marshall
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Ensayo marshallTRANSCRIPT
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 –
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
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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
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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
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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)
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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)
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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.
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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
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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
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Facultad de Ingenierıa 6
Figura 5.2: Flujo vs contenido de asfalto
Figura 5.3: Densidad especıfica vs contenido de asfalto
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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
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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
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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.
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