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CONSISTENCIA DE LOS DISEÑOS DE MEZCLA SEGÚN LA METODOLOGÍA MARSHALL
Ing. Wendy Sequeira Rojas, MSc
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Lanamme, Universidad de Costa Rica San José, Costa Rica [email protected]
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Ing. Víctor Cervantes Calvo
Lanamme, Universidad de Costa Rica San José, Costa Rica [email protected]
Contenido
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Parámetros de diseño de mezcla asfáltica en caliente.
Metodología para el análisis de la consistencia de los diseños de mezcla.
Casos de Estudio.
Conclusiones.
Parámetros de Diseño de Mezcla Asfáltica en Caliente
Parámetros de Diseño
• Algunos parámetros de diseño típicos que se consideran dentro de la metodología Marshall se definen en la fase de función del tránsito estimado durante operación de la carretera.
Parámetro de diseño
Compactación (número de golpes por cada lado del espécimen) Estabilidad, N (kgf) Flujo, 1/100 pulg (1/100 cm) Vacíos al aire, % Vacíos en el agregado mineral (VMA),% Vacíos llenos con asfalto (VFA),%
Tráfico Liviano (ESAL<10 4 ) Tráfico Medio (10 4
35 50 75 3.336 (450) 8 a 18 (20 a 45) 3 a 5 5.338 (550) 8 a 16 (20 a 40) 3 a 5 8.006 (800) 8 a 16 (20 a 35) 3 a 5 En función del tamaño máximo nominal 70 a 80 65 a 78 65 a 75
Parámetros de Diseño
• • Internacionalmente, los parámetros Marshall se adecuan a las solicitaciones de tránsito que experimentará la carretera.
En las especificaciones costarricenses vigentes, los parámetros no varían de acuerdo con el tránsito esperado, sino con el uso que se le vaya a dar a la mezcla, diferenciando entre bacheo en rutas con tratamiento superficial, o con capas y sobrecapas asfálticas.
Parámetros de Diseño
Parámetro de diseño
Compactación (número de golpes por cada lado del espécimen) Estabilidad método Marshall, kgf Estabilidad método Marshall modificado, kgf Flujo método Marshall, 1/100 cm Flujo método Marshall modificado, 1/100 cm Vacíos al aire, % Vacíos en el agregado mineral (VMA),% Vacíos llenos con asfalto (VFA),% Relación polvo/asfalto efectivo
Mezcla asfáltica para bacheo en rutas con tratamiento superficial Tipo 401 (1) Mezcla asfáltica para capas o sobrecapas y bacheo en superficies de ruedo en concreto asfáltico Tipo 401 (2)
50 75 550 1.240
20 a 45 30 a 67,5 800 1.800
20 a 35 30 a 52,5 3 a 5 3 a 5 En función del tamaño máximo nominal 65 a 78 En función de ESAL No se especifica 0,6 a 1,3
Parámetros de Diseño
• Para el caso del parámetro VFA se consideran rangos diferentes de ESAL (ejes equivalentes de 8,2 ton); definiendo valores menores a 0,3 x 10 6 para tráfico liviano, valores entre 0,3 x 10 6 y 3 x 10 10 6 6 para para tráfico medio y valores mayores a 3 x tráfico pesado.
Metodología para el análisis de la consistencia de los diseños de mezcla
Metodología para análisis de diseño
• • La normativa costarricense establece requisitos que debe cumplir la mezcla los asfáltica en caliente.
El cumplimiento integral de los requisitos establecidos en el procedimiento de diseño Marshall, no sólo constituye una obligación contractual sino que define las pautas de producción que se deben seguir para producir mezcla asfáltica con la calidad contractualmente pactada.
•
Metodología para análisis de diseño
El cumplimiento integral se refiere a que todos los parámetros Marshall deben cumplirse dentro de la totalidad del rango óptimo de contenido de asfalto establecido en el diseño de mezcla asfáltica.
• Si el contenido óptimo de asfalto estimado en el diseño es de 5,0%; la metodología Marshall indica que dentro del rango óptimo ±0,5 (de 4,5% a 5,5%) todos los criterios de diseño deben cumplir con las especificaciones.
• En caso contrario, se debe: − Indicar el rango esperado en el cual se logre alcanzar dicha condición o − Reformular el significativas.
diseño si las reducciones en el rango son
Metodología para análisis de diseño
• Por medio del Técnica del análisis realizado por la Auditoría Lanamme, se determina comportamiento individual de cada el parámetro dentro del rango óptimo de contenido de asfalto con el fin de evaluar si existe el
riesgo potencial.
Metodología para análisis de diseño
• • •
Riesgo potencial:
probabilidad de incumplir alguno de los parámetros durante el proceso de producción de mezcla asfáltica.
El riesgo potencial podría no verse reflejado en aquellos casos en donde el diseño de mezcla muestra una
reducción pequeña del rango de asfalto
y existe un
excelente control
del proceso productivo.
En aquellos diseños de mezcla en donde la
del rango de asfalto es alta
y el
restricción proceso productivo es muy variable,
el
riesgo es muy alto
ya que la materialización de los incumplimientos señalados es inminente.
Metodología para análisis de diseño
• Como primer paso se reproducen los metodología Marshall gráficos de la
Metodología para análisis de diseño
• • Estos gráficos permiten determinar el rango de contenido de asfalto dentro del cual los parámetros de diseño Marshall cumplen con las especificaciones (en adelante rango óptimo).
Una vez analizados los rangos del contenido de asfalto en que los parámetros de diseño cumplen las especificaciones, se establecen los valores mínimos de cada uno de los parámetros dentro el rango óptimo.
máximos y
Parámetro
Estabilidad, kg Flujo, 1/100 cm Contenido de vacíos, % Relación Polvo/asfalto VMA VFA tránsito liviano VFA tránsito medio VFA tránsito pesado
Metodología para análisis de diseño
Límites de especificación Contenido de asfalto Óptimo 0,5% Óptimo
5,75%
Óptimo + 0,5%
5,25% 6,25%
Cumpli miento
Mayor a 800 20 40 5 3 1.633
32
5,1 (a)
1.752
35 4,1 1.787
37 3,3 SI SI NO 1,3 0,6 Mayor a 14 70 80 65 65 78 75 1,1 15,7
68 (b)
68 68 1,0 15,6 74 74 74 0,9 15,8 79
79 (c) 79 (d)
SI SI NO NO NO Nota: El cumplimiento se obtiene cuando el porcentaje de asfalto es (a) 5,29% (b) 5,43% (c) 6,13% y (d) 5,84%
VFA Polvo Asfalto VMA % Vacíos Flujo Estabilidad
Metodología para análisis de diseño
Cumplimiento de requisitos
más de 3E6 de Ejes Equivalentes
% asfalto
•
Metodología para análisis de diseño
El rango se restringe en un 45% para lograr cumplir las condiciones indicadas, ya que habría que reducir la tolerancia permitida de 0,5 a solo +0,09 por encima del óptimo de asfalto (41% de reducción de la tolerancia total) y por debajo, quedaría en -0,46 (4% de reducción de la tolerancia total), aproximadamente.
• En el caso de este ejemplo, los contenido de parámetros de vacíos de la mezcla y vacíos llenos de asfalto (VFA) están restringiendo el rango óptimo, lo cual no asegura la calidad solicitada en el contrato de la mezcla asfáltica producida.
Casos de Estudio
Metodología para análisis de diseño
• • Desde el año 2006, la Unidad de Auditoría Técnica del LanammeUCR ha implementado esta metodología para la revisión de diseños de mezcla asfáltica en caliente.
A través de este periodo de tiempo se ha evidenciado que el contenido óptimo de asfalto para el cual todos los parámetros volumétricos y de desempeño cumplen, se ve reducido significativamente.
•
Metodología para análisis de diseño
Rangos del contenido óptimo de asfalto según los diseños de mezcla analizados por la Auditoría Técnica del Lanamme
•
Metodología para análisis de diseño
Número de incumplimientos en los parámetros de diseño Marshall
•
Metodología para análisis de diseño
La Auditoría Técnica del LanammeUCR se ha dado a la tarea de examinar resultados de ensayo de la mezcla asfáltica realizados por los laboratorios de control de calidad de los contratistas que ejecutan proyectos viales.
• Periódicamente se elaboran gráficos de control para detectar incumplimientos y visualizar tendencias del proceso productivo con el fin de correlacionar el realizado al análisis diseño de mezcla con las gráficas y determinar con certeza si el potencial riesgo observado en el diseño, se materializa durante el proceso productivo.
• Ejemplo de
Metodología para análisis de diseño
gráficos de control elaborados a partir de los resultados de control de calidad de los proyectos viales en Costa Rica 9,0 8,0 Vacios de MAC Limite inferior (3%) Limite superior (3%) 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0
Fecha
• Ejemplo de
Metodología para análisis de diseño
gráficos de control elaborados a partir de los resultados de control de calidad de los proyectos viales en Costa Rica VFA Limite inferior (65%) Limite superior (78%) 74 72 70 68 66 64 62 60 90 88 86 84 82 80 78 76
Fecha
• Ejemplo de
Metodología para análisis de diseño
gráficos de control elaborados a partir de los resultados de control de calidad de los proyectos viales en Costa Rica 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 P/A Limite inferior (0,6%) Limite superior (1,3%)
Fecha
Conclusiones
• • La Auditoría implementado una Técnica del LanammeUCR ha metodología para revisar los diseños de mezcla presentados a la Administración con el objetivo de analizar su consistencia con respecto a la metodología Marshall.
Dicha metodología ha permitido evidenciar que existen restricciones relacionadas con el rango de contenido de asfalto, lo cual incumplir los podría causar un riesgo potencial de parámetros de diseño durante el proceso de producción definidos en la disposiciones viales costarricenses para la metodología Marshall y requisitos de la mezcla asfáltica.
Conclusiones
• La a recomendación que ha realizado la Auditoría Técnica través de sus informes ha sido la de implementar un procedimiento
integral
del que permita realizar una
revisión
diseño de mezcla asfáltica que se presenta a la Administración, para corroborar que los parámetros volumétricos de la mezcla se cumplen en todo el rango de contenido de asfalto propuesto para la producción, o por lo menos advertir que el una diseño de mezcla posee restricción que se debe considerar al momento de la producción de mezcla asfáltica; todo esto con el
propósito principal de garantizar la calidad de la mezcla asfáltica que se produce en dicho diseño.
Muchas Gracias!
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