Con los datos del Ensayo Marshall resumidos en la tabla VII.4 se determinará el Óptimo Contenido de Asfalto (OCA) (III)

b) Curva de Peso Unitario vs. Porcentaje de Asfalto
De los resultados de los ensayos de laboratorio se obtiene los valores de los pesos unitarios de las diferentes mezclas asfálticas que se grafican contra los correspondientes porcentajes de asfalto (Figura VII.3), hallándose el porcentaje de asfalto correspondiente al peso unitario máximo:
B = 6,20 %

Con los datos del Ensayo Marshall resumidos en la tabla VII.4 se determinará el Óptimo Contenido de Asfalto (OCA) (II)

a) Curva Estabilidad vs. Porcentaje de Asfalto En base a los datos proporcionados por la tabla VII.4 de la que se extraen los valores de la estabilidad, se grafica contra los porcentajes de asfalto de la mezcla total (Figura VII.2). De esta curva se determina el porcentaje de asfalto correspondiente a la máxima estabilidad: A = 5,4 %

Con los datos del Ensayo Marshall resumidos en la tabla VII.4 se determinará el Óptimo Contenido de Asfalto (OCA) (I)

Con los datos del Ensayo Marshall resumidos en la tabla VII.4 se determinará el Óptimo Contenido de Asfalto (OCA) para las siguientes características: Número de golpes en cada cara de la briqueta : 75 Estabilidad en libras : 1800 Fluencia (0,01”) : 8-14 Vacíos (%) : 3-5 Mínimo VAM (%) : 13

GUÍA GENERAL PARA AJUSTAR LA MEZCLA DE PRUEBA (III)

d) Porcentaje de vacíos alto, estabilidad satisfactoria: El porcentaje elevado de vacíos frecuentemente es asociado, aunque no siempre, con permeabilidad alta. La permeabilidad alta permite circulación de aire y agua por el pavimento, lo que puede conducir a un endurecimiento prematuro del asfalto. Por más que la estabilidad sea satisfactoria, se deben realizar ajustes para reducir los vacíos. Para ello es usual incrementar el contenido de filler (llenante mineral), mediante la combinación de dos o más materiales, de manera tal que la gradación resultante tenga una mayor aproximación a la curva graduada de la densidad máxima. e) Porcentaje de vacíos alto, estabilidad baja: Cuando los vacíos son altos y la estabilidad es baja, se hace necesario efectuar las correcciones siguientes. En primer lugar se ajusta los vacíos, siguiendo los métodos mencionados anteriormente. Si con este ajuste no mejora la estabilidad, el segundo paso es mejorar la calidad del agregado.

GUÍA GENERAL PARA AJUSTAR LA MEZCLA DE PRUEBA (II)

b) Porcentaje de vacíos bajo, estabilidad satisfactoria: El contenido bajo de vacíos puede originar inestabilidad o fluencia después de que el pavimento ha sido expuesto al tráfico por un periodo de tiempo, a causa del reacondicionamiento de las partículas y compactación adicional. También puede resultar insuficiente el espacio de vacíos para la cantidad de asfalto requerida para una durabilidad alta, incluso siendo la estabilidad satisfactoria. La disgregación del agregado bajo la acción del tráfico, puede también conducir a inestabilidad y fluencia, si el contenido de vacíos de la mezcla no es suficiente. Por estas razones, las mezclas con un contenido bajo de vacíos deben ser mejoradas por uno de los métodos citados en el inciso anterior, por más que la estabilidad sea satisfactoria. c) Porcentaje de vacíos satisfactorio, estabilidad baja: Si la estabilidad es baja, cuando los vacíos y la gradación del agregado son satisfactorios, significa que el agregado tiene alguna deficiencia. Esta consideración determina la necesidad de mejorar su calidad, como se describió anteriormente.

GUÍA GENERAL PARA AJUSTAR LA MEZCLA DE PRUEBA (I)

Si los resultados obtenidos en los ensayos no satisfacen las exigencias de las especificaciones técnicas que rigen el proyecto, se debe ajustar la mezcla de prueba, considerando los criterios siguientes: a) Porcentaje de vacíos bajo, estabilidad baja: Para obtener un contenido mayor de vacíos en el agregado mineral (y por tanto proporcionar suficiente espacio a ser llenado con asfalto y aire), la gradación del agregado debe ser ajustada incrementando el porcentaje de la fracción más gruesa, o más fina, de acuerdo a la curva granulométrica que se esté utilizando. Si el contenido de asfalto es más alto de lo normal y el exceso no se requiere para reemplazar el absorbido por el agregado, el contenido de asfalto debe ser disminuido para incrementar los vacíos. Es bueno recordar sin embargo, que al bajar el contenido de asfalto crece el contenido de vacíos y reduce el espesor de la película que cubre el agregado, con lo que se disminuye la durabilidad del pavimento. También una gran reducción del espesor de la película puede volverlo quebradizo, acelerar la oxidación e incrementar la permeabilidad. Si los ajustes anteriores no producen una mezcla estable, el agregado debe ser cambiado. Usualmente es posible mejorar la estabilidad y aumentar el contenido de vacíos de la mezcla, incrementando el contenido del material triturado. En algunos agregados, sin embargo, las caras fracturadas son tan lisas como el desgaste producido por el agua, que no es posible obtener un incremento apreciable de estabilidad, tal como ocurre con agregados provenientes de rocas cuarzosas o similares.

CRITERIO PARA ELEGIR UNA MEZCLA SATISFACTORIA

Los criterios recomendados por el Instituto del Asfalto, para la adopción de un diseño de mezcla de concreto asfáltico, se resumen en las siguientes tablas VII.2 y VII.3.

TENDENCIAS Y RELACIONES DE LOS RESULTADOS DE ENSAYO

Las curvas de ensayo trazadas como se describió anteriormente, constituyen una norma razonablemente consistente para diseño de mezclas asfálticas de gradación densa. Las tendencias que generalmente se observan se detallan a continuación: a) El valor de la estabilidad aumenta al aumentar el contenido de asfalto hasta un punto máximo, a partir del cual la estabilidad decrece. b) El valor del flujo aumenta al aumentar el contenido de asfalto. En muchos casos el valor mínimo corresponderá a un contenido de asfalto menor que el mínimo usado en las muestras de ensayo. c) La curva de peso unitario de la mezcla total, es similar a la curva de estabilidad, excepto que el máximo peso unitario se consigue normalmente (no siempre), con un contenido de asfalto un poco más alto que el correspondiente a la máxima estabilidad. d) El porcentaje de vacíos (de aire) se reduce al aumentar el contenido de asfalto, hasta llegar al final a un contenido mínimo de vacíos. e) El porcentaje de vacíos en el agregado mineral, generalmente decrece hasta un valor mínimo, y luego aumenta al incrementarse el contenido de asfalto.

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO

El contenido óptimo de asfalto se determina a partir de los datos obtenidos anteriormente, considerando los resultados de las curvas correspondientes a Estabilidad, Peso Unitario y Porcentaje de Vacíos, en las cuales se determina el contenido de asfalto para conseguir: a. Estabilidad máxima. b. Peso unitario máximo. c. El valor medio del porcentaje de vacíos según la tabla VII.2. El contenido óptimo de asfalto será el promedio numérico de los contenidos de asfalto indicados anteriormente.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Los valores de estabilidad, flujo y porcentaje de vacíos en la mezcla, se procesan como se indica a continuación: a. Promediar los valores de flujo y estabilidad para todas las muestras de un porcentaje de asfalto dado. Valores errados en comparación con los otros, no se incluirán en el promedio. b. Se elaboran gráficos, para presentar las relaciones entre los siguientes valores:  Estabilidad vs. Porcentaje de Asfalto (ver figura VII.2)  Peso Unitario vs. Porcentaje de Asfalto (ver figura VII.3)  Porcentaje de Vacíos en la Mezcla vs. Porcentaje de Asfalto (ver figura VII.4)  Flujo vs. Porcentaje de Asfalto (ver figura VII.5)  Porcentaje de Vacíos en el Agregado vs. Porcentaje de Asfalto (ver figura VII.6) En cada gráfico se debe unir los puntos obtenidos mediante una curva promedio, procurando que todos los valores se ajusten a ella en forma adecuada.

ANÁLISIS DE DENSIDAD Y VACÍOS (II)

d. Leer directamente en la curva trazada, los valores de peso unitario para cada contenido de asfalto ensayado y obtener el peso específico Bulk equivalente, dividiendo entre 1000 Kg/m3 (ó entre 62,4 lb/pie3). Los valores de peso específico Bulk así obtenidos, serán usados en el cálculo posterior de vacíos. e. Utilizando el Peso Específico máximo teórico de la mezcla bituminosa (ASTM D-2041) y el Peso Específico Bulk de los agregados, se calcula el Peso Efectivo del agregado, el asfalto absorbido por los agregados secos (en kg o lb), el porcentaje de vacíos de aire y el porcentaje de vacíos del agregado mineral (VAM).

ANÁLISIS DE DENSIDAD Y VACÍOS (I)

Después de la conclusión de los ensayos de estabilidad y fluencia, se realiza el análisis de densidad y vacíos, para cada grupo de núcleos de prueba, de la siguiente manera: a. Promediar los valores de peso específico Bulk de todas las muestras de ensayo para cada contenido de ligante; los valores que por simple inspección presenten error, no se consideran. b. Determinar el peso unitario promedio para cada contenido de ligante, multiplicando el valor promedio del peso específico Bulk por 1000 para peso unitario en kg/m3, por 62,4 para peso unitario en lb/pie3. c. Dibujar un gráfico de relación de peso unitario vs. contenido de asfalto, uniendo los puntos mediante una curva intermedia, que proporcione el mejor ajuste para todos los valores.

ENSAYO MARSHALL: PRUEBAS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA (II)

e. Aplicar la carga de ensayo a la muestra a una velocidad de deformación constante de 51 mm/min (2 pulg/min), hasta que ocurra la falla. El punto de falla se define como la carga máxima obtenida en el ensayo. El número total de Newtons (libras) necesario para producir la falla de la muestra se define como el valor de la estabilidad Marshall. La deformación vertical del espécimen producida por la carga, es el valor del Flujo (fluencia). f. Durante el ensayo de estabilidad, sujétese firmemente el medidor de flujo en su posición sobre el guiador, y retírese en el instante mismo que la carga empieza a decrecer, se anota el valor de flujo en unidades de 0,25 mm (0.01”). Por ejemplo si la muestra se deforma 3,8 mm (0,15”), su fluencia será 15. g. Se promedian los valores de estabilidad y flujo para todas las muestras con cada contenido de ligante. Las pruebas de estabilidad y fluencia, a partir de la extracción de los núcleos del baño, no deben durar un tiempo mayor a 30 segundos.

ENSAYO MARSHALL: PRUEBAS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA (I)

Después de obtenido el Peso Específico Bulk de la mezcla compactada, se procede a la ejecución de los ensayos de estabilidad y fluencia, de la siguiente manera: a. Calibrar el cero del flujómetro, previamente montado sobre uno de los guiadores, y luego de insertar la mordaza de 4” debajo del pivote. b. Sumergir la briqueta en baño de agua a 60 ºC (140 ºF), durante 30 a 40 minutos. c. Limpiar las guías y la superficie interior del anillo de prueba y lubricar las guías para garantizar que el segmento superior del anillo se deslice libremente sobre ellas. La temperatura de la mordaza debe mantenerse a una temperatura de 21 a 37,8 ºC (70 a 100 ºF), utilizando el baño de agua, si fuese necesario. d. Se saca la muestra del baño de agua, se coloca en la parte inferior de la mordaza, luego se inserta la parte superior de la misma. Se centra el conjunto en el dispositivo de carga y se coloca el medidor de flujo sobre el guiador superior de la mordaza.

ENSAYO MARSHALL: EQUIPO REQUERIDO

Máquina de ensayo Marshall, con dispositivo eléctrico, diseñada para aplicar las cargas a las muestras por medio de pesas de ensayo semicirculares, está equipada con un calibrador provisto de anillo para determinar la carga de ensayo, de un marco de carga para el ensayo de estabilidad y un medidor de flujo, para establecer la deformación bajo la carga máxima de ensayo. Baño de agua con una profundidad mínima de 15 cm (6”), provisto de un termostato para mantener una temperatura de 60 ºC ± 1 ºC.

ENSAYO MARSHALL: PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Para complementar el diseño de la mezcla, se deben efectuar los siguientes ensayos y análisis: a. En la mezcla sin compactar: o Peso Específico efectivo. o Peso Específico máximo. b. En la muestra compactada: o Peso Específico Bulk. o Estabilidad y flujo a 60 ºC. o Análisis de densidad y Vacíos.

ENSAYO MARSHALL

El ensayo debe efectuarse después de transcurridas 16 horas de la compactación.

COMPACTACIÓN DE LOS NÚCLEOS DE PRUEBA

Colocar toda la mezcla preparada dentro del molde, emparejando la mezcla con la espátula, unas 15 veces alrededor del perímetro y 10 veces en la parte central. Se quita el collar y se alisa suavemente la superficie, hasta obtener una forma ligeramente redondeada. Inmediatamente antes del proceso de compactación la temperatura de la mezcla debe estar muy cercana a los límites de la temperatura de compactación establecida. Colocar nuevamente el collar de extensión, y ubicarlo en el pedestal de compactación. Se aplican 75 (35 ó 50) golpes con el martillo, según lo especificado para la categoría de tráfico. Se quitan la base y el collar se le da vuelta y se vuelva a armar el conjunto. Se aplica el mismo número de golpes a la cara opuesta de la muestra. Después de la compactación, se quita la base del molde y se expone la muestra a la temperatura ambiente dentro del molde. Se saca la muestra del molde por medio de un extractor.

PREPARACIÓN DE LAS MEZCLAS

Pesar por separado en bandejas, para cada muestra de ensayo, la cantidad adecuada de cada fracción que produzca una bachada que de cómo resultado una muestra compactada de 2,5 ± 0,1” de espesor (63,5 ± 1,3 mm). Colocar las bandejas para el mezclado en el horno y calentarlas a una temperatura aproximada de 25 ºF (13,9 ºC), por encima de la de mezclado. Calentar el asfalto a una temperatura lo suficientemente alta para que fluya fácilmente, pero sin que ésta sea mayor que la de mezclado. Colocar la bandeja de mezclado y su contenido en la balanza y pesar agregando el asfalto necesario. Luego se coloca el palustre en la bandeja y se determina el peso total de los componentes de la mezcla más el equipo de mezclado con aproximación a 0,2 g. Se mezclan los agregados y el asfalto con el palustre hasta obtener una mezcla homogénea.