ensayo marshall final

7/28/2019 Ensayo Marshall Final

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ENSAYO MARSHALL(Para Diseo de Pavimentos)

ASTM D-1559 / AASHTO T-245

1. INTRODUCCIN

Sin duda alguna los hormigones bituminosos en calientes son muysensibles a las variaciones del contenido de ligante; para ello hay queestablecer un punto de compromiso entre la durabilidad de la mezcla,que aumenta con el contenido del ligante, y su estabilidad que trasalcanzar un mximo desciende con rapidez para aumentar dichocontenido de asfalto. Por lo tanto una solucin ante esta situacin laencontramos en el ensayo Marshall, que tiene como funcin obtenerel ptimo contenido de asfalto.

Una observacin importante es saber diferenciar la estabilidad Marshally la deformacin Marshall: la primera se define como la carga de rotura,mientras que la segunda se define como el acortamiento diametral hastael momento de la rotura.

Como sabemos en una mezcla asfltica en caliente de pavimentacin, elasfalto y el agregado al combinarse debern encontrarse enproporciones exactas. Las proporciones relativas de estos materialesdeterminan las propiedades fsicas de la mezcla y, eventualmente, el

desempeo de la misma como pavimentos terminados. Existen dosmtodos de diseo comnmente utilizados para determinar lasproporciones apropiadas de asfalto y agregado en una mezcla. Uno deellos es el Marshall.

2. GENERALIDADES

La mezcla asfltica la constituye el material ptreo convenientementerecubierto con una pelcula de asfalto y luego sometida a un proceso decompactacin, que hace que esta mezcla tenga propiedades resistentesal desgaste producido por los vehculos y a su vez pueda traspasar la

solicitacin del peso de ellos hacia las capas inferiores.


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3. OBJETIVO

Este ensayo tiene como objetivo determinar el ptimo contenidode asfalto para una combinacin especfica de agregados. Elmtodo tambin provee informacin sobre propiedades de la

mezcla asfltica en caliente, y establece densidades y contenidosptimos de vaci que deben ser cumplidos durante laconstruccin del pavimento.

El mtodo Marshall es aplicable solo a mezclas en caliente concementos asflticos que contengan agregados con tamaomximo igual o inferior a 25 mm. El mtodo puede usarse tantopara el diseo en laboratorio como en el control de terreno.

La mezcla ptima diseada con el mtodo Marshall deber serverificada con la medida de su resistencia a la deformacinplstica, mediante la pista de ensayo de laboratorio, segn lanorma de ensayo INV E-756. Las probetas para ensayo deberntener un espesor aproximadamente igual al cudruple deltamao mximo nominal del agregado ptreo.

4. ALCANCES:

El mtodo Marshall usa muestras normalizadas de prueba (probetas) de64 mm (2.5pulg) de espesor, por 102 mm (4pulg) de dimetro. Unaserie de probetas, cada una con la misma combinacin de agregados

pero diferentes contenidos de asfalto, es preparada usando unprocedimiento especfico para calentar, mezclar y compactar mezclasasflticas de agregado.

Los datos mas importantes del diseo de mezcla del mtodo Marshallson: Anlisis de relacin de vacos, densidad y prueba de estabilidad flujo de las muestras compactadas.

El procedimiento para el mtodo Marshall comienza con la preparacinde las muestras de ensayo. Con anterioridad a esta operacin se

requiere: Que los materiales propuestos cumplan con los requisitos de las

especificaciones del proyecto.

Que la mezcla de los agregados cumplan con las especificacionesdegradacin.


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Que para el clculo de las densidades y el anlisis de vacos seutilice el peso especfico del bulk de la mezcla de agregados y sedetermine el peso especfico del cemento asfltico.

La estabilidad es la mxima carga en kilogramos, soportadas por

una muestra estndar a 60 C (140 F).

El flujo es el movimiento total o deformacin en mm (ocentmetros de pulg.) sufrida por la muestra al soportar la mximacarga de l ensayo de estabilidad.

5. EQUIPO EMPLEADO

ASTM D-1559 / AASHTO T-245

EQUIPO PARA ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA MARSHALL:

5.1. Prensa de ensayos de funcionamiento mecnico y accionamientoelctrico, con velocidad de avance constante de 50,8 mm/min.(2). Apta para aplicar cargas hasta 5000 kg. Provista de arodinamomtrico de 3000 Kg. de capacidad, calibrado con sunmero de orden y factor. Equipado con dial comparador de 0,01mm de precisin. Posee motor de 1/2 HP monofsico, 220 V. 50C,controlado por llave inversora del sentido de avance.


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5.2. Pisn de compactacin construido en acero, con zapata y pesacorrediza de 4,540 Kg. (10 lbs) y 457 mm (18) de cada libre.

5.3. Moldes de compactacin de acero metalizado, cilndricos de 101,6mm (4) de dimetro con base y collar de prolongacin.

5.4. Pedestal de compactacin para apoyo del molde consistente en un

poste de madera de densidad adecuada de 20 cm. de lado y 45cm. de altura, encabezado con una plancha de acero de 25 mm deespesor y dispositivo para sujetar el molde.

5.5. Bao de Agua.- Tendr por lo menos 15 cm. (6) de profundidad yser termostticamente controlado a 60 C 1 C (140 F 1.8F). El tanque tendr un falso fondo perforado, o estar equipadocon un sistema para suspender las muestras a unos 5 cm. (2) porencima del fondo.


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5.6. Mordaza para aplicacin de las cargas durante el ensayo, de construccinmetlica reforzada, con guas de bronce y aparato para medir la fluenciacon dial aparador con lectura de 0,01 mm de apreciacin.

5.7. Prensa para la extraccin de probetas del molde, deaccionamiento manual a tornillo sin fin con zapata que acta comoeyector.


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5.8. Guantes de cuero para manejar el equipo caliente. Observamos a unalumno con los aguantes. Observamos a un alumno utilizando los guantesdespus del haber calentado los agregados.

A) MQUINA PARA ENSAYO DE COMPRESIN MARSHALL

El mtodo de ensayo cubre la medicin de la resistencia al flujo plstico,de moldes cilndricos de asfalto cuando se ensayan en un bastidor decarga Marshall. Los moldes se ensayan a una velocidad de 50.8mm/min. y se registran la carga mxima (estabilidad) y la deformacin(flujo).


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B) ENSAYO DE ESTABILIDAD MARSHALL.

Anillo de carga con indicador, medidor de flujo, molde de estabilidad.


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CRITERIOS DE DISEO MARSHALL( Transito pesado)

Compactacin, N de golpes por cara 75

Estabilidad (N): - Carpeta de rodado - Capa intermedia - Capa base

Min 9.000 - Mx. 14.000 Min 8.000 - Mx. 12.000 Min 6.000 - Mx. 9.000

Huecos en la mezcla (%):- Carpeta de rodado- Capa intermedia- Capa base

3 - 53 - 83 - 8

Fluencia ( 0,25 mm)- Todas las capas

8 - 16

Vacos en el agregado mineral ( % ):Tamao mximo nominal (mm)

1,252,55

1012,52025

%VAM min.

23,5211816151413

6. OBTENCIN DE LAS MUESTRAS

7. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO


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Cada muestra compactada es sometida a los siguientes ensayos y enorden de lista:

Determinacin del peso especifico bulk.

Ensayo de estabilidad y flujo. Anlisis de densidad y de vacos.

7.1 Determinacin de temperaturas de mezclado ycompactacin

a) La temperatura a la cual el cemento asfltico debe ser calentadopara producir una viscosidad de 170 20 CST deber ser latemperatura de mezcla.

b) La temperatura a la cual el cemento asfltico debe ser calentadopara producir una viscosidad de 280 30 CST tendr que ser latemperatura de compactado.

Recomendaciones:

No se debe exagerar en el tiempo del calentado de la mezclaasfltica porque esta se hace quebradiza. Lo recomendable escalentarla durante 3-5 minutos.

La temperatura mnima a la cual la mezcla debe llegar al sitio dela obra debe ser de 120 C, caso contrario se corre el riesgo de alser compactada adquiera una superficie porosa, esto aumenta laposibilidad de oxidacin y envejecimiento prematuro del concretoasfltico.


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7.2 Compactacin de las muestras o briquetas

a) Limpiar el molde de ensamblaje de la muestra y la cara delmartinete de compactacin, y calentarlos en agua hirviendo, o enun horno a una temperatura comprendida entre 93.3 C y 148.9

C.b) Colocar una pieza de papel filtro cortada a justo tamao en elfondo o base del molde antes de introducir la mezcla.

c) Situar la muestra en el molde en su totalidad, golpear la mezclavigorosamente con una esptula caliente paleteando 15 vecesalrededor del permetro y 10 veces sobre el interior.

d) Remover el collar y alisar la superficie de la mezcla con una paletapara una ligera forma redondeada.

e) Las temperaturas de las mezclas inmediatamente anteriores a lacompactacin debern estar dentro de los lmites de latemperatura de compactacin establecidas anteriormente.

f) Reponer el collar, colocar entonces una pieza de papel filtrocortado exactamente al tamao, y colocarlo en la parte superiorde la mezcla y colocar el molde ensamblado en el pedestal decompactacin, en el sujetador de molde.

g) Aplicar 50 golpes con el martillo de compactacin de 10 libras(4.54 Kg.) de peso con cada libre de 18 pulgadas (457.2mm.).Sostener el eje del martillo de compactacin perpendicular a labase del molde ensamblado durante la compactacin.

h) Remover el plato de base y el collar, invertir y reensamblar elmolde. Aplicar el mismo nmero de golpes de compactacin a la

cara opuesta a la anterior.i) Despus de la compactacin remover el plato de base y colocar elextractor de muestras en la parte inferior de la mezcla.

j) Retirar el collar del espcimen o muestra. Cuidadosamentetransferir la briqueta a una superficie lisa, llana y dejarla duranteuna noche a temperatura ambiente.

Para facilitar la determinacin del contenido optimo de asfalto, esinteresante alinear verticalmente los grficos.

Para determinarse el contenido ptimo de cemento asfltico se elaboranlas curvas conforme a lo citado, y el contenido a ser elegido debesatisfacer:

El punto de mxima densidad.


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El punto de mxima estabilidad. El punto de aproximadamente 4% de vacos. Un punto dentro los limites de fluencia.

Con el contenido optimo para cada relacin, lo que queda por hacer es

sacar un promedio.Los valores de estabilidad, segn el mtodo Marshall, recomendadospara algunos tipos de pavimentos flexibles son los siguientes:

454 Kg. (1000 libras) para capas de rodamiento que soportan untransito liviano a mediano.

781 Kg. (1500 libras) para capas de rodamiento que soporten untransito mediano a pesado.

8. PROCEDIMIENTO

Descripcin general de los procedimientos seguidos en el DiseoMarshall de Mezclas:

a) Cantidad de muestras:

Preparar por lo menos 3 muestras, pero de preferencia 5 muestras paracada combinacin de agregados y contenido de asfalto, para una mejorobtencin en los resultados.

b) Preparacin de los agregados:

Se deber secar los agregados hasta un peso constante, de 105 C a110C y separar los agregados en los diversos tamaos necesarios,tamizando en seco. Los tamaos recomendados por MTC son lassiguientes: 1 a 3/4, 3/4 a 3/8 a N 4 a N 8, o las fraccionesseparadas en las tolvas calientes de la planta.

c) Determinacin de la temperatura de mezclado y compactacin :La temperatura requerida para realizar el mezclado, la cual el asfaltotiene que ser calentado para producir una viscosidad es de 85 + 10segundos Saybolt Furol y la temperatura ptima para la compactacinque produzca el asfalto es una viscosidad de 140 + segundos SayboltFurol.


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d) Preparacin del molde y del martillo:

Se limpiar cuidadosamente el molde y la cara del martillo decompactacin y calentarlos a una temperatura entre 93 C y 150 C.Colocar un filtro de papel en parte inferior del molde, antes de colocar la

mezcla.

e) Preparacin de la mezcla:

Se pesara, en recipientes separados para cada muestra la cantidad decada tamao requerido para que resulte una muestra compactada de6.35 + 0.13 cm (2.5 + 0.05 pulgadas) de altura.

f) Colocar las vasijas en la estufa y calentarlas aprox. a 10C porencima de la temperatura indicada para la mezcla explicada en el incisoc). El asfalto no deber permanecer a la temperatura de mezclado porms de una hora antes de usarlo, mezclar el agregado y el cementoasfltico lo ms rpido posible hasta que la mezcla tenga una masahomognea de asfalto.

g) Compactacin de las muestras:

Colocar la muestra en el molde y remover la mezcla fuertemente conuna esptula caliente o chuzarla 15 veces alrededor del permetro y 10veces en el interior. Quitar el collar y emparejar la superficie en formaligeramente redondeada. La temperatura de la mezcla, inmediatamente

antes de la compactacin, deber estar dentro de los lmitesestablecidos en el inciso c), de no ser as deber ser rechazada ye sevolver a repetir el ensayo.

h) Colocar de nuevo el collar y el molde en el porta moldes sobre elpedestal:

Se proceder a realizar 35, 50 75 golpes, de acuerdo a lasespecificaciones tcnicas del MTC. Mantener el eje de martillo tanperpendicular como sea posible a la base del molde. Quitar la placa debase y el collar, invertirlos y rearmar el molde. Aplicar el mismo nmerode golpes en la otra cara de la muestra. Despus de la compactacin,quitar la placa de base y dejar enfriar la muestra en el aire hasta que sepueda retirar del molde sin deformarla. Sacar la muestra del molde pormedio de un extractor y colocarla sobre una superficie suave y niveladahasta que se vaya a ensayar. Normalmente las muestras se dejanenfriar durante una noche.


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9. DATOS Y RESULTADOS

Interpretacin de resultados

Los valores de Estabilidad y Flujo y los datos de vacos son preparados

como sigue:

a.- La estabilidadde las muestras de altura diferentes a 6.35 cm. (2.5)deber ser convertida a un valor equivalente, por medio de un factor deconversin. La conversin puede ser hecha con base a la altura o elvolumen medido.

b.- Se deber obtener un promedio de los valores del flujo y se corregirlos valores de la estabilidad para todas las muestras del ensayo con unmismo contenido de asfalto. Los valores errados no sern consideradosen el promedio del flujo.

Realizar los grficos respectivos y debern estar separados para lossiguientes valores:

Estabilidad contra contenido de asfalto Flujo contra contenido de asfalto Peso unitario de la mezcla contra contenido de asfalto Porcentaje de vacos con aire contra contenido de asfalto Porcentaje de vacos en el agregado mineral (VMA) contra contenido

de asfalto.

Las curvas debern ser uniformes para mezclas asflticas densamentegraduadas, sino son uniformes, se proceder a repetir el ensayo.

La estabilidad aumenta con el aumento de asfalto hasta un mximovalor, despus del cual decrece.

El flujo aumenta con el aumento de asfalto. La curva para peso unitario de la mezcla total es parecido a la curva

de estabilidad, sin embargo en el mximo peso unitario normalmente(no siempre) ocurre en un contenido de asfalto ligeramente mayor

que el de mxima estabilidad. El porcentaje de vacos disminuye con el aumento del asfalto y

finalmente se aproxima a un mnimo contenido de vacos. El porcentaje de vacos en el agregado mineral generalmente

disminuye hasta un mnimo y luego comienza a aumentar con elcontenido de asfalto.


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Determinacin del contenido ptimo de asfalto

Con los datos obtenidos mencionados anteriormente se proceder adeterminar el contenido ptimo de asfalto. Solamente se tienen encuenta tres de las curvas anotadas:

Mxima Estabilidad. Mximo Peso Unitario. Valor medio de los lmites dados para porcentaje de vacos. El

contenido ptimo de asfalto numrico de los contenidos obtenidosanteriormente, deber cumplir con las especificaciones requeridaspara VMA y flujo.

Resultados

Los agregados que se usarn en el presente Ensayo provienen de lacantera La Molina.

El agregado fino y grueso se les prctico el Mtodo del Cuarteo

Los agregados fueron calentados a una temperatura de 135 C.

Grado de penetracin del asfalto usado en el ensayo es de 120 150

Grado de penetracin de asfalto ( Clima fro) es de 60 80

Grado de penetracin de asfalto ( Clima templado ) es de 120 - 150


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ENSAYO MARSHALL ASTM-1559

Para obtener el cuadro de resumen se procede a llenar la tabla de datos, para sacar unpromedio de todos los valores obtenidos para un mismo porcentaje de Cemento Asfltico.Procedemos a realizar los clculos de cada briqueta.

Briqueta N 1

1 % C.A. En peso de la mezcla 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

2 Densidad Especfica (gr./cm3) 2.249 2.295 2.304 2.319 2.329

3 Estabilidad (Kg.) 397.44 345.98 346.07 446.38 459.05

4 % Vacos 4.11 8.10 7.01 2.45 3.01

5 % V.M.A. 22.29 20.62 20.15 20.30 21.27

6 Flujo (cm.) 0.425 0.350 0.300 0.437 0.487

Briqueta N 2



3 Estabilidad (Kg.) 356.35 353.11 263.07 462.43 496.22

4 % Vacos 4.81 8.54 7.24 2.39 3.23

5 % V.M.A. 21.42 21.45 21.06 21.45 21.17

6 Flujo (cm.) 0.350 0.275 0.325 0.500 0.381

Briqueta N 3



3 Estabilidad (Kg.) 430.96 357.68 381.34 432.02 418.50

4 % Vacios 4.21 8.25 7.35 2.26 2.85

5 % V.M.A. 21.62 20.69 21.24 20.88 21.49

6 Flujo (cm.) 0.300 0.327 0.325 0.425 0.400

Briqueta N 4



3 Estabilidad (Kg.) 405.01 327.16 349.86 438.78 543.52

4 % Vacios 4.02 8.11 7.23 2.15 2.50

5 % BAM. 21.45 21.67 21.42 21.92 20.91

6 Flujo (cm.) 0.300 0.300 0.575 0.475 0.400

Luego procedemos a promediar los valores obtenidos para obtener el ptimo contenido de% Cemento Asfltico:


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CUADRO DE RESUMEN

% de C.A.Densidad(gr./cm3)

Estabilidad(kg.)

% Vacos % V.M.A. Flujo (mm)% de Vacoslleno de C.A.

(V.C.A.)

Factor deRigidez

4.5 2.458 222.019 4.01 71.1 0.33 136.1 716.09

5.0 2.428 119.756 8.14 97.7 0.28 12.1 412.795.5 2.399 220.896 7.18 92.8 0.38 13.2 576.15

6.0 2.370 129.873 2.75 72.6 0.55 175.2 529.55

6.5 2.342 235.506 3.53 97.8 0.29 15.2 805.99

2.300

2.320

2.340

2.360

2.380

2.400

2.420

2.440

2.460

2.480

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

% de C.A.

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

% de C.A.

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

4.5 5.0 5.5 6. 6.5

%de C.A.

-20.0

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

% de C.A.

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

%de C.A.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

% de C.A.


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Evaluacin de resultados

Descripcin % de C.A.Mxima Densidad 4.50

Mxima Estabilidad 6.50

% de Vacos al 3.5 % 5.90Rigidez adecuada (estabilidad/flujo) 5.50

% C.A. Optimo 5.58

CONCLUSIONES

La mezcla ptima diseada con el mtodo Marshall deber serverificada con la medida de su resistencia a la deformacin

plstica. Para determinar el contenido ptimo de asfalto de una mezcla de

agregados en particular se prepara una serie de muestras paradiferentes contenidos de asfalto, de tal forma que las curvastrazadas muestren un valor ptimo bien definido.

Para obtener datos confiables se preparan por triplicado para cadacontenido de asfalto.

RECOMENDACIONES

El mtodo Marshall es aplicable solamente en mezclas asflticasen caliente, usando cemento asfltico y agregado de 2.5 cm. (1pulg.) de tamao mximo.

El mtodo es utilizado tanto en diseo de laboratorio como en elcontrol de produccin de mezclas asflticas.

Las mezclas con valores muy altos de estabilidad son con

frecuencia poco deseables, debido a que los pavimentos quecontienen este tipo de mezclas tienen a ser menos durables ypueden agrietarse prematuramente bajo volmenes grandes detransito.


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IO DE MECNIC

Universidad Nacional

Federico Villarreal

Facultad de Ingeniera Civil

CURSO : PAVIMENTOSTEMA : ENSAYO MARSHALL

PROFESOR :ING.RODRIGUEZ CANTINET

ALUMNO :

CODIGO :

SECCION :C

Magdalena del mar, 19 de Noviembre del 2007

ensayo marshall final

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