DISEO DE CARPETA EN CALIENTE POR EL MTODO MARSHALL

Se describe el mtodo Marshall para el proyecto y control de mezclas elaboradas utilizando un material ptreos con tamao mximo de veinticinco (25) milmetros y cemento asfltico en caliente, asfaltos rebajados o emulsiones asflticas que satisfagan los requisitos establecidos por la misma Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT).El procedimiento consiste fundamentalmente en elaborar especmenes cilndricos a los cuales se les determina su peso volumtrico, porcentaje de vacios, estabilidad en sentido diametral, y deformacin al alcanzarse la mxima resistencia; estas 2 ltimas determinaciones se podrn hacer bajo condiciones desfavorables de humedad y de temperatura; a las mezclas elaboradas con asfaltos rebajados o con emulsiones, tambin se les determinara la influencia del agua en su comportamiento.En este mtodo el anlisis de los parmetros mencionados permite conocer o controlar las condiciones ms favorables de impermeabilidad y durabilidad de la mezcla, con lo cual se puede fijar mrgenes para evitar exceso y escasez de aglutinante. El valor de estabilidad es un ndice de la resistencia estructural de la mezcla asfltica compactada y el flujo es un indicador de su flexibilidad y perdida de resistencia a la deformacin; ambas propiedades ayudan por otra parte a juzgar las caractersticas de forma y superficie del material ptreo que integra la mezcla .El mtodo Marshall se aplica al control de todas o algunas caractersticas que el mismo involucra, segn se establezca en el proyecto.Para el diseo de mezclas asflticas se elaboran especmenes con diferentes porcentajes de asfalto, a fin de conocer cules son los que proporcionan condiciones favorables y de ellos seleccionar el contenido ptimo de asfalto o el ms conveniente, para el material ptreo estudiado con la granulometra previamente fijada. Para verificar la muestra asfltica producida en la obra, se comparan las caractersticas de granulometra, contenido en el asfalto y peso volumtrico de la mezcla compactada, con los obtenidos siguiendo todo el proceso de diseo que se describe; sin embargo cuando haya discrepancias significativas entre los datos mencionados, se moldearn especmenes con la mezcla producida en la obra, a los que les determinar su estabilidad, flujo y porcentaje de vacios, para verificar si cumplen con los requisitos que al respecto establece el proyecto.a) El equipo y el material necesarios para efectuar esta prueba son los siguientes:

Seis moldes metlicos para compactacin, con dimetro interior de ciento uno punto seis mas menos cero punto un (101.6+ 0.1) milmetros y altura de ochenta y siete punto tres (87.3) milmetros , Figura Nm. 81.

Extensin o collarn y una placa de base, ambas para acoplarse indistintamente en los dos (2) extremos de los seis (6) moldes, Figura Nm. 81.

Pedestal de compactacin consistente en un bloque de madera, con peso especifico relativo aproximado de cero punto setenta y dos (0.72), con seccin de veinte (20) por veinte (20) centmetros y altura de cuarenta y cinco (45) centmetros, llevando sujeta en su parte superior una (1) placa metlica cuadrada en dos punto cinco (2.5) centmetros de espesor y treinta (30) centmetros por lado, teniendo el pedestal en su parte inferior dispositivos de anclaje para fijarlo en posicin vertical sobre una losa rgida de concreto, de tal manera que la placa metlica permanezca en posicin horizontal, Figura Nm. 82.

Sujetador metlico para los moldes de compactacin, que permita mantener firmemente en posicin sobre el centro del pedestal, los cilindros montados con su base y collarn, para compactar la mezcla que contienen, Figura Nm. 82.

Pisn de compactacin con superficie circular de apisonado de noventa y ocho punto cuatro (98.4) milmetros de dimetro, teniendo una pesa deslizante de cuatro mil quinientos treinta y seis (4,536) gramos, con altura de cada de cuatrocientos cincuenta y siete punto dos (457.2) milmetros Figura Nm. 83.

Maquina de prueba Marshall con capacidad de tres mil (3,000) kilogramos accionada con motor elctrico, equipada con mordazas semicirculares para aplicar cargas a los especmenes de prueba a una velocidad constante de 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 Figura Nm. 84 y 85.

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.

Dispositivo para extraer los especmenes del molde.

Mezclador mecnico, con los tazones de dos (2) litros de capacidad como mnimo y agitadores de esptula, que cuenten con dispositivos termosttico adecuado para mantener la temperatura de mezclado.

Bao de agua o tanque de saturacin con control termosttico que mantenga una temperatura entre veinte y ochenta grados centgrados (20-80 o C), con aproximacin de cero punto cinco grados centgrados (0.5 o C), profundidad mnima de ciento cincuenta (150) milmetros, falso fondo perforado y dimensiones mnimas aproximadas de cuarenta y dos (42) por treinta y dos (32) por dieciocho (18) centmetros.

Acondicionador ambiental para mantener la temperatura de las muestras de prueba a veinticinco ms menos un grado centgrado (25 + 1 o C).

Horno con temperatura controlable hasta de doscientos grados centgrados (200 o C) y aproximacin de un grado centgrado (1o C), con tiro forzado de aire y dimensiones adecuadas para contener las charolas con las muestras de materiales.Parrilla elctrica con capacidad para calentar las muestras de agregados hasta ciento cincuenta grados centgrados (150 o C), con control termosttico.

Balanza de dos (2) kilogramos de capacidad y cero punto un (0.1) gramo de sensibilidad.

Balanza de veinte (20) kilogramos de capacidad y sensibilidad de un 81) gramo.

Termmetro con cubierta de metal para registrar temperaturas de diez a doscientos grados centgrados 10 a 200 o C), con aproximacin de dos grados centgrados (2 o C).

Termmetro para el bao de agua que registre temperaturas de veinte y setenta grados centgrados (20 a 70 o C) aproximacin de cero punto dos grados centgrados (0.2 o C).

Calibrador tipo muser, con aproximacin de cero punto un (0.1) milmetro.

Equipo de uso general como charolas rectangulares, charolas redondas, cucharas de albail, cucharones, esptulas, pinzas para vasos, guantes de hule y guantes de asbesto.

Estearato de zinc, parafina, crayones.

Papel filtro de forma circular con dimetro ligeramente menor que el molde de compactacin.

b) El procedimiento de prueba es el siguiente:

B1) Previamente a la preparacin de las mezclas se determina el peso especfico relativo aparente por inmersin en cemento asfltico, del material ptreo seleccionado, siguiendo el procedimiento descrito en el inciso (010-F.02); as tambin, el del cemento asfltico de acuerdo con lo indicado en el inciso (011-c.02) de este Libro 6; este ltimo valor ser corregido mediante las correspondientes graficas peso especifico-residuo asfltico, tanto en el caso de rebajados como en el de emulsiones, para determinar el peso especifico del residuo tomado en cuenta los solventes y agua que contenga el producto bajo las condiciones de compactacin.

B2) Se determinan las temperaturas de mezclado de cada material y la compactacin de la mezcla de acuerdo con lo siguiente:

B2. A)El cemento asfltico o los rebajados se calentaran a una temperatura adecuada para obtener una viscosidad Saybolt Furol de ochenta y cinco ms menos diez (85+ 10)segundo a esta temperatura se le designa como temperatura de mezclado de los materiales y se precisar de la grafica viscosidad-temperatura, previamente determinada al material asfltico que se utilice. Cuando se empleen emulsiones, estas no debern calentarse.B2.b) El material ptreo se calentara a la temperatura de mezclado de ms diez grados centgrados (+10 o C). Cuando se utilicen emulsiones el material ptreo no se calentara y en cambio se le adicionara una humedad similar a la absorcin, de tal manera que se obtenga el mejor cubrimiento; esta humedad se precisara aplicando el procedimiento que se describe en el inciso (012-C.04) de este Captulo y ser la misma que la utilizada para elaborar en la obra de mezcla con emulsin.

B2.c) La temperatura de compactacin de la mezcla es aquella a la cual el material asfltico, bajo las condiciones en que se encuentra al terminar el mezclado, es decir, incluyendo solventes y agua si los tiene, alcanza una viscosidad Saybolt Furol de ciento cuarenta ms menos quince (140 + 15) segundos; esta temperatura tambin se puede determinar de la grafica viscosidad-temperatura del asfalto producto utilizado, bajo las condiciones referidas.

B3) La preparacin de las mezclas de prueba para fines de diseo se lleva a cabo siguiendo el procedimiento que se describe en el subprrafo b1) prrafo b) del inciso (012- C.04), con la cantidad necesaria de material ptreo para que el espcimen tenga una altura aproximada de sesenta y tres punto cinco (63.5) milmetros; mil cien (1,100) gramos de material ptreo generalmente puede resultar adecuados. Las proporciones de cemento asfaltico que se deben utilizar para elaborar estas mezclas se definen con base en el contenido ptimo aproximado, determinado mediante la aplicacin del procedimiento que se describe en el prrafo b) del inciso (012- C.03) de este captulo y de acuerdo con lo siguiente:

B3.a) Las mezclas se preparan por triplicado, cada una para elaborar un espcimen, con los siguientes contenidos de cemento asfltico:

Contenido ptimo aproximado, menos uno punto cero por ciento (-1.0%).Contenido ptimo aproximado, menos cero punto cinco por ciento (0.5%).Contenido ptimo aproximado.Contenido ptimo aproximado, ms cero punto cinco por ciento (+0.5%).Contenido ptimo aproximado, ms uno punto cero por ciento (+1.0%).Contenido ptimo aproximado, ms uno punto por ciento (+1.5%).Contenido ptimo aproximado, ms dos punto cero por ciento (+ 2.0%).Al terminar la operacin de mezclado se tendr en la mezcla la temperatura de compactacin determinada en el subprrafo b2) de este prrafo, pudiendo, para lograrlo, aplicar calor durante el mezclado y adems, en el caso de rebajados, se tendr una relacin solvente a cemento asfltico (k) de cero punto ocho (0.08) para rebajados de fraguado rpido y de cero punto doce (0.12) para rebajados de fraguado medio.Cuando se trate de mezclas elaboradas con emulsiones, se mezclaran lo suficiente para homogeneizarlas, verificando frecuentemente en el peso de la mezcla, a fin de lograr por decantacin y evaporacin sucesiva se elimine el ochenta por ciento (80%), aproximadamente, del agua y solventes que originalmente tena la emulsin agregada; la humedad que conserve la mezcla ser cercana a la ptima de compactacin y se precisara elaborando la respectiva curva peso volumtrico de la mezcla-humedad. B4) Se limpian la placa de compactacin del pisn y los moldes de compactacin y junto con el collarn, la esptula y la placa de bases respectivos, se calientan a noventa grados centgrados (90 o C), utilizado para ello un recipiente con agua calentada a dicha temperatura.

B5) Se prepara una de las mezclas de prueba de uno de los contenidos de asfalto seleccionados, siguiendo el procedimiento descrito en el subprrafo b3) de este prrafo y estando a la temperatura de compactacin indicada en el subprrafo b2) de este prrafo, se saca del bao o recipiente con agua a noventa grados centgrados (90 o C),un molde con su collarn y base se secan rpidamente y se arman sobre una mesa, poniendo en el fondo una de las hojas de papel filtro circular. Se vaca dentro de un molde de mezcla asfltica elaborada y se acomoda con la esptula, previamente calentada, introducindola quince (15) veces en la parte cercana al contacto de la mezcla con el molde, y diez (10) veces en la porcin central de la misma, para acomodarla sin que se clasifique; por ltimo, se acomoda la parte superior del espcimen procurando dejarle la superficie ligeramente abombada sobre la cual se coloca otra de las hojas de papel filtro circular.B6) A continuacin se coloca el molde con su base y collarn montados, conteniendo la mezcla de prueba, sobre el pedestal de compactacin y se ajusta el dispositivo de este que sostiene el molde; se aplica con la pesa deslizante del pisn de compactacin cincuenta (50) golpes, o bien, setenta y cinco (75) golpes, dependiendo de lo que especifique el proyecto para el tipo de transito considerado. La altura de cada de pesa ser de cuatrocientos cincuenta siete (457) milmetros, debiendo mantenerse el eje del pisn en posicin normal a la base del molde.

B7) Una vez aplicado el nmero de golpes de compactacin establecido, se libera el molde de la sujecin y se remueve el collarn; se invierte el molde conteniendo el espcimen y se ajusta sobre la placa de base, se vuelven a colocar el collarn y el dispositivo que sostiene el molde y en seguida se aplica en la otra cara del espcimen el mismo nmero de golpes que en la cara primeramente mencionada.B8) Se determina con el calibrador la altura del espcimen dentro del molde, y se anota esta en milmetros en la columna t de la hoja de registro, Figura Nm. 86. Si dicha altura no es sesenta y tres ms menos tres (63+ 3) milmetros, la cantidad de mezcla empleada en la elaboracin del siguiente espcimen deber corregirse aplicando la siguiente frmula:

En donde: Pe Es el peso corregido de la mezcla, para elaborar uno de los nuevos especmenes, en gramos.P e Es el peso del espcimen elaborado, en gramos.H e Es la altura del espcimen elaborado, en milmetros.

B9) Se separan del molde que contiene el espcimen, la placa de base y su collarn y se deja enfriar dicho espcimen en el molde, el tiempo necesario para que al ser extrado no sufra deformaciones, para lo cual se introduce en caso necesario, durante una hora, en un bao de aire o ambiente con aire acondicionado a veinticinco grados centgrados (25o C); a continuacin, utilizando el extractor de especmenes, se saca cuidadosamente el espcimen del molde y se le coloca sobre una superficie plana y horizontal, en donde permanecer en reposo a la temperatura ambiente, antes de ser probado, durante veinticuatro (24) horas aproximadamente contadas a partir de su elaboracin.

B10) Se moldean sucesivamente cada uno de los especmenes restantes del contenido de asfalto con que se inicio la prueba, siguiendo los pasos descritos en los subprrafos b5) a b9) de este prrafo y despus, en la misma forma, los dems especmenes de cada uno de los contenidos de asfalto considerados en el estudio.B11) Transcurrido el periodo de enfriamiento, se determina el peso volumtrico de cada uno de los especmenes de prueba, utilizando el mtodo de la parafina que se describe en el inciso (012-E.06) de este Captulo. Los datos obtenidos se anotan en la hoja de registro, Figura Nm. 86.

B12) A continuacin se sumergen todos los especmenes en el bao de agua, a una temperatura de sesenta ms menos un grado centgrado (60 + 1 o C) durante un lapso de treinta a cuarenta y dos (30 a 42) minutos, excepto en el caso de mezclas elaboradas con asfaltos rebajados o emulsiones, en que los especmenes, antes de ser probados, se colocan en un ambiente con aire a la temperatura de veinticinco ms menos un grado centgrado (25+ 1 o C), permaneciendo en estas condiciones durante dos horas. La determinacin de la estabilidad y flujo se iniciara a los treinta (30) minutos de inmersin, para lo cual se va extrayendo sucesivamente los especmenes de bao, debiendo sacar y probar el ltimo a los cuarenta y dos (42) minutos, de haber sido introducido en el bao.

B13) Se lubrican las guas de los cabezales de prueba, se limpian sus superficies interiores y se mantienen estos a una temperatura de treinta y cinco ms menos tres grados centgrados (35 + 3 o C), en el caso de mezclas con cemento asfaltico y de veinticinco ms menos tres grados centgrados (25+3 o C), en el caso de mezclas con rebajados o emulsiones. Se verifica que el extensmetro del anillo de carga instalado en la mquina de compresin marque cero (0) cuando no se est aplicando carga.

B14) Se saca un espcimen del bao de agua o del acondicionador de ambiente y se elimina la humedad superficial que presente, se coloca sobre el cabezal inferior y se centra en el mismo; se monta y se coloca sobre el espcimen el cabezal superior y en esta forma se lleva el conjunto a la mquina de compresin, donde se coloca y se centra.Se instala sobre la varilla gua el extensmetro para medir el flujo, se ajusta cero (0) su caratula y durante la aplicacin de la carga se sujeta por el casquillo, oprimindolo contra el cabezal.

B15) Se aplica carga al espcimen a una velocidad de deformacin constante, de cincuenta punto ocho (50.8) milmetros por minuto, hasta que presenta la carga mxima o sea la necesaria para producir la falla del espcimen a la temperatura de prueba; dicha carga es el valor de estabilidad de Marshall y se anotara en kilogramos en la columna u de la hoja de registro, Figura Nm. 86. Como antes se indico, mientras la carga se est aplicando se sostiene firmemente el extensmetro medidor de flujo sobre la varilla gua y al presentarse la carga mxima se toma la lectura correspondiente y se registra con aproximacin de cero punto un (0.1) milmetro. La deformacin del espcimen en milmetros es el valor del flujo, el cual se anota en la columna y de la hoja de registro. Todo el procedimiento para efectuar las pruebas de estabilidad y flujo del espcimen deber completarse en un periodo de treinta (30) segundos contados a partir del momento en que el espcimen se retire del bao.

B16) Se determina sucesivamente la estabilidad y flujo de cada uno de los especmenes restantes del contenido de asfalto con que se inicio la prueba, siguiendo para ello los pasos descritos en los prrafos b13) a b15) de este prrafo, despus de lo cual, aplicando este mismo procedimiento, se determinan los valores correspondientes a los especmenes de cada uno de los dems contenidos de asfaltos considerados en el estudio.

B17) Se verifica en forma sucesiva en cada espcimen del estudio de porcentaje de asfalto que realmente contiene, seleccionado para ello uno de los procedimientos que se describe en la clausula (012-I) de este Capitulo o bien, de no requerirse mucha precisin, se restar cero punto tres por ciento (0.3%) a cada uno de los contenidos de asfalto considerados al elaborar las mezclas, para corregir dichos contenidos por perdidas durante el mezclado. Los contenidos de cemento asfaltico as corregidos se anotan en la columna a de la hoja de registro.

c) La determinacin de la influencia del agua en la estabilidad y flujo de las mezclas elaboradas con cemento asfaltico quedo incluida como parte del procedimiento del diseo correspondiente y por lo que se refiere a las mezclas elaboradas con asfaltos rebajados o con emulsiones, la metodologa correspondiente se describe a continuacin:

C1) Se elaboran seis (6) especmenes de prueba con el contenido ptimo de asfalto o con la proporcin de este material que se estime necesario estudiar, para lo cual se sigue el procedimiento que corresponda de los que se indican en los subprrafos b2) a b9) prrafo b) de este inciso, excepto en lo que se refiere al nmero de muestras y a los diferentes contenidos de asfalto que son los que se fijan de acuerdo con lo indicado en este subprrafo.

C2) Transcurrido el periodo de reposo se determina el peso volumtrico de cada uno de los especmenes de prueba, utilizando el mtodo de la parafina que se indica en el inciso (012-E06) de este Capitulo y se forman dos (2) grupos de tres (3) especmenes cada uno (1), de tal manera que los promedios de los pesos volumtricos de los especmenes de cada grupo queden lo ms cercano posible del promedio general.

C3) Los especmenes de uno (1) de los grupos se colocan durante dos (2) horas en el bao de aire ajustado a una temperatura de veinticinco ms menos un grado centgrado (25+ 1 o C) y a continuacin se les determina la estabilidad y flujo a cada uno de ellos, siguiendo, de acuerdo con el tipo de mezcla asfltica , el procedimiento que se indica en los subprrafos b13) a b16) prrafo b) de este inciso y se les determina tambin el contenido de asfalto, de acuerdo con alguno de los procedimientos que se describe en la Clusula (012-I) de este Captulo.

C4) Los especmenes del otro grupo se sumergen durante cuatro (4) das en el bao de agua, a una temperatura de veinticinco ms menos un grado centgrado (25 + 1 o C) y al cumplirse dicho periodo, se les determina su estabilidad, flujo contenido de asfalto, de acuerdo con lo que se indica en los subprrafos b13) a b17) prrafo b) de este inciso, y con el tipo de mezcla asfltica.

d) En esta prueba se calcula y reporta lo siguiente:

D1) Se determina el peso especfico terico mximo de cada una de las mezclas asflticas consideradas en el estudio, de acuerdo con lo que se indica en el inciso (012-E.01) y los datos obtenidos se anotan en la columna k de la hoja de registro, Figura Nm. 86.

D2) Se calcula el porcentaje de vacios del material ptreo, VAM, de cada uno de los especmenes elaborados de acuerdo con lo que se describe en el inciso (012-E.01) y los datos obtenidos se anotan en la columna p de la hoja de registro Figura Nm.86.

D3) Se calcula el porcentaje de vacios de la mezcla compactada, que forma cada uno de los especmenes, siguiendo el procedimiento que se describe en el inciso (012-E.01) , y los datos obtenidos se anotan en la columna n de la hoja de registro, Figura Nm. 86.

D4) Se corrigen los valores de estabilidad de los especmenes que hayan resultado con altura diferente de sesenta y tres punto cinco (63.5) milmetros, utilizando para ello los factores que correspondan a la Tabla XVI y los datos corregidos se anotan en la columna w de la hoja de registro, Figura Nm. 86.

D5) Se calcula y reporta el porciento de estabilidad retenida por la mezcla asfltica, es decir la que conserva despus de someterla a saturacin en agua a veinticinco grados centgrados (25 o c), mediante la siguiente frmula:

100E r = E P E PS

E P En donde: E r Es la estabilidad retenida por la mezcla asfltica, en por ciento. E P Es el promedio de los valores de estabilidad de los especmenes no sumergidos en el agua, en kilogramos.E PS Es el promedio de los valores de estabilidad de los especmenes sumergidos en agua, en kilogramos.

D6) Se determina para cada serie de especmenes correspondiente a un mismo porcentaje, la proporcin de asfalto que contiene, el peso volumtrico, el porcentaje de vacios del material ptreo, porcentaje de vacios de mezcla compactada, estabilidad y flujo, se desechan los datos de aquellos especmenes que no cumplan con las siguientes tolerancias, respecto a los promedios correspondientes de cada serie:

Ms menos cinco por ciento (+ 5%) del contenido de asfalto.

Ms menos dos por ciento (+ 2%) del peso volumtrico.

Ms menos veinte por ciento (+ 20%) del flujo.

TABLA XVI FACTORES DE CORRECCION PARA LOS VALORES DE ESTABILIDAD MARSHALLAltura aproximada del espcimen, en milmetrosFactor de correccin

505152535455565758596061626364656667686970

1.511.461.411.361.321.271.231.201.161.131.101.071.041.010.990.960.940.910.890.870.85

NOTA: Multiplicando la estabilidad medida en espcimen por el factor de correccin. Se obtiene la estabilidad corregida para un espcimen de 63.5 milmetros de altura.

D7) Utilizando los promedios de los valores que no excedan las tolerancias indicadas en el subprrafo d6) anterior, se dibujan las graficas que a continuacin se indica, en formas como las de la Figura Nm. 87.Peso volumtrico-Proporcin de asfalto.

Porciento de vacios de la mezcla-Proporcin de asfalto.

Por cientos de vacios del material ptreo-Proporcin de asfalto.

Estabilidad-Proporcin de asfalto.

Flujo-Proporcin de asfalto.

D8) De cada grafica se define cual es el contenido de asfalto que mejor satisface los requisitos de proyecto para cada una de las caractersticas que se graficaron y se promedian dichos contenidos.

D9) Se define el contenido ptimo de asfalto ajustado el promedio determinado como se indico en el subprrafo d8) anterior, de tal forma que se cumplan con todos los requisitos del proyecto, incluyendo el de estabilidad retenida por inmersin en agua a veinticinco grados centgrados (25 o c); retenida no se ilustra grficamente.

e) En esta prueba debern tenerse las siguientes precauciones:

E1) Que en todos los pasos de la prueba la temperatura se ajuste a los valores establecidos.

E2) Verificar que la superficie cilndrica interior de los cabezales en prueba o mordazas corresponda a una de cincuenta punto ocho (50.8) milmetros.