Marshall.ppt

Diseño Mezcla Asfáltica
“Método Marshall”
Ing. Gustavo Yánez C.
Profesor-Investigador
gyanez@puce.edu.ec
Telf. 0999844422 / 2991700 ext. 1290
“DIPLOMADO – PAVIMENTOS
CICP”

Introducción
 El transporte por carretera constituye un
elemento básico de calidad de vida en la
mayoría de las sociedades
 Se demandan nuevas infraestructuras de
carretera, que tengan un diseño que asegure
su durabilidad y se exige una gestión de las
mismas del más alto nivel

PAVIMENTO
Parte de la carretera o vía formada por un
conjunto de capas de materiales
seleccionados, comprendidas entre el nivel
superior de las terracerías y la superficie de
rodamiento, tienen la función de recibir en
forma directa las cargas del tránsito y
transmitirlas adecuadamente distribuidas a las
capas inferiores y además, proporcionar la
superficie de rodamiento en donde se debe
tener una operación rápida, cómoda y segura

Los pavimentos flexibles resultan ser los que más se
construyen en Ecuador, España, toda la Unión Europea y
los Estados Unidos y podría decirse en el mundo entero.
Tipos de Pavimentos en Europa
Pavimentos
Rígidos
5,1%
Pavimentos
Compuestos
16,1%
Pavimentos
Flexibles
78,8%
Ecuador

• Las mezclas asfálticas, a través de sus
propiedades mecánicas, tienen una
gran influencia en el comportamiento
de los pavimentos flexibles.
• Estas propiedades, al mismo tiempo,
están relacionadas con los distintos
mecanismos de deterioro que ocurren
en los pavimentos y con los diferentes
fallos que son consecuencia de tales
mecanismos.

• Resulta imprescindible estudiar y
comprender correctamente el
comportamiento de los pavimentos
flexibles, para obtener la información
adecuada y suficiente que nos permita
diseñar las mezclas asfálticas de una
mejor manera, tratando de obtener al
mismo tiempo modelos de
comportamiento más realistas y un
diseño de pavimentos depurado, que
contribuya a alargar la vida de servicio
de los pavimentos.

Debemos notar que:
Gran parte de las soluciones para
evitar los distintos tipos de deterioros,
recaen directamente en el diseño de la
mezcla asfáltica y no sólo en el diseño
del pavimento.

Diseño de una mezcla asfáltica:
Seleccionar el tipo y granulometría de los
agregados pétreos, además del tipo y
contenido de asfalto, con la calidad suficiente,
de manera que satisfagan los requisitos
específicos del proyecto para obtener las
propiedades deseadas en la mezcla

Tipos de Mezclas Asfálticas
EN CALIENTE
EN FRÍO
NUEVA
RECICLADA
NUEVA
RECICLADA
En planta
En planta
En sitio
En planta
En sitio
En planta
En sitio
• Cemento Asfáltico
• Emulsión,
• Asfalto Espumado

PROYECTO DE LA MEZCLA
El cumplimiento de las características, debe
estar garantizado en la etapa de proyecto:
•Granulometría de los áridos
•Tipo y calidad de los áridos
•Calidad del ligante
•Contenido de asfalto en la mezcla

Propiedades del Agregado: De acuerdo a especificaciones vigentes.
Resistencia a la Abrasión: Ensayo Desgaste Los Ángeles, AASHTO
T96, ASTM C131. 40% máximo.
Durabilidad: Ensayo Desgaste a los sulfatos. AASHTO T103, ASTM
C88. 12% máximo.
Selección del Agregado

Durabilidad-> Resistencia de la mezcla al agua:
Ensayo Equivalente de Arena
AASHTO T176, ASTM D2419.
E.A. = x 100 %
H1
H2
H1
H2
Solución
Floculante
Arcilla
Suspendida
Agregado
Sedimentado

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tamiz (mm)
%
que
Pasa
0.075 0.15 0.3 0.6 2.36 4.75 9.5 12.5 19 25
Banda de Diseño
(Especificaciones)
Fórmula de
trabajo
Banda de Trabajo
Granulometría: Nomenclatura

Mezcla Agregado
para
Método Marshall

Tamiz # 1 3.4 1.2 3.8 4 8 30 50 100 200 p #200
Tz mm. 25,4 19 12,5 9,5 4,75 2,36 0,6 0,3 0,15 0,075 p 0,075
mat. A 100,00 100,00 69,56 12,00 2,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00
mat. B 100,00 100,00 100,00 100,00 53,72 12,22 0,00 0,00 0,00 0,00
mat. C 100,00 100,00 100,00 100,00 80,85 61,87 28,63 18,98 14,73 8,59
mat. D 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
mezcla 100,00 100,00 93,91 82,40 59,65 39,77 17,38 11,59 8,84 5,15
Ret.Ac. 0,00 0,00 6,09 17,60 40,35 60,23 82,62 88,41 91,16 94,85 5,15
Ret.Parc. 0,00 0,00 6,09 11,51 22,75 19,89 22,39 5,79 2,75 3,68
% peso 0,00 0,00 66,97 126,63 250,21 218,77 246,27 63,69 30,25 40,52
% acum. 0,00 0,00 66,97 193,60 443,81 662,57 908,84 972,53 1002,78 1043,31 1100,00
Espec mín 100 100 90 --- 44 28 --- 5 --- 2
Espec máx 100 100 100 --- 74 58 --- 21 --- 10
Mezcla Agregado

0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.01
0.1
1
10
100
%
QUE
PASA
TAMIZ (mm)
GRANULOMETRIA POR MALLAS
Mezcla Especificación mín. Especificación máx.

Calculo % Asfalto
Mezcla en Caliente

P = M * (S) ^ (1/5)
P = % del asfalto en peso / al peso Total
M= Coeficiente del tráfico ( 3.75 - 4.25)
S= Superficie específica de los áridos.
S= 0.17G+0.33g+2.30A+12a+135f

Calculo del % de Asfalto
G= % material > al 3/8”
g= % material  3/8” - #4
A= % material  #4 - #50
a = % material  #50 - #200
f = % material < #200
G = 17,60 0,17600 M = 3,75 - 4,25
g = 22,75 0,22746
A = 48,07 0,48066
a = 6,43 0,06434
f = 5,15 0,05154
S = 8,94048 P (%) = 6,20

Calculo % Emulsión
Mezcla en Frío

Instituto del Asfalto
%E = %Asfalto / % Residuo en la emulsión.
%Asfalto = 0.035a+0.045b+kc+F
a = % material > #8
b = % material  #8 - #200
c = % material < #200
k = 0.15 si c  11 y 15%
0.18 si c  6 y 10%
0.20 si c < 5%
F = 0.0 a 2.0 según el material pétreo y su absorción
(0.7 valor recomendado).

a (> #8) = 60,23 Residuo emulsión (%) = 62
b (#8 y #200) = 34,61
c ( < #200) = 5,15
k = c = 11 y 15% 0,15
c = 6 y 10% 0,18
c = menos 5% 0,20
F = Varia 0 - 2 0,7 Recomendado
% Asfalto= 0.035a+0.045b+kc+F 5,40
% Emulsión= %Asfalto / %Residuo 8,70
Calculo del % Emulsión

Diseño Mezcla Asfáltica
Método Marshall

Objetivos del Método Marshall
• Los dos objetivos principales del Método Marshall son :
– Análisis de las relaciones densidad y volumen de vacíos y
– Ensayo para la determinación de la estabilidad y flujo
• ESTABILIDAD de las briquetas es la máxima carga en libras que
puede resistir la briqueta normalizada a 60 °C (Mezcla en caliente) y
22.2 °C (Mezcla en frío con emulsión) cuando se realiza el ensayo
de rotura.
• FLUJO es la deformación total que se produce en la briqueta desde
el comienzo hasta la carga máxima durante el ensayo de
estabilidad, expresado en centésimas de pulgadas

Las probetas se preparan en un
compactador, llamado martillo
Marshall. Se asume que el
martillo produce mezclas con la
densidad de diseño.
Según el tráfico esperado, se
compacta la probeta con:
50 o 75 golpes por cara.
Compactación de las Probetas

Procedimiento
• Para determinar el contenido óptimo de asfalto, se preparan
una serie de briquetas con diferentes contenidos de asfalto,
de forma que las curvas en las que se representan los
resultados de los ensayos muestren un valor óptimo bien
definido.
• Los ensayos han de realizarse sobre la base de incrementos
del contenido de asfalto del 0.5% (para mezclas en caliente) y
1.0% (para mezclas en frío con emulsión) y deben emplearse
al menos dos contenidos de asfalto por encima y por debajo
del valor óptimo, que se obtiene mediante las formulas antes
descritas.
• Para obtener resultados adecuados se triplican las briquetas
para cada contenido de asfalto (15 briquetas).

Preparación y Moldeo Mezcla en Caliente
• Se colocan los agregados en el horno y se calientan a una
temperatura entre 115 y 140 °C. Se calienta también el
asfalto necesario sobre una estufa, a una temperatura
comprendida entre 110 y 140 °C. No debe mantenerse el
asfalto a esta temperatura más de una hora y no debe
emplearse asfalto recalentado.
• Al terminar la operación de mezclado, la temperatura de la
mezcla dispuesta para la composición, no debe ser inferior a
110 °C. En caso de ser inferior, la muestra será recalentada.
• Se traslada el molde con la mezcla a la base de
compactación y se le aplica el número de golpes especificado
(MOP – Tabla 405.5.4) a las dos caras.
• Se saca la muestra del molde por medio de un extractor de
muestras (gato hidráulico) y se coloca cuidadosamente sobre
una superficie plana hasta que esté dispuesta para el ensayo.

Especificaciones MOP-001-f
Tabla 405.5.4 y 405.5.5
TIPO DE
TRAFICO
Muy Pesado Pesado Medio Liviano
CRITERIOS
MARSHALL
Min. Max. Min. Max. Min. Max Min. Max.
No. De
Golpes/Cara
75 75 50 50
Estabilidad
(libras)
2200 ----- 1800 ---- 1200 ---- 1000 2400
Flujo
(pulgada/100)
8 14 8 14 8 16 8 16
% de vacíos 3 5 3 5 3 5 3 5
% Vacíos
agregados
Ver Tabla – 405.5.5
Tipo de Mezcla VAM Min. (%)
A (3/4”) 16
B (1/2”) 15
C, D (3/8”) 14
E (#4) 13

Preparación y Moldeo Mezcla en Frío
• Se debe determinar el porcentaje de agua de pre-
envuelta.
• Una vez que la mezcla se encuentre con la humedad
inicial se coloca el porcentaje de emulsión.
• Se traslada el molde con la mezcla a la base de
compactación y se le aplica 50 golpes a las dos caras.
• Se deja reposar la muestra en el molde por 24 horas y
se saca la muestra por medio de un extractor de
muestras (gato hidráulico) y se coloca cuidadosamente
en un horno a 41°C por 3 días hasta que esté dispuesta
para el ensayo.
• La rotura en el Marshall se lo realiza a 22.2 °C.
• Con el porcentaje óptimo se realiza la prueba de pérdida
de estabilidad por inmersión.
»

CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
EMULSION - AGREGADO
Propiedades del ensayo Mínimo Máximo
Estabilidad, lb a 22.2oC 500 ----
Porcentaje de estabilidad
perdida
---- 50
Cobertura de agregado 50 ----

Peso Específico Bulk:
Wa
Gb =
Wss – Ww
Wa = Peso seco en el aire
Wss = Peso saturado con superficie seca
Ww = Peso sumergido en el agua
V = Wss - Ww
Wss Wa
Ww

Peso Específico Bruto del Agregado Total:
100
Gsb =
P1/G1 + P2/G2 + … + Pn/Gn
P1,n = Porcentajes de la mezcla
G1,n = Peso específico de cada material.

Peso Específico Máximo Teórico:
100
Gmt =
Ps/Gsb + Pb/Gasf
Ps = Porcentaje de agregado en la mezcla
Gsb = Peso específico bruto del agregado total
Pb = Porcentaje de asfalto en la mezcla
Gasf = Gravedad específica del asfalto.

Peso Específico Efectivo del Agregado:
100 - Pb
Gse =
100/Gmt - Pb/Gasf
Gmt = Peso específico máximo teórico

Asfalto absorbido:
Gse - Gsb
Pba = 100* *Gasf
Gse * Gsb
Gse = Peso especifico efectivo del agregado
Gsb = Peso específico bruto del agregado total

Asfalto efectivo de la mezcla:
Pba
Pbe = Pb - *Ps
100
Pba = Asfalto absorbido
Ps = Porcentaje de agregado en la mezcla

Relación Filler / Asfalto:
% pasa # 200
f / a =
Pbe
Pbe = Porcentaje de Asfalto Efectivo
Recomendación: 0,6 – 1,2
exceso de asfalto exceso de finos

Peso Específico Máximo Medido:
A
Gmm =
A - (B - C)
A = Peso de la mezcla
B = Peso frasco + mezcla + agua
C = Peso frasco + agua

% en Volumen agregado vs Volumen total:
Ps* Gb
Vagre =
Gsb
% Vacios con aire:
Gb
Vv = (1 - ) * 100
Gmm

% Vacios agregado mineral:
Vam = 100 – Vagre

Ensayo Marshall
Las probetas se ambientan a 60 ºC y se ensayan en
el aparato Marshall, que mide Estabilidad y Flujo.
Se ensaya para cada contenido
de Asfalto

Estabilidad Corregida:
Est. Corr. = Est. Med. * coef.corr.
coef.corr. = ver cuadro.
Flujo
Flujo el dato que nos da el ensayo.

CORRECCION DE LOS VALORES DE ESTABILIDAD
VOLUMEN DE LA FACTOR DE VOLUMEN DE LA FACTOR DE
BRIQUETA EN CM3 CORRECCION BRIQUETA EN CM3 CORRECCION
200 – 213 5.56 421 – 431 1.39
214 – 225 5.00 432 – 443 1.32
226 – 237 4.55 444 – 456 1.25
238 – 250 4.17 457 – 470 1.19
251 – 264 3.85 471 – 482 1.14
265 – 276 3.57 483 – 495 1.09
277 – 289 3.33 496 – 508 1.04
290 – 301 3.03 509 – 522 1.00
302 – 316 2.78 523 – 535 0.96
317 – 328 2.50 536 – 546 0.93
329 – 340 2.27 547 – 559 0.89
341 – 353 2.08 560 – 573 0.86
354 – 367 1.92 574 – 585 0.83
368 – 379 1.79 586 – 598 0.81
380 – 392 1.67 599 – 610 0.78
393 – 405 1.56 611 – 625 0.76
406 – 420 1.47

EJEMPLO DE RESULTADOS
METODO MARSHALL

Mezcla Bitumen Factor Peso
Volumen cc
G.Bulk Gmm Volumen
VAM
Estabilidad (lb) Flujo
# % Correc. Seco S.S.S. Agua g/cm3 g/cm3 Va Vagr Vae Medida Corregida 0.01"
1 5,0 1,04 1013,5 1017,3 517,0 500 2,026 1680 1747 9
2 0,96 1053,6 1058,1 534,6 524 2,012 1850 1776 8
3 0,96 1061,0 1065,2 542,0 523 2,028 1895 1819 8
Promedio 2,022 2,198 8,0 82,2 9,8 17,8 1781 8
4 5,5 1,14 975,0 981,7 507,6 474 2,056 1985 2263 10
5 0,96 1094,8 1105,6 571,4 534 2,050 2390 2294 10
6 1,14 979,2 985,0 508,4 477 2,054 1960 2234 9
Promedio 2,053 2,177 5,7 83,0 11,3 17,0 2264 10
7 6,0 1,00 1067,9 1069,5 554,9 515 2,075 2660 2660 12
8 1,00 1058,9 1064,6 553,1 512 2,070 2585 2585 11
9 1,00 1079,3 1083,7 562,3 521 2,070 2640 2640 11
Promedio 2,072 2,161 4,1 83,3 12,5 16,7 2628 11
10 6,5 0,96 1084,2 1090,1 559,2 531 2,042 2355 2261 14
11 1,14 977,9 989,0 510,2 479 2,042 1990 2269 13
12 1,56 821,4 829,8 428,3 402 2,046 1515 2363 13
Promedio 2,043 2,097 2,6 81,8 15,7 18,2 2298 13
13 7,0 0,96 1064,4 1072,5 544,0 529 2,014 1880 1805 16
14 0,96 1061,9 1070,9 543,1 528 2,012 1905 1829 16
15 1,14 947,9 960,6 487,2 473 2,002 1600 1824 15
Promedio 2,009 2,046 1,8 80,0 18,2 20,0 1819 16

2.000
2.020
2.040
2.060
2.080
4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50
G.
Bulk
% Bitumen
Gravedad Bulk vs %Bitumen
1700
1900
2100
2300
2500
2700
4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50
Estabilidad
% Bitumen
Estabilidad vs %Bitumen
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50
Vv
% Bitumen
Vv vs %Bitumen
8
10
12
14
16
4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50
Flujo
% Bitumen
Flujo vs %Bitumen
15.0
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
21.0
4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50
VMA
% Bitumen
VAM vs %Bitumen

 Criterio Tradicional
OPTIMO = promedio (4 % Vv, máx. Est., máx. Dens.)
Criterios de Diseño
Verificación de propiedades: Fluencia, VMA y VFA
 Criterio Actual Asphalt Institute (USA)
OPTIMO = % de Asfalto para 4 % Vv
Vacíos (Vv)
4 %
Verificación de propiedades:
Estabilidad, Fluencia, VMA y VFA
% Optimo Asfalto

Factores que Influyen en Propiedades
Factores que Influyen en la Resistencia a la Fatiga
Tipo de asfalto: Depende de su comportamiento reológico (***).
Contenido asfáltico: Mayores contenidos asfálticos aumentan la resistencia a la fatiga.
Contenido de vacíos: Contenidos de vacíos altos reducen la resistencia a la fatiga.

Factores que Influyen en la Resistencia a la Deformación
Tipo de asfalto: Depende de su comportamiento reológico (***).
Contenido asfáltico: Mayores contenidos asfálticos disminuyen la resistencia a la
deformación
Contenido de vacíos: Contenidos de vacíos bajos aumentan la resistencia a la
deformación.
Agregados: Forma y granulometría son importantes junto con el tipo de asfalto
para un diseño de mezcla capaz de resistir deformaciones.

Factores que Influyen en la Durabilidad
Tipo de asfalto: Depende de su resistencia al envejecimiento.
Contenido asfáltico: Mayores contenidos asfálticos aumentan resistencia a la
deformación
Contenido de vacíos: Contenidos de vacíos altos disminuyen la durabilidad

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