I.5. AGREGADOS DEL CONCRETO ASFLTICOLos agregados del concreto asfltico se clasifican generalmente por su tamao como, agregados gruesos, agregados finos y fillers minerales. La ASTM define los agregados gruesos como las partculas retenidas en el tamiz No. 4 (4.75 mm), el agregado fino como el que pasa el tamiz No.4 y el filler mineral como el que, al menos el 70% pasa el tamiz No. 200 (75m). Otras agencias (Ej. El Instituto del Asfalto) pueden utilizar el tamizNo. 8(2.36mm)oeltamizNo. 10(2mm)comolalneadivisoriaentreel agregado fino y el grueso.Generalmentelosagregados del concreto asfltico,deben ser resistentes, durables y apropiadamente graduados; que consistan de partculas cbicas con baja porosidad y que tengan una superficie limpia, spera e hidrofbicas. Latabla1.1resumelasdiferentes propiedades queunagregadodebeposeer para cumplircontodaslasfuncionesquedebedesempearenlasmezclasdeasfaltoen caliente o concreto asfltico. Las especificaciones para agregados gruesos, fillers minerales se pueden encontrar en las normas ASTM D-692, D-1073 y D-242 respectivamente.La ventaja de si utilizar un tipo de agregado u otro en el concreto asfltico se determina evaluando las siguientes caractersticas de los minerales:a. Tamao y graduacinb. Materiales limpios/dainosc. Dureza y resistenciad. Durabilidade. Textura de la superficief. Forma de la partculag. Absorcin1Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanah. Afinidad con el asfaltoI.5.1 Dureza y ResistenciaLos agregados por medio de la friccin interna, deben transmitir las cargas de las llantas a las capas inferiores, as como tambin ser resistentes a las abrasin y pulido que produce el trfico. El ensayo de desgaste de la Mquina de los ngeles, es la prueba ms utilizada paraobtener unindicador delascaractersticasdeseadasderesistenciaala abrasin y dureza.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaTabla 1.1 Resumen de las propiedades del agregado que cumplan con las funciones del sistema de la mezcla.Funcin Propiedad del AgregadoImportancia de la Propiedad en el Concreto AsflticoAdecuada resistencia interna y estabilidad paradistribuir laspresionessuperficiales y prever deflexiones excesivas en la superficie. 1. Estabilidad de la masa2. Resistencia de la partcula3. Rigidez de la partcula4. Textura de la superficiede la partcula.5. Forma de la partcula6. Graduacin7. Tamao mximo de la partcula IIIIIIIResistencia a los efectos de desgaste ocasionado por qumicos y el clima.1. Resistencia al ataque de qumicos2. Solubilidad3. Slaking4. Resistencia al mojado y secado5. Resistencia al congelamiento y descongelamiento6. Estructura del poroDDIDDIResistencia al deterioro debido a la aplicacin de cargas. 1. Resistencia a la degradacin. IResistenciaalos efectos delas fuerzas internas como ser, expansin, contraccin y formacin de combas.1. Cambios de volumen por la temperatura2. Cambiosdevolumendebidoal mojado y secado3. Estructura del poro4. Conductividad trmicaSSSSCompatibilidadconelmaterial adhesivo (asfalto) utilizado en el sistema. 1. Reactividad qumica de los componentes2. Reactividad de material orgnico3. Colocacin de capas4. Estabilidad volumtrica5. Intercambio de base6. Cargas superficiales7. Estructura del poroISISIISRetencin de estndares en la superficie:a. Mantenimientoadecuadodela1. Forma de la partcula I33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanaresistencia a la friccin.b. Caractersticas de aspereza de superficie aceptables.c. Minimizacin de la reflectividad de la luz.d. Prevencin de las prdidas de material.e. Minimizacin del desgaste de los neumticos.f. Minimizacin de la resistencia al rodaje de las llantas.g. Minimizacin del nivel de ruido.h. Prevencin de acumulacin electroesttica. 2. Textura de la superficie de la partcula.3. Tamao mximo de los agregados4. Resistencia de la partcula.5. Resistencia al desgaste6. Forma de partculas desgastadas7. Estructura de poro1. Tamao mximo de partcula2. Graduacin1. Reflectividad1. Resistencia a la degradacin2. Gravedad especifica1. Forma de la partcula2. Textura de la superficie de la partcula3. Tamao mximo de partcula1. Tamao mximo de partcula2. Forma de la partcula1. Tamao mximo de partcula2. Forma de la partcula1. Conductividad elctricaIIIIIIIIIIIIIIIIIII33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaI.5.2 DurabilidadLos agregados deben ser resistentes a la desintegracin ydescomposicin debido a la accin del congelamiento-descongelamiento y mojado-secado. La prueba de solidez (ASTM C88) es un ensayo emprico que pretende proveer un indicativo de la durabilidad.I.5.3 Forma de las Partculas y Textura de la Superficie.Las partculas de agregados que conviene utilizar en el concreto asfltico deben ser de preferencia de forma cbica que planas, delgadas o alargadas. En mezclas compactadaslaspartculas deformaangulosapresentanunamejor interaccin y friccin interna que trae como resultado una mejora en la estabilidad mecnica que las partculas de forma redonda.Por otra parte, las mezclas que contienen partculas de forma redonda como ser gravas naturales yarenas, tienen una mejor trabajabilidad y requieren menos esfuerzo de compactacin para obtener la densidad requerida.La textura de la superficie as como tambin la forma de la partcula influyen en la trabajabilidad y resistencia del concreto asfltico. Una superficie spera parecida al papel lija, como las que se encuentran en rocas trituradas, tienden a aumentar la resistencia y requiere una cantidad adicional de cemento asfltico para compensar la prdida de trabajabilidad.Los efectos combinados de la forma de la partcula y la textura de la superficie deunagregadopuedenser determinadosutilizandolapruebadel ndicede partcula de la ASTM D-3398. I.5.4. Limpieza de los MaterialesLalimpiezadelosmateriales serefierealaausenciadeciertas sustancias nocivas que hacen a los agregados no adecuados para la produccin de concreto 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanaasfltico. El lavado de los agregados puede reducir la cantidad de materiales no deseables a un nivel aceptable. Estos materiales incluyen: vegetacin, partculas suaves, trozos de arcilla, capas de arcilla en las partculas del agregado y algunas veces el exceso de polvo que se produce durante la trituracin. Adems de la simple inspeccin visual, las siguientes pruebas pueden ser utilizadas para identificar y medir la cantidad de materiales nocivos:I.5.4.1. Prueba de Equivalente de ArenaLapruebadeequivalentedearena(ASTMD-2419) seutiliza para determinar las proporciones relativas de material fino plstico y polvo en los agregados finos. En esta prueba, 85 mL de agregado que pasa el tamizNo. 4seagitaenuncilindrotransparente(32mmdedimetro interno, 400 mm de altura y graduado desde el fondo hasta arriba) que sellenaconunamezcladeaguayunagentefloculante. Despusde agitarlo y de 20 minutos de reposo, las arenas se separan de la arcilla floculada y las cantidades de arcilla y arena se miden dentro del cilindro. El equivalente de arena es la razn entre la altura de la arena y la altura de la arcilla por cien. Agregados ms limpios tendrn un valor de equivalente de arena ms alto. Las especificaciones para agregados en concreto asfltico exigen por lo general, un mnimo de equivalente de arena entre el rango de 25 y 35.I.5.4.2. ndice de PlasticidadEl ndice de plasticidad (ASTM D-4318) es la diferencia que hay entre el lmite lquido y el lmite plstico de un material que pasa el tamiz No. 40.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaI.5.5 Tamao y GraduacinI.5.5.1 Curvas Granulomtricas DeseadasLa granulometra de los agregados es la distribucin de los tamaos de las partculas expresadas como un porcentaje del peso total. La granulometradelosagregadosesdeterminadapor el tamizado. Los tamicesqueseusannormalmenteparaelanlisisgranulomtricodel concreto asfltico son: 2, 1.5, 1, , , 3/8, No. 4, No. 8, No. 16, No. 30, No.50, No.100,y No.200.La granulometra (graduacin) es probablemente la propiedad ms importante de un agregado. Las propiedades ms importantes del concretoasflticosevenafectadasensumayoraporestapropiedad que incluyen rigidez, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia a la friccin y resistencia a los efectos de humedad. Debido a esto, la graduacin es una consideracin primaria en el diseo de mezclas de asfaltos. En teora seria aceptable pensar que la mejor graduacin para el concreto asfltico es aquella que proporcione la densidad de particular ms alta. Las graduaciones que den la mxima densidad proveern un incremento en la estabilidad mediante el aumento de los contactos entre partculas y que reduzca los vacos en el agregado mineral. Sin embargo, debenexistir suficientes espacios vacos parapermitir que parte del cemento asfltico se incorpore en stos, asegurando la durabilidad y evitando el llorado o sangrado.Numerosas investigaciones han propuesto graduaciones para maximizar la densidad del concreto asfltico. Unas de las graduaciones ms conocidas es la curva Fuller, propuesta por Fuller y Thompson (1907). La ecuacin para la curva Fuller de mxima densidad es:33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericananDdP ,_

(1.2)Dondedesel dimetro de la aberturadeltamizencuestin,Pes el porcentaje total que pasa el tamiz yDes el tamao mximo del agregado. Los estudios realizados por Fuller y Thompson mostraron que la mxima densidad para un agregado puede ser obtenida cuando n = 0.5.A principios de los aos 60, la Administracin Federal de Autopistas de EE.UU. introdujo un cuadro de graduacin del agregado basado en los estudios de Fuller, pero utilizando un valor de n =0.45. Este cuadro es muytil paradeterminar lalnea dedensidadmximayajustar la graduacinde losagregados.Caberecalcarque las graduacionesque produzcan densidad mxima pueden no proveer suficientes vacos en el concreto asfltico que permitan una mayor durabilidad sin que se produzca segregacin del asfalto. Por esta razn, es necesario alejarse un poco de las curvas de densidad mxima con el propsito de incrementar los vacos en el agregado mineral.I.5.5.2 Tamao del AgregadoEl tamaomximodel agregadoenunamezcladebesertomadoen cuenta para asegurar un buen rendimiento. Si el tamao mximo de la partcula es demasiado pequeo, la mezcla puede volverse inestable; si esdemasiado grande, la trabajabilidad y segregacin pueden volverse un problema. Hay 2 definiciones para el tamao mximo de partcula (ASTM C-125):a. Tamao mximo: definido como el tamiz ms pequeo por el cual el 100% de las partculas del agregado pasan.b. Tamao mximo nominal: definido como el tamiz ms grande que retiene algunas de las partculas del agregado que generalmente no es ms que el 10%. 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaI.5.5.3. Bandas de Especificacin Tpicas y ToleranciasLas especificaciones para la graduacin de agregados de cementos asflticos, han sido desarrolladas a travs de la experiencia en el campo. En muchos casos han sido establecidas por medio de prueba y error. La mayoradelasespecificacionesparaconcretosasflticos, exigenuna graduacin densa para los agregados, con la mitad de la porcin de las curvas aproximadamente paralelas a las curvas de densidad mxima. La tabla 1.2 muestra las graduaciones lmites recomendadas por la ASTM D-3515, y la tabla 1.3 muestra las tolerancias. I.5.5.4. Mezcla de Agregados para Cumplir con las EspecificacionesPor varias razones (Ej. alcanzar la densidad mxima y dejar una cantidad de vacos aceptable) es necesario mezclar dos o ms agregados de diferente graduacin. Difcilmente se encontrar un solo agregado de formacinnatural quecumpla conlas especificaciones. Adems, es muchomseconmicocombinaragregadosnaturalesconprocesados para lograr las exigencias de la norma. Un gran nmero de mtodos han sido desarrollados desde que se propusieron las curvas de densidad mxima. Sin importar el nmero de agregados, olas tcnicas decombinacin seleccionadas, la frmula lgica para expresar tal combinacin es:P = Aa + Bb +Cc + (1.3)Donde,P: es el porcentaje del material que pasa un tamiz dado para la combinacin de los agregados A, B, C,A, B, C,: Es el porcentaje de material que pasa un tamiz dado para cada tipo de agregado A, B, C,33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaTabla 1.2. ASTM D-3515 Especificaciones de graduacin para mezclas densas.TamizMezclas DensasDesignacin de la mezcla y tamao mximo nominal del agregado250 mm1 37.5 mm125.0 mm19.0 mm12.5 mm3/89.5 mmNo 44.75 mmNo. 82.36 mmNo. 161.18 mm2 100 - - - - - - - -2 90 a 100 100 - - - - - - -1 - 90 a 100 100 - - - - - -1 60 a 80 - 90 a 100 100 - - - - - - 56 a 80 - 90 a 100 100 - - - - 35 a 65 - 56 a 80 - 90 a 100 100 - - -3/8 - - - 56 a 80 - 90 a 100 100 - -No. 4 17 a 47 23 a 53 29 a 59 35 a 65 44 a 74 55 a 85 80 a 100 - 100No. 8 10 a 36 15 a 41 19 a 45 23 a 49 28 a 58 32 a 67 65 a 100 - 95 a 100No. 16 - - - - - - 40 a 80 - 85 a 100No. 30 - - - - - - 25 a 65 - 70 a 95No. 50 3 a 15 4 a 16 5 a 17 5 a 19 5 a 21 7 a 23 7 a 40 - 45 a 75No. 100 - - - - - - 3 a 20 - 20 a 40No. 200 0 a 5 0 a 6 1 a 7 2 a 8 2 a 10 2 a 10 2 a 10 - 9 a 20Tabla 1.3. ASTM D-3515 Tolerancias paragraduaciones. Tamiz Tolerancias, % (12.5 mm) y mayores 83/8 (9.5 mm) 7No. 4 (4.75 mm) 7No. 8 (2.36 mm) 6No. 16 (1.18 mm) 6No. 30 (600 m) 5No. 50 (300m) 5No. 200 (75 m) 3Contenido de asfalto, % del peso total de la mezcla 0.533Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanaa, b, c,: son proporciones (porcentajes) de los agregados A, B, C, que se utilizan en la mezcla. a + b + c + = 1.0Es recomendable, sin importar el mtodo a utilizar, que se grafiquen las curvas granulomtricas de los agregados que se mezclarn y los lmites de las especificaciones antes de proceder a hacer la combinacin. Con estos grficos, puedentomar decisiones previas acualquier clculo, como por ejemplo:1. Si existe una combinacin que pueda cumplir con las especificaciones.2. El nmero de tamiz crtico.3. Una aproximacin de las proporciones de prueba.De la figura 1.2, se puede deducir lo siguiente:1. Lacurva de graduacin para todas las posibles combinaciones de los agregados Ay Bcaen entre las curvas Ay B. Es imposible combinar los agregados C y B para cumplir con las especificaciones, sin importar el mtodo que se utilice para hacer la mezcla de agregados.2. Si dos curvas se cruzan en cualquier punto (B y D), las curvas de graduacinpara cualquier posible combinacin pasa por ese punto.3. La curva de la combinacin que contenga ms del agregado A que del B, estar ms cerca de la curva A que la de B.Elmtodomscomnparadeterminarlaproporcindeagregadosa utilizar para cumplir con las especificaciones es el mtodo de prueba y error. Comosunombrelodice, seseleccionaunacombinacinde prueba (sta debe ser seleccionada segn la experiencia y las observaciones hechas a las curvas granulomtricas y los lmites de las especificaciones), y se hacen los clculos utilizando la ecuacin (1.3) 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanapara determinar el porcentaje que pasa cada tamiz en la combinacin. Se hacen ajustes para la siguiente combinacin y se repiten los clculos para los tamices crticos hasta que se obtenga una mezcla satisfactoria u ptima. Figura 1.2. Banda envolvente de especificaciones.El mtodo de prueba y error se puede resumir como sigue:1. Seleccionar lostamicescrticos paralosagregadosquesern combinados.2. Determinar proporcionesinicialesa, b, c, etc., quecumplirn con las especificaciones para los tamices crticos.3. Revisar la mezcla calculada utilizando las proporciones que especifica la norma ASTM D-3515 (tabla 1.2 de este manual).4. Ajustar las proporciones como sea necesario, para asegurar que los porcentajes de todos los tamices, se encuentren dentro de las especificaciones.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaEjemplo 1.1. Determinar una combinacin de dos agregados (ver tabla 1.4) que cumplirn con las especificaciones dadas en la tabla, utilizando el mtodo de prueba y error). Examinando la tabla, se puede observar que es posible encontrar unacombinacin que caiga entre loslmites delas especificaciones. Debido a la distancia relativa que hay entre lascurvasylabandacentral, posiblementeunacombinacin 50-50logreel objetivo. Laprimeracombinacindeprueba puede ser determinada ms inteligentemente si ciertos tamicescrticos son escogidos. Por inspeccin de las curvas granulomtricas, se puede observar que todo el materialretenido en el tamiz de 3/8 (100 80 = 20% deseado), tienequevenir del agregado A, y todo el material mas fino que eltamiz No.30debeser suministradopor el agregadoB. Con respectoal agregadoA, debidoaque41%(100%-59%) es retenido en el tamiz de 3/8, el porcentaje requerido de A para retener el 20% en este tamiz (media de la especificacin) es:49 . 04120 AEl porcentaje del agregado B ser:1 0.49 = 0.51Con respecto al agregado B, debido a que hay 51% que pasa eltamiz No. 30, El porcentaje deagregadoBrequeridopara llegar al 24% deseado, que pasa este tamiz es:47 . 05124 BEl porcentaje de agregado A para este tamiz ser:1 - 0.47 = 0.53La evaluacin de uno de los dos tamices crticos muestra que elporcentaje de agregado A debe ser 49% y en el otro tamiz 53%.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaPara la primera prueba se utilizara entonces, 50% de agregado A y 50% de agregado B.AgregadoTamao del AgregadoPorcentaje usado 3/8 No.4 No.8 No.30 No.50 No.100 No.200A 100 100 90 59 16 3 0 0 0 0B 100 100 100 100 96 82 51 36 21 950% de A 50 50 45 29.5 8 1.5 0 0 0 050% de B 50 50 50 50 48 41 25.5 18 10.5 4.5Combinacin 100 100 95 79.5 56 42.5 25.5 18 10.5 4.5Deseado 100 100 90 80 60 43 24 18 12 7Especificacin 100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10Tabla 1.4. Combinacin de 2 agregados.Observamos que la combinacin es aceptable, ya que se aproxima a los valores deseados (los valores deseados mostrados en la tabla 1.4, corresponden al valor medio de los rangos que las especificaciones sugieren para obtener mezclas de alta densidad. Por ejemplo, para el tamiz No.4 el valor deseado es 43 5 . 42250 35 +).Los agregados deben almacenarse por separado. Es decir, cada tamao (o pase del tamiz), debe estar clasificado y rotulado ya que como se vio anteriormente, se combinarn diferentes porcentajes decadapasedel agregadoynodel agregadoen conjunto. Adems, laacumulacindel agregadoenunasola masa, puede producir segregacin (los agregados finos quedarn en el fondo del volumen). 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaI.7 DISEO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICOLos mtodos utilizados en EE.UU. para el diseo de pavimentos de concreto asfltico son:a. Mtodo Hveemb. Mtodo Marshallc. Mtodo SuperpaveEl mtodo Hveem fue desarrollado a finales de la segunda dcada del siglo pasado. Durante30aossufrimodificacioneshastaalcanzar el procedimientoquehoyse conoce y utiliza. El mtodo Marshall comenz a desarrollarse alrededor de 1939 por Bruce Marshall quien laboraba en Departamento de Autopistas del estado de Mississippi,y al igualque el mtodo Hveem,el mtodo Marshall fue modificado a medidaquelas cargas encaminos paratrficovehicular yprincipalmente enlos aeropuertos aumentaba. Para 1984, el mtodo Marshall era el mtodo mas utilizado en los Estados Unidos para el diseo de pavimentos de concreto asfltico.DurantemuchosaoslosmtodosHveemyMarshall respondieronmuybienalas exigencias de la poca. Pero a principios de los aos 80, ya las cargas en aeropuertos y carreteras haban incrementado considerablemente, por lo que surgi la necesidad de utilizar otro mtodo de diseo de pavimentos de concreto asfltico. Este mtodo deba ser superior a los anteriores en trminos de racionalidad (menos emprico). As mismo, deba tomarse en cuenta diferentes ambientes, volumen vehicular y cargas de camiones con varios ejes. En 1988 la Strategic Highway Research Program (SHRP), comenz a operar, con el nico objetivo de desarrollar un mejor mtodo de diseo de mezclas para pavimentos. El programa SHRP complet sus investigaciones en 1993, trayendo como resultado el mtodo Superior Performing Asphalt Pavement(Superpave). Para usar esteprocedimientoserequiere de equipo especial para llevar a cabo las pruebas de laboratorio necesarias. En Honduras no existe ningn laboratorio pblico o privado que posea tal equipo, por lo tanto, este mtodo no ser estudiado en este manual.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaM TODO MARSHALL VII.1. INTRODUCCINEl mtodo Marshall para el diseo de mezclas de pavimento de concreto asfltico, fue desarrolladoenel DepartamentodeAutopistasdeMississippi por BruceMarshall alrededor de 1939. Luego, en 1943, el Cuerpo de Ingenieros de la Estacin Experimental de Canales (WES) comenz el desarrollo de un aparato simple y porttil paradisear mezclasdeasfaltoenuncampodeaterrizaje. Estofueimpulsadoen primer lugar, por el incremento de las cargas que transmitan los aviones a travs de sus ruedas durante la segunda guerra mundial. Las presiones de los neumticos y por ende, las presiones en las zonas de contacto, aumentaron, surgiendo as, la necesidad de desarrollar un mtodo que garantizara un buen comportamiento de los pavimentos ante tales presiones. El Cuerpo de Ingenieros comenz experimentado con el aparato deBruceMarshall, lograndodisear enel laboratorio, varias mezclas deconcreto asflticomediantelaaplicacindeunavariedaddeesfuerzosdecompactacin(el objetivo era producir densidades que fueran similares a aquellas obtenidas en el campo durante la construccin y uso).Uno de los mayores logros del estudio de compactacin del laboratorio fue adoptar un procedimiento de preparacin de la muestra que producan tiempo y esfuerzo humano mnimo, pero que provean al diseador una forma bsica y apropiada para encontrar la cantidad ptima de cemento asfltico.Con el aumento de las cargas vehiculares fue necesario perfeccionar este mtodo en los aos cuarenta y cincuenta. En resumen, se puede decir que dos grandes variables definen este mtodo: contenido de asfalto y densidad. En el laboratorio los factores ms importantes son: la seleccin de un procedimiento de compactacin que represente las densidades inducidas por el trfico y luego las seleccin de propiedades (contenido de asfalto) que pueden responder satisfactoriamente.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaEste procedimiento es solamente apropiado para pavimentos de cemento asfltico con un agregado de tamao mximo que no exceda los 25 mm debido al dimetro de los moldes que se utilizan en esta prueba. Existen unas modificaciones al procedimiento Marshall que utiliza moldes para tamaos mximos de agregados mayores que 25mm. Tales procedimientos modificados no sern discutidos en este manual.Los pasos para llevar a cabo un diseo de mezcla comienza con la aceptacin de los materiales (se deber evaluar los agregados y el cemento asfltico); la preparacin del espcimen; anlisis de vacos y densidad; pruebas de estabilidad de flujo y finalmente anlisis de los resultados de las pruebas.A. Evaluacin del agregado 1. Determinar la aceptabilidad de los agregados para ser utilizados en la construccin de pavimentos de concreto asfltico; estas pruebas incluyen la prueba de desgaste de Los ngeles, equivalente de arena, presencia de sustancias nocivas, etctera.2. Si el material en el paso anterior es aceptable, entonces realice las otras pruebas requeridas para los agregados: granulometra, gravedad especfica y absorcin.3. Realizar los clculos para mezclas de agregados como se describi en la seccin I.5.4. Preparar la tabla de peso al aire del espcimen, multiplicando el porcentaje de agregado retenido entre los tamices por el peso del agregado total (aproximadamente 1150g), y luego determine los pesos acumulados comenzando con el material pase 200.B. Evaluacin del cemento asfltico1. Determinar el grado del cemento asfltico apropiado para el tipo y ubicacin geogrfica de la mezcla a disear.2. Verificar, comparando con las especificaciones, que las propiedades son aceptables.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericana3. Determinar la gravedad especfica (Ge) del cemento asfltico y graficar los datos de viscosidad con respecto a la temperatura.4. Determinar los rangos de temperatura para la compactacin ymezclado, apartirdelagraficaviscosidad-temperatura(latemperaturade mezclado debe ser seleccionada para proveer una viscosidad de 17020 centistocks y la temperatura de compactacin debe se seleccionada para proveer una viscosidad de 28030 centistocks)VII.2. OBJETIVOSEl objetivo de cualquier mtodo de diseo de mezcla de concreto asfltico es encontrar unacombinacin(cantidaddeasfalto+agregados) quecumplaconlassiguientes caractersticas: Resistencia a deformaciones permanentes. Resistencia a la fatiga Resistencia al agrietamiento producido por las bajas temperaturas. Durabilidad Resistencia al pulido (debe mantener su rugosidad) TrabajabilidadVII.3. EQUIPOa. Seis moldes metlicos para compactacin, con dimetro interior de ciento uno puntoseis ms menos ceropuntoun(101.6:t 0.1) milmetros yalturade ochenta y siete punto tres (87.3) milmetros.b. Extensin o collarn y una placa de base, ambas para acoplarse indistintamente en los dos (2) extremos de los seis (6) moldes.c. Pedestal de compactacin consistente enunbloque de madera, conpeso especfico relativo aproximado de cero punto setenta y dos (0.72), con seccin deveinte(20)porveinte (20) centmetros y altura de cuarenta y cinco (45) centmetros, llevando sujeta en su parte superior una (1) placa metlica cuadrada de dos punto cinco (2.5) centmetros de espesor y treinta (30) centmetros por lado, teniendo el pedestal en su parte inferior dispositivos de 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanaanclaje para fijarlo en posicin vertical sobre una losa rgida de concreto, de tal manera que la placa metlica permanezca en posicin horizontal.d. Sujetadormetlicoparalosmoldesdecompactacin. quepermitamantener firmementeenposicinsobreel centro delpedestal, loscilindrosmontados con su base y collarn, para compactar la mezcla que contienen.e. Pisn de compactacin con superficie circular de apisonado de noventa y ocho punto cuatro (98.4) milmetros de dimetro,teniendo una pesa deslizante de cuatromil quinientostreintayseis(4,536)gramos, conalturadecadade cuatrocientos cincuenta y siete punto dos (457.2) milmetros.f. MquinadepruebaMarshall concapacidaddetresmil (3,000)kilogramos accionadaconmotor elctrico, equipadaconmordazas semicirculares para aplicar cargas alos especimenes depruebaaunavelocidadconstantede deformacin de cincuenta punto ocho (50.8) milmetros por minuto y provista de un dinammetro de anillo calibrado para cargas,' con sensibilidad de diez (10) kilogramos.g. Extensmetro para medir la deformacin vertical o flujo del espcimen, con carrera de veinticinco punto cuatro (25.4) milmetros y aproximacin de cero punto un (0.1) milmetro.h. Dispositivo para extraer los especimenes del molde.i. Mezclador mecnico, con tazones de dos (2) litros de capacidad como mnimo yagitadoresdeesptula, quecuentecondispositivotermostticoadecuado para mantener la temperatura de mezclado.j. Bao de agua o tanque de saturacin con control termosttico que mantenga unatemperaturaentreveinteyochentagrados centgrados (20-80C), con aproximacindeceropuntocincogradoscentgrados (0.5C), profundidad mnima de ciento cincuenta (150) milmetros, falso fondo perforado y dimensionesmnimasaproximadasdecuarentaydos(42)portreintaydos (32) por dieciocho (18) centmetros.k. Acondicionadorambiental paramantener latemperaturadelasmuestrasde prueba a veinticinco ms menos un grado centgrado (25 1C).l. Hornocontemperaturacontrolablehastadedoscientos grados centgrados 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericana(200C) y aproximacin de un grado centgrado (1C), con tiro forzado de aire ydimensiones adecuadas para contener las charolas conlas muestras de materiales.m. Parrilla elctrica con capacidad para calentar las muestras de agregados hasta ciento cincuenta grados centgrados (150C), con control termosttico.n. Balanza de dos (2) kilogramos de capacidad y cero punto un (0.1) gramo de sensibilidad.o. Balanza deveinte (20) kilogramos decapacidadysensibilidaddeun(1) gramo.p. Termmetro con cubierta de metal para registrar temperaturas de diez a doscientos grados centgrados (10 a 200C), con aproximacin de dos grados centgrados (2C). q. Termmetro para el bao de agua que registre temperaturas de veinte a setenta gradoscentgrados (20a70C) yaproximacindeceropuntodosgrados centgrados (0.2C).r. Calibrador tipo muser, con aproximacin de cero punto un (0.1) milmetro.s. Equipo de uso general como charolas rectangulares, charolas redondas, cucharas de albail, cucharones, esptulas, pinzas para vasos, guantes de hule y guantes de asbesto.t. Estearato de zinc, parafina, crayones.u. Papel filtrodeformacircular condimetroligeramentemenor queel del molde de compactacin.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaVII.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA1. Secar y tamizar los agregados por tamaos y guardar los diferentes pases de agregados en contenedores limpios y secos. Preparar material suficiente para hacer 18 especimenes de aproximadamente de 1150g cada uno. La cantidad mnima de agregados y cemento asfltico para preparar una serie de especimenes de prueba para una granulometra dada son 25 Kg. (50 lb.) y 4 litros (1 galn), respectivamente.2. Pesar el agregado para 18 especimenes y colocarlos en contenedores separados. Calentar los agregados hasta la temperatura de mezclado que se determin en el paso B-4. Sin embargo el peso total de agregado debera ser determinado con se mostrara en el siguiente numeral.3. Generalmente es mejor preparar un espcimen de prueba antes de comenzar a realizar los18especimenes; medirlaalturadeste(h1)ycompararconlasalturasquese especifican para especimenes de pruebas Marshall (63.55. 1mm), si los especimenes estn fuera de este rango, ajustar la cantidad de agregados incluidos en el espcimen utilizando la siguiente formula:ghQ 11505 . 631 4. Calentar suficiente cemento asfltico para preparar un total de 18 especimenes. Tres especimenes compactados deben ser preparados a 5 diferentes cantidades de asfalto. Los contenidos de asfaltos deben ser seleccionados con un incremento de 0.5% con al menos dos contenidos de asfaltos arriba del optimo y dos contenidos de asfaltos abajo del optimo. Tres mezclas sueltas del espcimen deben ser preparadas cerca del contenido ptimo de asfalto para medir la gravedad especfica.5. Colocar el agregado en una balanza y adicionar el peso apropiado de cemento asfltico para obtener el contenido de asfalto deseado.6. Revolver el cemento asfltico y el agregado hasta que todas las partculas del agregado estnrecubiertas. Esmuytil realizar esteprocesosobreunaplanchacaliente. El mezclado puede realizarse a mano pero se prefiere un mtodo mecnico.7. Verificar la temperatura del material recin mezclado; si est por encima de la temperaturadecompactacin, dejar queseenfreadichatemperatura; si estapor 33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericanadebajodelatemperaturadecompactacin, desecharel material yhacer unanueva mezcla.8. Colocar unpedazodepapel circular dentrodeunmoldeMarshall precalentadoy ensamblado. Verificar la temperatura. Compactar la mezcla con una esptula caliente 15veces alrededor del permetroy10veces enel interior. Remover el collar y acumular el material dentro del molde de manera que el centro quede un poco ms alto que en los bordes. Fijar el molde y la base a un pedestal. Colocar el martillo precalentadodentrodel moldeyapliqueel numeroapropiadodegolpesalaparte superior del espcimen (75 golpes).9. Quitar el molde de la base y colocar un pedazo de papel circular en la parte superior del espcimen. Rotar el molde 180 de manera que la superficie superior es ahora la inferior. Colocar el collar del molde y asegurarlo a la base y al pedestal. Colocar el martillo dentro del molde y aplicar el mismo numero de golpes.10. Quitar los trozos de papel y dejar enfriar los especimenes. Remover del molde utilizando un mecanismo hidrulico. Colocar marcas de identificacin en cada espcimen. Dejar los especimenes a temperatura ambiente durante una noche antes de realizar las pruebas.11. Determinar el peso especfico1 (del bulk) para cada espcimen. Sumergir las muestras en agua y permitir que se saturen antes de obtener el peso sumergido en condiciones saturadas. Sacar la muestra y pesarla al aire en condiciones saturadas con superficie seca, sta prueba se realiza de acuerdo a la norma AASHTO T166.12. Medir lagravedadespecfica(Gmb) delasmuestrasueltas deacuerdoalanorma ASTM D2041. Esta gravedad especfica se requiere para realizar los anlisis de vacos.VII.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO1. Calentar un bao de agua a 60C (140 F) y colocar los especimenes dentro del bao de 30 minutos como mnimo, a 40 minutos como mximo. Los especimenes debern ser sumergidos al mismo tiempo para evitar que unos se calienten ms que otros.1 Peso especfico del bulk.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericana2. Despus de haber calentado los especimenes por el tiempo requerido, extraerlos del bao y eliminar el exceso de agua con una toalla. Colocar el espcimen rpidamente en la mquina para prueba Marshall.3. Acercar el brazo de carga hasta que haga contacto conel espcimen. Asegurarsedequelos indicadores deflujoycargaenlapantalladelamquina marquen cero (0). Aplicar una carga de 2 pulgadas/minuto (50.8 mm/min.).Cuando observe que la carga disminuye en vez de aumentar, detener la maquina y anotar la estabilidad (carga mxima), en libras y el flujo en 0.01 pulgadas (0.25 mm). La prueba no deber durar ms de 1 minuto despus de haber sacado el espcimen del bao. 4. Repetir lospasos2y3paralasdemsmuestras. Ntesequeel tiempo mximo que las muestras pueden estar en el bao de agua caliente es de 40 minutos, por lo que solamente se tiene 10 minutos para realizar todas las pruebas. VII.6. CLCULOSVII.6.1 Anlisis de vaco y densidad.1. Para cada espcimen, utilizar la gravedad especfica Gmb calculada en el inciso 11 de la seccin VII.4, y el peso especfico Gmmdel inciso 12 para calcular el porcentaje de vacos (VTM).100 1

,_

mmmbGGVTM2. Calcular la densidad de cada espcimen Marshall como sigue:Densidad (g/ml) = Gmb w3. Calcular el porcentaje de vaco (VMA) para cada espcimen Marshall utilizando la gravedad especfica del bulk de los agregados (Gsb), la gravedad especificadelamezcla compactada (Gmb) y el contenido de asfalto del peso total de la mezcla (Pb).VMA ( )

,_

sbb mbGP G 11 1004. Calcular la cantidad de vacos (VFA) llenos de asfalto para cada espcimen Marshall utilizando el VTM y el VMA como sigue:33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaVFA,_

VMAVTM VMA100VII.6.2 Tabular y graficar los resultados de la prueba.1. Tabularlosresultadosdelaspruebas, corregirlosvaloresdeestabilidad para cada altura y obtener el promedio de cada grupo de 3 especimenes.2. Preparar las siguientes grficas:a. Contenido de asfalto en funcin de la densidad.b. Contenido de asfalto en funcin de la estabilidad Marshall.c. Contenido de asfalto en funcin del flujo.d. Contenido de asfalto en funcin del porcentaje de vacos.e. Contenido de asfalto en funcin del VFA; yf. Contenido de asfalto en funcin del VMA.VII.6.3 Determinar el contenido ptimo de asfalto.1. Determinar:a. El contenido de asfalto con la estabilidad mxima.b. El contenido de asfalto con la densidad mxima.c. El contenido de asfalto en el punto medio del rango de vacos que se requiere en las especificaciones (normalmente 4%).2. Sacar un promedio de los tres contenidos de asfaltos obtenidos arriba.3. Parael contenidodeasfaltopromedio, iralasgraficasydeterminar las siguientes propiedades:a. Estabilidadb. Flujoc. Cantidad de vacos; yd. VMA4. Comparar los resultados con el criterio de aceptabilidad dado en la tabla 7.133Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaCriterio de mezcla MarshallTRFICOLigero Medio PesadoMnimo Mximo Mnimo Mximo Mnimo MximoNo.De golpes compactacin35 50 75Estabilidad, lb. (N)750 (3333) --1200 (5333)--1800 (8000)--Flujo 0.01(0.25 mm)8 18 8 16 8 14Porcentaje de vacos3% 5% 3% 5% 3% 5%Tabla 7.1: Criterio de diseo de mezcla por el mtodo Marshall para superficies y bases.VII.7. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONESSe recomienda seguir el siguiente ejemplo para realizar el diseo de la mezcla por el mtodo Marshall:Ejemplo:Se obtuvo290 Kg. de agregado y de 8 a 12 litros (2 -3 galones) de asfalto. Despus de secar los agregados, cadamuestra delos agregados secuartea hastaobtener una cantidad razonable para llevar a cabo la granulometra.La granulometra de los 4 agregados se muestra en la tabla 7.2. El siguiente paso es determinar el porcentaje que se utilizar de cada agregado de manera que la granulometra de la combinacin de los 4 agregados quede dentro de los lmites de las especificaciones. Losclculossemuestranenlatabla7.3. Seutilizel mtodode prueba y error para determinar las siguientes proporciones: 25% del agregado No. 1, 15% del agregado No.2, 35% del agregado No. 3 y 25% del agregado No. 4. 2 Se recomienda utilizar un mtodo estndar para obtener una muestra representativa de los agregados y el asfalto.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaTabla 7.2: Granulometra de los 4 agregados y lmites de las especificaciones.Tabla 7.3: Determinacin de las proporciones de los agregados para cumplir con las especificaciones.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaSe determin que la gravedad especifica del bulk de la combinacin de los agregados Gsb = 2.620. Se encontr la gravedad especfica del cemento asfltico: 1.030.Se prepararon aproximadamente 20 especimenes del agregado utilizando las proporciones encontradas en la tabla 7.3. La mezcla del agregado se calent hasta la temperatura especificada en la ASTM D1559.Los agregados calientes se mezclaron con diferentes cantidades de cemento asfltico, de manera que algunas mezclas lleguen a estar por encima y otras por debajo de la cantidad de cemento asfltico ptimo. Las muestras fueron luego compactadas con una esptula caliente, 15 veces alrededor del permetro y 10 veces en el interior. Luego se procediadarlos75golpesencadaladodel espcimenconunmartilloestndar Marshall caliente, tal y como se especifica en la norma ASTM D1559. Se prepararon tres especimenes de cada uno de los6 contenidos de cemento asfltico. Despus de ser compactadas las muestras, se sacaron del molde y se dejaron enfriar. Las muestras fueron pesadas para obtener el peso seco al aire (WD), luego sumergidas enel aguaydejadas all por 3minutos parapermitir quesesaturaran. Unavez saturadas setomel pesosumergido3delamuestra(Wsub). Luegosesacaronlas muestrasdel aguayseeliminel excesodeaguadelasuperficieconunatoalla. Inmediatamente se tom el peso al aire en condicin saturada (WSSD).Lagravedadespecficadel bulk(Gmb)paracadamuestrasedeterminamediantela siguiente formula:sub SSDDmbW WWGEl volumen de la muestra en mililitros es igual a WSSD Wsub cuando ambas variables han sido medidas en gramos. La densidad del bulk ( ) de la muestra es:w mbG Los datos de cada espcimen se muestran en la tabla 7.4.3 Se utiliza el mtodo de la canasta sumergida.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaLos siguientes clculos se llevaron a cabo a la muestra No. 1 a 5.0 de contenido de asfalto:Gravedad especifica del bulk del espcimen compactado (Gmb) 253 . 27 . 650 0 . 11698 . 1167Densidad del espcimen ( ) = 2.253 1 = 2.253 g/mlLa cantidad de vacos (VTM) para cada muestra se determin comparando los promedios de las densidades del bulk para cada contenido de asfalto con la densidad mximaterica(TMD)paracada contenidodeasfalto. El mtodo mas comn para determinar el TMD es el mtodo Rice que se especifica en ASTM D2041. El VTM se determina con la siguiente ecuacin:100 1

,_

mmmbGGVTMDonde:Gmm: es la gravedad terica especfica mxima de la mezcla y se determina con la siguiente formula:GBPBGSEPSPMMGmm+Donde:PMMes el peso total de la muestra.PSes el peso del agregadoPB es el peso del asfalto33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaNo. MuestraContenido de AsfaltoPeso seco WDPeso sumergido (WSUB)Peso saturado(WSSD)VolumenDensidad del bulkDensidad mxima tericaCantidad de vacos (VTM)VMA%vacos llenos de asfalto (VFA)Estabilidad observadaEstabilidad corregidaFlujo1 5.0 1167.8 650.7 1169.0 518.3 140.6 2400 2400 112 5.0 1164.9 647.0 1166.2 519.2 140.0 2630 2630 113 5.0 1165.1 651.0 1167.0 516.0 140.9 2560 2560 12Promedio 140.5 153.1 8.2 18.3 55.2 2530 111 5.5 1166.4 652.4 1167.5 515.1 141.3 2520 2520 112 5.5 1179.0 661.4 1180.6 519.2 141.7 2690 2690 123 5.5 1169.4 650.9 1171.0 520.1 140.3 2650 2650 13Promedio 141.1 152.5 7.5 18.4 59.2 2620 121 6.0 1170.4 656.7 1171.0 514.3 142.0 2620 2620 132 6.0 1181.1 664.7 1181.9 517.2 142.5 2710 2710 133 6.0 1187.3 670.9 1189.0 518.1 143.0 2980 2980 12Promedio 142.5 151.3 5.8 18.1 68.0 2770 131 6.5 1174.2 661.6 1174.7 513.1 142.8 2800 2800 122 6.5 1185.3 667.7 1186.0 518.3 142.7 2730 2730 133 6.5 1182.3 667.7 1182.9 515..2 143.2 2900 2900 14Promedio 142.9 149.9 4.7 18.3 74.3 2810 131 7.0 1177.5 663.0 1177.9 514.9 142.7 2820 2820 142 7.0 1183.4 665.4 1183.6 518.2 142.5 2730 2730 143 7.0 1192.8 675.7 1193.3 517.6 143.8 2790 2790 15Promedio 143.0 148.5 3.7 18.6 80.1 2780 141 7.5 1181.9 663.3 1182.3 519.0 142.1 2650 2650 162 7.5 1173.0 660.2 1173.5 513.3 142.6 2380 2380 163 7.5 1182.2 666.1 1182.7 516.6 142.8 2590 2590 14Promedio 142.5 147.1 3.1 19.4 84.0 2540 15Tabla 7.4: Datos de cada espcimen.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaGSEes la gravedad especfica del agregado cubierto de asfalto4.GB es la gravedad especfica del asfalto.O tambin se puede utilizar:100_1 ,_

TMDBulk densidadVTM % 2 . 8 100454 . 2252 . 21 ,_

Luego se calcul el VMA:1]1

GsbPb GmbVMA) 1 (1 1001]1

620 . 2) 05 . 0 1 ( 252 . 21 100 = 18.3Se calcul el VFA:100 ,_

VMAVTM VMAVFA% 2 . 55 1003 . 182 . 8 3 . 18 ,_

Y finalmente se procedi a medir la estabilidad y el flujo en la mquina Marshall. No fue necesario hacer correcciones por estabilidad para este espcimen. Una vez tabulados los datos como se muestra en la tabla 7.4 se prepararon las grficas (Vase la figura 7.1).Se determin el contenido ptimo de asfalto::Propiedad Contenido de cemento asfltico seleccionadoPico de la curva de estabilidad 6.5Pico de la curva de densidad 6.84% de VTM 6.9Promedio 6.7Luego se obtuvo los valores de estabilidad, flujo y vacos para una cantidad de asfalto de 6.7 y se compar con los valores requeridos por el proyecto:4 El GSE se determina con la mezcla suelta utilizando el mtodo Rice (ASTM D2041).33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaPropiedad Especificaciones Obtenido con 6.7 StatusEstabilidad 1500 lbs (6660 N) 2800 lbs (12430 N) CumpleFlujo De 8 a 16 14 CumpleVTM De 3 a 5 4.2 CumpleFigura 7.1: Grficas de diseo de mezclas asflticas por el mtodo Marshall.33Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica CentroamericanaVII.8. TABLA DE DATOSNo. MuestraContenido de AsfaltoPeso seco WDPeso sumergido (WSUB)Peso saturado(WSSD)VolumenDensidad del bulkDensidad mxima tericaCantidad de vacos(VTM)VMACantidad de vacos llenos de asfalto (VFA)Estabilidad observadaEstabilidad corregidaFlujo1 5.02 5.03 5.0Promedio1 5.52 5.53 5.5Promedio1 6.02 6.03 6.0Promedio1 6.52 6.53 6.5Promedio1 7.02 7.03 7.0Promedio1 7.52 7.53 7.5Promedio33