Este documento describe los procedimientos para realizar ensayos de mezclas asfálticas para pavimentos. Presenta información sobre las propiedades de las rocas usadas como agregados, los métodos de diseño de mezclas Marshall y Hveem, y los pasos para la preparación de especímenes, incluyendo la mezcla, compactación y medición de la gravedad específica bulk. El objetivo es determinar la composición óptima de la mezcla asfáltica.
1. UNIVERSIDAD ESTATAL PENINSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA
TEMA DE INVESTIGACIÓN:
ENSAYOS PARA
PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS
INTEGRANTES:
LINDAO BAQUE JENNIFER
MEJILLÓN CANTUÑA MIGUEL
ORDÓÑEZ PINARGOTE LINDA
SALTOS CATUTO JULIANA
SUÁREZ ORRALA MIGUEL
CURSO: 4/1
2. ENSAYOSPARAMEZCLASASFÁLTICAS
MINERALOGÍA
Losagregadosusadosen construcción decarreterasseobtienen derocasnaturaleslocales.Las
rocasnaturales seclasificangeológicamenteentresgruposdependiendo de su origen:ígneas,
sedimentarias y metamórficas. Otro tipo de agregados, algunas veces usados en mezclas
asfálticasen caliente,son los agregadoslivianos,productodearcillas calentadas atemperaturas
muyaltasyescoriasde altoshornos.Estosdosagregadosproporcionanbuenaresistenciaal
patinajecuando se utilizanen mezclas asfálticas en caliente.
Enlasiguientetablaseresumenpropiedadesdeseablesderocasparaagregadosutilizadosen
Mezclas Asfálticas en Caliente.
Resistencia al Textura Forma
Tipo de Roca Dureza/Tenacidad
desprendimiento* superficial fracturada
Ígnea:
Granito Regular Regular Regular Regular
Sienita Bueno Regular Regular Regular
Diorita Bueno Regular Regular Bueno
Basalto Bueno Bueno Bueno BuenoB
Diabasa Bueno BuenoB BuenoB uenoBu
Gabro Bueno ueno ueno eno
Sedimentaria:
Caliza, dolomia Pobre Bueno Bueno Regular
Arenisca Regular Bueno Bueno Bueno
Chert Bueno Regular Pobre Bueno
Lutita Pobre Pobre Regular Regular
Metamórfica:
Gneis Regular Regular Bueno Bueno
Esquisto Regular Regular Bueno Regular
Pizarra Bueno Regular Regular Regular
Cuarcita Bueno Regular Bueno Bueno
Mármol Pobre Bueno Regular Regular
Serpentina** Bueno Regular Regular Regular
*Agregados hidrofílicos tienden a separar más fácilmente las películas
deasfalto.
**Es un mineral que se formapor alteración de las rocas
ultrabásicas
Hot Mix AsphaltMaterials, Mixture Design and Construction.National Center forAsphaltTechnology1996
Los agregadosparaMezclasAsfálticasen Caliente son usualmenteclasificados portamaños en
agregadosgruesos,agregadosfinos,ofillermineral.ASTMdefinealosagregadosgruesos como
laspartículas retenidasen lamalla Nº4 (4.75 mm); yfillermineralcomoel material que pasala malla
Nº200 (75µm) en unporcentaje mínimo de 70%.
Lamayoría delasMezclasAsfálticas enCaliente,entrelosaños1940a 1990,fuerondiseñados
usandolosmétodosMarshalloHveem. aproximadamenteel75%
3. delosdepartamentosdecarreterasenEstadosUnidosempleanel métodoMarshall,mientrasqueel25%
elmétodo Hveem.Algunosestadosde losEstadosUnidos usanambosmétodosparamaterialessimilares
consiguiendounmejorentendimiento de las características de mezcla.
Procedimientos previos
Se debenrealizar los siguientes pasosantes de iniciar la mezcla:
4. Foto Nº1 Máquina de estabilidad Marshall con anillo de carga
Foto Nº2 Este conjunto muestra la placa de base plana, molde y collar de extensión del
molde de compactación, Martillo decompactación y Pedestal de compactación.
5. Foto Nº3 Para extraer la probetacompactada del molde se requiere el extractor de
muestras deasfaltos.
Paso A: Evaluación de agregados
A.1Realicelosensayosdeabrasión enlaMáquinadeLosÁngeles,resistenciaalossulfatos, equivalente
de arena, presencia de sustancias deletéreas, caras de fractura y partículas alargadas.
A.2Sielagregado pasóloscontroles decalidaddel pasoA.1,se debe realizar lacombinaciónde
agregados, gravedadespecíficayabsorción.Eldiseñode mezcladebeproporcionarla granulometría
que se encuentra dentrode los rangos de diseño.
A.3Gravedadespecífica bulkdelagregadogrueso(AASHTOT85óASTMC127)ydel agregado fino
(AASHTOT84ó ASTMC128).Calculela gravedad especificade lacombinación de agregados.
Paso B: Evaluación del cemento asfáltico
B.1Determineelgradoapropiadodecementoasfálticoaemplear,segúneltipoyubicación geográfica del
proyecto, verificar que las propiedadesespecificadas sean aceptables.
B.2Calcularlagravedadespecificadelcementoasfáltico(AASHTOT228óASTMD70)ydelfiller
(AASHTO T100 ó ASTM D854) y grafique la viscosidad versus temperatura (Carta de Viscosidad)
B.3 Determinar la temperatura de mezcla y compactación de la Carta de Viscosidad.
1.Latemperaturaalacualsecalentaráelcementoasfálticoparalamezcla,seselecciona en el rango
2
del viscosidadde 170±20centistokes(1 centistoke =1 mm /s).
2.Latemperaturadecompactaciónseencuentraenelrangodelviscosidadde280±30
centistokes
Paso C: Preparación de los EspecimenesMarshall
C.1Secarlosagregadoslos agregados hasta obtenerpeso constanteentre105ºCy 110ºC, separarlos
6. por tamizado enlas mallas sugeridas:
1” a ¾”
¾” a 3/8”
3/8” a Nº4
Nº4 a Nº8
Pasa Nº8
Fijadalacomposiciónentantopor cientodecadaáridoparaobtenerlagranulometríatotaldela mezclaque
sedesea, se calculaelpesonecesariodecadaunodeellospara realizarel amasado
de18especimenes,aproximadamente 1150gr.en cada uno,untotalde22 kgyungalónde cemento
asfáltico.
C.2Peselosagregados para cada especímenporseparado y caliéntelosa latemperatura de mezcla,
según paso B.4. El peso total de agregado se determinará en el pasoC.3.
C.3Generalmente se prepara un especímen de prueba,midala altura del mismo(h1) yverifiquela
altura requeridadelespecímenMarshall: 63.5±5.1 mm(2.5 ±0.20pulg.).Si elespecímen está fuera
delrango, ajuste lacantidad de agregados con la siguientefórmula:
Donde:
h
Q = ×1150gr h1
Q Peso del agregado para un especímen de 63.5 mm (2.5 pulg.) dealtura, gr. h
Altura requerida, que será63.5 mm ó 2.5 pulg.
h1 Altura del especímende prueba, mm (pulg)
C.4 Calentar a la temperatura de mezcla la suficiente cantidad de asfalto para preparar 18
especimenes;tresespecimenescompactadosporcadaporcentajedecontenidodeasfalto,los
incrementosporcentualesdeasfaltosonde0.5%conporlomenosdoscontenidosantesy
despuésdelOptimoContenidodeAsfalto.Atresmezclascercaalóptimocontenidodehumedad
selesmidelagravedad específicaRiceoMáximaDensidadTeórica(TMD).(Nota.-algunas
agenciasenlosEstadosUnidossolicitangravedadesespecíficasRiceparatodosloscontenidos
deasfalto.A pesardetodo,laprecisióndelensayoesmejorcuandolamezclaestácercadel
óptimocontenidodeasfalto.EspreferiblemedirlagravedadespecíficaRiceportriplicado.Luego
depromediarlosresultadosdelostres ensayos,y calcularla gravedadespecíficaefectivadelos
agregados, lamáximagravedad específica para todosloscontenidosdeasfaltosecalculan usando
las fórmulas sencillas ya explicadas).
Nota.- Nomantener elligantepormás deuna hora alatemperaturademezclaniemplear ligante
bituminosorecalentado.Duranteel períodode calentamientodelligantesedebe agitar frecuentemente
dentro delrecipiente para evitar los sobrecalentamientos.
C.5 De acuerdo a las especificaciones se determina el número de golpes por cara para la
compactación Marshall
7. C.6Elrecipienteenelqueserealizarálamezclaserámanchado conunamezcladepruebapara
evitarlapérdidade ligante yfinos adheridosalrecipiente,selimpiará solamentearrastrando con
unaespátula todoelmaterialposible.Colocarlacantidadde agregadorequeridoenesavasijay
añadalacantidaddeasfaltocalientenecesarioporpeso,paraelporcentajedecementoasfáltico
de la mezcladeseada.
Pesocementoasfáltico
%Cementoasfáltico =
Pesoárido+Pesocementoasfáltico
C.7Mezclar elcemento asfáltico yagregados hastaque éstos estén totalmente cubiertos.La
mezclapuedehacersemanualomecánicamente. Cuandola mezclarequierafiller,éstese agregará
luego que los agregados estén cubiertos por el ligante.
C.8Verificar latemperaturadelos materialesrecién mezclados,siestá sobre latemperaturade
compactación, deje enfriar; si está por debajo, elimine el materialy prepare una nueva muestra.
C.9Secolocadentrodelconjuntodelmoldeylabasedelmartillocompactadorlimpios,undisco
depapelfiltrantede 10 cmdediámetro.Secalientanen elhornoo enunbañodeagua auna temperatura
comprendida entrelos93º a149ºC.Verterlamezcla yemparejarla conunaespátula
caliente15vecesalrededordelperímetroy10vecesenelinterior.Limpiar elmaterialdelcollary
monturadentrodelmolde detalmaneraqueel mediosealigeramentemasaltoquelosbordes.
Fijarelmoldeybaseenelpedestal.Coloqueelmartilloprecalentadodentrodelmolde,yaplique elnúmerode
golpessegúnlasespecificaciones,la alturadecaída delmartilloesde18” (457mm).
Mantenerel ejedelmartillodecompactaciónperpendicularalabasedelmoldedurantela compactación.
C.10 Retire elmolde de labase.Coloque unpapelfiltranteen lasuperficie einviértalo detal
maneraquelacarasuperficialseencuentreabajo.Reemplaceel collardelmoldeyfíjelojuntocon la base
en elpedestal. Aplicar el númerode golpes especificados.
C.11 Despuésdela compactación removerlabase ycolocar elmoldeycollarsobreelextractor de
muestras.Conelmoldeyelcollarde extensiónhaciaarribaen lamáquina deensayo,aplicar
presiónyforzarelespécimendentro delcollarde extensión,levantarelcollardelespécimen.
Cuidadosamentetransferirelespécimenaunasuperficieplana,dejarlodepieparaquereposede
12 a 24 horas a temperatura ambiente, identificarlos con códigos alfanuméricosusandoCrayolas.
C.12Determinelagravedadespecificabulkde cadaespecímen tanprontocomolasprobetas
compactadassehanenfriadoalatemperatura ambiente,según AASHTOT166.Sedetermina calculando
larelación entresu peso al aire y su volumen.
Pesar el especímen al aire;y
Sumerjalamuestraenagua,dejarsaturarporunosminutos,pesarlamuestraensu condición saturada
superficialmente seca (SSD) en elagua.
Sacarlamuestradelagua,secarelexcesodeaguaypesarensucondiciónSSDenel aire
8. Calcular el volumen restando el peso del especímenSSD en el aire y el peso del
especímen SSD sumergida. La fórmulaempleada será:
W
G = D
mb
WSSD −Wsu
9. Donde:
GmbGravedad Específica Bulkde la muestracompactada
WD Peso del especímen al aire
W SSD Peso del especímenen sucondición SSD en el aire
W sub Peso del especímensumergido
Sedeterminaelpesoespecíficobulkpromedio detodaslasprobetashechasconel mismo contenido
asfáltico.Losvalores disparesno se incluyenen el cálculo para lo cual setendráen cuenta el siguiente
rangode variacióncon respecto al valor medio
Peso Específico Bulk±1%
Losvalorescalculadosdel pesoespecíficobulk, asíensayados,danresultadosmasreales, pero
existeotro procedimiento delaboratorioque cabedestacar,eselquepodemosencontrar enlas
nuevasnormasemitidaspor elministeriodeTransportes,Comunicaciones,Vivienday Construcción.
Elprimermétodo se emplea cuandolatextura superficial delasprobetas escerrada e
impermeable.Elvolumendelaprobeta seobtiene restandoelpesodelaprobetaenelairey el
pesodelaprobetasumergidaenaguasinhaberrecubiertosusuperficieparafinada.Lafórmula
empleada será:
WD
G=
mb
−W WD sub
Donde:
GmbGravedad Específica Bulkde la muestracompactada
WD Peso del especímen al aire
W sub Peso del especímensumergido
Elsegundométodose aplica amezclas cuya superficie esabiertaypermeable.Elvolumen aparentese
determinarestandoelpesodelaprobetaenelaireyelpesodelaprobetaenelagua
perohabiéndolarecubiertopreviamentedeunacapadeparafina.Elpesoespecíficobulkviene
dadopor la fórmula:
W
G = D
mb WpD −W
WpD-Wppsub- D
γp
Donde:
GmbGravedad Específica Bulkde la muestracompactada
WD Peso del especímen al aire
W pDPeso del especímenparafinado en al aire
10. W ppsubP menparafinado en el agua
eso del
γpPeso específico de la parafina
especí
Losespecimenesdebenpesarseantesdeserparafinados,acontinuación sesumergenenun recipiente
conparafina caliente. Sies necesario, se dapinceladasdeparafina enlos puntosmal
cubiertos.Dejarenfriarlaparafinadurantemedia horaydeterminarelpesoen elaireala
3
temperaturaambiente e inmediatamente se pesa en agua .
C.13 Calcule lagravedad especificaRiceenlasmezclasasfálticasen caliente (Gmm) deacuerdoa la
norma AASHTO T209, su valor se emplea en el cálculo de los vacíos. Si la mezcla
contieneagregados absorbentes se recomienda colocarla en el horno (manteniéndola a
latemperaturade mezcla)porcuatro horasdetalmanera que el cementoasfáltico seaabsorbido
completamentepor elagregado entes del ensayo.Mantenerlamezcla enun
recipientetapadomientrasseencuentra enel horno. Sielensayo se haceportriplicado enlamezclaque
contiene un porcentaje cerca al óptimocontenidodeasfalto,promediar lostresresultados;calcule
lagravedadespecíficaefectiva de los agregados.
Siserealiza elcálculodelagravedadespecíficaRiceencadaunadelasmuestrasadiferentes contenidos
de asfalto, calcular la gravedad específica efectiva de agregados en cada caso.
Calculeelpromediodelasgravedadesespecíficasefectivasyelpromedio delasgravedades específicas
Rice.
Enausencia dedatosproporcionadosporelMétodoRice,lagravedadespecíficapuedecalcularse
conunarelaciónmatemáticaqueconsideralasgravedadesespecíficasbulkyaparentedelos
componentes de la mezcla:
100
Gmm =
%asfalto %grueso%fino%filler
+ + +
Gsaasfalto A B C
Siendo:
G +G
A= sb sa , para el agregado grueso
2
G +G
B= sb sa , para el agregado fino
2
G +G
C= sb sa , para el filler
2
Donde:
11. GsbGravedad específica bulk
GsaGravedad específica aparente
Paso D: Densidad yvacíos de los especimenes
Se refiere a las relaciones peso-volumen, completando loscálculos con lossiguientes pasos:
D.1Paracadaespecímen,uselagravedadespecíficabulk(Gmb)delpasoC.12ygravedad
específicaRicedelamezcla(Gmm)paraC.13.Calcularelporcentajedevacíoseneltotaldela
mezcla, VTM.
D.2 Calcular la densidad de cada especímen Marshall comosigue:
Densidad(g/cm3)=Gmb ×δ w
12. D.3Calculeelporcentajedevacíos enelagregadomineral,VMA,para cadaespecímenMarshall usando la
gravedad específica bulkenlosagregados(Gsb) paralos pasosA.2,lagravedad
específicabulkdelamezclacompactada(Gmb)paraelpasoC.12,yelcontenidodeasfaltopor
peso de mezcla total (Pb)
Gmb(⎞1−Pb)
⎛
×100
VMA=⎜⎜1- ⎟⎟
⎝ Gsb⎠
D.4CalculeelporcentajedevacíosllenosdeasfaltoparacadaespecimenMarshallusandoel
VTMyVMAcomosigue:
VMA-VTM
Paso E: Estabilidad Marshall y Ensayo de ⎜Flujo
VFA= ⎟ ×10
E.1Calentar elaguadelbañoa 140ºF (60ºC)ycolocarlosespecimenesa serensayados porun
períodode30a 40minutos.Losespecimenesseubicarán de maneraescalonada para quetodos los
especimenessean calentados el tiempo especificado antes deser ensayados.
E.2Selimpianperfectamentelassuperficiesinterioresdelasmordazasderoturayseengrasan
lasbarrasguíaconunapelículadeaceite demaneraquelasmordazasuperiorsedeslice
libremente.Luegodecalentarloseltiemponecesario, seiránsacandounoalavez,quitarlesel exceso de
agua con una toalla y colocarlo rápidamente en la mordaza Marshall.
E.3Colocarelmedidordeflujosobrelabarraguíamarcadaycompruebelalecturainicial.Aplicar
lacargaaunavelocidaddedeformaciónde2pulg/min(50.8mm/minuto)hasta queocurralafalla,
esdecircuandosealcanzalamáxima cargayluego disminuyesegún seleaeneldial respectivo.
Elpuntode roturase definecomola cargamáximaobtenidayseregistra como elvalorde estabilidad
Marshall, expresado en Newtons (lbf). Mientras se está determinando la estabilidad se
mantienefirmementeelmedidordedeformaciónensuposiciónsobrelabarraguía;libérese
cuandocomienceadecrecerlacargayanotelalectura.Esteseráelvalordel“flujo”parala muestra
expresado en centésimas de pulgada. Por ejemplo si la muestra se deformó 3.8 mm(0.15”)
elvalordeflujo seráde15.Estevalorexpresala disminucióndediámetroquesufrela
probetaentrelacargaceroyelinstantedelarotura.flujoen0.01pulgadas(0.25mm).Elensayo se realiza
enun minuto contados desdeque sesacael especímendel baño.
E.4 Repita los pasos E.2 y E.3 hasta que todos los especimenes sean ensayados.
1. Eltiempototaltranscurridoentresacarelespecímendelbañoyaplicarlacargaesde
60 segundos como máximo.
2. Eltiempototalenelaguadebañoparacadajuegodetresespecimenesesentre30a
40 minutos.
13. Paso F: Tabulación y Gráfico de losResultados de Ensayo
F.1Tabulelosresultadosdeensayo,corrijalosvaloresdeestabilidadparacadaespecímen
(ASTM D1559), y calcule el promedio de cada tres juegos de especimenes.
F.2 Grafique:
1. Contenido deasfalto Vs. Densidad (por unidad de peso)
2. Contenido de asfalto Vs. Estabilidad Marshall
3. Contenido deasfalto Vs. Flujo
4. Contenido deasfalto Vs. Porcentaje de vacíos, VTM
5. Contenido deasfalto Vs. Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
6. Contenido deasfalto Vs. Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
F.3 Revise latendencia de cada gráfico:
1. La estabilidad versus el contenido de asfalto puede tener dos tendencias:
1.1 La estabilidad crece a medida que el contenido de asfalto se aumenta, alcanza
un pico y luego decrecer.
1.2 Laestabilidaddecreceamedidaqueelcontenidodeasfaltoseaumentayno presenta
un pico.Estacurvaescomúnen mezclasasfálticasen caliente recicladas.
2. El flujo crececon el incremento del contenido de asfalto.
3. Ladensidad crececonelincrementodeasfalto,alcanzounpico,yluegodecrece.La
densidadpicousualmente ocurreaun contenidode asfaltomayorquelaestabilidad pico.
4. El porcentajede vacios deaire decrecerá con elcrecimiento del contenido de asfalto.
5. Elporcentajedevacíosdelagregado mineral,VMA,decrececonelcrecimientodel contenido
de cemento asfáltico, alcanza un mínimo, y luegocrece.
6. El porcentajede vacíos llenos de asfalto,VFA, crececon el incremento de asfalto.
Paso G:Determinacióndel Optimo Contenido de Asfalto
G.1Lossiguientesdosmétodossoncomúnmenteempleadosparadeterminarelóptimocontenido de
asfalto de los gráficos:
Método 1.- El procedimiento NAPA, en TAS 14
1. Determineel contenidodeasfalto correspondiente alamedidaespecificadadel contenido
de vacíos(4% típicamente). Este es el óptimo contenido de asfalto.
2. Determine las siguientes propiedades en el óptimo contenido de asfalto de los
gráficos:
2.1 Estabilidad Marshall
2.2 Flujo
2.3 Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
2.4 Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
3. Comparecadaunode estosvaloresdeespecimenesysitodostiene elrango
14. especificado,entoncesel óptimocontenidodeasfaltodeterminadoessatisfactorio.Si
algunasdeestaspropiedadesestáfueradelrangodeespecificaciones,lamezcla
debeserrediseñada.
Método 2.- Método del Instituto del Asfalto en MS-2
1. Determine: (a) contenido de asfalto en la estabilidadmáxima
(b)contenidode asfalto en la densidadmáxima
(c)contenidodeasfaltoenelpuntomediodelrangodevolúmenesdeaire
especificado (4% típicamente)
2. Promediar los tres contenidos de asfaltos seleccionados
3. Paraelpromediodelcontenidodeasfalto,vealacurvaploteadaydeterminelas siguientes
propiedades:
3.1.EstabilidadMarshall
3.2.Flujo
3.3.Porcentajede vacíos del agregado mineral, VMA
3.4.Porcentajede vacíos llenos de asfalto, VFA
4. Compararlosvaloresdelpaso3concriterioparaseraceptadosegúnelsiguiente cuadro:
Criterio de Diseño Marshall para Superficies y Bases
Criterio Tráfico
Mezclas Ligero Medio Pesado
Método
Marshall Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo
Compactación 35 50 75
Nº golpes/cara
Estabilidad, lb(N) 750 (333) 1200 (5333) 1800 (8000)
Flujo
0.01Pulg 8 18 8 16 8 14
(0.25mm)
Vacíosde aire, % 3 5 3 5 3 5
Vacíosen el Ver el gráficosiguiente
agregado mineral
Mix Design Methods for Asphalt Concrete and OtherHot Mix Tipes. The Asphalt Institute, MS-2, May 198
G.2Encontrarel criterio defalla para algunapropiedad requeridaesuntrabajo especial para
determinarlamezclaqueseráempleadaenlaconstrucción.SielcriterioVMAnopuedehallarse, la
gradacióndel agregado debe modificarse y volver a diseñar la mezcla.