cbr y marshall(pavimentos)

7/28/2019 Cbr y Marshall(Pavimentos)

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PRACTICAS DE LABORATORIO

PAVIMENTOS

Presentado como requisito a la asignatura de

Ing.JOSE FERNANDO GARCIA MUOZ

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

PAVIMENTOS

01 DE JUNIO DEL 2013

BOGOTA D.C


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PAVIMENTOS

Presentado Por:

Jenny Paola Rodrguez 502490

Gustavo Andrs Snchez 502650

George Arias Medina 502486

Leonel Ordua 502809

Wilson Galvis 502753

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

PAVIMENTOS

01 DE JUNIO DEL 2013

BOGOTA D.C


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PAVIMENTOS

Tabla de contenidoMARSHALL .................................................................................................................................................................

1. Introduccin ..................................................................................................................................................... 4

2. Objetivos ............................................................................................................................................................ 5

3. Marco Terico ................................................................................................................................................ 6

4. Equipos .............................................................................................................................................................. 7

5. Procedimiento ................................................................................................................................................. 8

6. Datos y Resultados ...................................................................................................................................... 17

7. Anlisis de Resultados ............................................................................................................................... 21

8.

Conclusiones ................................................................................................................................................ 22CBR ..............................................................................................................................................................................1. Introduccin .................................................................................................................................................. 24

2. Objetivos ......................................................................................................................................................... 25

3. Marco Terico ............................................................................................................................................. 26

4. Planteamiento .............................................................................................................................................. 27

5. Procedimiento .............................................................................................................................................. 10

6. Resultados ..................................................................................................................................................... 12

7. Conclusiones ................................................................................................................................................ 13

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................................... 56


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PAVIMENTOS

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MARSHALL

1. INTRODUCCIONEl asfalto es un material de petrleo lquido de color negro pardusco que se endurece al enfriarse.

En este informe se demuestra de forma detallada el ensayo Marshall, los equipos y materiales

utilizados, el procedimiento y los clculos respectivos.

El ensayo de laboratorio Marshall desarrolla un mejor criterio para determinar el contenido

ptimo de asfalto en la etapa de diseo. Este ensayo de laboratorio se realiz de acuerdo a las

normas de ensayos de materiales especificadas por el INVIAS, dado que toda obra de ingeniera

debe cumplir con los estndares de dicha entidad


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PAVIMENTOS

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2. OBJETIVOS2.1. OBJETIVO GENERAL

Disear una mezcla asfltica densa en caliente y obtener una frmula de trabajo

correspondiente, mediante el mtodo Marshall de manera tal que se consiga cumplir con

los requisitos mnimos de calidad de un pavimento

2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el porcentaje ptimo de asfalto para realizar una mezcla con materiales finos

y granulares para la realizacin de briquetas.

Calcular los diferentes porcentajes de vacos y las gravedades especficas delas briquetas

realizadas.

Reconocer correctamente el procedimiento a seguir para que no hayan errores posibles

durante el ensayo


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PAVIMENTOS

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3. MARCO TEORICOEl concepto del mtodo Marshall para diseo de mezclas de pavimentacin fue formulado por

Bruce Marshall, Ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. Elcuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a travs de una extensiva investigacin y estudios de

correlacin, mejor y adicion ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y desarrollo

un criterio de diseo de mezclas. El ensayo fue normalizado como ASTMS 1559.

Una de las virtudes del Mtodo Marshall es la importancia que se asigna a las propiedades

densidad/vacos del material asfaltico. Este anlisis garantiza que las importantes proporciones

volumtricas de los componentes de la mezcla estn dentro de rangos adecuados para asegurar

una mezcla durable.

Este ensayo consiste en la fabricacin de probetas cilndricas de 4" de dimetro y 2" de altura,

rompindolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y flujo.

Tambin se calculan los porcentajes de vacos de las mezclas fabricadas, se determina previamente

las gravedades especficas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del

ensayo de rotura, de acuerdo con las normas INVIAS.

Este ensayo busca determinar el contenido ptimo de asfalto para una gradacin de agregados

dada o preparada, para esto se deber elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de

asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes valores obtenidos despus de ser ensayadas,

permitan determinar ese valor "ptimo".

El procedimiento se inicia con la preparacin de probetas de ensayo, para lo cual los materiales

propuestos deben cumplir con las especificaciones de granulometra y dems, fijadas para el

proyecto. Adems, se deber determinar previamente la gravedad especfica Bulk de los agregados,

as como la gravedad especfica del asfalto, y se deber efectuar un anlisis de Densidad- Vacos

de las probetas compactadas.


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PAVIMENTOS

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4. EQUIPO PARA EL ENSAYO Juego de elementos para ensayo Marshall, que incluye molde de compactacin especial de 4

pulgadas de dimetro y 3 de altura con su collar de extensin, martillo de compactacin conuna zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de dimetro, peso de 10 libras y altura de cada de

18 pulgadas, pedestal de compactacin firmemente anclado al piso, prensa de ensayo y

mordazas para ensayo con sus guas.

Otros elementos tales como calentadores, termmetros, estufa, bandejas metlicas, bao

Mara, extractores de muestras, etc.


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PAVIMENTOS

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5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO5.1. Nmero de muestrasSe prepararon tres muestras para cada combinacin de agregados y contenido de cemento

asfltico elegido. Tanto los agregados como el asfalto debern cumplir individualmente lasespecificaciones correspondientes a ellos.

5.2. Preparacin de los agregadosEn primer trmino, se secan a 110C hasta peso constante. Como casi nunca es posible obtener un

agregado que cumpla con los requisitos granulomtricos exigidos, deber hacerse una

combinacin con los disponibles. En el laboratorio se trabaj con la siguiente gradacin y

porcentajes de agregados que se dividi en tres grupos:

Fotografa 1 Combinacin de Agregados de 4.5% Fotografa 2 Combinacin de Agregados de 5%

Fotografa 3 Combinacin de Agregados de 6%


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PAVIMENTOS

9

5.3. Preparacin de las mezclasElaborar cada probeta se debern mezclar las cantidades necesarias de cada fraccin de agregados

y cemento asfltico para alcanzar dicho peso. Como en los 1200 gramos habr un 4% de cemento

asfltico, el 96% los componen los agregados ptreos y por ende, se emplear un 96% de cada

fraccin. En la bandeja de mezcla deber colocarse la cantidad indicada de cada fraccin de

agregado a la temperatura especificada, mezclndose stas rpidamente y abrindose un crter

dentro del cual se aade la cantidad calculada de cemento asfltico.

4,5 143 275 361 562 722 934 1029 1077 1145 54 1199

5 143 274 359 560 718 925 997,5 1072 1140 60 1194

6 141 271 355 553 711 920 987,1 1060 1128 72 1182

40 80 200 CANTIDADASFALTOPESO

TOTALFinosPORCENTAJE DE

ASFALTO 4 10

Tabla 1 Gradacin de Agregados

Fotografa 4 Separacin de Agregados por Tamices


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PAVIMENTOS

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Este procedimiento se repite para las otras dos muestras que se van a preparar con el mismo

porcentaje de cemento asfltico.

Fotografa 5 Adicin de Cemento Asfaltico a cada fraccin de Agregados

Fotografa 6 Mezclado del Cemento Asfaltico y los Agregados


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PAVIMENTOS

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5.4. Compactacin de las mezclas Antes de colocar la mezcla dentro del molde, tanto ste como el pisn de compactacin

deben limpiarse con gasolina o kerosene y colocarse a estufa entre 100 y 150C por unos

30 minutos.

Al retirarlo de la estufa, se arma el molde, se le coloca su base y collar de extensin y se le

coloca un falso fondo, previamente untado con aceite, colocando luego de manera rpida

dentro de l, la mezcla de1200 gramos, la cual debe emparejarse con una esptula o

palustre caliente.

A continuacin, se sujeta el molde con el aro de ajuste que tiene para tal efecto, se coloca

en el pedestal de compactacin, se apoya sobre la mezcla la zapata del pisn y se aplican

75 golpes a cada libre y cuidado que el vstago del pisn se mantenga siempre vertical.

Terminada la aplicacin del nmero de golpes requerido, se retira el molde del dispositivo

de ajuste, se le quita la placa de base y el collar de extensin, se invierte el molde y se

vuelve a montar el dispositivo, aplicando el mismo nmero de golpes a la que ahora es la

cara superior de la muestra.

Se retira el molde del pedestal, se le quita el collar y la base y se deja enfriar a la

temperatura ambiente.

Fotografa 7 Mezclado del Cemento Asfaltico y los Agregados


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PAVIMENTOS

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Se le coloca al molde el collar de extensin y se saca de l la probeta compactada, la cual

debe identificarse marcndola en cada cara con una crayola.

Fotografa 8 Mezcla en molde compactador

Fotografa 9 Martillo compactador 75 Golpes por ambos lados de la Briqueta


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PAVIMENTOS

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Fotografa 10 Briqueta compactada 4.5 %

Fotografa 11 Briqueta compactada 5 %

Fotografa 12 Briqueta compactada 6 %


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PAVIMENTOS

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5.5. Ensayo de probetas compactadasEn el mtodo de ensayo Marshall, cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos en

el orden indicado:

a) Determinacin del peso especfico bulkb) Ensayo de estabilidad y flujo

c) Anlisis de densidad de vacos

5.5.1. Determinacin del peso especfico bulk de las probetas compactadas.El peso especfico bulk de una probeta compactada es la relacin entre su peso en el aire y su

volumen incluyendo los vacos permeables. Como la probeta tiene una textura superficial densa e

impermeable, su peso especfico bulk se determina mediante la expresin:

Dnde:

Wa = peso de la probeta seca en el aire

Ww = peso de la probeta en el agua

Ww = WwcWc; donde:

Wwc = peso de la probeta en el agua ms la canasta

Wc = peso de la canasta = 1115 gr.

Wss = peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca

5.5.2. Ensayo de estabilidad y flujoEl procedimiento que se describe a continuacin, es aplicable a todas las probetas compactadas.

Se lleva la probeta a un bao de agua a 25 C durante un lapso de 30 minutos.

Estando listo el aparato de carga Marshall para el ensayo, se saca la probeta del agua y se

seca rpida y cuidadosamente su superficie.

Se coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra. Luego se ajusta el anillo

superior en posicin y se centra el conjunto en el mecanismo de carga. A continuacin se coloca el medidor de flujo sobre la barra-gua marcada y se lleva su

aguja a cero.

Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulgadas/minuto hasta que ocurra la

falla. El punto de falla se define mediante la mxima lectura obtenida en el dial de carga.

El nmero de kilonewtos correspondiente a esta lectura se anota como ESTABILIDAD

MARSHALL.


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PAVIMENTOS

15

Mientras se est aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posicin

sobre la barra-gua y se retira cuando ocurra la carga mxima. La lectura en el dial en

este instante se denomina FLUJO y se expresa en centsimas de pulgada.

El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del bao de agua hasta que fallaen la mquina, no debe tardar ms de 30segundos

Fotografa 13 Briquetas de 4.5%, 5% y 6%

Fotografa 14 Peso aire de cada una de las Briquetas

de 4.5%, 5% y 6%

Fotografa 15 Peso sumergido de cada una de las

Briquetas de 4.5%, 5% y 6%


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PAVIMENTOS

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Fotografa 15 Briquetas sumergidas por 30 minutos

en agua a temperatura de 25c

Fotografa 16 Equipo carga de Marshall donde se

falla cada Briqueta

Fotografa 17 Briqueta sometida a carga para

determinar la resistencia y deformacin

Fotografa 18 Briqueta deformada


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PAVIMENTOS

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6. DATOS Y CALCULOS OBTENIDOS6.1. Tabla de Agregados

6.2. Datos Obtenidos

6.3. Clculos realizados6.3.1. Peso especfico Bulk

6.3.2. Peso especfico promedio de los agregados

Tabla 2 Datos Obtenidos en Laboratorio

102,32 59,2

103,05 63,46

102,32 59,2

103,05 63,46

102,32 59,2

103,05 63,46

ESTABILIDAD FLUJO

84

45

48

85

165

187643,6 1125,8

102,685 61,33

102,685 61,33

5% 1035,6 576,7 1034,5

6% 1125,3

1153 648,7 1154,1 102,685

PROMEDIO PROMEDIO h

61,334,5%

BRIQUETA PESO AIRE PESOSUMERGIDOPESO SATURADO, SUMERGIDO,

SUPERFICIAL

(mm)h

(mm)

4,5 143 275 361 562 722 934 1029 1077 1145 54 1199

5 143 274 359 560 718 925 997,5 1072 1140 60 1194

6 141 271 355 553 711 920 987,1 1060 1128 72 1182

40 80 200 CANTIDADASFALTOPESO

TOTALFinosPORCENTAJE DE

ASFALTO 4 10

Tabla 1 Gradacin de Agregados


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PAVIMENTOS

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6.3.3. Peso especfico mximo terico

6.3.4. % de Absorcin del asfalto

6.3.5. % en volumen que ocupa el agregado ptreo

6.3.6. % de vacos de aire respecto al volumen total de la mezcla

(

)

6.3.7. Volumen de asfalto efectivo

6.3.8. % vicios en agregados minerales


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PAVIMENTOS

19

6.3.9. Contenido de asfalto efectivo

(

)

6.4. Tabla de ResultadosPRUEBA %C.A Wa Wss Ww Gagre Gs Asfalto Gb Gmt Aa Vagre Vv Vae Vam Ae

1 4,5 1153 648,7 1154,1 2,63 1,006 2,28 2,45 1,64 82,84 10,53 6,62 17,16 2,93

2 5 1035,6 576,7 1034,5 2,63 1,006 2,26 2,43 1,97 81,71 11,29 7,00 18,29 3,12

3 6 1125,3 643,6 1125,8 2,63 1,006 2,33 2,40 2,65 83,41 8,48 8,11 16,59 3,51

6.5. GraficasResumen de Resultados

% Asfalto Peso EspecficoGb(g/cm3)Estabilidad

Marshall (kg)Fluencia

(mm)Vacos deaire (%)

Vacos enAgregados

minerales (%)Vacos llenosde Asfalto (%)

RelacinEstab./ Flujo

4,5 2,3 1238,0 85,0 10,5 17,2 35,7 14,6

5,0 2,3 1273,0 165,0 11,3 18,3 36,7 7,7

6,0 2,3 1218,0 187,0 8,5 16,6 66,2 6,5

A continuacin, se muestran los grficos de las anteriores relaciones

Tabla 3 Tabla de Resultados

Tabla 3 Tabla de Resumen de Resultados

1200.0

1210.0

1220.0

1230.0

1240.0

1250.0

1260.0

1270.0

1280.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Estabilidad(Kg)

% Asfalto

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.3

2.4

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Peso

Especifica(g/cm3)

% Asfalto

Grafica 1 Peso Especfico Vs % Asfalto Grafica 2 Estabilidad Marshall Vs % Asfalto


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PAVIMENTOS

20

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

130.0

140.0

150.0

160.0

170.0

180.0

190.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Fluencia(mm)

% Asfalto

1.0

3.0

5.0

7.0

9.0

11.0

13.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

VaciosdeAire(%)

% Asfalto

15.0

16.0

17.0

18.0

19.0

20.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

VaciosAgregadosMinerales

(%)

% Asfalto

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

VaciosllenosdeAsfalto(%)

% Asfalto

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

RelacionEstabilidad/Flujo

% Asfalto

Grafica 3 Fluencia Vs % Asfalto Grafica 4 Vacos de Aire Vs % Asfalto

Grafica 5 Vacos Agregados Minerales Vs % Asfalto Grafica 6 Vacos llenos de Asfalto Vs % Asfalto

Grafica 7 Relacin Estabilidad/Flujo Vs % Asfalto


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PAVIMENTOS

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7. ANALISIS DE RESULTADOS


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8. CONCLUSIONES El mtodo de Marshall para realizar el diseo de mezclas asflticas es de importancia lograr

propiedades volumtricas adecuadas en la carpeta asfltica terminada, el desempeo de lasuperficie de rodamiento en su vida til de servicio. Simular de manera adecuada la

densificacin que ocurre en campo, bajo la accin vehicular y de esta forma llegar a frmulas

de trabajo que permitan dosificar mezclas que tengan un mejor comportamiento en

condiciones de trnsito y clima.

El estudio granulomtrico de los materiales empleados en las obras de ingeniera adems de

ser uno de las pasos inciales para una gran mayora de ensayos, es de gran importancia para

determinar el tamao de las caractersticas mecnicas del material.

Las mezclas asflticas se deben hacer con agregados angulares obtenidos principalmente de

trituracin, para hacer que la mezcla asfltica sea ms estable que las hechas con materiales

de canto rodado.


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9. BIBLIOGRAFIA

cbr y marshall(pavimentos)

Documents