manual de laboratorio vias de comunicacion

8/2/2019 Manual de Laboratorio Vias de Comunicacion

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CAP TULO I

INTRODUCCI N

I.1. HISTORIA Y PROCEDENCIA DEL ASFALTO

El cemento asfltico es el material de ingeniera ms antiguo. Sus propiedades como la

adherencia y resistencia al agua llegaron a ser conocidas por las antiguas civilizaciones.Fue utilizado por la industria de barcos en Sumeria hace 6,000 aos A.C. Otra antigua

civilizacin en el Valle de Indus (noreste de La India), utiliz el cemento asfltico en las

construcciones de grandes baos pblicos y tanques de agua hace 3,000 aos A.C.

El uso de cementos asflticos naturales como morteros, bloques de pavimentos,

selladores para barcos, etc., continu en los aos siguientes en varias partes de todo el

mundo.

Los cementos asflticos comerciales pueden ser clasificados en dos categoras:

a. Asfaltos Naturales

b. Asfaltos extrados del petrleo


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Manual de laboratorio de asfaltos Universidad Tecnolgica Centroamericana

Cientos de miles de toneladas de asfalto natural han sido extradas del Lago

Trinidad, y hasta los momentos no hay ninguna seal significativa de

disminucin del nivel del lago.

Las primeras capas de pavimento de asfalto extradas del Lago Trinidad fueron

colocadas en la avenida Pennsylvania en el ao 1876 en Washington D.C. Pero

debido a la baja penetracin1 que ste posee (3-10), fue dejado utilizar en la

construccin de pavimentos flexibles en los Estados Unidos.

I.1.2 Asfaltos Extrados del Petrleo

Los asfaltos extrados del petrleo, son hidrocarburos coloidales dispersos en el

petrleo crudo y se obtienen del refinamiento del crudo del petrleo.

Despus del descubrimiento del proceso de refinamiento del crudo a principios

del siglo, y con la venida de los automviles, grandes cantidades de asfalto han

sido extradas por las compaas petroleras. Gradualmente, estos asfaltos

refinados llegaron a sustituir a los asfaltos naturales debido a la alta calidad queofrecan los asfaltos extrados del petrleo.


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estndares ASTM D-946. Cabe mencionar que la prueba de penetracin, consiste

en medir cuanto penetra una aguja de dimensiones estndares, en una muestra de

cemento asfltico a una temperatura, tiempo y carga establecida por la norma

ASTM D-5. El segundo mtodo para clasificar el cemento asfltico, es mediante

el grado de viscosidad, tal como se especifica en la norma ASTM D-3381. Este

sistema de clasificacin se basa ya sea en la viscosidad del cemento asfltico

original, o en la viscosidad del cemento asfltico envejecido por medio de una

prueba de pelcula delgada. Ambas viscosidades son medidas en poises a 60C.

Los grados de viscosidad basados en las pruebas al asfalto original son: AC-2.5,

AC-5, AC-10, AC-20, AC-30 y AC-40. El valor numrico indica la viscosidad a

60C en cientos de poises. Los grados de viscosidad basados en las pruebas

hechas a los residuos obtenidos de la prueba de pelcula delgada, son: AR-1000,

AR-2000, AR-4000, AR-8000 y AR-16,000. Los valores numricos indican la

viscosidad en poises a 60C.

Un tercer mtodo de clasificacin basndose en el rendimiento, ha sido

desarrollado en el Programa de Investigacin Estratgica de Autopistas

(EE.UU.), y se discutir mas adelante en este captulo.

I 2 2 Emulsiones Asflticas


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ambiente fro, endurecen el cemento asfltico rpidamente. Una vez colocado el

asfalto rebajado sobre el pavimento, el solvente se evapora dejando el cemento

asfltico como residuo en la superficie.

Basndose en la tasa de evaporacin relativa, los asfaltos rebajados pueden

dividirse en tres tipos:

a. De curado rpido (RC): Producido mediante la adicin de un

disolvente ligero de alta volatilidad (generalmente gasolina o nafta),

al cemento asfltico. stos, son utilizados por lo general, en

tratamientos para superficies de pavimentos.

b. De curado medio (MC): Producidos mediante la adicin de un

disolvente medio de volatilidad intermedia (kerosn por ejemplo), al

cemento asfltico.

c. De curado lento (SC): Producidos mediante la adicin de un aceite de

baja volatilidad (diesel generalmente), al cemento asfltico.

Diferentes grados de asfalto rebajado pueden ser encontrados en el mercado. Elgrado con mayor fluidez se designa con el numero 30, y solo existe para asfaltos

rebajados de curado medio Todos los dems grados (70 250 800 y 3000) se


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adems del agua, pequeas cantidades de sustancias voltiles que se

evaporan en la atmsfera.

b. Prdida de productos de alta energa: Cuando los asfaltos rebajados secan, los

diluyentes que son de alta energa y alto precio, son desperdiciados al

evaporarse en la atmsfera.

c. Seguridad: Las emulsiones asflticas son seguras de manejar. Hay muy poco

peligro de que se produzca un incendio en comparacin con los asfaltos

rebajados de los cuales muchos tienen un punto de inflamacin muy bajo.

d. Temperatura de aplicacin ms baja: Las emulsiones asflticas pueden ser

aplicadas a temperaturas relativamente bajas en contraste con los asfaltos

rebajados, lo que genera un ahorro en los costos de combustible. Las

emulsiones asflticas pueden ser aplicadas perfectamente a pavimentos

hmedos, mientras que en los asfaltos rebajados, solo pueden ser aplicados

en condiciones secas.

I.3 PRUEBAS FSICAS DE LABORATORIO DEL CEMENTO ASFLTICO

Las pruebas fsicas de laboratorio que se le practican a los cementos asflticos, puedenser agrupadas en 5 tipos:


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4. Punto de reblandecimiento

5. Ductilidad

b. Pruebas de durabilidad

Los cementos asflticos sufren un envejecimiento substancial a corto plazo

(endurecimiento) cuando son mezclados con los agregados minerales

calientes en una planta de mezclado. El envejecimiento a largo plazo,

contina durante la vida de los pavimentos de concreto asfltico que, son

expuestos a factores ambientales y de carga. Las siguientes dos pruebas se

realizan generalmente para aproximar las condiciones de endurecimiento a

corto plazo que ocurre en una planta de mezclado de concreto asfltico:

1. Prueba de pelcula delgada en horno.

2. Prueba de pelcula delgada en horno rotatorio.

c. Pruebas de pureza

Los cementos asflticos refinados, estn compuestos en su mayora por

materiales bituminosos que, por definicin, son completamente solubles en

bisulfuro de carbono. Solamente una pequea cantidad de impurezas, estngeneralmente presentes en cementos asflticos refinados. Para determinar la

pureza del cemento asfltico una prueba de solubilidad (ASTM D-2042) se


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ocasionar que el cemento asfltico haga espuma cuando se caliente a ms de

100 C.

d. Pruebas de seguridad

Si se calienta el cemento asfltico a una temperatura suficientemente alta,

ste liberar vapores inflamables capaces de producir una llama en presencia

de cualquier chispa o flama.

El punto de inflamacin indica la temperatura a la que el cemento asfltico

puede ser calentado sin peligro de que se produzca una llama. Esta

temperatura est por debajo del punto de combustin, que es la temperatura a

la que un material comienza a arder.

Aunque el punto de inflamacin est muy por debajo de las temperaturas de

manejo y produccin de mezclas de asfalto en caliente, es necesario medir y

controlar tales temperaturas por razones de seguridad.

La prueba se realiza generalmente con el mtodo de la Copa Abierta de

Cleveland (ASTM D-92) Una copa de bronce parcialmente llena con


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6.13__

__.. ==

aguadeldensidad

mercuriodeldensidadeG (1.1)

La gravedad especfica (tambin se conoce como densidad relativa)

no tiene unidades. En lenguaje comn, dice cuntas veces es ms

pesada una sustancia que el agua. Ms correctamente, cuntas veces

es ms densa.

La gravedad especfica del cemento asfltico cambia cuando ste, se

expande al calentarse. Es por esto, que la determinacin de la

gravedad especfica es muy til al hacer correcciones de volumen-

temperatura o para determinar el peso por unidad de volumen de

cemento asfltico calentado a su temperatura de aplicacin.

Para determinar la gravedad especfica (Ge) del cemento asfltico, se

utiliza el mtodo del picnmetro (ASTM B70). Debido a que la

gravedad especifica vara con la temperatura, los resultados se

expresan dando la temperatura del cemento asfltico y el agua

utilizada en la prueba. Por ejemplo: un Ge = 1.02 a 15.6C/15.6C,

significa que la gravedad especifica del cemento asfltico cuando


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refinamiento que se utilizan actualmente, la prueba spot no se exige

en las normas. Esta prueba no puede ser aplicada a cementos

asflticos que han sido extrados (recuperados) del concreto asfltico.

I.4. PRUEBAS FSICAS DE LABORATORIO DE ASFALTOS REBAJADOS

Las pruebas fsicas de laboratorio que se le practican a los asfaltos rebajados son:

a. Viscosidad Cinemtica

El ensayo de viscosidad cinemtica se utiliza como base para clasificar los

asfaltos rebajados en los grados RC, MC y SC. El procedimiento es similar al

descrito para cementos asflticos. La diferencia est en que se hace a 60C.

Como alternativa se utiliza para determinar el estado de fluidez de los

asfaltos a diferentes temperaturas, el viscosmetro Saybolt Furol.

b. Destilacin

Como se indic previamente los RC-MC y en algunos casos los SC son

mezclas de cemento asfltico y solvente. Las propiedades de estos materiales

son de importancia en su aplicacin y comportamiento.La destilacin determina las proporciones relativas en que se encuentran

presentes en el asfalto fluidificado el material bituminoso y el solvente; para


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El destilado que evapora a diversas temperaturas es de poco inters en los

SC. Es por esto que la prueba de destilacin slo se le practica a los asfaltos

rebajados RC y MC. Los destilados que evaporan bajo la temperatura final,

360C, son de naturaleza aceitosa de modo que su velocidad de evaporacin

es muy lenta. Por lo tanto se mide la cantidad total drenado hasta 360C. En

un SC el residuo de la destilacin a 360C se considera representativo de la

porcin asfltica. Su consistencia se determina en el ensayo de viscosidad

cinemtica.

c. Punto de Inflamacin

El objetivo y significado del ensayo de punto de inflamacin son los mismos

que los ya vistos para el cemento asfltico. En los materiales SC se usa la

copa abierta de Cleveland; para los RC y MC, el ensayo es sustancialmente el

mismo salvo que se usa calor indirecto por la naturaleza voltil de los

diluyentes. Se realiza con la copa abierta de Tag, en donde el vaso, es de

vidrio y no de metal y se calienta en un bao de agua y no a llama directa.

I.5. AGREGADOS DEL CONCRETO ASFLTICO

Los agregados del concreto asfltico se clasifican generalmente por su tamao como


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La tabla 1.1 resume las diferentes propiedades que un agregado debe poseer para cumplir

con todas las funciones que debe desempear en las mezclas de asfalto en caliente o

concreto asfltico.

Las especificaciones para agregados gruesos, fillers minerales se pueden encontrar en las

normas ASTM D-692, D-1073 y D-242 respectivamente.

La ventaja de si utilizar un tipo de agregado u otro en el concreto asfltico se determina

evaluando las siguientes caractersticas de los minerales:

a. Tamao y graduacin

b. Materiales limpios/dainos

c. Dureza y resistencia

d. Durabilidad

e. Textura de la superficie

f. Forma de la partcula

g. Absorcin

h. Afinidad con el asfalto

I.5.1 Dureza y Resistencia

Los agregados por medio de la friccin interna deben transmitir las cargas de las


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Tabla 1.1 Resumen de las propiedades del agregado que cumplan con las funciones del sistema de la

mezcla.

Funcin Propiedad del Agregado

Importancia de la

Propiedad en el Concreto

AsflticoAdecuada resistencia interna y estabilidad

para distribuir las presiones superficiales

y prever deflexiones excesivas en la

superficie.

1. Estabilidad de la masa

2. Resistencia de la partcula

3. Rigidez de la partcula

4. Textura de la superficie de la

partcula.

5. Forma de la partcula

6. Graduacin

7. Tamao mximo de la partcula

I

I

I

I

I

I

IResistencia a los efectos de desgaste

ocasionado por qumicos y el clima.

1. Resistencia al ataque de

qumicos

2. Solubilidad

3. Slaking

4. Resistencia al mojado y secado

5. Resistencia al congelamiento y

descongelamiento

6. Estructura del poro

D

D

I

D

D

IResistencia al deterioro debido a la

aplicacin de cargas.1. Resistencia a la degradacin. I

Resistencia a los efectos de las fuerzas

internas como ser expansin contraccin

1. Cambios de volumen por la

temperatura S


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resistencia a la friccin.

b. Caractersticas de aspereza de

superficie aceptables.

c. Minimizacin de la reflectividad

de la luz.

d. Prevencin de las prdidas dematerial.

e. Minimizacin del desgaste de

los neumticos.

f. Minimizacin de la resistencia


partcula.

3. Tamao mximo de los

agregados

4. Resistencia de la partcula.

5. Resistencia al desgaste

6. Forma de partculas desgastadas

7. Estructura de poro

1. Tamao mximo de partcula

2. Graduacin

1. Reflectividad

1. Resistencia a la degradacin

2. Gravedad especifica

1. Forma de la partcula


partcula



I

I

I

I

I

I

I

I

I

II

I

I

I

I

I


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I.5.2 Durabilidad

Los agregados deben ser resistentes a la desintegracin y descomposicin debido

a la accin del congelamiento-descongelamiento y mojado-secado. La prueba de

solidez (ASTM C88) es un ensayo emprico que pretende proveer un indicativo

de la durabilidad.

I.5.3 Forma de las Partculas y Textura de la Superficie.

Las partculas de agregados que conviene utilizar en el concreto asfltico deben

ser de preferencia de forma cbica que planas, delgadas o alargadas. En mezclas

compactadas las partculas de forma angulosa presentan una mejor interaccin y

friccin interna que trae como resultado una mejora en la estabilidad mecnica

que las partculas de forma redonda.

Por otra parte, las mezclas que contienen partculas de forma redonda como ser

gravas naturales y arenas, tienen una mejor trabajabilidad y requieren menos

esfuerzo de compactacin para obtener la densidad requerida.

La textura de la superficie as como tambin la forma de la partcula influyen en

la trabajabilidad y resistencia del concreto asfltico Una superficie spera


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asfltico. El lavado de los agregados puede reducir la cantidad de materiales no

deseables a un nivel aceptable. Estos materiales incluyen: vegetacin, partculas

suaves, trozos de arcilla, capas de arcilla en las partculas del agregado y algunas

veces el exceso de polvo que se produce durante la trituracin. Adems de la

simple inspeccin visual, las siguientes pruebas pueden ser utilizadas para

identificar y medir la cantidad de materiales nocivos:

I.5.4.1. Prueba de Equivalente de Arena

La prueba de equivalente de arena (ASTM D-2419) se utiliza para

determinar las proporciones relativas de material fino plstico y polvo en

los agregados finos. En esta prueba, 85 mL de agregado que pasa el tamiz

No. 4 se agita en un cilindro transparente (32mm de dimetro interno,

400 mm de altura y graduado desde el fondo hasta arriba) que se llenacon una mezcla de agua y un agente floculante. Despus de agitarlo y de

20 minutos de reposo, las arenas se separan de la arcilla floculada y las

cantidades de arcilla y arena se miden dentro del cilindro. El equivalente

de arena es la razn entre la altura de la arena y la altura de la arcilla por

cien. Agregados ms limpios tendrn un valor de equivalente de arenams alto. Las especificaciones para agregados en concreto asfltico

exigen por lo general un mnimo de equivalente de arena entre el rango


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I.5.5 Tamao y Graduacin

I.5.5.1 Curvas Granulomtricas Deseadas

La granulometra de los agregados es la distribucin de los tamaos de

las partculas expresadas como un porcentaje del peso total. La

granulometra de los agregados es determinada por el tamizado. Los

tamices que se usan normalmente para el anlisis granulomtrico del

concreto asfltico son: 2, 1.5, 1, , , 3/8, No. 4, No. 8, No. 16,

No. 30, No.50, No.100, y No.200.

La granulometra (graduacin) es probablemente la propiedad ms

importante de un agregado. Las propiedades ms importantes del

concreto asfltico se ven afectadas en su mayora por esta propiedad queincluyen rigidez, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad,

resistencia a la fatiga, resistencia a la friccin y resistencia a los efectos

de humedad. Debido a esto, la graduacin es una consideracin primaria

en el diseo de mezclas de asfaltos.

En teora seria aceptable pensar que la mejor graduacin para el concreto

asfltico es aquella que proporcione la densidad de particular ms alta


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n

D

dP

= (1.2)

Donde d es el dimetro de la abertura del tamiz en cuestin, P es el

porcentaje total que pasa el tamiz yD es el tamao mximo del agregado.

Los estudios realizados por Fuller y Thompson mostraron que la mxima

densidad para un agregado puede ser obtenida cuando n = 0.5.

A principios de los aos 60, la Administracin Federal de Autopistas de

EE.UU. introdujo un cuadro de graduacin del agregado basado en los

estudios de Fuller, pero utilizando un valor de n =0.45. Este cuadro es

muy til para determinar la lnea de densidad mxima y ajustar la

graduacin de los agregados. Cabe recalcar que las graduaciones que

produzcan densidad mxima pueden no proveer suficientes vacos en el

concreto asfltico que permitan una mayor durabilidad sin que se

produzca segregacin del asfalto. Por esta razn, es necesario alejarse un

poco de las curvas de densidad mxima con el propsito de incrementar

los vacos en el agregado mineral.

I.5.5.2 Tamao del AgregadoEl tamao mximo del agregado en una mezcla debe ser tomado en

cuenta para asegurar un buen rendimiento Si el tamao mximo de la


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Las especificaciones para la graduacin de agregados de cementos

asflticos, han sido desarrolladas a travs de la experiencia en el campo.

En muchos casos han sido establecidas por medio de prueba y error. La

mayora de las especificaciones para concretos asflticos, exigen una

graduacin densa para los agregados, con la mitad de la porcin de las

curvas aproximadamente paralelas a las curvas de densidad mxima. La

tabla 1.2 muestra las graduaciones lmites recomendadas por la ASTM D-

3515, y la tabla 1.3 muestra las tolerancias.

I.5.5.4. Mezcla de Agregados para Cumplir con las Especificaciones

Por varias razones (Ej. alcanzar la densidad mxima y dejar una cantidad

de vacos aceptable) es necesario mezclar dos o ms agregados de

diferente graduacin. Difcilmente se encontrar un solo agregado deformacin natural que cumpla con las especificaciones. Adems, es

mucho ms econmico combinar agregados naturales con procesados

para lograr las exigencias de la norma.

Un gran nmero de mtodos han sido desarrollados desde que sepropusieron las curvas de densidad mxima. Sin importar el nmero de

agregados o las tcnicas de combinacin seleccionadas la frmula lgica


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a, b, c,: son proporciones (porcentajes) de los agregados A, B, C, que

se utilizan en la mezcla. a + b + c + = 1.0

Es recomendable, sin importar el mtodo a utilizar, que se grafiquen las

curvas granulomtricas de los agregados que se mezclarn y los lmites

de las especificaciones antes de proceder a hacer la combinacin. Con

estos grficos, pueden tomar decisiones previas a cualquier clculo, como

por ejemplo:

1. Si existe una combinacin que pueda cumplir con las

especificaciones.

2. El nmero de tamiz crtico.

3. Una aproximacin de las proporciones de prueba.

De la figura 1.2, se puede deducir lo siguiente:

1. La curva de graduacin para todas las posibles combinaciones de

los agregados A y B caen entre las curvas A y B. Es imposible

combinar los agregados C y B para cumplir con las

especificaciones, sin importar el mtodo que se utilice para hacerla mezcla de agregados.

2 Si dos curvas se cruzan en cualquier punto (B y D) las curvas de


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porcentaje que pasa cada tamiz en la combinacin. Se hacen ajustes para

la siguiente combinacin y se repiten los clculos para los tamices

crticos hasta que se obtenga una mezcla satisfactoria u ptima.

Figura 1.2. Banda envolvente de especificaciones.

El mtodo de prueba y error se puede resumir como sigue:

1. Seleccionar los tamices crticos para los agregados que sern

combinados.

2. Determinar proporciones iniciales a, b, c, etc., que cumplirn con


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Ejemplo 1.1. Determinar una combinacin de dos agregados (ver tabla

1.4) que cumplirn con las especificaciones dadas en la tabla, utilizando

el mtodo de prueba y error).

Examinando la tabla, se puede observar que es posible encontrar

una combinacin que caiga entre los lmites de las

especificaciones. Debido a la distancia relativa que hay entre las

curvas y la banda central, posiblemente una combinacin 50-50

logre el objetivo. La primera combinacin de prueba puede ser

determinada ms inteligentemente si ciertos tamices crticos son

escogidos. Por inspeccin de las curvas granulomtricas, se

puede observar que todo el material retenido en el tamiz de 3/8

(100 80 = 20% deseado), tiene que venir del agregado A, y

todo el material mas fino que el tamiz No.30 debe ser

suministrado por el agregado B. Con respecto al agregado A,

debido a que 41% (100% -59%) es retenido en el tamiz de 3/8,

el porcentaje requerido de A para retener el 20% en este tamiz

(media de la especificacin) es:

49.041

20==A


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Para la primera prueba se utilizara entonces, 50% de agregado

A y 50% de agregado B.

Agregado

Tamao del AgregadoPorcentaje

usado 3/8 No.4 No.8 No.30 No.50 No.100 No.200

A 100 100 90 59 16 3 0 0 0 0B 100 100 100 100 96 82 51 36 21 9

50% de A 50 50 45 29.5 8 1.5 0 0 0 050% de B 50 50 50 50 48 41 25.5 18 10.5 4.5

Combinacin 100 100 95 79.5 56 42.5 25.5 18 10.5 4.5

Deseado 100 100 90 80 60 43 24 18 12 7Especificacin 100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10

Tabla 1.4. Combinacin de 2 agregados.

Observamos que la combinacin es aceptable, ya que se

aproxima a los valores deseados (los valores deseados mostrados

en la tabla 1.4, corresponden al valor medio de los rangos que

las especificaciones sugieren para obtener mezclas de alta

densidad. Por ejemplo, para el tamiz No.4 el valor deseado es

435.422

5035=

+).

Los agregados deben almacenarse por separado. Es decir, cadatamao (o pase del tamiz), debe estar clasificado y rotulado ya

i t i t bi dif t


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I.7 DISEO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO

Los mtodos utilizados en EE.UU. para el diseo de pavimentos de concreto asfltico

son:

a. Mtodo Hveem

b. Mtodo Marshall

c. Mtodo Superpave

El mtodo Hveem fue desarrollado a finales de la segunda dcada del siglo pasado.

Durante 30 aos sufri modificaciones hasta alcanzar el procedimiento que hoy se

conoce y utiliza. El mtodo Marshall comenz a desarrollarse alrededor de 1939 por

Bruce Marshall quien laboraba en Departamento de Autopistas del estado de Mississippi,

y al igual que el mtodo Hveem, el mtodo Marshall fue modificado a medida que las

cargas en caminos para trfico vehicular y principalmente en los aeropuertos aumentaba.

Para 1984, el mtodo Marshall era el mtodo mas utilizado en los Estados Unidos para eldiseo de pavimentos de concreto asfltico.

Durante muchos aos los mtodos Hveem y Marshall respondieron muy bien a las

exigencias de la poca. Pero a principios de los aos 80, ya las cargas en aeropuertos y

carreteras haban incrementado considerablemente, por lo que surgi la necesidad deutilizar otro mtodo de diseo de pavimentos de concreto asfltico. Este mtodo deba

ser superior a los anteriores en trminos de racionalidad (menos emprico) As mismo


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CAP TULO II

PRUEBA DE VISCOSIDAD CINEM TICA

II.1. INTRODUCCIN

La prueba de viscosidad cinemtica para cementos asflticos, se lleva a cabo a una

temperatura de 135C y conforme a las normas ASTM D-2170. A esta temperatura, elcemento asfltico fluye fcilmente por accin de la gravedad a travs de un tubo

(viscosmetro). Dicha temperatura es utilizada, ya que se aproxima a las temperaturas

que alcanzan las capas inferiores de las mezclas para pavimentos de concreto asfltico.

El cemento asfltico se vierte en la abertura ms grande del viscosmetro hasta que

alcance la lnea de llenado. Luego se coloca el viscosmetro en un bao de aceite

transparente para obtener un equilibrio en la temperatura. Una pequea succin de aire

es aplicada a la abertura pequea (tambin se le puede aplicar presin de aire en la

abertura grande) para inducir el flujo del cemento asfltico a travs de una seccin del

tubo justo arriba de la lnea de llenado. Luego, por fuerzas gravitacionales, el cemento

asfltico fluye hacia abajo. Se mide el tiempo (en segundos) que tarda el cemento

asfltico en fluir entre dos marcas. La viscosidad cinemtica en centistokes es obtenida


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II.3. EQUIPO

a. Viscosmetros, tipo capilar, hecho de vidrio.

b. Termmetro calibrado con una aproximacin de 0.02C.

c. Bao adecuado para sumergir los viscosmetros. Debe estar provisto de soportes

firmes para los viscosmetros o bien, que los viscosmetros sean parte integral del

aparato para bao. El equipo debe tener la capacidad de mantener una temperatura

constante de 135 y 60 C con valores de 0.03C a lo largo de todo el viscosmetro.

La variacin entre cada uno de los viscosmetro no debe exceder 0.03C. Vase la

figura2.1.

d. Cronmetro con divisiones de 0.1 segundos o menos con variaciones no mayores de

0.05% cuando se midan intervalos no menores a 15 minutos.


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a. Dejar que las muestras selladas alcancen la temperatura del lugar donde

se vaya a realizar las pruebas.

b. Abrir el frasco que contiene la muestra y moverla (revolverla) por 30

segundos teniendo el cuidado de no dejar aire atrapado. Si la muestra es

demasiado viscosa como para moverla, colocarla en un frasco totalmente

sellado y ponerla en un bao u horno a una temperatura de 63 3C hasta

que est suficientemente liquida como para revolverla.

c. Llenar el viscosmetro inmediatamente con 20 mL de la muestra. Si la

prueba va a ser practicada en otro momento, verter 20 mL de la muestra

dentro de un contenedor seco, con capacidad de aproximadamente 30 mL

y sellar el recipiente completamente.

II.4.2. Para Cementos Asflticos

a. Calentar la muestra hasta que est suficientemente liquida como paraser vertida en el viscosmetro. Revolverla de vez en cuando para lograr

una temperatura homognea.

b. Transferir un mnimo de 20 mL a un recipiente y caliente la muestra a

135 5.5 C. Al igual que en el inciso anterior, revuelva la muestra para

prevenir calentamientos locales.


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60 segundos, seleccionar un viscosmetro de menor dimetro interno y repetir la

operacin.

g. Limpiar el viscosmetro varias veces con un solvente apropiado para la muestra.

Luego limpiarlo con una solucin completamente voltil. Secar el tubo pasando una

corriente de aire filtrado y seco a travs del interior del tubo por 2 minutos, o hasta

que no quede ningn rastro del solvente. Limpiar peridicamente con una solucin

limpiadora cida fuerte para remover depsitos orgnicos. Lavar con agua destilada

y acetonas libre de residuos. Secar con aire filtrado y seco.

II.6. CLCULOS

Calcular la viscosidad cinemtica con 1 cifra decimal:Viscosidad cinemtica, cSt = Ct

Donde:

C es la constante de calibracin del viscosmetro, cSt, y

tes el tiempo de flujo en segundos.

II 7 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES


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II.8. TABLA DE DATOS

MuestraTemperatura en

grados C

Tiempo de flujo

en seg.

Constante del

viscosmetroViscosidad

A

B

II.9. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

ASTM Standards:

D-92 Mtodo de prueba para el punto de inflamacin y combustin de la Copa

Abierta de Cleveland.

D-341 Tabla de viscosidad-temperatura para productos lquidos del petrleo.

D-445 Mtodo de prueba para viscosidad cinemtica de lquidos transparentes y

opacos.


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CAP TULO III

PRUEBA DE PENETRACI N

III.1. INTRODUCCIN

Este ensayo es una medida emprica que determina la consistencia de los cementos

asflticos mediante la penetracin vertical de una aguja en una muestra de dicho material

bajo condiciones establecidas de peso, tiempo y temperatura (vase figura 3.1). La

prueba se realiza segn las especificaciones ASTM D-5.

La profundidad a la que penetra la aguja se mide en dcimos de milmetro. Por ejemplo,

si la aguja penetra 8mm, entonces el valor de penetracin del cemento asfltico que se

debe reportar es 80.

Antes Despus de 5 segundos

Figura 3 1 Ensayo de penetracin


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Figura 3.2. Penetracin en funcin del tiempo.

La necesidad de En 1888, H.C. Bowen invent la Maquina de Penetracin Bowen, que

determinaba la consistencia del asfalto. Alrededor del 1910, y despus de varias

modificaciones, el penetrmetro se convirti en la principal forma de medicin de la

consistencia del asfalto. Y en 1918 la Oficina de Caminos Pblicos introdujo el sistema

de clasificacin (grados del cemento asfltico) por medio de la prueba de penetracin.


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Grado de Penetracin

40-50 60-70 85-100 120-150 200-300Min Max Min Max Min Max Min Max Min MaxPenetracin a 25C, 100g, 5

seg.

40 50 60 70 85 100 120 150 200 300

Punto de inflamacin 450 - 450 - 450 - 425 - 350 -Ductilidad a 25C, 5

cm/min, cm

100 - 100 - 100 - 100 - 100 -

Solubilidad en tricloruro de

etileno, %

99.0 - 99.0 - 99.0 - 99.0 - 99.0 -

Penetracin despus de la

prueba de pelcula delgada

55+ - 52+ - 47+ - 42+ - 37+ -

Ductilidad a 25C, 5 cm/min

despus de la prueba de

pelcula delgada, cm

- - 50 - 75 - 100 - 100+ -

Tabla 3.1. Requerimientos para determinar el grado del cemento asfltico.

III.2. OBJETIVOS

Determinar la consistencia y grado del cemento asfltico


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III.3. EQUIPO

a. Aparato de penetracin o penetrmetro para asfaltos, adaptado para sujetar una aguja

y provisto de un dispositivo para medir la profundidad de penetracin de dicha aguja

en dcimos de milmetro. Tambin cuenta con un mecanismo que permite aproximar

la aguja a la muestra y pesas de 50 y 100 gramos.

Figura 3.3. Aparato de penetracin

b. Aguja de acero inoxidable totalmente endurecida y perfectamente pulida con la

forma y dimensiones mostradas en la figura 3.4, montada en un casquillo de bronce o

acero inoxidable y sobresale de ste de 40 a 45 milmetros.


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c. Cpsula metlica o de vidrio refractario, de forma cilndrica, con fondo plano, y

dimetro interior segn la siguiente tabla:

d.

Penetracin Dimetro(mm) Profundidad interna(mm)Menor de 200 55 35

Entre 200 y 350 55 70

Tabla 3.2. Dimensiones de la cpsula

e. Bao de agua con capacidad de mantener una temperatura de 25C y aproximacinde 0.1C, con dimensiones y caractersticas que le permitan una capacidad de al

menos 10 litros. Estar provisto de un entrepao perforado, colocado a no menos de

5 cm del fondo del bao y no menos de 10 cm de la superficie del lquido.

Se recomienda utilizar agua destilada para el bao. Evitar contaminantes qumicos enel agua ya que la presencia de tales sustancias puede alterar los valores de

penetracin obtenidos.

f. Recipientes cilndricos de metal, plstico o vidrio, de forma adecuada para transferir

y mantener sumergidos los recipientes que contienen la muestra, con capacidad de al

menos 350 mL y provisto de dispositivos para fijar convenientemente los recipientesque contienen las muestras.

g. Termmetro calibrado con graduaciones que abarquen de 19 a 27C y aproximacin


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III.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA

a. Calentar la muestra de asfalto cuidadosamente, agitndola cuando sea posible para

distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera una fluidez que facilite

el vaciado en el molde de prueba. En ningn caso, la temperatura debe exceder 60C

arriba del punto de emblandecimiento y la muestra no debe ser calentada por ms de

30 minutos. Evitar la incorporacin de burbujas de aire en la muestra.

b. Verter la muestra en la cpsula hasta una altura tal que, al enfriarse a la temperatura

de prueba, la profundidad de la muestra sea de al menos 10 mm mayor que la

profundidad a la que se espera que la aguja penetre.

c. Cubrir las cpsulas para proteger las muestras del polvo (se recomienda utilizar un

beaker colocndolo boca abajo), y dejar que se enfre la muestra a temperatura

ambiente (entre 15C y 30C) por una hora a una hora y media para cpsulas

pequeas y de hora y media a dos horas para cpsulas mas grandes.d. Colocar las dos muestras en el bao de agua, a la temperatura definida anteriormente

para realizar la prueba. Mantener la cpsula pequea de 1 hora a 1 hora y la

cpsula de 6 onzas, en caso de utilizarse, de 1 hora a 2 horas.


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III.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

a. Examinar la aguja y determinar si esta completamente limpia, libre de agua o de

cualquier sustancia extraa. En todo caso, limpiar la aguja con tolueno o cualquier

otro solvente y un pao limpio. De ser necesario, colocar la pesa de 50 gramos sobre

la aguja para hacer un total de 100 0.1 gramos.

b. Colocar el recipiente que contiene las muestras directamente sobre la base del

penetrmetro cuidando de mantener las muestras completamente sumergidas en el

agua del bao que se encuentra a una temperatura constante de 25C.

c. Ajustar la aguja a la altura de la muestra hasta que la punta de la misma haga

contacto con la superficie de la muestra.

d. Hacer coincidir las manecillas del penetrmetro con el cero de su cartula.

e. Rpidamente liberara la aguja oprimiendo el botn que lo sujeta durante 5 segundos.

f. Tomar nota de la lectura en dcimos de milmetros o grados de penetracin.g. Hacer por lo menos tres penetraciones en la misma muestra, teniendo el cuidado de

hacer cada penetracin con 10 milmetros de separacin entre cada una de ellas y

entre la pared del recipiente. De ser necesario regresar las muestras al recipiente con

agua a temperatura constante de 25. No olvidar que la aguja debe ser limpiada

cuidadosamente despus de cada penetracin con un pao humedecido detetracloruro de carbono de ser posible, y despus con un pao seco.

h Reportar como resultado de la prueba el promedio de tres penetraciones con


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Penetracin

(en dcimos de mm)

Diferencia permisible entre los valores de las

penetraciones consideradas(Dcimos de mm).

0 - 49 250 - 149 4150 - 249 6250 o ms 8

Tabla 3.3. Diferencias permisibles entre valores de penetracin.

III.6. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Las causas mas frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:

a. Que no se cumplan con los requisitos de temperatura y tiempo de penetracin.

b. Presencia de burbujas de aire en la muestra.

c. Mala limpieza de la aguja.

d. Que la aguja no est en contacto con la superficie de la muestra al iniciar la prueba

de penetracin.

e. Contacto de la aguja con el fondo del recipiente antes de finalizar los 5 segundos que

dura la prueba.


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III.7. TABLA DE DATOS

Nmero de

muestra

Penetracin #1

(dcimos mm)

Penetracin #2

(dcimos mm)

Penetracin #3

(dcimos mm)

Promedio

(dcimos mm)


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III.8. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

a. ASTM Standards:

D-36 Mtodo para determinar el punto de emblandecimiento.

E-1 Especificaciones para termmetros ASTM.

E-77 Mtodo de prueba para la inspeccin y verificacin de termmetros

liquido-en-vidrio.

b. ANSI Standard:

B46.1 Texturas de superficies.

c. ISO Standard:

ISO Standard 486; Parmetros para Superficies Rugosas, Sus Valores y Reglas

Generales para Especificar Requerimientos


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CAP TULO IV

PRUEBA DE DUCTILIDAD

IV.1. INTRODUCCIN

El ensayo de ductilidad, se lleva a cabo segn la norma ASTM D-113 y mide la distancia

en centmetros, que se estirar una briqueta (ver figura 4.1), estndar de cemento

asfltico antes de romperse. El rea de la seccin transversal de la briqueta en su zonamas angosta es de 1.00 cm2 como se muestra en la figura 4.2.

Figura 4.1. Briqueta de asfalto para prueba de ductilidad.

La prueba se lleva a cabo en un bao de agua a una temperatura constante de 25C. Los

extremos de la muestra se separarn a una velocidad de 5 cm/min hasta que se divida

totalmente la briqueta en dos partes.


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El uso de la prueba de ductilidad como un mtodo de control de calidad del cemento

asfltico, ha sido objeto de discusiones, ya que adems de su naturaleza emprica, su

pobre reproduccin de la realidad hace difcil decidir qu propiedad del material se esta

midiendo exactamente. Welborn et al. (1966) y Kandhal (1977) reportaron evidencias de

una buena correlacin entre la ductilidad y susceptibilidad a los esfuerzos cortantes para

varios tipos de cementos asflticos en temperaturas de 7 a 16C.

Varios estudios han relacionado la ductilidad del cemento asfltico con el rendimiento

del pavimento. Doyle (1958) midi la ductilidad a 13C y report extensos

agrietamientos en el pavimento cuando la ductilidad caa por debajo de los 5 cm.

Halstead (1963) demostr que los pavimentos que contenan cemento asfltico con

valores de penetracin considerados como satisfactorios3pero con bajas ductilidades,

son ms propensos a mostrar un bajo rendimiento, en contraste con los pavimentosconteniendo cementos asflticos con valores de penetracin similares pero con valores

de ductilidad mayores. En el proyecto de Zaca-Wigmore, Haveem et al. (1963),

aportaron evidencias de que la ductilidad del cemento asfltico obtenido del pavimento

durante su vida en servicio, es un mtodo importante para determinar el rendimiento del

pavimento. Los resultados del ensayo de ductilidad para asfaltos no satisfactorios, fueronmuy bajos.


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IV.3. EQUIPO

a. Molde con las dimensiones mostradas en la figura 4.3. El molde deber estar hecho

de bronce, provisto de las partes b-b conocidas como clips o mordazas y las partes

a-a conocidas como lados o laterales.

Figura 4.3. Medidas en milmetros del molde de briqueta

b. Bao de agua, que deber mantenerse a una temperatura constante de 25C con

variaciones permisibles no mayores de 0.1C. El volumen de agua no deber ser

menor de 10 litros y el espcimen deber estar sumergido a una profundidad no


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IV.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA

a. Se prepara los dos (2) elementos laterales del molde y las placas de apoyo de las

briquetas para evitar que se les adhiera el asfalto, aplicndoles con un pao una

mezcla formada por tres (3) partes del cido clorhdrico o ntrico y una (1) parte de

mercurio o bien, talco o caoln, hecho lo anterior se coloca el molde sobre su placa

de apoyo y se ajusta dejndolo en posicin horizontal.

b. Se calienta lo indispensable para que adquiera la fluidez suficiente y se facilite su

vaciado; se pasa a travs de la malla Num. 0.300, despus de lo cual se agita

perfectamente y se vaca cuidadosamente en el molde formando un chorro delgado

que se mueve de adelante hacia atrs y de un extremo a otro del molde, hasta rebasar

ligeramente el nivel de enrase, evitando la formacin de burbujas.

c. A continuaron, se deja enfriar el molde conteniendo el material asfltico y colocadosobre la placa de apoyo, a la temperatura ambiente durante 30 a 40 minutos, despus

de lo cual se coloca en el bao de agua a la temperatura 250.5C durante 30

minutos; transcurrido este tiempo se saca del bao el molde sobre la placa de apoyo,

y se enrasa cortando el exceso de este con un cuchillo o esptula de borde recto

previamente calentado para facilitar el corte.d. El molde sobre la placa de latn y conteniendo la briqueta se vuelven a calentar en el

bao de agua a la temperatura de 250 5C durante 905 minutos despus de lo cual


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IV.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

a. Se pone en marcha el mecanismo de prueba a la velocidad de cinco (5) centmetros

por minuto, con una variacin de 5%, hasta producir la ruptura de la briqueta; en

este momento se lee el desplazamiento de la mordaza y se registra en centmetros.

b. Se reporta como ductilidad del cemento asfltico, la longitud en centmetros que se

desplazo la mordaza para lograr la ruptura de la briqueta.


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IV.6. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES.

Las causas ms frecuentes de error en esta prueba son:

a. Que existan burbujas de aire dentro de la briqueta.

b. Que al retirarse la briqueta, sta toque el fondo del tanque del ductilmetro o la

superficie del agua; en este caso se repetir la prueba agregndole al agua del tanque

sal comn para aumentar su densidad o alcohol metlico para disminuirla y lograr

que la probeta al ser estirada se mantenga en posicin sensiblemente horizontal.

IV.7. TABLA DE DATOS

Muestra Velocidad, cm/min Temperatura CDistancia de

estiramiento, cm

A

B


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IV.8. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

ASTM Standards:

D-5 Mtodo de prueba para la penetracin de materiales bituminosos.

D-1754 Mtodo de prueba para los efectos que producen el calor y el aire en

materiales asflticos (prueba de una pelcula delgada)

D-2872 Mtodo de prueba para los efectos que producen el calor y el aire en una

pelcula de asfalto en movimiento.

E-1 Especificacin ASTM para termmetros.E-11 Especificaciones de tamices para propsitos de prueba


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CAP TULO V

PUNTO DE INFLAMACI N

V.1. INTRODUCCIN

Si se calienta el cemento asfltico a una temperatura suficientemente alta, ste liberar

vapores inflamables capaces de producir una llama en presencia de cualquier chispa o

flama.

El punto de inflamacin indica la temperatura a la que el cemento asfltico puede ser

calentado sin peligro de que se produzca una llama. Esta temperatura est por debajo del

punto de combustin, que es la temperatura a la que un material comienza a arder.

Aunque el punto de inflamacin est muy por debajo de las temperaturas de manejo y

produccin de mezclas de asfalto en caliente, es necesario medir y controlar tales

temperaturas por razones de seguridad.

La prueba se realiza generalmente con el mtodo de la Copa Abierta de Cleveland

(ASTM D-92). Una copa de bronce parcialmente llena con cemento asfltico, se calienta

a una rapidez especfica y se pasa una llama sobre la superficie de la copa


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V.3. EQUIPO

a. Copa abierta de Cleveland. Este aparato consiste en una copa de bronce, una parrilla

elctrica, quemador de gas o lmpara de alcohol con capacidad de controlar la

aplicacin del calor, protegiendo la llama de corrientes de aire en caso de utilizar las

dos ultimas (ver figura 8.1).

b. Termmetro de 25 mm, con un rango de temperatura de -6 a 400C y

aproximaciones de 2C y conforme a las normas ASTM E-1.

c. Aplicador de flama con dimensiones aproximadas de 1.6 mm de dimetro en elextremo de salida y orificio de 0.8 mm de dimetro, acoplado al soporte de tal forma

que le permita girar en un plano horizontal que diste 2 mm como mximo del borde

superior de la copa Cleveland.

Figura 5.1.Copa abierta de Cleveland con parrilla elctrica y aplicador de flama.


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V.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

a. Encender el aplicador de flama y ajustarla para que ste tenga un dimetro de 3 a 5

mm aproximadamente. Esto se puede verificar comparando con la esfera de

referencia instalada en la placa de apoyo de la copa.

b. Aplicar calor al espcimen de manera que su temperatura aumente a razn de 14 a 17

C por minuto hasta que el cemento asfltico alcance una temperatura aproximada de

60C debajo del punto de inflamacin probable. Luego reducir gradualmente el calor

aplicado a la copa de manera que al llegar la muestra a 30C abajo del punto deinflamacin probable, el incremento de temperatura sea 5 a 6C por minuto.

c. Cuando la temperatura del espcimen est a 30C abajo del punto de inflamacin

probable, se iniciar la aplicacin de la flama pasndola de lado a lado de la copa,

sobre el centro de la misma y con un movimiento circular uniforme de manera que la

duracin del paso de la flama sobre la copa sea de 1 segundo aproximadamente y queel aplacador gire lo suficiente hasta formar un Angulo recto con el dimetro de la

copa que pasa por el eje del termmetro. El centro de la flama se mover en un plano

situado a no ms de 2 mm arriba del borde superior de la copa. La flama se aplicara

cada vez que la temperatura de la muestra de prueba se eleve 2C.

d. Registrar como punto de inflamacin t1, en grados centgrados con aproximacin deun grado centgrado (1C), la temperatura leda en el termmetro cuando al pasar el

aplicador se produzca una pequea flama instantnea en cualquier punto de la


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V.6. CLCULOS

a. Si la presin baromtrica del lugar en que se efecta la prueba es diferente de 760

mm de Hg, se corrigen las temperaturas t1 y t2 aplicando la siguiente frmula:

t = t + 0.03 (760 P)

Donde:

t es la temperatura corregida por presin baromtrica, en grados centgrados

t el la temperatura registrada durante la prueba y que fue designada como t1 y t2, en

grados centgrados.P es la presin baromtrica del lugar en que se efecta la prueba en milmetros de

mercurio.

V.7. TABLA DE DATOS

Observada Corregida

Temperatura del punto de

inflamacin

Temperatura del punto de

b ti


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CAP TULO VI

PRUEBA DE DESTILACI N

VI.1. INTRODUCCIN

Esta prueba determinar el contenido de disolvente que tienen los asfaltos rebajados de

curado rpido y medio, as como tambin las proporciones del residuo asflticoexistentes en el producto. El procedimiento consiste esencialmente en efectuar la

destilacin de una muestra de asfalto rebajado, hasta una temperatura de 360C y

registrar volmenes del producto destilado. Al residuo asfltico se le realizan otras

pruebas (penetracin, ductilidad y pruebas de pureza) que ayudan a su identificacin.

VI.2. OBJETIVOS

Determinar la cantidad de diluyente que contiene la muestra de asfalto rebajado.


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VI.3. EQUIPO

El equipo y materiales necesarios para efectuar esta prueba son los siguientes:

a. Matraz de vidrio para destilacin, de 500cm3 de capacidad, con salida lateral y

provista de un tapn de corcho con una perforacin paralela a su eje para insertar el

termmetro.

b. Camisa para el matraz de destilacin, de acero galvanizado, recubierta con una tapa

de asbesto de 3 mm de espesor, provisto de ventanas protegidas con mica y de una

tapa formada por 2 secciones de asbesto o de lmina de acero galvanizado recubiertacon asbesto.

c. Condensador de vidrio de tubo recto provisto de camisa, de 250 mm de longitud,

como mnimo, para refrigeracin por agua.

d. Extensin de vidrio con pared de 1mm de grueso y refuerzo en la seccin de entrada,

que forme un ngulo de 105 aproximadamente, entre sus ramas de entrada y salida;sus dimetros de entrada y salida, sern aproximadamente de 18mm y 5mm,

respectivamente.

e. Probeta graduada de100cm3 de capacidad, con graduaciones a cada centmetro

cbico; su altura estar comprendida entre 24.8 y 26.0 centmetros o bien, en caso

de que el volumen total destilado sea pequeo, pueden utilizarse probetas graduadas

de menor capacidad con divisiones de 0.1cm3.

f Bao de agua con paredes transparentes y temperatura controlable de 20 a 100C


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VI.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA

a. De una muestra de asfalto rebajado, se toma una porcin de 500cm3

aproximadamente, para la cual previamente se homogeneiza dicha muestra,

calentndola ligeramente en caso necesario.

VI.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

La prueba se efectuara de la siguiente manera:a. Colocar el matraz de destilacin y la camisa, sobre las dos mallas metlicas

Num.0.850, las que a su vez estarn una sobre otra y apoyadas en un anillo metlico

sujeto a un soporte, instalar el condensador y acoplar el matraz utilizando una junta

de corcho que ajuste perfectamente; conectar al refrigerante las mangueras de

entrada y salida del agua.b. Insertar en el matraz el tapn de corcho con el termmetro, ajustando ambos de

manera que el bulbo a 6.5mm del fondo del matraz y su eje coincida con el del

termmetro, quedando ambos en posicin vertical.

c. Conectar al extremo de la salida del condensador la extensin de vidrio que conduce

el destilado a la probeta graduada y se tapa sta con un papel secante que tenga una

perforacin de la forma y dimensiones adecuadas para que ajuste en la extensin. Si

la temperatura ambiental del local en donde se efecta la prueba no es de 15 5


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e. De la porcin mencionada en el inciso (a) de la seccin 6.4, se pesa en el matraz de

destilacin la cantidad de producto correspondiente a un volumen de 200cm 3,

calculado a partir de la densidad que tenga el material asfltico a una temperatura de

15.5C.

f. Se hace circular agua fra en el condensador y se aplica calor al matraz, de manera

que la primera gota de destilado caiga en el extremo del tubo del condensador, en un

lapso de 5 a 15 minutos despus de iniciada la aplicacin del calor, la temperatura a

que esto ocurre se registrara con aproximacin de 0.5C.g. Se contina la destilacin de tal forma que escurra por el extremo de la extensin de

vidrio, de 50 a 70 gotas de destilado por minuto, hasta 260C de 20 a 70 gotas por

minuto, entre 260 a 315C. El periodo de destilacin entre las temperaturas de 315 a

360C, no exceder de 10 minutos. Estas temperaturas son nominales, las cuales

previamente se corrigen de acuerdo a lo descrito en el inciso a de esta parte.h. Si durante la destilacin se produce espuma en la muestra, se disminuye el calor para

evitar que dicha espuma alcance la entrada del tubo del matraz y en seguida se

vuelve a incrementar el calor para obtener la velocidad de destilacin antes indicada.

En el caso de que persista la espuma, se regulariza la destilacin aplicando calor

lateralmente en vez de hacerlo en el fondo del matraz.

i. Registrar con aproximacin de 0.5cm3 la cantidad de destilado obtenido a cada una

de las temperaturas correspondientes a las nominales de 190 225 260 315 y 360C


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segundos. Durante esta operacin se mantendr en posicin sensiblemente horizontal

el tubo de salida del matraz, para impedir que regresen al residuo los disolventes

condensados que se encuentren en dicho tubo y tan pronto como deje de vaporizar el

material en la cpsula, se agita su contenido para homogeneizarlo y tomar de ella, a

la temperatura adecuada, las cantidades de residuo asfltico que se requiere para

otras pruebas.

Tabla 6.1. Temperaturas corregidas para efectuar lecturas del volumen destilado,correspondientes a diferentes alturas sobre el nivel del mar.

Altura sobre

el nivel del

mar (metros).

Temperaturas corregidas correspondientes a las nominales en C

0 190 225 260 316 360

152 189 224 259 315 359305 189 224 258 314 358457 188 223 258 313 357610 187 222 257 312 356762 186 221 256 312 355914 186 220 255 311 354

1,067 185 220 254 310 3531,219 184 219 254 309 3521,372 184 218 253 308 3511,524 183 218 252 307 3501 676 182 217 251 306 349


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Tabla 6.2. Correccin de las temperaturas nominales por altura baromtrica del lugar.

Temperaturas

nominales en C

Correccin por cada 10

mm de diferencia en lapresin baromtrica, C*

190 0.55225 0.59260 0.63315 0.70360 0.75

*Estos valores se restarn de las temperaturasnominales correspondientes, aproximando lastemperaturas corregidas a 0.5C

VI.6. CLCULOS

a. Para encontrar el contenido de cemento asfltico de la muestra, se resta del volumen

original del espcimen mencionado en el inciso (e) de la seccin 6.5, el volumen del

destilado total.

b. Reportar los volmenes destilados a las temperaturas correspondientes a las nominales

de 190, 225, 260 y 315C, expresndolos como porcentajes del volumen total destilado ala temperatura correspondiente a la nominal de 360C y aproximando los resultados a la

unidad


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VI.8. TABLA DE DATOS

Volumen de la muestra

Temperatura de

lectura nominal C

Temperatura de

lectura corregida C

Volumen destilado en

cm3% de destilacin

190

225

260

315

360


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VI.9. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

ASTM Standards:

D -86 Test Method for Distillation of Petroleum Products.

D-370 Test Method for Dehydration of Oil-Type Preservatives.

E-1 Specification for ASTM Thermometers

E-133 Specification for Distillation equipments.

IP Standards

123/ASTM D-86, Distillation of Petroleum Products

Thermometers as specified in IP Standards

Crow Receiver as specified in British Standards 658:1962

C.O.3 Standard Methods for Testing Tar and its Products


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CAP TULO VII

M TODO MARSHALL

VII.1. INTRODUCCIN

El mtodo Marshall para el diseo de mezclas de pavimento de concreto asfltico, fue

desarrollado en el Departamento de Autopistas de Mississippi por Bruce Marshall

alrededor de 1939. Luego, en 1943, el Cuerpo de Ingenieros de la Estacin Experimentalde Canales (WES) comenz el desarrollo de un aparato simple y porttil para disear

mezclas de asfalto en un campo de aterrizaje. Esto fue impulsado en primer lugar, por el

incremento de las cargas que transmitan los aviones a travs de sus ruedas durante la

segunda guerra mundial. Las presiones de los neumticos y por ende, las presiones en las

zonas de contacto, aumentaron, surgiendo as, la necesidad de desarrollar un mtodo que

garantizara un buen comportamiento de los pavimentos ante tales presiones. El Cuerpo

de Ingenieros comenz experimentado con el aparato de Bruce Marshall, logrando

disear en el laboratorio, varias mezclas de concreto asfltico mediante la aplicacin de

una variedad de esfuerzos de compactacin (el objetivo era producir densidades que

fueran similares a aquellas obtenidas en el campo durante la construccin y uso).

Uno de los mayores logros del estudio de compactacin del laboratorio fue adoptar un

procedimiento de preparacin de la muestra que producan tiempo y esfuerzo humano


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Este procedimiento es solamente apropiado para pavimentos de cemento asfltico con un

agregado de tamao mximo que no exceda los 25 mm debido al dimetro de los moldes

que se utilizan en esta prueba. Existen unas modificaciones al procedimiento Marshall

que utiliza moldes para tamaos mximos de agregados mayores que 25mm. Tales

procedimientos modificados no sern discutidos en este manual.

Los pasos para llevar a cabo un diseo de mezcla comienza con la aceptacin de los

materiales (se deber evaluar los agregados y el cemento asfltico); la preparacin delespcimen; anlisis de vacos y densidad; pruebas de estabilidad de flujo y finalmente

anlisis de los resultados de las pruebas.

A. Evaluacin del agregado

1. Determinar la aceptabilidad de los agregados para ser utilizados enla construccin de pavimentos de concreto asfltico; estas pruebas incluyen la

prueba de desgaste de Los ngeles, equivalente de arena, presencia de sustancias

nocivas, etctera.

2. Si el material en el paso anterior es aceptable, entonces realice las

otras pruebas requeridas para los agregados: granulometra, gravedad especfica

y absorcin.

3 Realizar los clculos para mezclas de agregados como se describi


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3. Determinar la gravedad especfica (Ge) del cemento asfltico

y graficar los datos de viscosidad con respecto a la temperatura.

4. Determinar los rangos de temperatura para la compactacin y

mezclado, a partir de la grafica viscosidad-temperatura (la temperatura de

mezclado debe ser seleccionada para proveer una viscosidad de 17020

centistocks y la temperatura de compactacin debe ser seleccionada para proveer

una viscosidad de 28030 centistocks)

VII.2. OBJETIVOS

El objetivo de cualquier mtodo de diseo de mezcla de concreto asfltico es encontrar

una combinacin (cantidad de asfalto + agregados) que cumpla con las siguientes

caractersticas:

Resistencia a deformaciones permanentes. Resistencia a la fatiga

Resistencia al agrietamiento producido por las bajas temperaturas.

Durabilidad

Resistencia al pulido (debe mantener su rugosidad)

Trabajabilidad


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en posicin vertical sobre una losa rgida de concreto, de tal manera que la placa

metlica permanezca en posicin horizontal.

d. Sujetador metlico para los moldes de compactacin. que permita mantener

firmemente en posicin sobre el centro del pedestal, los cilindros montados con

su base y collarn, para compactar la mezcla que contienen.

e. Pisn de compactacin con superficie circular de apisonado de noventa y ocho

punto cuatro (98.4) milmetros de dimetro, teniendo una pesa deslizante de

cuatro mil quinientos treinta y seis (4,536) gramos, con altura de cada decuatrocientos cincuenta y siete punto dos (457.2) milmetros.

f. Mquina de prueba Marshall con capacidad de tres mil (3,000) kilogramos

accionada con motor elctrico, equipada con mordazas semicirculares para

aplicar cargas a los especimenes de prueba a una velocidad constante de

deformacin de cincuenta punto ocho (50.8) milmetros por minuto y provista deun dinammetro de anillo calibrado para cargas,' con sensibilidad de diez (10)

kilogramos.

g. Extensmetro para medir la deformacin vertical o flujo del espcimen, con

carrera de veinticinco punto cuatro (25.4) milmetros y aproximacin de cero

punto un (0.1) milmetro.

h. Dispositivo para extraer los especimenes del molde.

i Mezclador mecnico con tazones de dos (2) litros de capacidad como mnimo y


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VII.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA

1. Secar y tamizar los agregados por tamaos y guardar los diferentes pases de agregados

en contenedores limpios y secos. Preparar material suficiente para hacer 18 especimenes

de aproximadamente de 1150g cada uno. La cantidad mnima de agregados y cemento

asfltico para preparar una serie de especimenes de prueba para una granulometra dada

son 25 Kg. (50 lb.) y 4 litros (1 galn), respectivamente.

2. Pesar el agregado para 18 especimenes y colocarlos en contenedores separados. Calentar

los agregados hasta la temperatura de mezclado que se determin en el paso B-4. Sinembargo el peso total de agregado debera ser determinado con se mostrara en el

siguiente numeral.

3. Generalmente es mejor preparar un espcimen de prueba antes de comenzar a realizar

los 18 especimenes; medir la altura de ste (h1) y comparar con las alturas que se

especifican para especimenes de pruebas Marshall (63.55. 1mm), si los especimenesestn fuera de este rango, ajustar la cantidad de agregados incluidos en el espcimen

utilizando la siguiente formula:

gh

Q 11505.63

1

=

4. Calentar suficiente cemento asfltico para preparar un total de 18 especimenes. Tres

especimenes compactados deben ser preparados a 5 diferentes cantidades de asfalto. Los

contenidos de asfaltos deben ser seleccionados con un incremento de 0 5% con al menos


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8. Colocar un pedazo de papel circular dentro de un molde Marshall precalentado y

ensamblado. Verificar la temperatura. Compactar la mezcla con una esptula caliente 15

veces alrededor del permetro y 10 veces en el interior. Remover el collar y acumular el

material dentro del molde de manera que el centro quede un poco ms alto que en los

bordes. Fijar el molde y la base a un pedestal. Colocar el martillo precalentado dentro del

molde y aplique el numero apropiado de golpes a la parte superior del espcimen (75

golpes).

9. Quitar el molde de la base y colocar un pedazo de papel circular en la parte superior delespcimen. Rotar el molde 180 de manera que la superficie superior es ahora la inferior.

Colocar el collar del molde y asegurarlo a la base y al pedestal. Colocar el martillo

dentro del molde y aplicar el mismo numero de golpes.

10. Quitar los trozos de papel y dejar enfriar los especimenes. Remover del molde utilizando

un mecanismo hidrulico. Colocar marcas de identificacin en cada espcimen. Dejar losespecimenes a temperatura ambiente durante una noche antes de realizar las pruebas.

11. Determinar el peso especfico4(del bulk) para cada espcimen. Sumergir las muestras en

agua y permitir que se saturen antes de obtener el peso sumergido en condiciones

saturadas. Sacar la muestra y pesarla al aire en condiciones saturadas con superficie seca,

sta prueba se realiza de acuerdo a la norma AASHTO T166.

12. Medir la gravedad especfica (Gmb) de las muestra sueltas de acuerdo a la norma ASTM

D2041 Esta gravedad especfica se requiere para realizar los anlisis de vacos


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3. Acercar el brazo de carga hasta que haga contacto con el espcimen.

Asegurarse de que los indicadores de flujo y carga en la pantalla de la mquina marquen

cero (0). Aplicar una carga de 2 pulgadas/minuto (50.8 mm/min.). Cuando observe que

la carga disminuye en vez de aumentar, detener la maquina y anotar la estabilidad (carga

mxima), en libras y el flujo en 0.01 pulgadas (0.25 mm). La prueba no deber durar ms

de 1 minuto despus de haber sacado el espcimen del bao.

4. Repetir los pasos 2 y 3 para las dems muestras. Ntese que el tiempo

mximo que las muestras pueden estar en el bao de agua caliente es de 40 minutos, porlo que solamente se tiene 10 minutos para realizar todas las pruebas.

VII.6. CLCULOS

VII.6.1 Anlisis de vaco y densidad.

1. Para cada espcimen, utilizar la gravedad especfica Gmb calculada en el inciso 11de la seccin VII.4, y el peso especfico Gmm del inciso 12 para calcular el

porcentaje de vacos (VTM).

1001

=

mm

mb

G

GVTM

2. Calcular la densidad de cada espcimen Marshall como sigue:Densidad (g/ml) = Gmb w

3 C l l l t j d (VMA) d i M h ll tili d


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VII.6.2 Tabular y graficar los resultados de la prueba.

1. Tabular los resultados de las pruebas, corregir los valores de estabilidad para

cada altura y obtener el promedio de cada grupo de 3 especimenes.

2. Preparar las siguientes grficas:

a. Contenido de asfalto en funcin de la densidad.

b. Contenido de asfalto en funcin de la estabilidad Marshall.

c. Contenido de asfalto en funcin del flujo.

d. Contenido de asfalto en funcin del porcentaje de vacos.e. Contenido de asfalto en funcin del VFA; y

f. Contenido de asfalto en funcin del VMA.

VII.6.3 Determinar el contenido ptimo de asfalto.

1. Determinar:a. El contenido de asfalto con la estabilidad mxima.

b. El contenido de asfalto con la densidad mxima.

c. El contenido de asfalto en el punto medio del rango de vacos que se

requiere en las especificaciones (normalmente 4%).

2. Sacar un promedio de los tres contenidos de asfaltos obtenidos arriba.

3. Para el contenido de asfalto promedio, ir a las graficas y determinar las

siguientes propiedades:


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compactacinEstabilidad,

lb. (N)

750 (3333) --1200

(5333)

--1800

(8000)

--

Flujo 0.01

(0.25 mm)8 18 8 16 8 14

Porcentaje de

vacos3% 5% 3% 5% 3% 5%

Tabla 7.1: Criterio de diseo de mezcla por el mtodo Marshall para superficies y bases.

VII.7. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Se recomienda seguir el siguiente ejemplo para realizar el diseo de la mezcla por el

mtodo Marshall:

Ejemplo:

Se obtuvo5 90 Kg. de agregado y de 8 a 12 litros (2 -3 galones) de asfalto. Despus de

secar los agregados, cada muestra de los agregados se cuartea hasta obtener una cantidad

razonable para llevar a cabo la granulometra.

La granulometra de los 4 agregados se muestra en la tabla 7.2. El siguiente paso es

determinar el porcentaje que se utilizar de cada agregado de manera que la

granulometra de la combinacin de los 4 agregados quede dentro de los lmites de las


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Tabla 7.2: Granulometra de los 4 agregados y lmites de las especificaciones.


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Se determin que la gravedad especifica del bulk de la combinacin de los agregados G sb

= 2.620. Se encontr la gravedad especfica del cemento asfltico: 1.030.

Se prepararon aproximadamente 20 especimenes del agregado utilizando las

proporciones encontradas en la tabla 7.3. La mezcla del agregado se calent hasta la

temperatura especificada en la ASTM D1559.

Los agregados calientes se mezclaron con diferentes cantidades de cemento asfltico, demanera que algunas mezclas lleguen a estar por encima y otras por debajo de la cantidad

de cemento asfltico ptimo. Las muestras fueron luego compactadas con una esptula

caliente, 15 veces alrededor del permetro y 10 veces en el interior. Luego se procedi a

dar los 75 golpes en cada lado del espcimen con un martillo estndar Marshall caliente,

tal y como se especifica en la norma ASTM D1559. Se prepararon tres especimenes decada uno de los 6 contenidos de cemento asfltico.

Despus de ser compactadas las muestras, se sacaron del molde y se dejaron enfriar. Las

muestras fueron pesadas para obtener el peso seco al aire (WD), luego sumergidas en el

agua y dejadas all por 3 minutos para permitir que se saturaran. Una vez saturadas se

tom el peso sumergido6 de la muestra (Wsub). Luego se sacaron las muestras del agua y

se elimin el exceso de agua de la superficie con una toalla Inmediatamente se tom el


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Los siguientes clculos se llevaron a cabo a la muestra No. 1 a 5.0 de contenido de

asfalto:

Gravedad especifica del bulk del espcimen compactado (Gmb)

253.27.6500.1169

8.1167=

=

Densidad del espcimen () = 2.253 1 = 2.253 g/ml

La cantidad de vacos (VTM) para cada muestra se determin comparando los

promedios de las densidades del bulk para cada contenido de asfalto con la densidad

mxima terica (TMD) para cada contenido de asfalto. El mtodo mas comn para

determinar el TMD es el mtodo Rice que se especifica en ASTM D2041. El VTM se

determina con la siguiente ecuacin:

1001

=

mm

mb

G

GVTM

Donde:

Gmm: es la gravedad terica especfica mxima de la mezcla y se

determina con la siguiente formula:

PBPS

PMMGmm =



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No.

Muestra

Contenido

de Asfalto

Peso seco

WD

Peso

sumergido

(WSUB)

Peso

saturado

(WSSD)

VolumenDensidad

del bulk

Densidad

mxima

terica

Cantidad

de vacos

(VTM)

VMA

% vacos

llenos de

asfalto

(VFA)

Estabilidad

observada

Estabilidad

corregidaFlujo

1 5.0 1167.8 650.7 1169.0 518.3 140.6 2400 2400 112 5.0 1164.9 647.0 1166.2 519.2 140.0 2630 2630 113 5.0 1165.1 651.0 1167.0 516.0 140.9 2560 2560 12

Promedio 140.5 153.1 8.2 18.3 55.2 2530 111 5.5 1166.4 652.4 1167.5 515.1 141.3 2520 2520 112 5.5 1179.0 661.4 1180.6 519.2 141.7 2690 2690 123 5.5 1169.4 650.9 1171.0 520.1 140.3 2650 2650 13

Promedio 141.1 152.5 7.5 18.4 59.2 2620 121 6.0 1170.4 656.7 1171.0 514.3 142.0 2620 2620 132 6.0 1181.1 664.7 1181.9 517.2 142.5 2710 2710 133 6.0 1187.3 670.9 1189.0 518.1 143.0 2980 2980 12

Promedio 142.5 151.3 5.8 18.1 68.0 2770 131 6.5 1174.2 661.6 1174.7 513.1 142.8 2800 2800 122 6.5 1185.3 667.7 1186.0 518.3 142.7 2730 2730 133 6.5 1182.3 667.7 1182.9 515..2 143.2 2900 2900 14

Promedio 142.9 149.9 4.7 18.3 74.3 2810 131 7.0 1177.5 663.0 1177.9 514.9 142.7 2820 2820 142 7.0 1183.4 665.4 1183.6 518.2 142.5 2730 2730 143 7.0 1192.8 675.7 1193.3 517.6 143.8 2790 2790 15

Promedio 143.0 148.5 3.7 18.6 80.1 2780 141 7.5 1181.9 663.3 1182.3 519.0 142.1 2650 2650 162 7.5 1173.0 660.2 1173.5 513.3 142.6 2380 2380 163 7.5 1182.2 666.1 1182.7 516.6 142.8 2590 2590 14

Promedio 142.5 147.1 3.1 19.4 84.0 2540 15

Tabla 7.4: Datos de cada espcimen.

75


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GSE es la gravedad especfica del agregado cubierto de

asfalto7.

GB es la gravedad especfica del asfalto.O tambin se puede utilizar:

100_

1

=

TMD

BulkdensidadVTM %2.8100

454.2

252.21 =

=

Luego se calcul el VMA:

=

Gsb

PbGmbVMA

)1(1100

=

620.2

)05.01(252.21100 = 18.3

Se calcul el VFA:

100

=

VMA

VTMVMAVFA

%2.551003.18

2.83.18=

=

Y finalmente se procedi a medir la estabilidad y el flujo en la mquina Marshall. No fue

necesario hacer correcciones por estabilidad para este espcimen.


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Propiedad Especificaciones Obtenido con 6.7 StatusEstabilidad 1500 lbs (6660 N) 2800 lbs (12430 N) Cumple

Flujo De 8 a 16 14 CumpleVTM De 3 a 5 4.2 Cumple



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VII.8. TABLA DE DATOS

No.

Muestra

Contenido

de Asfalto

Peso seco

WD

Peso

sumergido

(WSUB)

Peso

saturado

(WSSD)

VolumenDensidad

del bulk

Densidad

mxima

terica

Cantidad

de vacos

(VTM)

VMA

Cantidad

de vacos

llenos de

asfalto

(VFA)

Estabilidad

observada

Estabilidad

corregidaFlujo

1 5.02 5.03 5.0

Promedio1 5.52 5.53 5.5

Promedio1 6.02 6.03 6.0

Promedio

1 6.52 6.53 6.5

Promedio1 7.02 7.03 7.0

Promedio1 7.52 7.53 7.5

Promedio

78



78/78

g

METODO MARSHALL

1/MARZO/2012

En la prctica haremos 1 briquetas

Cada cilindro tendr aproximadamente 1200 gramos de agregado.

Se calienta el asfalto a 150 grados centgrados.

El agregado, los cilindros, el martillo y tolo el equipo que se va a utilizar, se calienta a 150 grados.

Se harn cilindros de diferente porcentaje del contenido del asfalto.

Se comienza con un 5% de asfalto

manual de laboratorio vias de comunicacion

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