Laboratorio MARSHALL

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MARSHALL (I.N.V. E 748 07)

LEIDY RUBIO - MILTON

LADINO LUISA VARGAS

JUAN RINCON - ANGELICA

CASTAEDA

RESISTENCIA DE MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTE

EMPLEANDO EL APARATO MARSHALL

MARSHAL (I.N.V. E 748 07) I.N.V. (((888mkfjgiprjeipg 748 07 I.N.V. E 748 07 I.N.V. E 748 07 MARSHAL (I.N.V. E 748 07)

PRESENTADO POR:

LEIDY RUBIO MONTOYA

MILTON LADINO

LUISA VARGAS

JUAN DAVID RINCON

ANGELICA CASTAEDA

PRESENTADO A:

ING. CAMILO HERRERA

GRUPO 11

UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

PAVIMENTOS

MAYO 2015

BOGOTA D.C

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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIN ........................................................................................................................... 4

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 5

GENERAL .......................................................................................................................................... 5

ESPECIFICOS .................................................................................................................................... 5

3. MARCO TERICO. ........................................................................................................................ 6

3.1 ESPECIFICACIONES DE LA METODOLOGA .......................................................................... 6

3.2 GRANULOMETRIA................................................................................................................ 7

3.3 ASFALTO .............................................................................................................................. 7

3.4 CARACTERISTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLA ................................................... 8

3.5 DENSIDAD ............................................................................................................................ 8

3.5.1 DENSIDAD BULK .............................................................................................................. 9

3.6 VACIOS DE AIRE (o simplemente vacos)............................................................................. 9

3.7 ESTABILIDAD ...................................................................................................................... 11

3.8 RESISTENCIA A LAS DEFORMACIONES PLASTICAS ............................................................ 11

3.9 HISTORIA ........................................................................................................................... 11

3.10 NORMAS RELACIONADAS .................................................................................................. 12

4. MATERIALES Y EQUIPOS ............................................................................................................ 13

5. PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................... 15

5.1 PREPARACION DE LA MUESTRA: ....................................................................................... 15

5.2 PREPARACIO BRIQUETAS .................................................................................................. 15

6. CALCULOS QUE SE DEBEN REALIZAR ......................................................................................... 18

6.1 GRAVED ESPECFICA BULK (Gmb)...................................................................................... 18

6.2 GRAVEDAD ESPECFICA TEORICA (Gmm) .......................................................................... 18

6.3 GRAVEDAD ESPECIFICA MUESTRA (Gmt) .......................................................................... 18

6.4 CALCULO DE VOLUMENES ................................................................................................. 18

6.5 COMPOSICION VOLUMETRICA .......................................................................................... 19

7. GRAFICAS ................................................................................................................................... 20

8. DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO Y ANLISIS DE GRAFICAS ............... 23

8.1 DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO................................................ 23

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Porcentaje de Vacos ..................................................................................................................... 23 Porcentaje de VMA ....................................................................................................................... 24

Porcentaje de VFA ......................................................................................................................... 25

Densidad ........................................................................................................................................ 25

Valor de Estabilidad Marshall ........................................................................................................ 26

Valor de Fluencia Marshall ............................................................................................................ 27

8.2 ANLISIS DE GRAFICAS ...................................................................................................... 27

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................... 28

10. BIBLIOGRAFA Y WEBGRAFA ................................................................................................ 29

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 CRITERIO MARSHALL (Anguas, 2004) .................................................................................... 6

Tabla 2 GRADUACIONES PROPUESTAS PARA MEZCLAS (ASTM D3515) ............................................. 7

Tabla 3MINIMO DE VACIOS EN AGREGADO MINERAL (Anguas, 2004) ............................................ 10

LISTA DE FOTOS

Ilustracin 1 Muestra UGC Ing. Civil .................................................................................................. 13

Ilustracin 2 Recipiente Metlico Internet ..................................................................................... 13

Ilustracin 3 Balanza UGC Ing. Civil ................................................................................................... 13

Ilustracin 4 Probeta UGC Ing. Civil .................................................................................................. 14

Ilustracin 5 Termmetro y Esptula UGC Ing. Civil ......................................................................... 14

Ilustracin 6 Obtencin de Temperatura del Cemento Asfaltico UGC Ing. Civil ............................... 15

Ilustracin 7 Vertimiento de la mezcla en la probeta UGC Facultad de Ing. Civil ............................. 15

Ilustracin 8 Compactacin de la Muestras UGC facultad de Ing Civil ............................................. 16

Ilustracin 9 Desmolde de la Muestras UGC Facultad de Ing. Civil ................................................... 16

Ilustracin 10 Ensayo de Estabilidad UGC Facultad de Ing. Civil ....................................................... 17

Ilustracin 11 Grfico Porcentaje de vacos - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012] ..... 23

Ilustracin 12 Grfico porcentaje de vacos en el agregado mineral (%VMA) - Contenido de Asfalto.

Fuente [Santa Cruz, 2012] ................................................................................................................. 24

Ilustracin 13 Grfico porcentaje de vacos llenos de asfalto (%VFA) - Contenido de Asfalto. Fuente

[Santa Cruz, 2012] ............................................................................................................................. 25

Ilustracin 14 Grfico Densidad - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012] ....................... 25

Ilustracin 15 Grfico Estabilidad - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012] ..................... 26

Ilustracin 16 Grfico Flujo - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]............................... 27

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1. INTRODUCCIN

La investigacin de las mezclas asflticas es necesario partiendo de la necesidad de movilidad en

cualquier lugar, por tal motivo si se desea comprender el tema se debe realizar un estudio

de los conceptos bsicos que este tema nos presenta. En este ensayo se describe el mtodo

Marshall para material bituminoso muy utilizado en estos tiempos. Se puede apreciar cmo

se define, clasifica, evala.

Los asfaltos modificados llevan ms de 30 aos trabajndose. Generalmente se ha estudiado

la adicin de polmeros de tipo elastmero y plastmero los cuales logran mejorar algunas de

sus propiedades tales como la estabilidad pero como contraparte se tiene un alto costo en la

fabricacin de los mismos originando que la implementacin de stos no se pueda generar

para todo tipo de proyecto. (Reyes y otros 2007).

El cemento asfltico y el alquitrn son considerados materiales bituminosos. Usualmente, estos

dos trminos son utilizados intercambiando hbilmente sus conceptos resultados de su similitud

en apariencia y algunas aplicaciones. Sin embargo, el cemento asfltico y el alquitrn son dos

materiales diferentes; con diferentes orgenes y caractersticas qumicas y fsicas. El cemento

asfltico es de color marrn oscuro a negro material cementado que se origina de manera natural

como producto de la destilacin del petrleo.

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2. OBJETIVOS

GENERAL

Identificar el procedimiento que se debe seguir para la determinacin de la resistencia a la

deformacin plstica de especmenes cilndricos de mezclas asflticas para pavimentacin,

empleando el aparato Marshall.

ESPECIFICOS

Determinar la estabilidad y flujo de las muestras.

Realizar ensayos de granulometra de los agregados a utilizar.

Valorar la cantidad de asfalto suficiente para recubrir completamente los agregado.

Analizar la de densidadvacos de la mezcla.

Determinar el contenido ptimo de asfalto para un determinado tipo de mezcla asfltica

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3. MARCO TERICO.

El mtodo Marshall utiliza especmenes de prueba estndar de una altura de 64 mm (2 ) y 102

mm (4) de dimetro. Se preparan mediante un procedimiento especfico para calentar, mezclar y

compactar mezclas de asfalto-agregado.(ASTMD1559). Los dos aspectos principales del mtodo de

diseo son, la densidad- anlisis de vacos y la prueba de estabilidad y flujo de los especmenes

compactados. (Anguas, 2004)

La estabilidad del espcimen de prueba es la mxima resistencia en N (lb) que un espcimen

estndar desarrollar a 60 C cuando es ensayado. El valor de flujo es el movimiento total o

deformacin, en unidades de 0.25 mm (1/100) que ocurre en el espcimen entre estar sin carga y

el punto mximo de carga durante la prueba de estabilidad. (Anguas, 2004)

3.1 ESPECIFICACIONES DE LA METODOLOGA

La seleccin del contenido ptimo de asfalto depende de muchos criterios que se discutirn en

este captulo. Un punto inicial para el diseo es escoger el porcentaje de asfalto para el promedio

de los lmites de vacos de aire, el cual es 4%. Todas las propiedades medidas y calculadas bajo

este contenido de asfalto debern ser evaluadas comparndolas con los criterios para el diseo

de mezclas (Tabla).Si todos los criterios se cumplen, entonces se tendr el diseo preliminar de la

mezcla asfltica, en caso de que un criterio no se cumpla, se necesitar hacer ajustes, o redisear

la mezcla.

Tabla 1 CRITERIO MARSHALL (Anguas, 2004)

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3.2 GRANULOMETRIA

La metodologa Marshall utiliza una grfica semilogartmica para definir la granulometra

permitida, en la cual en la ordenada se encuentran el porcentaje de material que pasa cierta

malla, y en la abscisa las aberturas de las mallas en mm, graficadas en forma logartmica. La

seleccin de una curva granulomtrica para el diseo de una mezcla asfltica cerrada o densa,

est en funcin de dos parmetros: el tamao mximo nominal del agregado y el de las lneas de

control (superior e inferior), Las lneas de control son puntos de paso obligado para la curva

granulomtrica. La Tabla presenta los tamaos mximos nominales ms utilizados, as como sus

lneas de control de acuerdo con la ASTM D3515. (Anguas, 2004)

3.3 ASFALTO

El asfalto es el residuo de un proceso fsico aplicado en aceites crudos seleccionados

llamado destilacin. En otras partes del mundo es conocido tambin como bitumen. El

asfalto es la sustancia que se usa como agente adhesivo, protector y para la

impermeabilizacin de construcciones. Es un elemento lquido o semislido pegajoso, de

color negro y altamente viscoso encontrado en gran parte de los petrleos crudos y

algunos depsitos naturales. (Reyes y otros, 2007).

Uno de las principales dificultades que tienen los asfaltos es su condicin termoplstica, ya

que al aumentar la temperatura se presentan las caractersticas de un flujo newtoniano ;esto

es, que la velocidad de desplazamiento es proporcional al esfuerzo del corte, facilitando

Tabla 2 GRADUACIONES PROPUESTAS PARA MEZCLAS (ASTM D3515)

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o acelerando la falla por deformaciones inducidas a la mezcla asfltica. Al disminuir la temperatura se comporta como un fluido no newtoniano, es decir un flujo visco elstico cuando

ha sufrido envejecimiento o se ha sometido a bajas temperaturas. (Arenas y Serrano ,2006)

En nuestro pas se ha visto una tendencia de aumento del nmero de ejes equivalentes y

cargas suministradas por el paso del trfico pesado , lo cual genera en las carpetas asflticas

mayores esfuerzos y deformacin. Por tal razn, este estudio pretende encontrar una

alternativa de solucin a las necesidades existentes para poder mejorar las propiedades

mecnicas, qumicas y geolgicas de los asfaltos con la intencin de aumentar la resistencia y

la rigidez utilizando un material sobrante de las refineras en Ecopetrol: cenizas. A lo largo

de este trabajo se evaluaron los cambios que una mezcla en caliente tipo 2 (MDC-2),

present con la adiccin de cenizas al asfalto en porcentajes de 5%, 10%, 15%. De esta

manera, se aport a la ingeniera civil una opcin de un material para asfaltos y se

contribuy a la aplicacin de una solucin al problema de contaminacin ambiental

generado por la posible inadecuada disposicin de este producto. (ORO, 2011)

3.4 CARACTERISTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MEZCLA

Una muestra de mezcla de pavimentacin preparada en el laboratorio puede ser analizada para

determinar su posible desempeo en la estructura del pavimento. El anlisis est enfocado hacia

cuatro caractersticas de la mezcla, y la influencia que estas puedan tener en el comportamiento

de la mezcla. Las cuatro caractersticas son: (Institute, pg. 57)

Densidad de la mezcla Vacos de aire, o simplemente vacos. Vacos en el agregado mineral. Contenido de asfalto.

3.5 DENSIDAD La densidad de la mezcla compactada est determinada como su peso unitario (el peso de un volumen especfico de la mezcla) es una caracterstica muy importante debido ya que es necesario tener una alta densidad en el pavimento terminado para obtener un rendimiento duradero. En las pruebas y el anlisis del diseo de mezclas, la densidad de la mezcla compactada se expresa, generalmente, en kilogramos por metro cbico. La densidad es calculada al multiplicar la gravedad especfica total de la mezcla por la densidad del agua (1000 kg/m3). La densidad obtenida en el laboratorio se convierte la densidad patrn, y es usada como referencia para determinar si la densidad del pavimento terminado es, o no, adecuada. Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del pavimento sea un porcentaje de la densidad del laboratorio. Esto se debe a que rara vez la compactacin insitu logra las densidades que se obtienen usando los mtodos normalizados de compactacin de laboratorio. (Institute)

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3.5.1 DENSIDAD BULK

La masa de un volumen unitario total de un agregado, el cual incluye el volumen de las partculas

individuales y el volumen de vacos entre las partculas. Se expresa en kg/m3 ( lb/pie3) (INVIAS

(I.N.V. E217-07)). La densidad bulk puede tambin ser usada para determinar la relacin entre

Masa/volumen para conversiones en acuerdos de compra. Sin embargo, la relacin entre el grado

de compactacin de los agregados en una unidad de transporte o en una pila de acopio y la

lograda en este mtodo de prueba se desconoce. Adems, los agregados en las unidades

transportadoras y en las pilas de acopio generalmente contienen humedad absorbida o de

superficie (esta ltima afecta el abultamiento), en cambio este mtodo de prueba determina la

densidad bulk basada en condiciones en seco. (INVIAS (I.N.V. E217-07)).

3.6 VACIOS DE AIRE (o simplemente vacos)

Los vacos pueden incrementarse en diferentes formas. Como un acercamiento general para lograr

vacos altos en el agregado mineral (en consecuencia proveer de suficientes espacios, para una

adecuada cantidad de asfalto y vacos de aire), la graduacin del agregado debe ajustarse

mediante la adicin de ms agregado grueso o fino. (Anguas, 2004).

Si el contenido de asfalto es ms alto de lo normal y el exceso no es necesario para remplazar el

absorbido por el agregado, entonces el contenido de asfalto deber reducirse a fin de

incrementar el porcentaje de vacos. Se deber recordar que disminuir el porcentaje de asfalto

podr tender a bajar la durabilidad del pavimento. Demasiada reduccin en el contenido de

asfalto puede ocasionar fracturacin, oxidacin acelerada e incremento de la permeabilidad. Si los

ajustes anteriores no producen una mezcla estable, el agregado tendr que cambiarse. Es tambin

posible mejorar la estabilidad e incrementar el contenido de vacos en el agregado de la mezcla ,

mediante el incremento del agregado grueso o reduccin de la cantidad de material que pasa la

malla No. 200. Con la incorporacin de arena procesada, el contenido de vacos puede mejorarse

sin sacrificar la estabilidad de la mezcla. (Anguas, 2004).

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Tabla 3MINIMO DE VACIOS EN AGREGADO MINERAL (Anguas, 2004)

Debe enfatizarse que la determinacin del rango de los vacos de aire (3 a 5 %) es el nivel deseado

despus de varios aos de trnsito. Esta meta no vara con el transito; se supone que el esfuerzo

de compactacin de laboratorio es seleccionado para el volumen vehicular esperado. Esta

determinacin del rango de los vacos de aire, normalmente se logra si la mezcla se disea con el

correcto esfuerzo de compactacin y el porcentaje de los vacos despus de la construccin de

encuentra entre 6 y 8 %, ya que se espera un poco de consolidacin con el trnsito. (Anguas,

2004).

El resultado de un cambio en cualquier factor, o cualquier desvo en el procedimiento que

compensa el proceso total ser una prdida de desempeo o vida de servicio. Se han observado

mezclas que finalmente consolidan con el 3 % de vacos, aunque puede esperarse que haga

roderas si se coloca en situaciones de transito pesado. Varios factores pueden contribuir a este

incidente, como un incremento arbitrario o accidental en el contenido del asfalto mezclado con

facilidad o un incremento en la cantidad de partculas finas que pasan los 75 (malla No 200) ms

all del tamiz que se usa en el laboratorio, la cual podra aumentar el contenido ptimo de asfalto.

(Anguas, 2004)

Los vacos son las pequeas bolsas de aire que se encuentran entre las partculas de agregado

revestidas de asfalto. El porcentaje de vacos se calcula a partir del peso especfico total de cada

probeta compactada y del peso especfico terico de la mezcla de pavimentacin (sin vacos). Este

ltimo puede ser calculado a partir de los pesos especficos del asfalto y el agregado de la mezcla,

con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado,

o directamente mediante un ensayo normalizado (AASHTO T 2091) efectuado sobre la muestra de

mezcla sin compactar. El peso especfico total de las probetas compactadas se determina pesando

las probetas en aire y en agua. (Serratos, 2014)

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3.7 ESTABILIDAD

La estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y deformacin bajo las

cargas del trnsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas

repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugacin)

y otras seas que indican cambios en la mezcla. (Rubn Serratos, 2014 (1 Ed.))

Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse despus de un anlisis completo del

trnsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un pavimento dependen del

trnsito esperado. Las especificaciones de estabilidad deben se r lo suficiente altas para acomodar

adecuadamente el trnsito esperado, pero no ms altas de lo que exijan las condiciones de

trnsito. (Rubn Serratos, 2014 (1 Ed.))

Valores muy altos de estabilidad producen un pavimento demasiado rgido y, por lo tanto, menos

durable que lo deseado. La estabilidad de una mezcla depende de la friccin y la cohesin interna.

La friccin interna en las partculas de agregado (friccin entre partculas) est relacionada con

caractersticas del agregado tales como forma y textura superficial. la cohesin resulta de la

capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de friccin y cohesin interna, en la mezcla,

previene que las partculas de agregado se desplacen unas respecto a otras debido a las fuerzas

ejercidas por el trfico. (Rubn Serratos, 2014 (1 Ed.))

3.8 RESISTENCIA A LAS DEFORMACIONES PLASTICAS

Debido al comportamiento viscoelastoplstico de las mezclas bituminosas, el paso de las cargas va

produciendo una acumulacin de deformaciones de tipo plstico, especialmente en condiciones

de altas temperaturas o bajas velocidades. Si la mezcla no tiene unas caractersticas reolgicas

adecuadas, puede darse incluso una verdadera fluencia del material sobre todo en los

microaglomerados, debido a que van a ser empleados bajo trfico pesado en capa de rodadura.

Este fenmeno tiene su manifestacin ms tpica en las denominadas roderas,

deformaciones plsticas longitudinales que se pueden llegar a producir en determinadas

mezclas en las zonas de rodada de los vehculos pesados

3.9 HISTORIA

El concepto del mtodo Marshall para diseo de mezclas de pavimentacin fue formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi, Durante la segunda guerra mundial y despus se adapt para su uso en carreteras. Utiliza una estabilidad y porcentaje de vacos como pruebas fundamentales. El mtodo se desarroll y ha funcionado de una manera adecuada desde su creacin, salvo algunas modificaciones en algunas de sus especificaciones en los aos 40`s.

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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 asflticas en caliente para pavimentacin que contengan agregados con un tamao mximo de 25 mm (1) o menor. El mtodo modificado se desarroll para tamaos mximo arriba de 38 mm (1.5). Est pensado para diseo en laboratorio y control de campo de mezclas asflticas en caliente con graduacin 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. (Anguas, 2004)

3.10 NORMAS RELACIONADAS

1. Anlisis por tamizado de agregado fino y grueso: Tamizado en seco ASTM C 136 AASHTO T 27 Tamizado en hmedo ASTM C 117 AASHTO T 37

2. Densidad y absorcin del agregado grueso: ASTM C 127 AASHTO T 85 MTC E-206

3. Densidad y absorcin del agregado fino:

ASTM C 128 AASHTO T 84 MTC E-205

4. Equivalente de arena del agregado fino

ASTM D 2419 AASHTO T 176 MTC E-209

Ensayos adicionales propuestos para los agregados

5. Solidez de los agregados al uso de sulfato de sodio o de magnesio: ASTM C 88 AASHTO T 104 MTC E-209 6. Desgaste del agregado grueso en la mquina de los ngeles ASTM C 131 AASHTO T 96 MTC E-207

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4. MATERIALES Y EQUIPOS

Material Granular, fino y asfalto

Ilustracin 1 Muestra UGC Ing. Civil

Platones metlicos

Ilustracin 2 Recipiente Metlico Internet

Balanza

Ilustracin 3 Balanza UGC Ing. Civil

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Probeta

Ilustracin 4 Probeta UGC Ing. Civil

Termometro y Espatula

Ilustracin 5 Termmetro y Esptula UGC Ing. Civil

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5. PROCEDIMIENTO

5.1 PREPARACION DE LA MUESTRA:

Previamente se realiz la granulometra a los materiales ptreos eligiendo las fracciones

suficientes que cumplieran con la franja medida de las especificaciones INVIAS

5.2 PREPARACIO BRIQUETAS

Se procedi a la preparacin de las briquetas para cada contenido de asfalto

Se realiza la mezcla de las diferentes fracciones previamente dosificadas para completar

la cantidad total del 100%

Se procede a calentar el cemento asfaltico con una temperatura entre los 145C y 150C,

en la estufa elctrica, al mismo tiempo se calienta el molde y el pistn de martillo de

compactacin a una temperatura similar a la utilizada en el cemento asfaltico

Ilustracin 6 Obtencin de Temperatura del Cemento Asfaltico UGC Ing. Civil

Luego de que los agregados y asfalto se encontraran a la temperatura recomendada en la

norma se procedi al vertimiento del asfalto a los agregados hasta completar la cantidad

recomendada en la norma

Ilustracin 7 Vertimiento de la mezcla en la probeta UGC Facultad de Ing. Civil

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Se realiza la mezcla con ayuda del martillo hasta lograr un color homogneo y se procede

a la compactacin con 75 golpes por cada lado.

Ilustracin 8 Compactacin de la Muestras UGC facultad de Ing Civil

Se procede a sacar la muestra del molde para dejar enfriar la muestra a temperatura

ambiente con ayuda del gato hidrulico.

Ilustracin 9 Desmolde de la Muestras UGC Facultad de Ing. Civil

Se procede a realizar el ensayo de densidad en la muestra en el cual se determina el peso

especfico bulk de la briqueta, este procedimiento se realiza tomando 3 lecturas del

dimetro y altura, se pesa la briqueta

Se procede a realizar el ensayo de estabilidad y flujo. Este ensayo se realiza en la prensa

Marshall colocando la muestra en la mordaza inferior de la prensa y se contina con el

montaje y se procede a la aplicacin de la precarga y luego carga a una velocidad de 2

in/min hasta que se presente falla, aclarando que la muestra se calienta previamente al

bao de mara hasta los 60C aproximadamente media hora, con el fin de reducir las

condiciones ms desfavorables.

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Ilustracin 10 Ensayo de Estabilidad UGC Facultad de Ing. Civil

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6. CALCULOS QUE SE DEBEN REALIZAR

6.1 GRAVED ESPECFICA BULK (Gmb)

A = Peso Briqueta en el aire B = Peso Briqueta Parafinada en el aire C = Peso Briqueta Parafinada en el agua F = Gravedad especifica de la parafina

6.2 GRAVEDAD ESPECFICA TEORICA (Gmm)

A = Masa en el aire D = Masa Recipiente E = Masa recipiente lleno con agua + muestra

6.3 GRAVEDAD ESPECIFICA MUESTRA (Gmt)

6.4 CALCULO DE VOLUMENES

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6.5 COMPOSICION VOLUMETRICA

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7. GRAFICAS

Las grficas que se deben realizar para el respectivo anlisis en el presente ensayo son:

Estabilidad Vs. % Asfalto

Grafica 1 Estabilidad Vs. % Asfalto Tomada de Internet

% Vacos con aire Vs. % Asfalto

Grafica 2 Vacos Con Aire Vs. % Asfalto Tomada de Internet

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% Vacos llenos de asfalto Vs. % Asfalto

Grafica 3 % Vacos Llenos de asfalto Vs. % Asfalto

Flujo Vs. %Asfalto

Grafica 4 Flujo Vs. % Asfalto

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Densidad Bulk Vs. % Asfalto

Grafica 5 Densidad Bulk Vs. % Asfalto

Las grficas nos dan las pautas del comportamiento que tiene la mezcla asfltica en cuanto a la

densidad, estabilidad, flujo y porcentaje de vacos, para luego relacionarlos con los estndares

dados por el Instituto del Asfalto. Cumpliendo la condicin que se encuentren superiores al

mnimo admisible

Tabla 4 Criterio de Diseo Sugerido por el Instituto del Asfalto para el Ensayo Marshall

Tabla 5 Mnimo % admisible de vacos en los agregados minerales

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8. DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO Y ANLISIS DE GRAFICAS

8.1 DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO.

El contenido ptimo de cemento asfltico para el diseo de mezcla se determina a partir del

anlisis de los resultados del grfico de la Figura 5.19. El requisito del mtodo Marshall para vacos

en mezclas asflticas diseadas en laboratorio es de 3 a 5%, para analizar las grficas

primeramente se obtiene el valor promedio de dichos vacos que es 4% de vacos, con este valor

son comprobadas todos los parmetros. Se traza una lnea horizontal que corte el valor de 4% de

vacos en el eje de las ordenadas e intercepte la grfica, desde este punto de intercepcin se traza

una lnea vertical que corte el eje horizontal (abscisas) y se registra el valor de porcentaje de

cemento asfltico en dicha interseccin; el valor determinado de esta forma ser tomado como el

contenido ptimo de cemento asfltico. Luego, con este contenido ptimo de cemento asfltico se

evala todos los grficos para encontrar todos los parmetros de control y luego compararlos con

las especificaciones de diseo del mtodo Marshall para trfico alto, para verificar si los valores

encontrados cumplen.

La manera para encontrar todos los parmetros es trazando una lnea vertical desde el contenido

ptimo de cemento asfltico encontrado anteriormente, hasta que esta lnea intercepte la grfica;

luego a partir de esta intercepcin se traza una lnea horizontal que intercepte el eje vertical, de

esta manera se pueden obtener cada uno de los parmetros de control que sern comparados con

las especificaciones. Si se cumplen todos los criterios de las especificaciones, el contenido de

cemento asfltico encontrado con el cual se evaluaron todos los parmetros, ser considerado el

contenido de asfalto ptimo para el diseo de la mezcla. Con uno de los criterios que no cumpla

ser necesario hacer algunos ajustes o volver a redisear la mezcla. (Santa Cruz, 2012)

Porcentaje de Vacos

Ilustracin 11 Grfico Porcentaje de vacos - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

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El porcentaje de vacos se calcula a partir del peso especfico total de cada probeta compactada y

del peso especfico terico de la mezcla de pavimentacin (sin vacos). Este ltimo puede ser

calculado a partir de los pesos especficos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen

apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado; o directamente

mediante un ensayo normalizado (AASHTO T 209) efectuado sobre la muestra de mezcla sin

compactar. El peso especfico total de las probetas compactadas se determina pesando las

probetas en aire y agua. [Estado del Arte-Diseo de mezclas asflticas]

Porcentaje de VMA

Ilustracin 12 Grfico porcentaje de vacos en el agregado mineral (%VMA) - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

Los vacos en el agregado mineral, VMA, estn definidos por el espacio intergranular de vacos que

se encuentran entre las partculas de agregado de la mezcla de pavimentacin compactada,

incluyendo los vacos de aire y el contenido efectivo del asfalto, y se expresan como un porcentaje

del volumen total de la mezcla. El VMA es calculado con base en el peso especfico total del

agregado y se expresa como un porcentaje de! volumen total de la mezcla compactada. Por lo

tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen de agregado (determinado mediante el

peso especfico total del agregado) del volumen total de la mezcla compactada. [Estado del Arte-

Diseo de mezclas asflticas]

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Porcentaje de VFA

Ilustracin 13 Grfico porcentaje de vacos llenos de asfalto (%VFA) - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

Los vacos llenos de asfalto, VFA, son el porcentaje de vacos intergranulares entre las partculas de

agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto,

el VFA se calcula al restar los vacos de aire del VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando

el valor final como un porcentaje. [Estado del Arte-Diseo de mezclas asflticas]

Densidad

Ilustracin 14 Grfico Densidad - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

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La densidad es una caracterstica importante para obtener un rendimiento duradero. Si la densidad es baja la cantidad de vacos son mayores, por lo tanto, la mezcla compactada ser

vulnerable al agua.

Si la densidad es alta la cantidad de vacos es menor, el agua no entrara en su interior

obtenindose de esta manera una carpeta de rodadura ms durable. [Estado del Arte-Diseo de

mezclas asflticas]

Valor de Estabilidad Marshall

Ilustracin 15 Grfico Estabilidad - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla

totalmente. Durante un ensayo, cuando la carga es aplicada lentamente, los cabezales superior e

inferior del aparato se acercan, y la carga sobre la briqueta aumenta al igual que la lectura en el

indicador de cuadrante. Luego se suspende la carga una vez que se obtiene la carga mxima. La

carga mxima indicada por el medidor es el Valor de Estabilidad Marshall.

Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la deformacin, existe

una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno, entonces un valor ms alto ser

mucho mejor.

Para muchos materiales de ingeniera, la resistencia del material es, frecuentemente, una medida

de su calidad; sin embargo, este no es necesariamente el caso de las mezclas asflticas en caliente.

Las estabilidades extremadamente altas se obtienen a costa de durabilidad. (Estado del Arte-

Diseo de mezclas asflticas).

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Valor de Fluencia Marshall

Ilustracin 16 Grfico Flujo - Contenido de Asfalto. Fuente [Santa Cruz, 2012]

La fluencia Marshall, medida en centsimas de pulgada, representa la deformacin de la briqueta.

La deformacin est indicada por la disminucin en el dimetro vertical de la briqueta.

Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son

consideradas demasiado frgiles y rgidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen

valores altos de fluencia son consideradas demasiado plsticas, y tienen tendencia a deformarse

fcilmente bajo las cargas del trnsito.

8.2 ANLISIS DE GRAFICAS

El porcentaje de vacos disminuye a medida que aumenta el contenido de asfalto.

El porcentaje de vacos en el agregado mineral (%VMA) generalmente disminuye hasta un

valor mnimo, y luego aumenta con aumentos en el contenido de asfalto.

El porcentaje de vacos llenos de asfalto (%VFA) aumenta con aumentos en el contenido

de asfalto.

La curva para la densidad de la mezcla es similar a la curva de estabilidad, excepto que la

densidad mxima se presenta a un contenido de asfalto ligeramente mayor que el que

determina la mxima estabilidad.

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con el ensayo Marshall se pretende buscar un contenido ptimo de asfalto de manera que se

obtenga un intervalo de vacos entre 4% y 6%, escogiendo un lmite inferior de 4% con parmetros

de diseo de mezcla, es importante controlar el porcentaje de vacos en la mezcla asfltica a

travs del diseo Marshall y con este es posible asegurar la resistencia. Por lo general al realizar el

diseo de la mezcla asfltica se busca elegir una que cumpla todas las caractersticas dadas por el

instituto del asfalto pero que a la vez sea la ms econmica esto no quiere decir que escoger la

mezcla que resulte ms econmica pero que no cumpla con los parmetros de resistencia,

estabilidad, flujo y porcentaje de vacos.

Se recomienda a la universidad la gran Colombia planificar de forma ms adecuada los ensayos ya

que en este caso por ser un ensayo tan extenso no es posible que los estudiantes tengamos un

verdadero contacto con el material y el desarrollo del mismo, en este laboratorio fue explicativo el

cual no da la posibilidad de interactuar con los materiales y el equipo.

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10. BIBLIOGRAFA Y WEBGRAFA

Anguas, P. G. (2004). ASPECTOS DEL DISEO VOLUMETRICOS DE MEZCLAS. MEXICO: Sanfandila.

Institute, A. Principios de Construccin de Pa.

INVIAS (I.N.V. E217-07). DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO). INVIAS.

ORO, G. A. (2011). EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE UNA MEZCLA DENSA EN.

BUCARAMANGA.

Bowles, J. Propiedades geofisicas de los suelos. (1982). Captulo 11. Jurez Badillo Eulalio, Rico Rodrguez Alfonso 1990. Mecnica de suelos. Tomo l. Fundamentos de

la mecnica de suelos. Editorial Limusa. Tercera edicin. Captulo X. Mxico D.

SANTA CRUZ Ismael. Aplicacin del mtodo marshall y granulometra superpave en el diseo de

mezclas asflticas en caliente con asfalto clasificacin grado de desempeo (Tesis de grado).

Universidad de el salvador, Escuela de ingeniera civil. Septiembre 2012.

Estado del Arte (Diseo de mezclas asflticas). CAPITULO 1. Disponible en:

catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/...m.../capitulo1.pdf

Publicacin Tcnica No 271.Sanfandila, Qro, 2005. Anlisis comparativo de los mtodos de

Marshall y Superpave para compactacin de mezclas asflticas. SECRETARA DE COMUNICACIONES

Y TRANSPORTES INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE.

ORO, G. A. (2011). EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE UNA MEZCLA DENSA EN.

BUCARAMANGA.

Rubn Serratos, P. L. (2014 (1 Ed.)). diseo de mezclas asfalticas . espaa: Editorial Acadmica

Espaola.

Serratos, R. (2014). diseo de mezclas asfalticas. espaa: Acadmica espaola.

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