ensayo marshall 2013

7/28/2019 Ensayo Marshall 2013

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ENSAYO MARSHALL

1. INTRODUCCIN

A travs de los aos los ingenieros civiles han tenido gran dificultad para definir

satisfactoriamente las propiedades de las mezclas asflticas, debido al empleo de un cementante

que vara de un estado fluido viscoso hasta otro de caractersticas slidas y frgiles, dependiendo a

la temperatura a la que se encuentre.

Debido a esta problemtica se ha establecido la utilizacin del ensayo Marshall como mtodo

emprico para encontrar el porcentaje ptimo de cemento asfltico en una combinacin

especfica de agregados, este mtodo requiere que se cumplan algunas condiciones de

elaboracin y procedimiento para que se produzca un ensayo aceptable.

El mtodo Marshall determina valores de estabilidad y deformacin de los pavimentos asfltico,

ideado por Bruce G. Marshall del Departamento de Caminos del Estado de Mississippi (EEUU). El

cuerpo 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 mtodo original de Marshall, slo es aplicable a mezclas en caliente donde la pavimentacin se

la realiza con betn asfltico y los ridos tienen un tamao mximo de 1 pulgada o menor.

Est pensado para diseo en laboratorio y control de campo de mezclas asflticas en caliente congraduacin densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza emprica, la importancia

de los resultados en trminos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se

realizan modificaciones a los procedimientos estndar.

Este mtodo se lo emplea tanto para proyectos en laboratorio como en el control de obra.

2. OBJETIVOS Determinar el valor ptimo de asfalto para el diseo:

Mtodo de la AIM Mtodo de la NAPA


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3. MATERIALES Y EQUIPOS3.1. MATERIALES Se usara una base de la mina ubicada por el descanso de la ciudad de Cuenca. Betn asfaltico proveniente de la constructora Carvallo & Carvallo3.2. EQUIPO Molde de compactacin especial de 4 pulgadas de dimetro y 3 pulgada de altura con su

collar de extensin-

Martillo de compactacin con una zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de dimetro, pesode 10 libras y altura de cada de 18 pulgadas.

Pedestal de compactacin firmemente anclado al piso. Prensa de ensayo Mordazas para ensayo con sus guas Papel filtr Cocineta Termmetro Bao de agua hirviendo Balanza. Cuchara para mezclar.4. MARCO TERICO4.1.Mtodo MarshallEl mtodo Marshall usa muestras normalizadas de pruebas (briquetas) de 64mm (2.5in) deespesor por 103mm (4in) de dimetro. Una serie de briquetas, cada una con la mismacombinacin de agregados pero con diferentes porcentajes de asfalto, es preparada usandoun procedimiento especfico para calentar, mezclar y compactar mezclas asflticas deagregado. Los dos datos ms importantes del diseo de mezclas del Mtodo Marshall son: unanlisis de la relacin de vacos-densidad, y una prueba de estabilidad-flujo de las muestrascompactadas. Se realiza bajo la normaASTM D1559.

4.2.Ensayo de Estabilidad Flujo Se lleva la probeta a un bao de agua a 60 0.5 C durante un tiempo no inferior a 20 min

ni mayor de 30 min, antes del 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 en la mquina. Luego se ajusta el anillo superior en posicin y se centra el conjunto en el mecanismo de

carga.


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A continuacin se coloca el medidor de flujo sobre la barra-gua marcada y se lleva suaguja a cero.

Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulg/min hasta que ocurra la falla. El punto de falla se define mediante la mxima lectura obtenida en el dial de carga. El

nmero de libras correspondiente a esta lectura se anota como Estabilidad Marshall.

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

la barra-gua y se retira cuando ocurra la carga mxima. La lectura en el dial en esteinstante se denomina Flujo y se expresa en centsimas de pulgada.

5. CALCULOS Y RESULTADOS5.1.Gravedad Especfico del Asfalto (Gb)El peso especfico del asfalto, se calcul mediante la siguiente frmula:

En la tabla N 1 se muestran los resultados del ensayo para determinar la gravedad especficadel asfalto.

Gravedad especifica del asfalto ( Gb)

Peso recipiente + asfalto en aire 127,1 gr

Peso recipiente + asfalto en agua 54,4 gr gr

Peso recipiente en agua 54,05 gr gr

Peso recipiente en aire 93,9 gr gr

A 33,2 gr grB 54,05 gr gr

C 54,4 gr gr

PESO ESPECIFICO (Gb) 1,01 gr/cm3

Tabla N1. Resultados del ensayo de la Gravedad Especifica del Asfalto

5.2.Peso especfico de la combinacin de los agregados (Gsb)El peso especfico promedio del agregado total, se calcula mediante la siguiente expresin:

Dnde:

P1, P2, P3, = Porcentajes en peso de cada una de las fracciones de material que intervienen en eltotal del agregado.

G1, G2, G3, = Pesos especficos de los materiales a los que corresponden las fraccionesanteriormente mencionadas.


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Se realiz granulometra del rido fino y rido grueso (Ver Tabla 2) para realizar la combinacin deridos, la cual nos dio los siguientes porcentajes de combinacin de material: rido Grueso 55% yrido Fino 45%

Tabla N2. Granulometra del rido Fino y rido Grueso, combinacin de ridos.

Los pesos especficos de los ridos para los diferentes tamaos, se presenta a continuacin:

PESO ESPECIFICO DE LOS AGREGADOS

Material Entre Tamices Peso especfico % Combi.

Grava 3/4" N 4 2.74 55%

Arena fina 4 N 200 2.60 45%

Tabla N3. Pesos de mezcla para diferentes porcentajes de asfalto.

Diametro

mm % PASA a A % % PASA b B % INF SUP

19.05 3/4 100.00 55.00 100 45.0 100.00 100 100 100

12.7 1/2 85.73 47.15 100 45.0 92.15 90 100 95

4.75 4 4.80 2.64 100 45.0 47.64 44 74 59

2.32 8 1.74 0.96 65.816 29.6 30.57 28 58 43

0.3 50 1.51 0.83 22.03 9.9 10.74 5 21 13

0.075 200 1.32 0.73 11.99 5.4 6.12 2 10 6

LIMITES

MEDIA E%TAMIZ

ARIDO GRUESO ARIDO FINO GRANULOMETRIA

COMBINADA

% Arido Grueso % Arido Fino

55 45 5 5.5 6 6.5

Peso (gr) 4800 2640 2160 240 264 288 312

% AsfaltoTotal Material


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5.3 Peso Especfico Mximo Terico (Gmm):

El peso especfico mximo terico de la muestra se calcula para cada porcentaje de asfalto, el cualcorresponde al que tericamente se obtendra si fuera posible comprimir la muestra hastaobtener una masa de asfalto y agregados carente de vacos con aire. Este valor se calcula de lasiguiente manera.

Dnde:

Gmm: Peso especfico terico mximo

Gsb: Peso especfico del agregado

Ps: Porcentaje de los agregados

Pb: Porcentaje del asfalto

Gb: Peso especfico del asfaltoPara la determinacin del peso especfico mximo terico se utiliz el llamado ensayo rice, que sedescribe a continuacin.

5.4. Ensayo RicePara determinar los volmenes de los diferentes tipos de vacos es necesario conocer previamenteel valor de la gravedad especfica mxima de la mezcla sin vacos Gmm.

Este valor se obtiene mediante la ejecucin del ensayo Rice. Consiste en:

Sumergir una muestra de mezcla sin compactar en un frasco de vidrio (Picnmetro) y seprocede a extraer vacos.

Se toma aproximadamente 1000gr de mezcla asfltica suelta, obtenida del sobrante de laelaboracin de las briquetas.

La muestra debe ser desmenuzada para que no queden brumos, pesamos la muestra, estaes colocada en el frasco y se le agrega agua hasta llenarlo y se elimina el aire atrapado,luego se le lleva a la bomba de vaci y se espera 20 min aproximadamente, se pesa elmaterial y el agua, adems el recipiente con agua, para obtener los pesos tanto sumergidocomo al aire libre de la mezcla.

La gravedad especfica mxima de la mezcla mediante el ensayo Rice se la obtiene con la siguienteformula:

( )

Dnde:

A= Peso de la muestra seca en el aire (g)

F= Peso del picnmetro con agua (g)

P= Peso del picnmetro con agua y la muestra (g)

= Densidad del agua (g/cm^3)


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()

( )

( )

()

Los resultados del clculo de Gmm para los distintos porcentajes de asfalto se muestran en lasiguiente tabla N##

5.5. Datos obtenidos para el ensayoEn base a los resultados anteriores se realiza un resumen que se observa en la tabla N4, losmismos que se utilizarn para clculo de vacos y densidad especifica de las probetas.

DATOS

Gravedad especfica del asfalto. Gb 1,011 gr/cm3

Gravedad esp. Neta combinacin rido. Gsb 2,675 gr/cm3

Ensayo RICE 6%. Gmm 2,369 gr/cm3

Tabla N4. Resumen de las distintas gravedades especificas (Gb, Gsb, Gmm)

5.6. % Vacos en agregado mineral (VMA)Son los espacios de aire que existen entre las partculas de agregado en una mezcla compacta depavimentacin, incluyendo los espacios que estn llenos de asfalto. El VMA representa el espaciodisponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto y el volumen de vacos necesarios en la

mezcla, (no incluye la porcin del asfalto que se pierde, por absorcin en el agregado). Para lograrun espesor durable de pelcula de asfalto, se deben tener valores mnimos de VMA.

Valores VMA menores a especificaciones, puede resultar en pelculas delgadas de asfalto y en

mezcla de baja durabilidad y apariencia seca. La ecuacin utiliza para determinar el VMA es la

siguiente:

(

)

5.7. % Asfalto absorbido por el agregado total (VFA)Se calcula el porcentaje de absorcin de asfalto por peso del agregado seco, mediante la frmula:

(

)


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5.8. Ensayos: Se confeccionar 3 probetas para cada porcentaje de asfalto: 5%, 5,5%,6% y 6,5%. Para cada % de asfalto se tendr que pesar un total de 4800gr de ridos como se indica en la

Tabla N3 el mismo se distribuye de la siguiente manera: 3600gr para las 3 briquetas y lamezcla asfltica sobrante se utilizara para realizar el ensayo Rice.

Para cada ensayo se coloca el papel filtro en el molde el material, sobre este se pone la mezclaasfltica y se da 75 golpes, una vez compactada la una cara, se le da la vuelta, se coloca otropapel filtro y se procede a compactar la nueva cara. Se repite este procedimiento para lasdiferentes probetas, se enraza, se desmolda y se pesa al aire. Posteriormente se determina suspesos sumergidos y en SSS.

5.9. Estabilidad y flujoEn la Tabla N6 se muestra los datos tomados en laboratorio y multiplicados por sus respectivosfactores de correccin para todas las probetas con sus respectivos porcentajes de asfalto, a fin depoder realizar las curvas necesarias para determinar el % ptimo de asfalto. Para el clculo de laestabilidad sin corregirse aplic la siguiente formula:

Dnde:

x = Es la carga en libras.

y = Es la lectura del dial del deformmetro superior de la mquina de ensayo.

5.10. Correccin de estabilidad.Los valores medios para la estabilidad de las probetas cuya altura sea diferente de 2.5 deben

convertirse a valores correspondientes a la probeta normalizada, para ello se emplean los factores

de conversin. Esta correccin se la puede realizar sobre los espesores de la probeta o volumen.

Los factores de correccin se presentan en la tabla N5


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Tabla N5. Factores de Correccin de acuerdo al volumen el al probeta.

BRIQUETA 1A 1B 1C 2A 2B 2C 3A 3B 3C 4A 4B 4C

1 %BETUN

2 PESO AL AIRE 1167,8 1164,9 1165,1 1166,4 1179 1169,4 1170,4 1181,1 1187,3 1174,2 1185,3 1182,3

3 PESO SSS 1169 1166,2 1167 1167,5 1189,6 1171 1171 1181,9 1189 1174,7 1186 1182,9

4 PESO EN AGUA 650,7 647 651 652,4 661, 4 650, 9 656, 7 664, 7 670, 9 661, 6 667,7 667,7

5 VOLUMEN cm^3 518,3 519,2 516 515,1 528, 2 520, 1 514, 3 517, 2 518, 1 513, 1 518,3 515,2

6Gravedad especifica

neta Gmb2, 253 2, 244 2, 258 2, 264 2, 232 2, 248 2, 276 2, 284 2, 292 2, 288 2, 287 2, 295

7Gravedad especifica

teorica maxima Gmm

8 %Vacios Total Pa 6,2 6,6 6,0 5,1 6,4 5,7 3,9 3,6 3,3 2,7 2,8 2,5

9%Vacios en el agregado

mineral VMA15,8 16,2 15,6 15,4 16,6 16,0 15,0 14,7 14,4 14,5 14,6 14,3

10%Vacios llenos de

asfalto VFA60,8 59,2 61,7 67,2 61,4 64,2 73,7 75,5 77,3 81,1 80,7 82,7

11 Estabilidad sin Corregir 1250,0 965,4 1199,2 1422,8 2235,8 894,3 2012,2 2794,7 1930,9 609,8 1808,9 1300,8

12 Flue ncia 11 11 14 11 12 11 12 13 14 11 14 14

13 Factor de correccion 1 1 1 1 0,96 1 1 1 1 1 1 1

14 Estabilida Corregida 1250,0 965,4 1199,2 1422,8 2146,3 894,3 2012,2 2794,7 1930,9 609,8 1808,9 1300,8

15 estabilidad media

16 Gmb media

17 Fluencia medio

18 %vacios totales medio

19 % VMA medio

20 %VFA medio

TABLA N6 ENSAY OS REALIZADOS

81,5

15,9

60,6

2,268 2,284 2,290

12,50 13,00 13,25

4,7 3,6 2,7

15,2 14,7 14,5

64,3 75,5

5% 5,50% 6%

1138,2 1487,8 2245,9 1239,8

2,252

12,00

6,3

6,50%

2,402 2,385 2,369 2,353


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5.12. Grfico de los resultados

Figura 5.1: Estabilidad vs contenido de asfalto

Figura 5.2: Flujo vs contenido de asfalto

Figura 5.3: Densidad especfica vs contenido de asfalto

0.0

500.0

1000.0

1500.0

2000.02500.0

4.5 5 5.5 6 6.5 7

Estabilidad(lb)

% Asfalto

Estabilidad

11.5

12.0

12.5

13.0

13.5

4.5 5 5.5 6 6.5 7

Fluencia(mm)

% Asfalto

Flujo

2.240

2.260

2.280

2.300

4.5 5 5.5 6 6.5 7

Gmb

% Asfalto

Densidad Especfica


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Figura 5.4: Porcentaje de vacos vs contenido de asfalto

Figura 5.5: Porcentaje de vacos en el agregado mineral vs contenido de asfalto

Figura 5.6: Porcentaje de vacos llenos de asfalto vs contenido de asfalto

0.02.04.06.08.0

4.5 5 5.5 6 6.5 7

%deVacos

Medios

% Asfalto

Vacios con Aire

14.014.515.015.516.0

4.5 5 5.5 6 6.5 7

%VMA

% Asfalto

Vacios en Agregado Mineral

0.020.040.060.080.0

100.0

4.5 5 5.5 6 6.5 7

%VFA

% Asfalto

Vacios Llenos de Asfalto


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6. ANALISIS DE RESULTADOS6.1. Mtodo de la AIM

Este mtodo, es utilizado para determinar el contenido ptimo de asfalto. Se basa en los valoresmximos determinados en el ensayo de estabilidad, valor mximo de peso especfico y en el valor

medio de las especificaciones del volumen de vacos. El contenido ptimo de asfalto se obtienesacando el promedio de todos los valores.

De las grficas anteriores se obtiene:

% de asfalto para estabilidad mxima)= 5.80% % de asfalto para peso especfico mximo) =6,50% Valor medio de las especificaciones del volumen de vacos (3% - 8%))= 5,5%

Con estos tres valores se calcula su promedio obtenindose:

6.2. Mtodo de la NAPA

Se basa en determinar el contenido de asfalto ptimo para los lmites especificados del porcentajede vacos de la mezcla. El valor obtenido se lo utiliza en cada grafica para verificar los valores de lasespecificaciones. El valor de vacos comnmente empleado en este mtodo es del 4%.

Con 4% de volumen de vacos con aire se obtiene:

Con el porcentaje anterior se obtiene:

Estabilidad: 2000 Flujo: 12.75 VMA: 14.8% VFA: 70%

Al comparar estos con los valores de las especificaciones se observa que cumplen de cierta

manera con el porcentaje de vacos llenos de aire, el flujo y con la estabilidad; sin embargo el valordel porcentaje de vacos en el agregado mineral, est por encima de la norma por lo que serecomienda realizar ciertos ajustes en la mezcla asfltica.


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7. CONCLUSIONES El contenido ptimo de asfalto por el mtodo de AIM es de 5.93% y el contenido de

asfalto ptimo por el mtodo de la NAPA es de 5.75%, como se puede observar por ambosmtodos el contenido ptimo es muy similar.

En la mayora de las especificaciones, por lo general, la mezcla de diseo a elegirse debeser la ms econmica y que cumpla con los criterios establecidos. Se tratara de elegir lamezcla que presente mayor estabilidad, pero no tan alta ya que mezclas con estabilidadesmuy altas y flujos muy bajos tienden a ser muy rgidas y frgiles; las mismas que puedenagrietarse bajo trnsito.

Se debe evitar la exudacin del asfalto de la mezcla tratando de que el porcentaje devacos con aire permanezca dentro de los lmites; adems se debe evitar el envejecimientoprematuro del asfalto el mismo que podra provocar la desintegracin del pavimento, estose da cuando el porcentaje de vacos con aire es muy alto.

Si no es posible cumplir con estos requisitos, debern realizarse ajustes tales como reducirel contenido de asfalto, aumentar el porcentaje de llenante mineral, etc., segn sea elcaso.

8. BIBLIOGRAFIA Pavimentos Asfalticos, J. ROGERS MARTIN y HUGH A. WALLACE. Ensayos sobre productos asflticos utilizados en pavimentos. Ing. Jaime Bojorque. Apuntes de clase - pavimentos i: Capitulo v: Ensayo Marshall.

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