Cómo acelerar Marshall y Superpave

Primer polígono de la historia, planteado por Norman McLeod en 1956.

Como ya explicamos antes en el artículo "Niveles de diseño para mezclas asfálticas", diseñar una mezcla asfáltica comprende tres pasos, 1) seleccionar el ligante y los agregados, 2) hacer el análisis volumétrico y, finalmente, 3) medir el desempeño.

Aunque la gran mayoría de los diseños de mezclas asfálticas en el mundo solo hacen los primeros dos pasos y en el tercero se limitan a realizar pruebas que de forma directa no reportan ningún parámetro mecánico que pueda ser utilizado en el diseño mecanicista de pavimentos, con toda seguridad a cualquier proyectista le gustará acortar los tiempos de diseño (obteniendo obviamente los mismos resultados); sobre todo en ambientes altamente competitivos como en el de la industria de los modificantes para asfaltos, donde cada día ahorrado en entregar la respuesta a un cliente suma grandemente en ganar su confianza.


 

Para «acelerar», que significa aquí acortar el tiempo de respuesta en el diseño de mezclas asfálticas RAMCODES desarrolló desde 2001 una herramienta analítica llamada polígono de vacíos (en los artículos en inglés aparece como «polyvoids») que específicamente acorta el tiempo en el paso de análisis volumétrico, y se aplica de manera exitosa tanto en Marshall como en Superpave (porque esencialmente es el mismo análisis volumétrico).

Por definición, el polígono de vacíos es el área más grande, dentro del espacio contenido de asfalto (P_b) versus peso unitario bulk (G_mb), donde se cumplen simultáneamente todas las especificaciones de vacíos. Esta técnica obtiene un contenido óptimo de asfalto, también llamada fórmula de trabajo, únicamente a partir de las especificaciones de vacíos. 

Para construir un polígono de vacíos se utilizan las fórmulas matemáticas de las definiciones de vacíos, es decir, vacíos de aire, vacíos en el agregado mineral, y vacíos llenados con asfalto, que aparecen en los conocidos manuales MS-2 y SP-2 del Instituto Norteamericano del Asfalto. Los vértices del polígono surgen de la intersección de las curvas correspondientes a los niveles máximo y mínimos requeridos por las especificaciones de vacíos. El contenido óptimo de asfalto del polígono se obtiene como el centroide del área producida por estas intersecciones.

Una vez que se tiene automatizado el algoritmo para el cálculo del polígono, la única información necesaria para introducir son los pesos específicos bulk y efectivo de la combinación de agregados (Gsb y Gse, respectivamente), el peso específico del ligante asfáltico utilizado, y los valores máximo y mínimos especificados para las definiciones de vacíos.

Tanto Marshall como Superpave comparten las fórmulas del análisis volumétrico (que son las mismas que usa el polígono), y ambos usan tres de las seis curvas típicas de diseño (construidas a partir del ensayo de 12 o 15 pastillas) para encontrar el contenido óptimo de asfalto. En palabras llanas, el polígono lo que hace es resumir esas tres curvas en un solo gráfico pero sin preparar una sola briqueta o pastilla, solo bastan las llamadas gravedades específicas y los límites de las especificaciones de vacíos, de allí la llamada «aceleración».

Una vez que se obtiene el contenido óptimo de asfalto por el polígono de vacíos, entonces se elaboran tres briquetas con dicho contenido de asfalto la combinación de agregados estudiada, compactándolas con el método y energía establecidas por el diseño, para, finalmente, con el peso unitario conseguido, verificar si el promedio de estas tres briquetas cumple tanto con las especificaciones de vacíos como con los parámetros mecánicos o pseudomecánicos exigidos por la agencia o institución solicitante.

Estos son cinco hechos importantes para recordar sobre el polígono de vacíos:

1. Es una técnica matemática basada en las formulaciones de definiciones de vacíos que son compartidas tanto por Marshall como por Superpave.
2. El contenido óptimo de asfalto producido por el polígono de vacíos es básicamente similar al que se obtiene con el diseño Marshall, y lo mismo es válido para diseño Superpave.
3. Si la mezcla no cumple con las especificaciones de vacíos en Marshall o en Superpave, tampoco las cumple en el polígono de vacíos.
4. El polígono produce el mismo resultado de diseño que Marshall o Superpave pero con entre un quinto u un cuarto del número de pastillas o briquetas necesarias.
5. El ahorro proveniente de la aceleración de los resultados no solo es para los proyectistas de mezclas asfálticas, sino también para los investigadores que afirman que aplicando la técnica del polígono de vacíos pueden evaluar entre cuatro y cinco combinaciones diferentes de agregados con los mismos recursos y tiempo que emplearían al aplicar los métodos Marshall o Superpave en su forma convencional.

 

Finalmente, el polígono de vacíos se puede aplicar programando su formulación en una hoja de cálculo, o bien utilizando el módulo de software gratuito llamado «Polyvoids calculator» al que se accede registrándose en el portal www.ramcodes.com. Su utilización se aprende de forma muy rápida y sencilla viendo el corto tutorial en www.youtube.com/RAMCODES.

La intención de este autor es que el polígono de vacíos pase de ser una curiosa atracción, por el impacto que produce en los que lo utilizan la primera vez, a sustituir el procedimiento tradicional de determinación del contenido óptimo de asfalto en el procedimiento Marshall y en el nivel básico del método Superpave.

Si el lector estuviera interesado en más información sobre esto, nos puede escribir a info@ramcodes.com para enviarle sendos PDF con un artículo en el ASCE Journal of Materials in Civil Engineering y una presentación sobre dicho artículo.

En este corto vídeo podrá apreciar, amable lector, la explicación de los beneficios del polígono de vacíos. Beneficios de RAMCODES

Freddy J. Sánchez-Leal

@ramcodesCEO