27731971-METODO-MARSHALL-PARA-DISENO-DE-MEZCLAS-DE-AGREGADOS-CON-CEMENTO-ASFALTICO.pdf

MÉTODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADOS CON CEMENTO ASFÁLTICO 1. OB OBJE JETI TIVO VOS S 1.2. 1. 2. Obje Objet t!" !" Ge# Ge#e$ e$%& %& Determinar la proporción adecuada de cemento asfáltico en la mezcla hecha en el laboratorio. 1.'. 1. '. Obje Objet t!" !"( ( E()e E()e*+ *+, ,*" *"( ( Medir la estabilidad y flujo de las muestras. • Dete Determ rmin inar ar la ca cant ntid idad ad de as asfa falt lto o sufi sufici cien ente te para para recu recubr brir ir • completamente los agregados. Realizar un análisis de densidad–vacíos de la mezcla. • 2. E-IPO E-IPO PARA PARA EL ENSA ENSA/O /O •

•

 uego de elementos para ensayo Marshall! "ue incluye molde de compactación especial de # pulgadas de diámetro y $ de altura con su collar collar de e%ten e%tensió sión! n! martil martillo lo de compac compactac tación ión con una zapata zapata circular de $ y &'( pulgadas de diámetro! peso de )* libras y altura de caída caída de )( pulgad pulgadas! as! pedest pedestal al de compac compactac tación ión firmem firmement ente e anclado al piso! prensa de ensayo y mordazas para ensayo con sus guías. +tros +tros ele elemen mentos tos tales tales como como calent calentado adores res!! termóm termómetr etros! os! estufa! estufa! bandejas metálicas! ba,o María! e%tractores de muestras! etc.

3. PROCEDIMIENTO DE ENSA/O0 TABLACIN DE DATOS / CÁLCLOS

'.1. N3e$" 4e 35e(t$%( Deberán prepararse tres muestras para cada combinación de agregados y contenido de cemento asfáltico elegido. -anto los agregados como el asfa as fallto debe deberá rán n cumpl umpliir indi ndividu vidual alm ment ente las es espe peccifi ifica caci cion ones es correspondientes a ellos.

'.2. P$e)%$%*6# 4e &"( %7$e7%4"( n primer t/rmino! se secan a ))*01 hasta peso constante. 1omo casi nunca es posible obtener un agregado "ue cumpla con los re"uisitos granulo granulom/t m/tric ricos os e%igid e%igidos! os! deberá deberá hacers hacerse e una combin combinaci ación ón con los disponibles. n el laboratorio se trabajó con la siguiente gradación y porc porcen entaj tajes es de agre agrega gado doss "ue "ue se divi dividi dió ó en dos dos grup grupos os 23gr 23greg egad ado o grueso4 )5 – 60 #! 3gregado fino4 60 # – 60 7**84

 -ama,o tamiz )5 – 60 # 60 # A 60 7**

> usado )**

)5 )**

$'#? )**

)**

)**

)**

 -ama,o > tamiz usado )5 – 60 # $$ 60 # A 60 B& 7** MF1<3 =E1:G:131:;6

9R3D31:;6 D M3-R:3<=  -ama,o tamiz – porcentaje "ue pasa )'75 $'(5 60 # 60 )* 60 #* #*.# )@.@ ).) * )**

)**

@B.B

(&.#

$).B

60 (*

60 7**

@.@

7.C

9R3D31:;6 1+M:63D3 E3R3 <3 MF1<3  -ama,o tamiz – porcentaje "ue pasa $$

$$

)$.$$

B.CB

*.$B

*

B&

B&

B&

B&

B#.&7

C(.CB

7).)

B.B

).(B

)** AAA

)** )**

(*.$$ (*A)**

&$.CC &* A ((

BC.( C) A B(

C(.CB $( A C7

7).) )& A 7(

B.B ( A )&

).(( #–(

'.'. Dete$3#%*6# 4e &%( te3)e$%t5$%( 4e 3e8*&% 9 *"3)%*t%*6# de cemento asfáltico! el @B> lo componen los agregados p/treos y por ende! se empleará un @B> de cada fracción4 > agregado grueso con respecto a la mezcla total > agregado fino con respecto a la mezcla total > de cemento asfáltico con respecto a la mezcla total  -otal

$$ % *.@B I $).B( B& % .@B IB#.$7 #.** )**.**

1omo la mezcla ha de pesar )7** gramos la cantidad por incluir en ella! de cada uno de los materiales disponibles se determina aplicando los anteriores porcentajes así4 3gregado grueso 3gregado fino 1emento asfáltico

)7** % *.$)B( I $(*.7 gr )7** % *.B#$7 I &&).( gr )7** % *.*# I #(.* gr

 -otal )7**.* gr n la bandeja de mezcla deberá colocarse la cantidad indicada de cada fracción de agregado a la temperatura especificada! mezclándose /stas rápidamente y abri/ndose un cráter dentro del cual se a,ade la cantidad calculada de cemento asfáltico! tambi/n a la temperatura especificada 27&C01! )#* s.s.! de acuerdo a la figura C.$ – Jariación de la viscosidad de un cemento asfáltico con la temperatura! caso típico8. ste procedimiento se repite para las otras dos muestras "ue se van a preparar con el mismo porcentaje de cemento asfáltico.

'.;. C"3)%*t%*6# 4e &%( 3e8*&%( a8 3ntes de colocar la mezcla dentro del molde! tanto /ste como el pisón de compactación deben limpiarse con gasolina o Kerosene y colocarse a estufa entre )** y )C*01 por unos $* minutos. b8 3l retirarlo de la estufa! se arma el molde! se le coloca su base y collar de e%tensión y se le coloca un falso fondo! previamente untado con aceite! colocando luego de manera rápida dentro de /l! la mezcla de )7** gramos! la cual debe emparejarse con una espátula o palustre caliente. c8 3 continuación! se sujeta el molde con el aro de ajuste "ue tiene para tal efecto! se coloca en el pedestal de compactación! se apoya sobre la mezcla la zapata del pisón y se aplican &C golpes a caída libre y cuidado "ue el vástago del pisón se mantenga siempre vertical. d8 -erminada la aplicación del numero de golpes re"uerido! se retira el molde del dispositivo de ajuste! se le "uita la placa de base y el collar de e%tensión! se invierte el molde y se vuelve a montar el dispositivo! aplicando el mismo nLmero de golpes a la "ue ahora es la cara superior de la muestra. e8 =e retira el molde del pedestal! se le "uita el collar y la base y se deja enfriar a la temperatura ambiente. f8 =e le coloca al molde el collar de e%tensión y se saca de /l la probeta compactada! la cual debe identificarse marcándola en cada cara con una crayola. g8 =e pesa la probeta y se mide su espesor. Erobeta )4 h I &.)7 cm.  I ))&(.B gr. Erobeta 74 h I &.*7 cm.  I ))##.B gr. Erobeta $4 h I &.7* cm.  I ))().C gr. h8 Ginalmente! se coloca la probeta sobre una superficie lisa y bien ventilada durante toda la noche. '.<. E#(%9" 4e )$"bet%( *"3)%*t%4%( n el m/todo de ensayo Marshall! cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos en el orden indicado4 a8 Determinación del peso específico ?bulK5 b8 nsayo de estabilidad y flujo

c8 3nálisis de la densidad y vacíos

'.<.1. Dete$3#%*6# 4e& )e(" e()e*+,*" =b5&>? 4e &%( )$"bet%( *"3)%*t%4%(. l peso específico ?bulK5 de una probeta compactada es la relación entre su peso en el aire y su volumen incluyendo los vacíos permeables. 1omo la probeta tiene una te%tura superficial densa e impermeable! su peso específico ?bulK5 se determina mediante la e%presión4 Gb

Wa

:=

Wss − Ww

Donde4 a I peso de la probeta seca en el aire N I peso de la probeta en el agua N I Nc – cO donde4 Nc I peso de la probeta en el agua más la canasta c I peso de la canasta I )))C gr. ss I peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca •

Erobeta )4 a I ))&(.B gr.O ss I ))@(.$ gr.O N I )&$* – )))C I B)C gr. :=

=

1198.3 − 615 •

Erobeta 74 a I ))##.B gr.O ss I ))&* gr.O N I )&)# – )))C I C@@ gr.

:=

•

.

1170

− 599

=

.

Erobeta $4 a I ))().C gr.O ss I )7*&.& gr.O N I )&7B – )))C I B)) gr. :=

=

1207.7 − 611

.

'.<.2. E#(%9" 4e e(t%b&4%4 9 ,&5j" l procedimiento "ue se describe a continuación! es aplicable a todas las probetas compactadas. a8 =e lleva la probeta a un ba,o de agua a B* H )0 1 durante un lapso de $* a #* minutos.  b) =e limpia cuidadosamente la superficie interior de la mordaza de prueba y se lubrican las barras guías con una delgada película de aceite! de manera "ue el segmento superior del anillo deslice libremente. =i se usa un anillo para medir la carga aplicada! debe controlarse "ue su dial est/ bien fijo y en cero cuando no haya carga.

c8 stando listo el aparato de carga Marshall para el ensayo! se saca la probeta del agua y se seca rápida y cuidadosamente su superficie. d8 =e coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra.
'.<.'. A#@&(( 4e 4e#(4%4 9 !%*+"( 3l terminar los ensayos de estabilidad y flujo! debe realizarse un análisis de la densidad y vacíos para cada serie de muestran en la forma siguiente4 a8 =e promedian los pesos específicos ?bulK5 de todas las probetas elaboradas con el mismo porcentaje de asfalto! descartando las "ue se alejen demasiado del promedio. ste valor promedio! multiplicad por B7.#! permite obtener la densidad en sistema ingl/s4 Eeso específico ?bulK5 promedio4

:=

3

=

9b I 7 % B7.# I )7#.( lb'ft $ b8 =e calcula el peso específico promedio del agregado total! mediante la e%presión Gagr  :=

100

 P1  +  P2   +  P3   + G1

G2

G3

.

Donde4 E)! E7! E$! S I Eorcentajes en peso de cada una de las fracciones de material "ue intervienen en el total del agregado. 9)! 97! 9$! S I Eesos específicos de los materiales a los "ue corresponden las fracciones anteriormente mencionadas.
agr

         2.692   2.593  67

33

+

=

.

c8 =e calcula el peso específico má%imo teórico de la muestra para cada porcentaje de asfalto! el cual corresponde al "ue teóricamente se obtendría si fuera posible comprimir la muestra hasta obtener una masa de asfalto y agregados carente de vacíos con aire. ste valor se calcula de la siguiente manera4 Gmt :=

100

 %agregados   +   %cementoasf!t"co  Ga r 

m

:=

Gasf  m

  96     4    2.658   1.057  

=

.

+

l peso específico del asfalto! se calculó mediante la siguiente fórmula4 Gasf :=

(# −$

− −

$) &−#

Donde4 3 I Eeso del picnómetro I 7$.7 gr.  I Eeso del picnómetro T agua ba,o María I #&.( gr. 1 I Eeso del picnómetro T asfalto I 7(.& gr. D I Eeso del picnómetro T asfalto T agua destilada I #(.) gr. as

:=

( 47.8 − 23.2)

−

( 48.1 − 28.7)

as

=

.

d8 =e calcula el porcentaje de absorción de asfalto por peso del agregado seco! mediante la fórmula4  $a

:=



( Gmm − Gmt)

 10000 ⋅

Gmm⋅ Gmt⋅ %a re ados

Donde4 9mm I Eeso específico má%imo medido. Dado por el profesor debido a la no realización del ensayo. 9mm I 7.# se cambió a 7.CC por efectos de "ue el cálculo no diera negativo. a

:=

 2.55 2.506 96 ⋅

a

⋅

.

=

⋅

e8 =e determina el porcentaje en volumen "ue ocupa el agregado con respecto al volumen total de la probeta. 'agr  := 'agr  :=

( %agregados ⋅ Gb) ⋅

2.658

Ga r  'agr 72.23%

f8 =e calcula el porcentaje de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta Gb    '* := 1 − ⋅ 100 Gmm * := − ⋅  2.55 

*

=

.

g8 =e calcula el volumen de asfalto efectivo como porcentaje del volumen total de la probeta. Jae I )** – 2Jagr T Jv8 Jae I )** – 2&7.7$ T 7).C&8 Jae I B.7> h8 =e determina el porcentaje de vacíos en los agregados minerales en la mezcla compactada. Jam I )** – Jagr Jam I )** – &7.7$ Jam I 7&.&&> i8 =e determina el contenido de asfalto efectivo con respecto al peso de la mezcla  $e := %cemasf!ta+ad"do − e := − 100

( $a ⋅ %agregados ) e

=

100 .

3e I $.$)> :. INTERPRETACIN DE LOS RESLTADOS =e deben dibujar gráficos "ue establezcan las siguientes relaciones4 Densidad Js > de cemente asfáltico

stabilidad Js > de cemento asfáltico Glujo Js > de cemento asfáltico > de vacíos con aire en la mezcla total Js > de cemento asfáltico > de vacíos en los agregados minerales Js > de cemento asfáltico 1abe anotar "ue se graficará con los resultados de todos los grupos! los cuales son4 stabilida d flujo Jv *!(@ 7C!C 7)!C& 7!C$ )(!& )(!*C $!#7 )#!B )7!$#

> agregado > 13 densidad @B # )7#!( @C C )#* @# B )$7!@)7

Jam 7&!&& holmes 7C!CB renso 7$!&( maría

3 continuación! se muestran los gráficos de las anteriores relaciones4 %#$ *s &ens"dad 134    )

   3

  e 132    i   p    /    b 130    l    (    d   a 128    d    i   s   n   e 126    D

124 0

1

2

3

4

5

6

7

6

7

% Cemento Asfáltico

%#$ *s ,stab"!"dad 4    )    N 3    K    (    d   a    d 2    i    l    i    b   a 1    t   s    E

0 0

1

2

3

4

% Cenmento Asfálltico

5

%#$ *s -!./o

30 25    "    !    0      0    (   o    j   u    l    F

20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

% Cemento Asfáltico

%#$ *s % de *acos con a"re e n !a m ec!a tota 25   a    l 20   n   e   e       l 15    i   a   a   t   o   n    10   o   c   l   a   s   c   '   o    $   e 5   c   a   &   # 0   e    d 0    %

2

4

6

8

% Cemento Asfáltico

%#$ *s % de *acos en !os agregados m "nera!e 28   s   s   l   e   o   a 27    l   n      e   e   i   n   s   &26   o    $   c   s   a   o 25       d   a   e   *    d   e 24       %  *    A

23 0

2

4 % Cemento Asfáltico

6

8

;.1. P%5t%( 4e *"3)"$t%3e#t" l comportamiento normal de una mezcla asfáltica es el siguiente4 a8 a )**>. =e puede considerar "ue la mezcla es blanda ya "ue con poca carga! • sufre una defle%ión bastante alta. Eor lo tanto la mezcla es inestable.  -ambi/n se pudo observar "ue la segunda probeta se deshizo cuando se trató de sacar del ba,o María! otra prueba de la inestabilidad de las probetas.
A :6J. 6ormas De nsayo Eara Materiales De 1arreteras! -omo ::. ditorial scuela 1olombiana De :ngeniería. ogotá! 1olombia. )@@(. A M+6-+! 3lfonso. :ngeniería de Eavimentos Eara 1arreteras. Qniversidad 1atólica de 1olombia. 7U. dición. )@@(.