FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
RESISTENCIA DE MEZCLAS BITUMINOSAS EMPLEANDO EL APARATO MARSHALL Y GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE Y PESO UNITARIO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS COMPACTADAS.
ASIGNATURA: DOCENTE:
Prácticas Laboratorio de pavimentos Kildare Jussety Ascue Escalante
ESTUDIANTE: Cortez Valle Yonathan Francys SEMESTRE:
2017-I CUSCO-PERÚ Junio de 2017
1. Resumen Se realizó el ensayo de resistencia de mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall y gravedad específica aparente y peso unitario de mezclas asfálticas compactadas, el cual consistió en la medición de las dimensiones de las briquetas de mezcla asfáltica y su peso en los estados: seco en el aire, sumergido y peso saturado superficialmente seco. Luego de lo cual se procedió a efectuar el ensayo de resistencia por el método Marshall, en el que primero se calentaron las briquetas de mezcla asfáltica en caliente para liego someterlas a compresión en la máquina de Marshall. Este método de ensayo nos ha dado el conocimiento que concierne a la obtención de peso específico y prueba de resistencia de nuestras unidades de mezcla asfáltica en caliente.
2. Marco teórico:
Alcance: Este modo operativo está destinado para su empleo con mezclas densas bituminosas de laboratorio y aquellas producidas en planta, con agregados hasta de 25 mm de tamaño máximo y para recompactación de muestras de pavimentos asfálticos. Los especímenes de mezclas bituminosas compactadas, moldeadas por este procedimiento son empleados para varios ensayos físicos tales como estabilidad, flujo, resistencia a tracción indirecta y módulos. El análisis de densidad y vacíos también es conducido sobre especímenes para diseño de mezcla y evaluación de la compactación en campo. Este método debe emplearse con muestras que absorben más del 2% de agua por volumen. Dado que la gravedad específica no tiene unidades, debe convertirse a la densidad cuando este tipo de medida se requiera. Esto se hace multiplicando la gravedad específica a una temperatura dada por la densidad del agua a la misma temperatura.
Objetivo: Calcular el porcentaje de vacíos de aire dado en el método de ensayo MTC E 505. Determinar a partir de la preparación y compactación de especímenes de mezcla bituminosa para pavimentación, de altura nominal de 64 mm y 102 mm de diámetro, el diseño de una mezcla asfáltica y calcular sus diferentes parámetros de comportamiento, por medio del método manual Marshall.
Definiciones: Los valores de estabilidad Marshall y flujo junto con la densidad, vacíos de aire de la mezcla total, vacíos en el agregado mineral ó simplemente vacíos ó ambos, llenados con asfalto; son empleados para el diseño de mezclas en laboratorio así como para la evaluación de mezclas asfálticas. Así también la estabilidad y flujo Marshall pueden ser empleados para monitorear los procesos de producción de mezclas bituminosas en planta. También pueden ser empleados como referencia para evaluar diferentes mezclas y los efectos de acondicionamientos tales como con agua. La estabilidad y flujo Marshall son características de las mezclas bituminosas determinadas a partir de especímenes compactados de una geometría específica y en una manera prescrita. La estabilidad Marshall es la máxima resistencia a la deformación a una razón constante de carga. La magnitud de la estabilidad Marshall varía con el tipo y gradación del agregado y grado del bitumen empleado así como su cantidad. Varias agencias establecen criterios para los valores de la estabilidad Marshall. El flujo Marshall es una medida de la deformación de las mezclas bituminosas determinado durante el ensayo de estabilidad. No existe un valor ideal pero hay límites aceptables. Si el flujo en el contenido óptimo de asfalto sobrepasa el límite superior, la mezcla se considera demasiado plástica ó inestable, y si está bajo el límite inferior esta se considera demasiado rígida. Para propósitos de diseño de mezcla los resultados de los ensayos de estabilidad y f lujo deberán consistir del promedio de un mínimo de 03 especímenes por cada incremento de contenido de ligante, donde el contenido de ligante varía en incrementos de 0,5% sobre un rango de contenido de ligante. El rango de contenido de ligante generalmente es seleccionado en base a la experiencia y datos históricos de los materiales componentes, pero puede incluir también juicio y error para incluir el rango deseable de las propiedades de la mezcla. Las mezclas densas generalmente mostrarán un pico en la estabilidad a un determinado contenido de ligante. Este pico en el contenido de ligante puede ser promediado con otros contenidos de ligante tal como el contenido de ligante en el contenido de la máxima densidad de la curva ligante-densidad y el contenido de ligante en los vacíos de aire deseados y vacíos llenados. La estabilidad y flujo Marshall efectuados en laboratorio de campo, obtenida de especímenes hechos de mezclas producidas en planta pueden variar significativamente de los valores de diseño obtenidos en el laboratorio debido a las diferencias del mezclado que hay entre una planta y la efectuada en laboratorio. Esto también incluye la eficiencia en el mezclado y el envejecimiento producido. Las diferencias significativas en la estabilidad y flujo Marshall de un grupo de ensayos a otro ó de un valor promedio de un grupo numerosos de datos ó especímenes preparados de una mezcla producida en planta puede indicar pobre mezclado, técnicas incorrectas de ensayo, cambio de gradación, cambio del contenido de ligante, ó mal funcionamiento del proceso de planta. La fuente de la variación deberá ser averiguada y el problema resuelto. Los especímenes a menudo serán preparados empleando el método indicado aquí, pero pueden ser preparados empleando otros tipos de procedimientos de compactación. Otros tipos de compactación pueden hacer variar las características de resistencia en comparación con los preparados por el método Marshall.
la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad de 65 km/hr (40 mi/hr). Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de 9.5 mm (38 pulgadas) a 12.5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una superficie áspera, los agregados debe resistir el pulimiento (alisamiento) bajo el tránsito. Los agregados calcáreos son más susceptibles al pulimiento que los agregados silíceos. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al deslizamiento.
3. Materiales Balanza de precisión.
Juego de Tamices. Serie de tamices.
Agregado grueso de 1/2
Agregado grueso de 3/4 Estufa
1.5 Kg previamente lavado.
Máquina para compactación
Bowl metálico
Molde metálico para briqueta de concreto asfáltico
4. Procedimiento: A. Introducir los datos de la granulometría del agregado a la hoja de cálculo. Malla Tamiz
mm.
Peso (gr.)
% Ret Parcial
76.200 63.500 50.600 38.100 25.400 19.050 2384.4 12.700 2101.3 9.525 401.1 4.760 3.7 2.360 1.3 2.000 1.180 0.6 0.600 0.5 0.420 0.300 0.8 0.180 0.150 2.1 0.074 7.4 2.4
3" 2 1/2" 2" 1 1/2"
1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 8 Nº 10 Nº 16 Nº 30 Nº 40 Nº 50 Nº 80 Nº 100 Nº 200 pasant.
% Ret Acum.
% que Pasa
Observaciones Tamaño máximo Peso Inicial (g) Peso lavado (g) Fracción de finos (g)
47.7 42.0 8.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0
3/4" 5000.0
100.0 52.3 10.3 2.3 2.2 2.2 2.2 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 1.9 1.9
47.7 89.7 97.7 97.8 97.8 97.8 97.9 97.9 97.9 97.9 97.9 97.9 98.1 98.1
REPRESENTACIÓN GRÁFICA CURVA GRANULOMÉTRICA
0 0 2 ° N
0 0 0 1 8 ° ° N N
0 0 6 5 ° ° N N
0 4 ° N
0 3 ° N
0 2 ° N
6 1 ° N
0 1 8 ° ° N N
4 º N
" 4 / 1
" 8 / 3
" 2 / 1
" 4 / 3
" 1
" 2 / 1 1
" 2 / " 1 " 2 2 3
100 90 80
O S E P N E A S A P E U Q %
70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 0 . 0
4 7 0 . 0
0 0 1 . 0
9 4 1 . 0
0 8 1 . 0
0 0 5 0 2 . 3 . 0 0
0 2 4 . 0
0 9 5 . 0
0 0
0 0 . 4 1 8 . 0
0 9 1 . 1
ABERTURA (mm)
0 0 0 8 0 . 3 . 2 2
0 6 7 . 4
0 5 3 . 6
0 0
5 0 . 2 0 1 5 . 9
0 0 7 . 2 1
0 5 0 . 9 1
0 0 4 . 5 2
0 0 1 . 8 3
0 0 6 . 0 5
0 0 0 0 5 . 2 . 3 6 6 7
0 0 0 . 0 0 1
B. En el apartado de MAC 1, se muestra la curva granulométrica de acuerdo a la combinación de distintos porcentajes de los 4 tipos de áridos empleados en la mezcla asfáltica. Se debe cambiar los porcentajes de cada tipo de agregado hasta que la curva ingrese dentro de los parámetros en nuestro caso los parámetros corresponden a los de una MAC-1. Malla Tamiz
mm.
Agregados Proporciones 1"
25.400
3/4" 1/2" 3/8"
19.050 12.700 9.525
Nº 4
4.760
Nº 8
Especificaciones ASTM 3515.0
Porcentajes pasantes (%) PIEDRA
3/4"
ARENA
1/2"
1.0
45%
FILLER
2.0
MEZCLA
Cal
Observaciones 3/4"
55%
23.0% 22.0% 22.0% 33.0%
0.0%
100.0% curva ideal
100
100.0 100.0 59.2 15.4 15.2 15.2
100.0 100.0 100.0 93.7 58.3
100.0 100.0 100.0 95.3 82.6
100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
89.0 70.4 58.9 55.9 43.9
80 67 60 43 -
100 85.0 77.0 54.0
2.360
52.3 10.3 2.3 2.2 2.2
99.5 82.1 75.8 67.9 53.6
Nº 10
2.000
2.2
0.0
58.3
82.6
100.0
40.6
29
45.0
53.5
Nº 16 Nº 30
1.180 0.600
2.1 2.1
0.0 0.0
35.9 23.7
71.6 46.9
100.0 99.6
32.0 21.2
Nº 40
0.420
2.1
0.0
23.7
46.9
99.2
21.2
Nº 50
0.300
2.1
0.0
13.7
11.5
99.0
7.3
Nº 80
0.180
2.1
0.0
13.7
11.5
98.6
7.3
Nº 100 Nº 200 pasa
0.150 0.074
2.1 1.9 1.9
0.0 0.0 0.0
6.6 2.7 0.0
2.3 0.7 0.0
98.2 97.2 97.2
2.7 1.3 0.4
-
difrencia -11.0 -14.6 1.9 43.9
40.1 28.2 14
25.0
-
28.2 16.0
8
-
4
-
17.0
16.0
8.0
7.7 3.0
7.3
-6.7
REPRESENTACIÓN GRÁFICA 0 0 2 ° N
0 0 0 1 8 ° ° N N
CURVA GRANULOMÉTRICA 0 0 6 5 ° ° N N
0 4 ° N
0 3 ° N
0 2 ° N
6 1 ° N
0 1 8 ° ° N N
4 º N
" 4 / 1
" 8 / 3
" 2 / 1
" 4 / 3
" 1
" 2 / 1 1
" 2
" 2 / 1 " 2 3
100 90 80
O S E P N E A S A P E U Q %
70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 0 . 0
4 7 0 . 0
0 0 1 . 0
9 4 1 . 0
0 8 1 . 0
0 5 2 . 0
0 0 3 . 0
0 2 4 . 0
0 9 5 . 0
0 0
0 0 . 4 1 8 . 0
0 9 1 . 1
ABERTURA (mm)
0 0 0 . 2
0 8 3 . 2
0 6 7 . 4
0 5 3 . 6
0 0
5 0 . 2 0 1 5 . 9
0 0 7 . 2 1
0 5 0 . 9 1
0 0 4 . 5 2
0 0 1 . 8 3
0 0 6 . 0 5
0 0 5 . 3 6
0 0 2 . 6 7
0 0 0 . 0 0 1
C. Finalmente nos dirigimos al apartado de pesos por mallas y obtenemos los pesos de cada tamaño de tamiz para la muestra. Tamiz 1" 3/4"
Granulometría de la mezcla teórica % Ret. % Acum. % Pas. 100.0
1/2" 3/8" N° 4 Nº 8 N° 10 Nº 16 Nº 30 N° 40 Nº 50 N° 80 Nº 100 N° 200 pasa
11.0
11.0
89.0
18.6
29.6
70.4
11.5
41.1
58.9
3.0
44.1
55.9
12.0
56.1
43.9
3.3
59.4
40.6
8.6
68.0
32.0
10.8
78.8
21.2
0.0
78.8
21.2
13.9
92.7
7.3
0.0
92.7
7.3
4.6
97.3
2.7
1.4
98.7
1.3
1.3
100.0
Tamiz 3/4" 1/2" 3/8" N° 4 Nº 8 Arena Total
% Ret. 11.0 18.6 11.5 3.0 12.0 43.9 100.0
43.9
Pesos por mallas para distintos porcentajes de Cemento Asfáltico para briquetas de
1250.00
% de Cem ento Asf. Agregados en l a mezcla
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
1193.75
1187.50
1181.25
1175.00
1168.75
1162.50
Agregados po r mall as Tamiz
% ret. Parcial
peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso (g)
3/4"
11.00
131.31
130.63
129.94
129.25
128.56
127.88
1/2"
18.60
222.04
220.88
219.71
218.55
217.39
216.23
3/8"
11.50
137.28
136.56
135.84
135.13
134.41
133.69
N° 4
3.00
35.81
35.63
35.44
35.25
35.06
34.88
Nº 8
12.00
143.25
142.50
141.75
141.00
140.25
139.50
Arena
43.90
524.06
521.31
518.57
515.83
513.08
510.34
56.25
62.50
68.75
75.00
81.25
87.50
6.00
6.50
7.00
Cemento Asfáltico
Pesos acumulados por mallas % de Cemento Asf. Tamiz
4.50 peso (g)
5.00 peso (g)
5.50 peso (g)
peso (g)
peso (g)
peso (g)
1/2"
222.04
220.88
219.71
218.55
217.39
216.23
3/8"
359.32
357.44
355.56
353.68
351.79
349.91
N° 4
395.13
393.06
390.99
388.93
386.86
384.79
Nº 8
538.38
535.56
532.74
529.93
527.11
524.29
Arena
1062.44
1056.88
1051.31
1045.75
1040.19
1034.63
56.25
62.50
68.75
75.00
81.25
87.50
1550.00 4.50 1480.25
5.00 1472.50
5.50 1464.75
6.00 1457.00
6.50 1449.25
7.00 1441.50
peso (g) 275.33 445.56 489.96 667.59 1317.42 69.75
273.89 443.22 487.40 664.10 1310.53 77.50
272.44 440.89 484.83 660.60 1303.63 85.25
271.00 438.56 482.27 657.11 1296.73 93.00
269.56 436.22 479.70 653.61 1289.83 100.75
268.12 433.89 477.14 650.12 1282.94 108.50
Cemento Asfáltico PESOS PARA RICE % de Cemento Asf. Agregados en la mezcla Agregados por mallas Tamiz % ret. Parcial 1/2" 18.60 3/8" 11.50 N° 4 3.00 Nº 8 12.00 Arena 43.90 Cemento Asfáltico
D. Separar el agregado requerido por medio de los tamices y almacenarlo de forma separada, el proceso es repetido para la cantidad necesaria que ingresa en tres muestras de concreto asfáltico, Las mismas deben ponerse a calentar en el horno.
E. Encender la estufa y calentar el asfalto, hasta que este se torne de contextura líquida.
F. Mezclar los áridos con el asfalto hasta que todos tomen un color homogéneo.
G. Colocar el molde en la máquina de compactación y verter la mezcla asfáltica.
H. Encender La máquina para 75 golpes.
I. Retirar la briqueta y repetir el proceso para 50 y 25 golpes.
5. Conclusiones El material de cantera se ha podido ajustar entre los parámetros de la MAC-1, sin embargo el margen es demasiado estrecho. Se han obtenido las siguientes proporciones de áridos para la elaboración de la mezcla asfáltica en caliente de 1250 gramos: Arena
43%
Nº8
12%
Nº4
3%
3/8”
11.5%
1/2 “
18.6%
¾”
11%
Se utilizó un 4.5 % de porcentaje en peso de asfalto en la mezcla.
6. Recomendaciones Se recomienda buscar una tercera cantera para que el margen entre los parámetros y la curva granulométrica de la mezcla sean mayores . Se recomienda probar con distintos porcentajes de cemento asfáltico para verificar si se puede obtener un mejor diseño de mezcla asfáltica en caliente.
7. Bibliografía MTC Manual de ensayo de materiales EM 2000 AASHTO T 245 ASTM D1559
