido de vacíos es una indicación del paso potencial de aire y agua a través de un pavimento, la naturaleza de estos vacíos es muy importante que su cantidad. El grado de impermeabilidad está determinado por el tamaño de los vacíos, sin importar si están o no conectados, y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento. Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas compactadas, virtualmente todas las mezclas asfálticas usadas en la construcción de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es aceptable, siempre y cuando la permeabilidad esté dentro de los límites especificados.

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CAUSAS

Bajo contenido de asfalto

Alto contenido de vacíos en la mezcla de diseño

Compactación inadecuada.

EFECTOS Las películas delgadas de asfalto causarán tempranamente, un envejecimiento y una desintegración de la mezcla. El agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento, causando oxidación Y desintegración de la mezcla Resultará en vacíos altos en el pavimento, lo cual conducirá a la infiltración de agua y baja estabilidad.

TABLA Nº3.3: CAUSAS Y EFECTOS DE LA PERMEABILIDAD

3.4. TRABAJABILIDAD La trabajabilidad está descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentación puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fáciles de colocar y compactar y puede ser mejorada modificando los parámetros de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometría. Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden ser difíciles de compactar. A través de mezclas de prueba en el laboratorio puede ser posible adicionar agregado fino, y tal vez asfalto, a una mezcla gruesa, para volverla más trabajable, para lo cual se deberá tener cierto cuidado para garantizar que la mezcla modificada cumpla con los otros criterios de diseño, tales como contenido de vacíos y estabilidad. Un contenido demasiado alto de relleno también puede ocasionar que la mezcla se vuelva muy viscosa, haciendo difícil su compactación. La trabajabilidad es especialmente importante en sitios donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla, como por ejemplo alrededor de tapas de alcantarillados, curvas pronunciadas y otros obstáculos similares. Las mezclas que son fácilmente trabajables o deformables se conocen como mezclas tiernas, estas son demasiado inestables para ser colocadas y compactadas apropiadamente. Usualmente son el producto de una falta de relleno mineral, demasiada Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL arena de tamaño mediano, partículas lisas y redondeadas de agregado, y/o demasiada humedad en la mezcla. El asfalto tiene algún efecto sobre la trabajabilidad. Debido a que la temperatura de la mezcla afecta la viscosidad el asfalto, una temperatura demasiado baja hará que la mezcla sea poco trabajable, mientras que una temperatura demasiado alta podrá hacer que la mezcla se vuelva tierna. El grado y el porcentaje de asfalto también pueden afectar la trabajabilidad de la mezcla. CAUSAS

EFECTOS

Tamaño máximo de partícula grande

Superficie áspera, difícil de colocar.

Demasiado agregado grueso

Puede ser difícil de compactar

Temperatura muy baja de mezcla .

Demasiada arena de tamaño medio

Agregado sin revestir, mezcla poco durable superficie áspera, difícil de compactar.

La mezcla se desplaza bajo la compactadora y permanece tierna o blanda.

Bajo contenido de relleno mineral

Mezcla tierna, altamente permeable

Alto contenido de relleno mineral

Mezcla muy viscosa, difícil de manejar, poco durable.

TABLA Nº3.4: CAUSAS Y EFECTOS DE PROBLEMAS EN LA TRABAJABILIDAD

3.5. FLEXIBILIDAD Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento asfáltico debido a que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo). Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, más flexible que una mezcla densamente graduada e bajo contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el equilibrio de los mismos. Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 3.6. RESISTENCIA A LA FATIGA La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que los vacíos (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de compactación, la resistencia a la fatiga del pavimento. (El periodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Así mismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga. Las características de resistencia y espesor de un pavimento, y la capacidad de soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con la prevención del agrietamiento asociado con cargas de tránsito. Los pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellos que se encuentran sobre subrasantes débiles. CAUSAS Bajo contenido de asfalto

EFECTOS Agrietamiento por fatiga

Vacíos altos de diseño

Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga.

Falta de compactación

Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga.

Espesor inadecuado de pavimento

Demasiada flexión seguida por agrietamiento por fatiga.

TABLA Nº3.6: CAUSAS Y EFECTOS DE UNA MALA RESISTENCIA A LA FATIGA

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 3.7. RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la superficie esta mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad de 65 km/hr (40 mi/hr). La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de 9.5 mm (38 pulgadas) a 12.5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una superficie áspera, los agregados deben resistir el pulimiento (alisamiento) bajo el tránsito. Los agregados calcáreos son más susceptibles al pulimiento que los agregados silíceos. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al deslizamiento. CAUSAS

EFECTOS

Exceso de asfalto

Exudación, poca resistencia al deslizamiento.

Agregado mal graduado o con mala textura

Pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo

Agregado pulido en la mezcla

Poca resistencia al deslizamiento.

TABLA Nº3.7: CAUSAS Y EFECTOS DE POCA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO Pavimentos

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4. METODO MARSHALL PARA MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE Este método es aplicable sólo a mezclas en caliente con cementos asfálticos que contengan agregados con tamaño máximo igual o inferior a 25 mm. El método Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de asfalto-agregado. Los dos aspectos principales del método de diseño son, la densidad-análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes compactados. La estabilidad del espécimen de prueba es la máxima resistencia en N (lb) que un espécimen estándar desarrollará a 60 º C cuando es ensayado. El valor de flujo es el movimiento total o deformación, en unidades de 0.25 mm (1/100”) que ocurre en el espécimen entre estar sin carga y el punto máximo de carga durante la prueba de estabilidad. Este método puede usarse tanto para el diseño en Laboratorio como en el control de terreno. 4.1. PREPARACION PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS MARSHALL 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 y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para producir esas cualidades. Una vez hecho esto, se puede empezar con la preparación de los ensayos. 4.1.1. SELECCION DE LAS MUESTRAS DE MATERIAL La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y del agregado que va 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. Lo mismo debe ocurrir con las muestras de agregado. 4.1.2. PREPARACION DEL AGREGADO La relación viscosidad-temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe ser ya conocida para establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. En consecuencia, los procedimientos preliminares se enfocan hacia el agregado, con el propósito de identificar exactamente sus características.  Secando el Agregado: Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en una bandeja, por separado, y se calienta en un horno a una Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL temperatura de 110º C (230ºF). Después de cierto tiempo, la muestra caliente se pesa y, se registra su valor.  Análisis granulométrico por vía húmeda: El análisis granulométrico por vía húmeda es un procedimiento para identificar las proporciones de partículas de tamaño diferente en las muestras del agregado El análisis granulométrico por vía húmeda consta de los siguientes pasos: 1. Cada muestra de agregado es secada y pesada. 2. Luego de cada muestra 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 siguiente el procedimiento de calentado y pesado descrito anteriormente. 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.  Determinación del Peso Específico: El peso específico de una muestra de agregado es determinado al comparar el peso de un volumen dado de agregado con el peso de un volumen igual de agua, a la misma temperatura. 4.1.3. PREPARACION DE LAS MUESTRAS (PROBETAS) 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. Las muestras son preparadas de la siguiente manera:  El asfalto y el agregado se calientan completamente hasta que todas las partículas del agregado estén revestidas. Esto simula los procesos de calentamiento y mezclado que ocurren en la planta.  Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall como preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la mezcla al golpearla.  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 tránsito para la cual esta siendo diseñada. Ambas caras de Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL cada briqueta reciben el mismo número de golpes. Así, una probeta Marshall de 35 golpes recibe, realmente un total de 70 golpes. Una probeta de 50 golpes recibe 100 impactos. Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes. 4.2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO El procedimiento de diseño comprende las siguientes partes principales: 1) Ensayos de calidad del agregado: Se realizan ensayos para determinar las propiedades del agregado y su conveniencia para el uso en mezclas con emulsiones asfálticas. 2) Ensayos de calidad de las emulsiones asfálticas: Se realizan ensayos para determinar las propiedades y calidad de la emulsión. 3) Tipo y cantidad aproximada de emulsión: Se usa un procedimiento simplificado para estimar el contenido tentativo de asfalto residual para un agregado dado. 4) Humedad de compactación: Usando un contenido de asfalto residual tentativo y el agua requerida en la mezcla, se preparan mezclas y se airean a varios contenidos de humedad, la mezcla se compacta entonces dentro de moldes Marshall para luego ser curadas en seco durante un día y ensayadas en estabilidad Marshall modificado. 5) Variación del contenido de asfalto residual: Usando el contenido de agua requerido en la mezcla y la humedad de compactación óptima se preparan mezclas variando el contenido de asfalto residual. Si el contenido de agua óptimo de compactación es menor que el mínimo contenido de agua de mezcla requerido antes de la compactación, se requiere aireación. Las mezclas se compactan entonces dentro de moldes Marshall y se curan al aire durante tres días. Las muestras se ensayan para determinar su densidad Bulk, estabilidad Marshall modificada y flujo. 6) Selección del contenido óptimo de asfalto: Se elige el contenido óptimo de asfalto como el porcentaje de emulsión a la cual la mezcla de pavimento satisface de la mejor manera todos los criterios de diseño. 4.3. ENSAYOS DEL METODO MARSHALL 4.3.1. ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO  Se colocan las probetas en un baño de agua durante 30 o 40 minutos o en el horno durante 2 horas, manteniendo el baño o el horno a 60° ± 1° C (140° ± 1.8° F).  Se retira una probeta del baño de agua u horno y se coloca centrada en la Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL mordaza inferior; se monta la mordaza superior con el medidor de deformación y el conjunto se sitúa centrado en la prensa.  Se aplica, a continuación, la carga sobre la probeta con la prensa a una rata de deformación constante de 50.8 mm (2") por minuto, hasta que ocurra la falla, es decir cuando se alcanza la máxima carga y luego disminuye, según se lea en el dial respectivo. Se anota el valor máximo de carga registrado en la máquina de ensayo o, si es el caso, la lectura de deformación del dial indicador, la cual se convierte a carga, multiplicándola por la constante del anillo.  El procedimiento indicado en los dos primeros puntos para una probeta, se deberá repetir con todas las probetas elaboradas. 4.3.2. ENSAYOS SOBRE LOS AGREGADOS Las propiedades del agregado son un factor determinante en muchas de las elecciones relacionadas con la mezcla óptima. Por lo tanto son necesarios los ensayos sobre los agregados. Se pude utilizar con las emulsiones una amplia variedad de materiales que incluye piedra triturada, roca, grava, arena, arena limosa, grava arenosa, escoria, material de recuperación de terrenos, desechos de explotación mineral u otros materiales inertes. Se requieren aproximadamente 36.3 kg de agregado para realizar los ensayos sobre le material. 1) Análisis por tamizado de agregado fino y grueso:  Tamizado en seco  Tamizado en húmedo 2) Densidad y absorción del agregado grueso: 3) Densidad y absorción del agregado fino: 4) Equivalente de arena del agregado fino Ensayos adicionales propuestos para los agregados 5) Solidez de los agregados al uso de sulfato de sodio o de magnesio: 6) Desgaste del agregado grueso en la máquina de los ángeles Ensayos adicionales de calidad pueden ser exigidos por entidades particulares 4.3.3. ENSAYOS SOBRE LA EMULSION ASFALTICA En algunos casos se exigen especificaciones adicionales para otros tipos de emulsiones tales como emulsiones de alta flotación (HFE). Estas especificaciones Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL difieren un poco de entidad a entidad y deben ser comprobadas antes de la evaluación para el uso de mezclas emulsión-agregado. Se requiere aproximadamente un galón (4 lt.) de cada tipo de emulsión y grado considerado para el proyecto y para cada tipo de agregado por evaluar durante el diseño de la mezcla. 4.3.4. CONTENIDO OPTIMO DE AGUA EN LA COMPACTACIÓN  Se pesa una cierta cantidad (1000 gr.) de agregados tibios (70 – 80ºC), y luego se adiciona agua tibia (70 – 80ºC), siendo este contenido de agua el determinado por el ensayo de recubrimiento, se bate con una espátula hasta ver una masa uniforme.  Se adiciona la emulsión asfáltica tibia (70 – 80ºC), siendo este contenido el que se obtiene del contenido de asfalto residual tentativo, batirlo hasta que se mezcle uniformemente. El contenido de agua de la mezcla será la suma del agua adicionada más el agua contenida en la emulsión.  Se deja airear la mezcla para reducir el contenido de agua. Airee las sucesivas muestras con un 1% de incremento de agua en peso de agregado.  Una vez que la muestra haya llegado al contenido de agua deseado, se compactan usando los moldes Marshall y se dejan curar por 24 horas antes de retirarlas del molde.  Se ensaya las muestras por estabilidad Marshall y se prepara un gráfico de Estabilidad Marshall Modificado vs. Contenido de Agua en la compactación. Seleccione el pico de la curva como el contenido de agua óptimo en la compactación. 4.3.5. VARIACION DEL CONTENIDO DE EMULSION En la determinación del contenido óptimo residual para la combinación de un agregado particular y asfalto, debe realizarse una serie de ensayos sobre las muestras en una gama de contenidos de asfalto residual. Las muestras de ensayo se preparan con incrementos del 0.5% en asfalto residual teniendo dos incrementos a ambos lados del contenido de asfalto residual tentativo. Para completar el diseño de la mezcla se realizan los siguientes ensayos y análisis con los datos contenidos de la muestra compactada:  Gravedad específica Bulk  Estabilidad y flujo Marshall modificado de las muestras secas. Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL  Estabilidad y flujo a 22.2 ± 1.1°C de las muestras después de 4 días de inmersión  Análisis de densidad y vacíos.  Humedad de absorción durante el ensayo de inmersión 4.3.6. ENSAYO DE RECUBRIMIENTO El ensayo de recubrimiento se realiza mezclando el agregado con una cierta cantidad de agua y emulsión en donde se estima visualmente el recubrimiento como porcentaje del área total. Para el caso de mezclas con emulsiones tibias el agregado, el agua y la emulsión han sido entibiados hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 70 ºC y mezclados a esta temperatura.  Obtener muestras representativas de cada tipo de emulsión y agregado considerada para el proyecto.  Calentar hasta un rango de temperatura comprendido entre 70 ºC a 80 ºC los agregados, el agua y la emulsión. De preferencia el agregado deberá estar completamente seco, en caso contrario se calcula el contenido de humedad para luego ser corregido.  Pesar una cierta cantidad de agregados grueso y fino en la combinación adecuada para la mezcla.  Colocar la combinación de agregado tibios en un recipiente de mezcla e incorpore un X% de agua tibia (70-80 ºC), como porcentaje en peso del agregado seco y mezcle hasta que el agua se disperse totalmente. El agua debe ser añadida en una corriente delgada y el agregado mezclado hasta que el agua se disperse totalmente  Añadir la cantidad de emulsión asfáltica tibia como porcentaje en peso de agregado seco. La emulsión debe ser añadida también en una corriente delgada para minimizar la tendencia del asfalto a formar grumos con el agregado fino. Aproximadamente 5 minutos de mezclado son usualmente satisfactorios.  Calcular el contenido de agua de premezcla, como la cantidad de agua agregada al agregado antes de la emulsión más el contenido de humedad del agregado, en caso que no estuviese totalmente seco.  Permitir el secado al aire de la mezcla o con la ayuda de una estufa, prepare nuevas mezclas repitiendo los pasos anteriores añadiendo un incremento Pavimentos

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL del 1% de agua. Las mezclas que comienzan a ser fluidas o a segregarse se consideran inaceptables.  Calificar la apariencia de la mezcla seca por estimación visual del área superficial del agregado cubierto con asfalto. Para cada contenido de agua de premezcla anote el recubrimiento estimado como un porcentaje del área total. Recubrimiento del agregado mayor del 50% debe considerarse aceptable, si la mezcla no obtiene el 50% de recubrimiento con ningún contenido de agua la emulsión debe ser rechazada para posterior consideración. 4.4. RESULTADOS DEL METODO MARSHALL Se deben confeccionar los siguientes 5 gráficos de tendencias

De las curvas anteriores se determinan los porcentajes de asfalto que entreguen: Máxima estabilidad de la curva (A) Máxima densidad de la curva (B) y % de asfalto para 5% de huecos en la mezcla (C). (Los huecos se obtienen por cálculo de Va) El % optimo de asfalto de diseño será: Pavimentos

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Fórmula de trabajo Comprende: a) Banda de trabajo, según las siguientes tolerancias:

Usando la dosificación de áridos del Diseño, se calcula la mezcla de áridos y se compara con la banda de trabajo presentada por el contratista. Si la mezcla no está íntegramente dentro de la banda de trabajo, ésta se debe rechazar. b) Contenido de asfalto óptimo Al porcentaje determinado se aplican las siguientes tolerancias: Para carpeta de rodado: 0,3puntos porcentuales. Para carpeta intermedia y/o base: 0,5 puntos porcentuales. c) Densidad de diseño (Densidad Marshall): Se determina del gráfico de densidad, con el porcentaje de asfalto óptimo obtenido. d) Temperatura de mezclado y Temperatura de compactación 4.5. DEFINICIONES Y FORMULAS PARA EL METODO DE MARSHALL 4.5.1. DENSIDAD EFECTIVA (pE) Es el cuociente entre la masa del árido y su volumen a una temperatura especificada. El volumen excluye los poros permeables al asfalto.

Dónde:

Dmm = Densidad máxima de la mezcla db = Densidad del asfalto Pb = Serie de probeta a distinto porcentaje

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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI INGENIERIA CIVIL 4.5.2. HUECOS EN LA MEZCLA O VACÍOS DE AIRE (VA) Es el volumen total de pequeñas bolsas de aire entre partículas de agregado cubiertos con asfalto, expresado como porcentaje de volumen total de mezcla compactada

Dónde:

Dmm = densidad máxima de la mezcla G = densidad de la mezcla compactada i = Serie de probeta a distinto porcentaje

4.5.3. DENSIDAD (G) La densidad de la mezcla compactada se define como la masa de un volumen especifico de mezcla.

Nota: La densidad que se obtiene de las probetas de Laboratorio se considera de referencia, y es usada para determinar el porcentaje de compactación en terreno con respecto a la obtenida en éste. 4.5.4. VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL (VAM) Es el volumen de vacíos entre las partículas de agregado de una mezcla compactada; incluye los huecos de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado como porcentaje del volumen.

Dónde:

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drs = Densidad real seca del agregado, Kg/m3 Pb = Porcentaje de asfalto referido al agregado seco i = Serie de probeta de distinto porcentaje

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