GRUPO 7 - EXPOSICIÓN N2 - DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA POR EL MÉTODO MARSHALL - Javier Pozo Merejildo

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DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS POR EL METODO MARSHALL
INTEGRANTES:
MARQUEZ SALINAS CARLOS.
POZO REYES JAZMIN.
TOMALA PALMA OSCAR.
CURSO: 8/1
GRUPO # 7
UNIVERSIDAD ESTATAL PENINSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INEGNIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
PAVIMENTOS 8/1
QUÉ ES UNA MEZCLA ASFÁLTICA.
ES UNA MEZCLA DE DOS MATERIALES: EL MATERIAL PÉTREO Y EL ASFÁLTICO. AUNQUE EVENTUALMENTE TAMBIÉN SE PUEDEN USAR ADITIVOS.
.
FUNCIONABILIDAD DEL MATERIAL ASFÁLTICO Y PÉTREO.
LA FUNCIÓN DEL MATERIAL ASFÁLTICO ES MANTENER UNIDAS A LAS PARTÍCULAS Y QUE NO EXISTAN DEGRADACIONES.
LA FUNCIÓN DEL MATERIAL PÉTREO, ES QUE NOS OTORGUE MAYOR RESISTENCIA A TODA LA MEZCLA.
NIVELES DE VOLUMEN
EL MATERIAL ASFÁLTICO (GENERALMENTE EN MASA), OCUPA APROXIMADAMENTE UN 5% EN UNA MEZCLA Y EL AGREGADO PETREO UN 95%.
AHORA BIEN, SI NOS REFERIMOS AL VOLUMEN DE LA MEZCLA, NOS ENCONTRAREMOS QUE EL MATERIAL PÉTREO ESTÁ ALREDEDOR DE UN 80%, EL ASFALTO ESTÁ ALREDEDOR DE UN 12% Y EL RESTANTE 8% QUEDARÁ CON UN CIERTO PORCENTAJE DE AIRE EN LAS MEZCLAS.
COMPORTAMIENTO MECÁNICO GENERAL (PROPIEDADES).
PRIMERA PROPIEDAD (VISCOELASTICIDAD Y SENSIBILIDAD TÉRMICA).- 
UNA MEZCLA ASFÁLTICA, DEPENDIENDO DE LA TEMPERATURA VA A TENER COMPORTAMIENTOS DIFERENTES. 
EJEMPLO: SI UN ASFALTO ESTÁ EXPUESTO A TEMPERATURA MUY BAJAS, DESDE EL PUNTO DE VISTA TEÓRICO SERÁ UN SÓLIDO ELÁSTICO.
Dallas, Texas USA 2021
EN EL OTRO EXTREMO, TENDREMOS TEMPERATURAS MAYORES A 100 GRADOS, DONDE EL MATERIAL SERÁ DESDE UN PUNTO DE VISTA TEÓRICO UN MATERIAL, LÍQUIDO VISCOSO.
¿QUÉ PROVOCAN LAS ALTAS TEMPERATURAS EN EL ASFALTO?
CUANDO LA TEMPERATURA REBASAN LOS 450C, SE ACELERA LA DEFORMACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA, HACIENDO QUE APAREZCAN RODERAS Y ONDULACIONES MUY RÁPIDAMENTE. ÉSTAS DEFORMACIONES TIENEN CONSECUENCIAS DIRECTAS EN EL TRÁNSITO DE LOS VEHÍCULOS, Y SE DEBE PRINCIPALMENTE AL TIPO DE MEZCLA CON LA CUAL SE CONSTRUYÓ LA CARRETERA.
SEGUNDA Y TERCERA PROPIEDAD (SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN) Y (SENSIBILIDAD AL TIEMPO DE APLICACIÓN DE LA CARGA)
UN MATERIAL VISCOELASTICO DEPENDE DE AMBAS PROPIEDADES :
SI YO TENGO VELOCIDADES DE APLICACIÓN DE CARGA MUCHO MAS RAPIDAS, LA RESPUESTA DEL MATERIAL SERA MUCHO MAS ALTA, Y
SI TENEMOS CARGAS PROLONGADAS, GENERALMENTE EL MATERIAL VA A TENER TENDENCIA A TENER UNA FLUENCIA.
CUARTA PROPIEDAD (ENVEJECIMIETO)
UN ASALTO VA A CAMBIAR SUS PROPIEDADES EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.
TIPOS DE MEZCLA ASFALTICA (DEFINICIÓN SENCILLA)
EXISTEN MUCHAS FORMAS DE CLASIFICAR A LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS, SIN EMBARGO LA MÁS SENCILLA PARA DEFINIR LO QUE ES UNA MEZCLA ASFÁLTICA ES CON EL NIVEL DE LA GRANULOMETRÍA O CON EL MODO DE FABRICACIÓN.
PREGUNTA:
¿CADA PROPIEDAD DE LAS QUE HEMOS SEÑALADO TIENE UNA FUNCIÓN Y DIFERENTES CAPACIDADES ESTRUCTURALES, PERO ESENCIALMENTE QUÉ ES LO QUÉ SE CAMBIA EN RELACIÓN DE UNA A OTRA?
RESPUESTA:
EL LIGANTE.
ESTRUCTURA Y SOLICITACIONES DEL PAVIMENTO
SOLICITACIÓN MECÁNICA
ESTO SE REFIERE AL PASO DE LOS VEHÍCULOS SOBRE LA CARPETA ASFÁLTICA.
SOLICITACIÓN MEDIOAMBIENTAL
DONDE LA MAS DRÁSTICA ES LA PRESENCIA DE AGUA EN LA CARPETA ASFÁLTICA.
PREGUNTA:
¿MENCIONE LAS SOLICITACIONES QUE DEBE TENER UNA VÍA?
RESPUESTA:
MECÁNICA Y MEDIOAMBIENTAL.
CONCEPTOS BASICOS SOBRE PAVIMENTOS.
PAVIMENTO: sistema de capas superpuestas, de diferentes materiales, y compactadas en forma adecuada.
CALZADA: camino o parte de una calle o carretera reservada a los vehículos.
RASANTE: línea que marca la cota del camino terminado.
SUBRASANTE: Línea que marca la cota del movimiento de tierra terminado sobre el cual se construye el pavimento.
CAPA DE RODADURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE.
El pavimento flexible es un sistema tricapa, cuya capa superior es de concreto asfaltico, compuesto de ligante, usualmente el asfalto, el cual es un derivado de la refinación del petróleo, y agregados pétreos; material granular y suelo. Este tipo de suelo se llama flexible porque al ser sometido a una carga sufre una deformación y recuperación deseada.
CAPAS DE PROTECCION.
Corresponde a todas aquellas capaz que no aportan estructuras al pavimento y n general a aplicaciones cuyo espesor final no sobrepasan los 3cm.
Riegos asfálticos.
Riegos asfalto agregado
Sellos de mezcla.
Sellos de fricción.
Lechadas.
RIEGO ASFALTICO.
Consiste en la aplicación de un asfalto líquido, ya sea sobre una capa granular o sobre una capa asfáltica, el cual cumple un objetivo especifico.
RIEGO ASFALTO AGREGADO.
Estos corresponden a riegos asfalticos cubiertos por una o mas capas de agregado ya sea arena fina (para preservar por corto tiempo bases estabilizadas) o grava (para tratamiento superficial simple o doble). El espesor del tratamiento lo da el tamaño del agregado pétreo de la primera capa, por cuanto las capas sucesivas de agregados pétreos, solo llenan huecos de la capa anterior. 
SELLOS DE MEZCLAS.
Corresponde a una mezcla de ligante asfaltico cubierto con capas de agregado colocado sobre un pavimento existente. Dependiendo del tamaño del agregado será la función u objetivo de cada sello.
Pavimento y revestimientos asfalticos; es cualquier tipo de mezcla colocada en espesores delgados para corregir fallas funcionales.
SELLOS DE MEZCLAS.
Mezclas abiertas colocadas en espesores delgados para mejorar el drenaje superficial.
LECHADA.
Agregado fino más filler, mas agua y mas emulsión.
CLASIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFALTICA EN CALIENTE DE ACUERDO A SU POSICION RELATIVA..
CAPA DE RODADURA.
CAPA INTERMEDIA. 
BASE ASFALTICA.
CAPA DE RODADURA: es una capa aglomerada de agregados pétreos y asfalto, generalmente semi cerrada o cerrada diseñada para resistir la abrasión y desintegración por efectos ambientales.
CAPA INTERMEDIA: mezcla generalmente abierta y graduada densa o gruesa, colocada sobre la base. 
BASE ASFALTICA: mezcla generalmente abierta colocada sobre la base granular o subrasante, a la cual se le superpone la capa intermedia o rodadura.
ESPECIFICACIONES GENERALES.
Granulometría
Resistencia al desgaste.
Solidez.
Limpieza y pureza.
Rozamiento interno.
Propiedades superficiales.
Granulometría: indica la distribución de los diferentes tamaños de las partículas.
De la granulometría se desprenden los diferentes tipos de graduaciones:
Semidensas o densas (carpeta de rodado/ ciclovías)
Semiabiertas (binder y bases) y
Abiertas (bases).
Resistencia al desgaste: Los agregados deben ser resistentes para poder soportar el rodillado durante el proceso constructivo y enseguida la acción al trafico. Para ello se debe realizar el método de ensayo de desgaste de los ángeles.
Limpieza y pureza: se determina en forma visual, pero en el caso de dudas se recomienda efectuar un tamizado por vía húmeda.
Rozamiento interno: es una propiedad muy importante de los áridos, ya que los áridos chancados tienden a impedir el desplazamiento de las partículas bajo la acción de una carga; debido al roce y trabazón entre partículas de agregado. Su influencia se refleja en los valores obtenidos en el ensayo de estabilidad Marshall.
Propiedades superficiales: para que un pavimento asfaltico resulte resistente y durable es necesario que los asfaltos adhieran bien a los agregados pétreos.
Para ellos, se realizan diferentes ensayos de adherencia agregado-bitumen. Estos sirven para evaluar la capacidad de adherencia y despegue entre áridos y ligante empleados en la mezcla.
CONSIDERACIONES TECNICAS.
Es importante considerar en el diseño de una mezcla la trabajabilidad e impermeabilidad. Una mezcla deberá ser totalmente impermeable para no permitir el paso del agua hacia las capas inferiores y de esta forma evitar la perdida de capacidad de soporte. Sin embargo no se puede tener una mezcla 100% impermeable. La falta de huecos al interior de esta, no permite absorber la consolidación de la mezcla por amasado del transito; desplazando el asfalto hacia la superficie, tornándolo resbaladizo.
PAVIMENTO FLEXIBLE.
CAPA DE RODADURA.
Es la capa superior del pavimento y sobre ella circulanlos vehículos durante la vida útil de esta. Debe ser resistente a la abrasión generada por el trafico y a la agresión del medioambiente.
CAPA DE RODADURA.
Tiene la función de proteger la estructura, impermeabilizando la superficie del pavimento, debe ser suave y de superficie continua para que sea cómoda la circulación de vehículos sobre ella, y debe ser rugosa para asegurar la adherencia de los vehículos.
MATERIALES LIGANTES.
Los ligantes son materiales cuya función principal es la de pegar o unir, reciben este nombre porque experimentan una transformación en su formologia física o química o incluso en ambas; al dar cohesión entre dos o mas elementos.
Ligante bituminoso.
Material que contiene betún (bitumen), el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El asfalto y el alquitrán son materiales bituminosos.
Asfalto.
Material aglomerante de color marrón oscuro a negro, de consistencia variable, constituido principalmente por betunes. El asfalto puede ser natural u obtenido por refinación de petróleo.
TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTOS.
CEMENTO ASFALTICO.
Asfalto rellenado o una combinación de este con aceite fluidificante, cuya viscosidad es apropiada para los trabajos de pavimentación.
ASFALTICO LIQUIDO.
Cemento asfaltico licuado con solventes como la gasolina (RC), el kerosén (MC) o un aceite liviano (SC). Su uso esta muy limitado por efectos ambientales.
EMULSIÓN ASFALTICA.
Dispersión de glóbulos de cemento asfaltico dentro de agua en presencia de un agente emulsificante. Puede ser aniónica o catiónica, dependiendo de la carga eléctrica de los glóbulos.
CEMENTO ASFALTICO.
Son recomendados para la construcción de carreteras autopistas, caminos y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aun en presencia de los diferentes agentes externos tales como el clima, la temperatura ambiental y condiciones severas de trafico.
CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS ASFALTICOS.
POR GRADO DE PENETRACIÓN.
Se basa en el resultado del ensayo de penetración, es cual describe la consistencia a una temperatura de 25°C.
El instituto nacional de vías ha adoptado dos grados de cemento asfaltico para pavimentación, con penetraciones comprendidas dentro de los rangos 60-70 y 80-100
POR GRADO DE VISCOSIDAD.
Se basa en la determinación de la viscosidad absoluta del producto a 60°C.
cuando las pruebas se realizan sobre el asfalto original se designan como AC-2.5; AC-5; AC-10; AC-20 y AC-40 y se designan AR1000, AR2000, AR4000, AR8000 y AR1600, cuando se efectúan sobre muestras de asfalto sometidos a un ensayo de envejecimiento acelerado.
En el primer caso, el número de identificación es la centésima parte de la viscosidad deseada a 60°C, en poises, y en el segundo caso es la viscosidad deseada a la misma temperatura , en Poises.
El propósito del método Marshall es determinar el contenido optimo de asfalto para una combinación especifica de agregados. El método también provee información sobre propiedades de la mezcla asfáltica en caliente, y establece densidades y contenidos óptimos de vacío que deben ser cumplidos durante la construcción del pavimento. 
El método Marshall, solo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación que usan cemento asfaltico clasificado con viscosidad o penetración y que contienen agregados con tamaños máximos de 25 mm o menos. El método puede ser usado para el diseño en laboratorio, como para el control de campo de mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación.
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/caceres_m_ca/capitulo1.pdf
METODO MARSHALL
COMPOSICIÓN TÍPICA DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA.
VIRTUDES DEL METODO MARSHALL
DESVENTAJAS DEL METODO MARSHALL.
Importancia que se asigna a las propiedades de densidad-vacíos del material asfaltico.
Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de los rangos adecuados para asegurar una mezcla durable.
Desafortunadamente una de las grandes desventajas de este método es que la compactación de laboratorio por impacto no simula la densificación de la mezcla que ocurre bajo transito en un pavimento real.
PREPARACION PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS DEL ENSAYO MARSHALL.
Es deducible saber que diferentes agregados y asfaltos presentan diferentes características. Estas características tienen un impacto directo sobre la naturaleza misma del pavimento que se diseña con estos elementos. El primer paso en el método de diseño será, entonces, determinar las cualidades que debe tener la mezcla de asfalto que se quiere diseñar y seleccionar un tipo de agregado y un tipo de asfalto que sean compatibles para que al combinarse puedan producir un pavimento con esas cualidades.
DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS.
Desde el punto de vista del funcionamiento la mezcla debe ser durable y ser capaz de resistir a las fallas del pavimento tales como: deformación permanente, fatiga por carga, fatiga térmica, fractura por baja temperatura, humedad y el daño inducido.
Desde el punto de vista de la construcción la mezcla debe ser capaz de ser colocada y compactada bajo una energía adecuada.
La superficie de rodadura debe proporcionar suficiente resistencia al deslizamiento por motivos de seguridad.
En una mezcla asfáltica en caliente, 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.
El diseño de mezcla se realiza en base a consideraciones sobre sobre las propiedades volumétricas de las mezclas de asfalto.
Los materiales, agregados y asfaltos son seleccionados en base a las propiedades de ensayos empíricos y/o mecanisticos.
Estas propiedades son consideradas para asegurar que la mezcla sea resistente contra el agrietamiento térmico, agrietamiento por fática y el ahuellamiento.
PRUEBAS A LAS MEZCLAS ASFALTICAS.
En el método Marshall se elaboran tres tipos de pruebas para conocer tanto sus características volumétricas como mecánicas.
Determinación de la gravedad especifica.
Prueba de estabilidad y flujo.
Análisis de densidad y vacíos.
DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA.
La prueba de gravedad especifica puede desarrollarse tan pronto como el espécimen se haya enfriado en un cuarto de temperatura.
ENSAYO MARSHALL.
El ensayo de estabilidad Marshall es frecuentemente empleado en el diseño de mezclas calientes cuya materia prima es el asfalto y áridos con un tamaño máximo de 25 mm
Antes de hacer una carretera o una pista de aterrizaje es necesario diseñar la mezcla asfáltica que forma parte de un pavimento flexible.
Se debe diseñar la mezcla para que soporte cargas repetidas, no se deforme en exceso.
Soporte la variación climática
Que no presente deformaciones permanentes en climas caluroso
Que tenga una buena resistencia a daños inducidos por humedad
La prueba de estabilidad Marshall es realizada en mezclas asfálticas, esta se efectúa en un cilindro de mezcla asfáltica de 101,6 mm de diámetro y 63,5 mm de espesor.
La
La carga es aplicada de forma perpendicular al eje del cilindro.
La estabilidad de las mezcla asfálticas se define como la máxima carga que soporta el cilindro de mezcla asfáltica a una temperatura determinada.
El molde para realizar las muestras o espécimen es de forma cilíndrica con un diámetro de 101,6 mm y 75 mm de altura con el plato base
El martillo usado en la compactación, cuenta con una base circular plana de un diámetro de 98,4 mm , el peso del martillo es de 4,5 kg.
La mordaza Marshall consiste en dos semicilindros con un radio interior de 51 mm, estos son colocados sobre dos guías verticales que facilitan la colocación del semicilindro superior 
Un anillo de carga, debidamente calibrado se coloca al centro de la maquina para medir la carga aplicada.
Un lector de deformación con una precisión de 0,01 mm es utilizadopara medir el flujo.
PREPARACION DE LA MUESTRA.
El agregado grueso, fino y el bitumen deben ser mezclados adecuadamente de forma manual o mecánica.
La mezcla debe calentarse a una temperatura promedio de 175 a 190 grados.
Luego se procede al llenado del cilindro.
La mezcla será compactada con el martillo a cierta cantidad de golpes, típicamente son 75 golpes.
Después de la compactación se deja enfriar el molde a temperatura ambiente y se extraer la probeta.
Determinar la gravedad especifica bulk de cada espécimen Gmb
Donde: 
G : gravedad especifica bulk 
P1, P2, Pn: porcentaje individual por peso del agregado
G1, G2, Gn: gravedad especifica bulk individual del agregado 
Determinar la gravedad especifica máxima teórica con las 3 muestras de mezcla suelta y promediarlas Gmm.
Determinar el espesor o altura de la briqueta (corrección posterior)
se calcula el peso especifico de la mezcla asfáltica.
Donde:
A = peso de la muestra
D = peso del envase ( matraz + agua)
E = peso del envase (matraz + agua + muestra)
Se determina el porcentaje total de vacíos con respecto al volumen total de la probeta.
 Donde:
Gmm =peso especifico de la muestra
Gmb = Bulk promedio de las 3 briquetas
Se calcula el volumen de asfalto como porcentaje del volumen total de la probeta.
Donde:
%Vagregados = % volumen de agregados
Pa = % total de vacíos con respecto al volumen total de la probeta
Luego se arma la maquina Marshall, colocando la muestra en la mordazas semicirculares.
Se empieza la aplicación de carga, tan pronto como la muestra falle las agujas se desplazaran en sentido contrario.
El valor máximo de la carga se denomina estabilidad Marshall.
La deformación vertical del espécimen correspondiente a la máxima carga se denomina flujo 
El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla totalmente.
La fluencia Marshall, medida en centésimas de pulgada, representa la deformación de la briqueta, aquella que tiene valores altos de fluencia son considerados demasiado plásticas, y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas de transito.
ANALISIS DE LOS RESULTADOS.
Graficando los resultados: se trazan los resultados en graficas para entender las características particulares de cada probeta usada en el ensayo.
Mediante el estudio de las graficas se puede determinar cual probeta 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.
GRAFICAS:
Densidad vs contenido de asfalto
Volumen de vacíos vs contenido de asfalto
Estabilidad vs contenido de asfalto
Flujo vs contenido de asfalto
Vacíos llenos de asfalto vs contenido de asfalto