marshall

13
FACULTAD DE INGENIER ´ IA ESCUELA DE INGENIER ´ IA CIVIL CUENCA – ECUADOR UNIVERSIDAD DE CUENCA Fundada en 1867 INFORME 4 LABORATORIO DE PAVIMENTOS ”Ensayo Marshall” Curso: Quinto A Profesor: Ing. Jaime Bojorque I. Anguisaca Mej´ ıa Marco Fabi´ an Inga Sigcha Manuel Agust´ ın Maza Mogrovejo Andr´ es Xavier – julio 2011 –

Upload: xaviermazza

Post on 26-Jul-2015

82 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Ensayo marshall

TRANSCRIPT

Page 1: Marshall

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CUENCA – ECUADOR

UNIVERSIDAD DE CUENCAFundada en 1867

INFORME 4

LABORATORIO DE PAVIMENTOS

”Ensayo Marshall”

Curso: Quinto A

Profesor: Ing. Jaime Bojorque I.

Anguisaca Mejıa Marco Fabian

Inga Sigcha Manuel Agustın

Maza Mogrovejo Andres Xavier

– julio 2011 –

Page 2: Marshall

Facultad de Ingenierıa i

Contenido

1. INTRODUCCION 1

2. OBJETIVOS 1

3. MATERIALES Y EQUIPOS 1

3.1. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3.2. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

4. MARCO TEORICO 2

4.1. Metodo Marshall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

4.2. Prueba de estabilidad - flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

5. PRESENTACION DE DATOS 2

5.1. Gravedad Especıfica del Asfalto (Gb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

5.2. Requisitos de gradacion para la mezcla asfaltica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5.3. Gravedad especıfica neta de la combinacion de aridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5.4. Datos obtenidos para el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

5.5. Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

5.6. Grafico de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

6. ANALISIS DE RESULTADOS 8

6.1. Metodo de la AIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

6.2. Metodo de la NAPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7. CONCLUSIONES 9

Referencias9

11 de julio de 2011

Page 3: Marshall

Facultad de Ingenierıa ii

Lista de Figuras

5.1. Estabilidad vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

5.2. Flujo vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.3. Densidad especıfica vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5.4. Porcentaje de vacıos vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5.5. Porcentaje de vacıos en el agregado mineral vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . 7

5.6. Porcentaje de vacıos llenos de asfalto vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . 8

11 de julio de 2011

Page 4: Marshall

Facultad de Ingenierıa iii

Lista de Tablas

5.1. Determinacion de la gravedad especıfica del asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5.2. Granulometrıa del agregado requerido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5.3. Gravedad especıfica para la combinacion de aridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5.4. Datos para calculo de vacıos y densidad especifica de las probetas . . . . . . . . . . . . 4

5.5. Ensayos realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

11 de julio de 2011

Page 5: Marshall

Facultad de Ingenierıa 1

1. INTRODUCCION

El metodo Marshall es un ensayo para determinar valores de estabilidad y deformabilidad de lospavimentos asfalticos ideado por Bruce G. Marshall del Departamento de Caminos del Estado deMississipi (EEUU). El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos,a traves de una extensiva investigaciony estudios de correlacion, mejoro y adiciono ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall ydesarrollo un criterio de diseno de mezclas.

El metodo original de Marshall, solo es aplicable a mezclas en caliente donde la pavimentacionse la realiza con betun asfaltico y los aridos tienen un tamano maximo de 1 pulgada o menor.

Esta pensado para diseno en laboratorio y control de campo de mezclas asfalticas en calientecon graduacion densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza empırica, la importan-cia de los resultados en terminos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizanmodificaciones a los procedimientos estandar.

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

2. OBJETIVOS

Determinar el valor optimo de asfalto para el diseno:

• Metodo de la AIM

• Metodo de la NAPA

3. MATERIALES Y EQUIPOS

3.1. Materiales

Se usara una base tomada de la mina de Roca Azul, ubicada por el sector de El Descanso.

3.2. Equipos

Molde de compactacion especial de 4 pulgadas de diametro y 3 de altura con su collar de extension

Martillo de compactacion con una zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de diametro, peso de 10libras y altura de caıda de 18 pulgadas

Pedestal de compactacion firmemente anclado al piso

Prensa de ensayo

Mordazas para ensayo con sus guıas

Cocineta (calentador)

11 de julio de 2011

Page 6: Marshall

Facultad de Ingenierıa 2

4. MARCO TEORICO

4.1. Metodo Marshall

El metodo Marshall usa muestras normalizadas de pruebas (probetas) de 64mm (2.5in) de espesor por103mm (4in) de diametro. Una serie de probetas, cada una con la misma combinacion de agregados perocon diferentes porcentajes de asfalto, es preparada usando un procedimiento especıfico para calentar,mezclar y compactar mezclas asfalticas de agregado. Los dos datos mas importantes del diseno demezclas del Metodo Marshall son: un analisis de la relacion de vacıos-densidad, y una prueba deestabilidad-flujo de las muestras compactadas. Se realiza bajo la norma ASTM D1559 [1].

4.2. Prueba de estabilidad - flujo

Se lleva la probeta a un bano de agua a 60 ± 1º C durante un lapso de 20 minutos.

Se saca la probeta del agua y se seca rapida y cuidadosamente su superficie.

Se coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra en la maquina. Luego se ajustael anillo superior en posicion y se centra el conjunto en el mecanismo de carga.

A continuacion se coloca el medidor de flujo sobre la barra-guıa marcada y se lleva su aguja acero.

Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulgadas/minuto hasta que ocurra la falla. Elpunto de falla se define mediante la maxima lectura obtenida en el dial de carga.El numero delibras correspondiente a esta lectura se anota como Estabilidad Marshall.

Mientras se esta aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posicion sobrela barra-guıa y se retira cuando ocurra la carga maxima. La lectura en el dial en este instantese denomina Flujo y se expresa en centesimas de pulgada.

El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del bano de agua hasta que falla en lamaquina, no debe tardar mas de 30 segundos. [2]

5. PRESENTACION DE DATOS

5.1. Gravedad Especıfica del Asfalto (Gb)

Gb =A

A+B − C(1)

11 de julio de 2011

Page 7: Marshall

Facultad de Ingenierıa 3

Tabla 5.1: Determinacion de la gravedad especıfica del asfalto

Gravedad especifica del asfalto ( Gb)

Peso recipiente + asfalto en aire 127,1 gr

Peso recipiente + asfalto en agua 54,4 gr

Peso recipiente en agua 54,05 gr

Peso recipiente en aire 93,9 gr

A 33,2 gr

B 54,05 gr

C 54,4 gr

PESO ESPECIFICO 1,011 gr/cm3

Gb 1,011 gr/cm3

5.2. Requisitos de gradacion para la mezcla asfaltica

Se utilizo la granulometrıa N° IV - A; la cual nos dio los siguientes porcentajes de material:

Tabla 5.2: Granulometrıa del agregado requerido

% Asfalto5 5,5 6 6,5 7

Peso asfalto (gr)

Tamiz # % Aridos 60 66 72 78 84

3/8” 10 114,00 113,40 112,80 112,20 111,60

4 25 285,00 283,50 282,00 280,50 279,00

8 22 250,80 249,48 248,16 246,84 245,52

30 19 216,60 215,46 214,32 213,18 212,04

50 6 68,40 68,04 67,68 67,32 66,96

100 10 114,00 113,40 112,80 112,20 111,60

200 4 45,60 45,36 45,12 44,88 44,64

fondo 4 45,60 45,36 45,12 44,88 44,64

TOTAL 100 1200,00 1200,00 1200,00 1200,00 1200,00

5.3. Gravedad especıfica neta de la combinacion de aridos

Esta se determina mediante la siguiente relacion:

Gsb =100

P1

G1b

+P2

G2b

+P3

G3b

+ . . .Pn

Gnb

(2)

Tabla 5.3: Gravedad especıfica para la combinacion de aridos

Gravedad especifica neta de la combinacion de aridos (Gsb)

MATERIAL % (P) pesos especıficos (Gb)

grava 35 2,61

arena gruesa 47 2,64

arena fina 14 2,65

llenante 4 2,68

% aridos totales 100

Gsb 2,632

NOTA: Debido a que no determinaron los pesos especıficos de los materiales que corresponden a lascuatro diferentes fracciones; para los calculos se utilizo los pesos especıficos de los copiados entregadospara el desarrollo del metodo Marshall.

11 de julio de 2011

Page 8: Marshall

Facultad de Ingenierıa 4

5.4. Datos obtenidos para el ensayo

En base a las tablas anteriores se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 5.4: Datos para calculo de vacıos y densidad especifica de las probetas

DATOS

Gravedad especıfica del asfalto Gb 1,011 gr/cm3

Gravedad esp. Neta combinacion aridos Gsb 2,632 gr/cm3

Ensayo RICE 5% Gmm 2,454 gr/cm3

5.5. Ensayos

Se confeccionara 3 probetas para cada porcentaje de asfalto: 5%,5,5%,6%,6,5% y 7%. Cada muestratendra un total de 1200gr de peso como se indica en la Tabla 5.4.

Para cada ensayo se coloca el papel filtro en el molde el material, sobre este se pone la mez-cla asfaltica y se da 75 golpes, una vez compactada la una cara, se le da la vuelta, se coloca otropapel filtro y se procede a compactar la nueva cara. Se repite este procedimiento para las diferentesprobetas, se enraza, se desmolda y se pesa al aire. Posteriormente se determina sus pesos sumergidosy en SSS.

Los valores determinados en la Tabla 5.4, fueron calculados utilizando las formulas ya estudi-adas en la materia de Pavimentos I, en el Capıtulo V: ”Marshall”.

5.6. Grafico de los resultados

Figura 5.1: Estabilidad vs contenido de asfalto

11 de julio de 2011

Page 9: Marshall

Facultad de Ingenierıa 5Tabla

5.5:Ensayosrealizados

PROBETA

1A

1B

1C

2A

2B

2C

3A

3B

3C

1%

asfaltoen

pesodela

mezcla

55

55,5

5,5

5,5

66

62

pesodela

probetaal

aire

(gr)

1148,35

1115,7

1158,6

1114,6

1179,5

1148,8

1133,5

1161,7

1159,15

3pesodela

probetaS.S.S.(gr)

1153,6

1122,2

1163,5

1122,5

1186,6

1155,8

1143,6

1170,5

1166,7

4pesodela

probetaen

agua(gr)

613,5

615

619,2

618,8

658,6

651,4

658

655

659,7

5Estab

ilidad

sincorregir(lb)

1778,5

1676,8

1829,3

1687,0

1880,1

1849,6

1880,1

1849,6

1829,3

6Fluencia(0,01”)

17

17,2

16

16,4

18,5

20

16

21

21

7volumen

probeta(cm3)

540,1

507,2

544,3

503,7

528,0

504,4

485,6

515,5

507,0

8Gravedad

especıf.netadela

probeta

2126

2200

2129

2213

2234

2278

2334

2254

2286

9Gravedad

especıf.teorica

maxim

a2454

2454

2454

2436

2436

2436

2418

2418

2418

10

%vacıostotales

13,36

10,36

13,26

9,15

8,28

6,49

3,45

6,79

5,43

11

%vacıosen

elag

regad

omineral

23,27

20,61

23,18

20,56

19,80

18,24

16,65

19,53

18,36

12

%vacıosllenosdeasfalto

42,59

49,73

42,80

55,50

58,17

64,40

79,27

65,24

70,40

13

Estab

ilidad

corregida(lb

)1653,96

1743,90

1701,22

1754,47

1804,88

1923,58

2049,29

1849,59

1902,44

14

Estab

ilidad

media

(lb

)1699,70

1827,64

1933,77

15

Densidad

especıfica

netamedia

2152

2241

2291

16

Flujo

medio

16

18

19

17

%vacıosmedio

12,33

7,98

5,22

18

%vacıosmedio

enel

agr.mineral

22,35

19,53

18,18

19

%vacıosllenosdeasfaltomedio

45,04

59,36

71,64

20

contenidodeasfalto

55,5

6

PROBETA

4A

4B

4C

5A

5B

5C

1%

asfaltoen

pesodela

mezcla

6,5

6,5

6,5

77

72

pesodela

probetaal

aire

(gr)

1147,1

1143,5

1144,8

1149,3

1177,1

1169,5

3pesodela

probetaS.S.S.(gr)

1156,2

1148,9

1152,2

1167,9

1181,2

1175,1

4pesodela

probetaen

agua(gr)

650,4

660,1

657,7

668

665,4

670,8

5Estab

ilidad

sincorregir(lb)

1880,1

1778,5

1524,4

1626,0

1778,5

1524,4

6Fluencia(0,01”)

18

16,5

26,7

23,2

19

21

7volumen

probeta(cm3)

505,8

488,8

494,5

499,9

515,8

504,3

8Gravedad

especıf.netadela

probeta

2268

2339

2315

2299

2282

2319

9Gravedad

especıf.teorica

maxim

a2400

2400

2400

2382

2382

2382

10

%vacıostotales

5,50

2,52

3,53

3,50

4,21

2,66

11

%vacıosen

elag

regad

omineral

19,45

16,91

17,77

18,78

19,38

18,07

12

%vacıosllenosdeasfalto

71,72

85,09

80,11

81,37

78,27

85,29

13

Estab

ilidad

corregida(lb

)1955,28

1938,52

1661,59

1691,06

1778,46

1585,37

14

Estab

ilidad

media

(lb

)1851,80

1684,96

15

Densidad

especıfica

netamedia

2307

2300

16

Flujo

medio

20

21

17

%vacıosmedio

3,85

3,45

18

%vacıosmedio

enel

agr.mineral

18,04

18,74

19

%vacıosllenosdeasfaltomedio

78,97

81,65

20

contenidodeasfalto

6,5

7

11 de julio de 2011

Page 10: Marshall

Facultad de Ingenierıa 6

Figura 5.2: Flujo vs contenido de asfalto

Figura 5.3: Densidad especıfica vs contenido de asfalto

11 de julio de 2011

Page 11: Marshall

Facultad de Ingenierıa 7

Figura 5.4: Porcentaje de vacıos vs contenido de asfalto

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

11 de julio de 2011

Page 12: Marshall

Facultad de Ingenierıa 8

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

6. ANALISIS DE RESULTADOS

6.1. Metodo de la AIM

Este metodo, ası como el de la NAPA es utilizado para determinar el contenido optimo de asfalto.Se basa en los valores maximos determinados en el ensayo de estabilidad, valor maximo de pesoespecıfico y en el valor medio de las especificaciones del volumen de vacıos. El contenido optimo deasfalto se obtiene sacando el promedio de todos los valores.

De las graficas anteriores se obtiene:

1. % de asfalto para estabilidad maxima ⇒ 6,04%

2. % de asfalto para peso especıfico maximo ⇒ 6,51%

3. valor medio de las especificaciones del volumen de vacıos ( 3% - 8%) ⇒ 5,5%

Con estos tres valores se calcula su promedio obteniendose:

%optimo de asfalto =6, 04 + 6, 51 + 5, 5

3(3)

% optimo de asfalto=6,02%

6.2. Metodo de la NAPA

Se basa en determinar el contenido de asfalto optimo para los lımites especificados del porcentaje devacıos de la mezcla. El valor obtenido se lo utiliza en cada grafica para verificar los valores de las

11 de julio de 2011

Page 13: Marshall

Facultad de Ingenierıa 9

especificaciones. El valor de vacıos comunmente empleado en este metodo es del 4%.

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

% optimo de asfalto=6,37%

Con el porcentaje anterior se obtiene:

Estabilidad: 2661,50

Flujo: 19,73

VMA: 17,96%

VFA: 77%

Al comparar estos con los valores de las especificaciones se observa que cumplen de cierta maneracon el porcentaje de vacıos en el agregado mineral, con el porcentaje de vacıos llenos de aire y conla estabilidad; sin embargo el valor del flujo esta por encima de la norma por lo que se recomiendarealizar ciertos ajustes en la mezcla asfaltica.

7. CONCLUSIONES

En la mayorıa de las especificaciones, por lo general, la mezcla de diseno a elegirse debe ser la maseconomica y que cumpla con los criterios establecidos. Se tratara de elegir la mezcla que presentemayor estabilidad, pero no tan alta ya que mezclas con estabilidades muy altas y flujos muy bajostienden a ser muy rıgidas y fragiles; las mismas que pueden agrietarse bajo transito.

Se debe evitar la exudacion del asfalto de la mezcla tratando de que el porcentaje de vacıoscon aire permanezca dentro de los lımites; ademas se debe evitar el envejecimiento prematuro delasfalto el mismo que podrıa provocar la desintegracion del pavimento, esto se da cuando el porcentajede vacıos con aire es muy alto.

Si no es posible cumplir con estos requisitos, deberan realizarse ajustes tales como reducir elcontenido de asfalto, aumentar el porcentaje de llenante mineral, etc., segun sea el caso. Por ningunmotivo se podra aceptar que el flujo sea mayor al permitido, ni la estabilidad inferior a la exigida.

Referencias

[1] Ensayos sobre productos asfalticos utilizados en pavimentos.

[2] Ing. Jaime Bojorque. Apuntes de clase - pavimentos i: Capitulo v: Ensayo marshall.

11 de julio de 2011