CONSISTENCIA DE
LOS DISEÑOS DE
MEZCLA SEGÚN LA
METODOLOGÍA
MARSHALL
Ing. Wendy Sequeira Rojas, MSc.
Lanamme, Universidad de Costa Rica
San José, Costa Rica
[email protected]
•
Ing. Víctor Cervantes Calvo
Lanamme, Universidad de Costa Rica
San José, Costa Rica
[email protected]
Contenido
•
•
•
•
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 función del tránsito estimado durante
la fase de 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
Tráfico Medio
(ESAL<104)
(104<ESAL<106)
Tráfico
Pesado
(ESAL>106)
35
50
75
3.336 (450)
5.338 (550)
8 a 18 (20 a 45)
8 a 16 (20 a 40)
3a5
3a5
8.006 (800)
8 a 16 (20 a
35)
3a5
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
800
1.240
1.800
20 a 45
20 a 35
30 a 67,5
30 a 52,5
3a5
3a5
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 106
para tráfico liviano, valores entre 0,3 x 106 y 3 x
106 para tráfico medio y valores mayores a 3 x
106 para tráfico pesado.
Metodología para el
análisis de la
consistencia de los
diseños de mezcla
Metodología para
análisis de diseño
•
•
La normativa costarricense establece los
requisitos que debe cumplir la mezcla 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 diseño si las reducciones en el rango son
significativas.
Metodología para
análisis de diseño
•
Por medio del análisis realizado por la Auditoría
Técnica del Lanamme, se determina el
comportamiento individual de cada 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 restricción
del rango de asfalto es alta y el 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 gráficos de la
metodología Marshall
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 máximos y
mínimos de cada uno de los parámetros dentro el rango
óptimo.
Metodología para
análisis de diseño
Contenido de asfalto
Parámetro
Límites de Óptimo especificación 0,5%
5,25%
Estabilidad, kg
Mayor a 800
Flujo, 1/100 cm
20
Contenido de
vacíos, %
Relación
Polvo/asfalto
Óptimo
5,75%
Óptimo + Cumpli
miento
0,5%
6,25%
1.633
1.752
1.787
SI
40
32
35
37
SI
5
3
5,1 (a)
4,1
3,3
NO
1,3
0,6
1,1
1,0
0,9
SI
VMA
Mayor a 14
15,7
15,6
15,8
SI
VFA tránsito liviano
70
80
68 (b)
74
79
NO
VFA tránsito medio
65
78
68
74
79 (c)
NO
VFA tránsito pesado
65
75
68
74
79 (d)
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%
Metodología para
análisis de diseño
Cumplimiento de requisitos
más de 3E6 de Ejes Equivalentes
VFA
Parámetros Marshall
Polvo Asfalto
VMA
% Vacíos
Flujo
% asfalto
6,4
6,25
6,2
6,0
5,84
5,8
5,75
5,6
5,4
5,29
5,25
5,2
5,0
4,8
Estabilidad
•
•
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 parámetros de
contenido 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 análisis
realizado al diseño de mezcla con las gráficas y
determinar con certeza si el potencial riesgo observado
en el diseño, se materializa durante el proceso
productivo.
08/01/2007
13/01/2007
18/01/2007
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06/08/2007
11/08/2007
% de vacíos
•
Metodología para
análisis de diseño
Ejemplo de gráficos de control elaborados a partir de los
resultados de control de calidad de los proyectos viales en
Costa Rica
9,0
Vacios de MAC
8,0
Limite inferior (3%)
Limite superior (3%)
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
Fecha
08/01/2007
13/01/2007
18/01/2007
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17/02/2007
22/02/2007
27/02/2007
04/03/2007
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18/04/2007
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13/05/2007
18/05/2007
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28/05/2007
02/06/2007
07/06/2007
12/06/2007
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22/06/2007
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02/07/2007
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12/07/2007
17/07/2007
22/07/2007
27/07/2007
01/08/2007
06/08/2007
11/08/2007
VFA (%)
•
Metodología para
análisis de diseño
Ejemplo de gráficos de control elaborados a partir de los
resultados de control de calidad de los proyectos viales en
Costa Rica
90
88
86
84
82
80
78
76
74
72
70
68
66
64
62
60
VFA
Limite inferior (65%)
Limite superior (78%)
Fecha
Ejemplo de gráficos de control elaborados a partir de los
resultados de control de calidad de los proyectos viales en
Costa Rica
2,2
2,1
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
P/A
Limite inferior (0,6%)
Fecha
07/02/2007
02/02/2007
28/01/2007
23/01/2007
18/01/2007
13/01/2007
08/01/2007
03/01/2007
29/12/2006
24/12/2006
19/12/2006
14/12/2006
09/12/2006
04/12/2006
29/11/2006
24/11/2006
19/11/2006
14/11/2006
09/11/2006
04/11/2006
30/10/2006
Limite superior (1,3%)
25/10/2006
Polvo/Asfalto
•
Metodología para
análisis de diseño
Conclusiones
•
•
La Auditoría Técnica del LanammeUCR ha
implementado una 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 podría causar un riesgo potencial de
incumplir los 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 recomendación que ha realizado la Auditoría Técnica
a través de sus informes ha sido la de implementar un
procedimiento que permita realizar una revisión
integral del 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 diseño de mezcla posee
una 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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[email protected]
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10.00 A 10.15 IAG371-1