PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Presentado como requisito a la asignatura de Ing. JOSE Ing. JOSE FERNANDO FERNANDO GARCIA MUÑOZ
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL PAVIMENTOS 01 DE JUNIO DEL 2013 BOGOTA D.C
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Presentado Por: Jenny Paola Rodríguez 502490 Gustavo Andrés Sánchez Sánchez 502650 George Arias Medina 502486 Leonel Orduña 502809 Wilson Galvis 502753
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL PAVIMENTOS 01 DE JUNIO DEL 2013 BOGOTA D.C
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Introducción............................................................ ........................................................................................... ............................................................. .......................................................... ............................ 4 Objetivos.............................................................. ............................................................................................ ............................................................. .............................................................. ................................... 5 Marco Teórico ............................................................ ........................................................................................... ............................................................. ..................................................... ....................... 6 Equipos ........................................................... ......................................................................................... ............................................................. .............................................................. ...................................... ....... 7 Procedimiento ............................................................. ............................................................................................ ............................................................. ..................................................... .......................8 Datos y Resultados .......................................................... ......................................................................................... ............................................................. ............................................. ............... 17 Análisis de Resultados ............................................................. ............................................................................................ ............................................................. ................................... ..... 21 Conclusiones .......................................................... ......................................................................................... ............................................................. ....................................................... ......................... 22
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Introducción............................................................ ........................................................................................... ............................................................. ....................................................... ......................... 24 Objetivos.............................................................. ............................................................................................ ............................................................. ............................................................. .............................. 25 Marco Teórico ............................................................ ........................................................................................... ............................................................. .................................................. .................... 26 Planteamiento ............................................................. ............................................................................................ ............................................................. .................................................. .................... 27 Procedimiento ............................................................. ............................................................................................ ............................................................. .................................................. .................... 10 Resultados .......................................................... ........................................................................................ ............................................................. ............................................................. .............................. 12 Conclusiones .......................................................... ......................................................................................... ............................................................. ....................................................... ......................... 13
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
El asfalto es un material de petróleo líquido de color negro pardusco que se endurece al enfriarse. En este informe se demuestra de forma detallada el ensayo Marshall, los equipos y materiales utilizados, el procedimiento y los cálculos respectivos. El ensayo de laboratorio “Marshall” desarrolla un mejor criterio para determinar el contenido
óptimo de asfalto en la etapa de diseño. Este ensayo de laboratorio se realizó de acuerdo a las normas de ensayos de materiales especificadas por el INVIAS, dado que toda obra de ingeniería debe cumplir con los estándares de dicha entidad
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Diseñar una mezcla asfáltica densa en caliente y obtener una fórmula de trabajo correspondiente, mediante el método Marshall de manera tal que se consiga cumplir con los requisitos mínimos de calidad de un pavimento
Determinar el porcentaje óptimo de asfalto para realizar una mezcla con materiales finos y granulares para la realización de briquetas.
Calcular los diferentes porcentajes de vacíos y las gravedades específicas delas briquetas realizadas.
Reconocer correctamente el procedimiento a seguir para que no hayan errores posibles durante el ensayo
2.2.
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
El concepto del método Marshall para diseño de mezclas de pavimentación fue formulado por Bruce Marshall, Ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a través de una extensiva investigación y estudios de correlación, mejoró y adicionó ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y desarrollo un criterio de diseño de mezclas. El ensayo fue normalizado como ASTMS 1559. Una de las virtudes del Método Marshall es la importancia que se asigna a las propiedades densidad/vacíos del material asfaltico. Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla estén dentro de rangos adecuados para asegurar una mezcla durable. Este ensayo consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de 4" de diámetro y 2½" de altura, rompiéndolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y flujo. También se calculan los porcentajes de vacíos de las mezclas fabricadas, se determina previamente las gravedades específicas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo de rotura, de acuerdo con las normas INVIAS. Este ensayo busca determinar el contenido óptimo de asfalto para una gradación de agregados dada o preparada, para esto se deberá elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes valores obtenidos después de ser ensayadas, permitan determinar ese valor "óptimo". El procedimiento se inicia con la preparación de probetas de ensayo, para lo cual los materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones de granulometría y demás, fijadas para el proyecto. Además, se deberá determinar previamente la gravedad específica Bulk de los agregados, así como la gravedad específica del asfalto, y se deberá efectuar un análisis de Densidad- Vacíos de las probetas compactadas.
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Juego de elementos para ensayo Marshall, que incluye molde de compactación especial de 4 pulgadas de diámetro y 3 de altura con su collar de extensión, martillo de compactación con una zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de diámetro, peso de 10 libras y altura de caída de 18 pulgadas, pedestal de compactación firmemente anclado al piso, prensa de ensayo y mordazas para ensayo con sus guías.
Otros elementos tales como calentadores, termómetros, estufa, bandejas metálicas, baño María, extractores de muestras, etc.
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Se prepararon tres muestras para cada combinación de agregados y contenido de cemento asfáltico elegido. Tanto los agregados como el asfalto deberán cumplir individualmente las especificaciones especificacio nes correspondientes a ellos.
Fotografía 1 Combinación de Agregados de 4.5%
Fotografía 2 Combinación de Agregados de 5%
Fotografía 3 Combinación de Agregados Agregados de 6%
En primer término, se secan a 110ºC hasta peso constante. Como casi nunca es posible obtener un agregado que cumpla con los requisitos granulométricos exigidos, deberá hacerse una combinación con los disponibles. En el laboratorio se trabajó con la siguiente gradación y porcentajes de agregados que se dividió en tres grupos:
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
4, 5
1 43
2 75
3 61
5 62
7 22
934
1 0 29
1 0 77
1145
54
1 19 9
5
1 43
2 74
3 59
5 60
7 18
925
99 9 9 7, 5
1 0 72
1140
60
1 19 4
6
1 41
2 71
3 55
5 53
7 11
920
98 9 8 7, 1
1 0 60
1128
72
1 18 2
Tabla 1 Gradación de Agregados
Fotografía 4 Separación de Agregados por Tamices Tamices
Elaborar cada probeta se deberán mezclar las cantidades necesarias de cada fracción de agregados y cemento asfáltico para alcanzar dicho peso. Como Como en los 1200 gramos habrá un 4% de cemento asfáltico, el 96% los componen los agregados pétreos y por ende, se empleará un 96% de cada fracción. En la bandeja de mezcla deberá colocarse la cantidad indicada de cada fracción de agregado a la temperatura especificada, mezclándose éstas rápidamente y abriéndose un cráter dentro del cual se añade la cantidad calculada de cemento asfáltico.
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS Este procedimiento se repite para las otras dos muestras que se van a preparar con el mismo porcentaje de cemento asfáltico.
Fotografía 5 Adición de Cemento Cemento Asfaltico a cada cada fracción fracción de Agregados
Fotografía 6 Mezclado del Cemento Cemento Asfaltico y los Agregados
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Fotografía 7 Mezclado del Cemento Asfaltico Asfaltico y los Agregados
Antes de colocar la mezcla dentro del molde, tanto éste como el pisón de compactación deben limpiarse con gasolina o kerosene y colocarse a estufa entre 100 y 150ºC por unos 30 minutos. Al retirarlo de la estufa, se arma el molde, se le coloca su base y collar de extensión y se le coloca un falso fondo, previamente untado con aceite, colocando luego de manera rápida dentro de él, la mezcla de1200 gramos, la cual debe emparejarse con una espátula o palustre caliente. A continuación, se sujeta el molde con el aro de ajuste que tiene para tal efecto, se coloca en el pedestal de compactación, se apoya sobre la mezcla la zapata del pisón y se aplican 75 golpes a caída libre y cuidado que el vástago del pisón se mantenga siempre vertical. Terminada la aplicación del número de golpes requerido, se retira el molde del dispositivo de ajuste, se le quita la placa de base y el collar de extensión, se invierte el molde y se vuelve a montar el dispositivo, aplicando el mismo número de golpes a la que ahora es la cara superior de la muestra. Se retira el molde del pedestal, se le quita el collar y la base y se deja enfriar a la temperatura ambiente.
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PRACTICAS DE LABORATORIO
PAVIMENTOS Se le coloca al molde el collar de extensión y se saca de él la probeta compactada, la cual debe identificarse marcándola marcándola en cada cara con una crayola.
Fotografía 8 Mezcla en en molde compactador
Fotografía 9 Martillo compactador compactador 75 Golpes por ambos lados de la Briqueta
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Fotografía 10 Briqueta compactada compactada 4.5 %
Fotografía 11 Briqueta compactada compactada 5 %
Fotografía 12 Briqueta compactada compactada 6 % 13
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS En el método de ensayo Marshall, cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos en el orden indicado: a) Determinación del peso específico “bulk”
b) Ensayo de estabilidad y flujo c) Análisis de densidad de vacíos
El peso específico “bulk” de una probeta compactada es la relación entre su peso en el aire y su
volumen incluyendo los vacíos permeables. Como la probeta tiene una textura superficial densa e impermeable, su peso específico “bulk” se determina mediante la expresión:
Dónde:
Wa = peso de la probeta seca en el aire Ww = peso de la probeta en el agua Ww = Wwc – Wc; donde: Wwc = peso de la probeta en el agua más la canasta Wc = peso de la canasta = 1115 11 15 gr. Wss = peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca
El procedimiento que se describe a continuación, es aplicable a todas las probetas compactadas.
Se lleva la probeta a un baño de agua a 25º C durante un lapso de 30 minutos. Estando listo el aparato de carga Marshall para el ensayo, se saca la probeta del agua y se seca rápida y cuidadosamente su superficie. Se coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra. Luego se ajusta el anillo superior en posición y se centra el conjunto en el mecanismo de carga. A continuación se coloca el medidor de flujo sobre la barra-guía marcada y se lleva su aguja a cero. Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulgadas/minuto hasta que ocurra la falla. El punto de falla se define mediante la máxima lectura obtenida en el dial de carga. El número de kilonewtos correspondiente a esta lectura se anota como ESTABILIDAD MARSHALL.
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PRACTICAS DE LABORATORIO
PAVIMENTOS Mientras se está aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posición sobre la barra-guía y se retira cuando ocurra la carga máxima. La lectura en el dial en este instante se denomina FLUJO y se expresa en centésimas de pulgada. El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del baño de agua hasta que falla en la máquina, no debe tardar más de 30segundos
Fotografía 13 Briquetas de 4.5%, 5% y 6%
Fotografía 14 Peso aire de cada una de las Briquetas de 4.5%, 5% y 6%
Fotografía 15 Peso sumergido sumergido de cada una de las Briquetas de 4.5%, 5% y 6%
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
Fotografía 15 Briquetas sumergidas sumergidas por 30 minutos en agua a temperatura de 25ºc
Fotografía 17 Briqueta sometida a carga para determinar la resistencia y deformación
Fotografía 16 Equipo carga de Marshall donde se falla cada Briqueta
Fotografía 18 Briqueta deformada
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
4, 5
1 43
2 75
3 61
5 62
7 22
9 34
1 0 29
1077
1 1 45
54
1 199
5
1 43
2 74
3 59
5 60
7 18
925
99 9 9 7, 5
1072
1 1 40
60
11 94
6
1 41
2 71
3 55
5 53
7 11
920
98 9 8 7, 1
1060
1 1 28
72
11 82
Tabla 1 Gradación de Agregados
ø
102,32 4,5%
1153
648,7
1154,1
59,2 102,685
103,05 102,32 5%
1035,6
576,7
1034,5
643,6
1125,8
85
61,33
45
165
61,33
48
187
63,46
102,32 1125,3
84
59,2 102,685
103,05 6%
61,33 63,46
59,2 102,685
103,05
63,46
Tabla 2 Datos Obtenidos en Laboratorio Laboratorio
17
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
) (
18
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
( )
1
4,5
1153
648,7
1154,1
2,63
1,006
2,28
2,45
1,64
82,84
10,53
6,62
17,16
2,93
2
5
1035,6
576,7
1034,5
2,63
1,006
2,26
2,43
1,97
81,71
11,29
7,00
18,29
3,12
3
6
1125,3
643,6
1125,8
2,63
1,006
2,33
2,40
2,65
83,41
8,48
8,11
16,59
3,51
Tabla 3 Tabla de Resultados
4,5
2,3
1238,0
85,0
10,5
17,2
35,7
14,6
5,0
2,3
165,0
11,3
18,3
36,7
7,7
6,0
2,3
1273,0 1218,0
187,0
8,5
16,6
66,2
6,5
Tabla 3 Tabla de Resumen de Resultados Resultados
A continuación, se muestran los gráficos de las anteriores relaciones 2.4
1280.0
2.3
1270.0
2.3
) 3 m c / g ( a c i f i c e p s E o s e P
) g K ( d a d i l i b a t s E
2.3
2.3
2.3
2.3
1260.0
1250.0
1240.0
1230.0
2.3 1220.0 2.3 1210.0
2.3
2.3
1200.0 4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
% Asfalto
Grafica 1 Peso Específico Vs % Asfalto
6.5
7.0
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
% Asfalto
Grafica 2 Estabilidad Marshall Marshall Vs % Asfalto
19
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS 190.0 13.0
180.0 170.0
) m m ( a i c n e u l F
) % ( e r i A e d s o i c a V
160.0 150.0 140.0 130.0
11.0
9.0
7.0
120.0 5.0 110.0 100.0 3.0 90.0 4.0 80.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
1.0 4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
% Asfalto
% Asfalto
Grafica 3 Fluencia Vs % Asfalto
Grafica 4 Vacíos de Aire Vs % Asfalto
20.0
70.0
65.0 19.0
) % ( s e l a r e n i M s o d a g e r g A s o i c a V
) % ( o t l a f s A e d s o n e l l s o i c a V
18.0
17.0
16.0
60.0
55.0
50.0
45.0
40.0
35.0
15.0
30.0 4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
4.0
4.5
5.0
% Asfalto
5.5
6.0
6.5
7.0
% Asfalto
Grafica 5 Vacíos Agregados Minerales Minerales Vs % Asfalto Asfalto
Grafica 6 Vacíos llenos de Asfalto Vs % Asfalto Asfalto
15.0
14.0
13.0
o j u l F / d a d i l i b a t s E n o i c a l e R
12.0
11.0
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0 4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
% Asfalto
Grafica 7 Relación Estabilidad/Flujo Estabilidad/Flujo Vs % Asfalto 20
PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
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PRACTICAS DE LABORATORIO PAVIMENTOS
El método de Marshall para realizar el diseño de mezclas asfálticas es de importancia lograr propiedades volumétricas adecuadas en la carpeta asfáltica terminada, el desempeño de la superficie de rodamiento en su vida útil de servicio. Simular de manera adecuada la densificación que ocurre en campo, bajo la acción vehicular y de esta forma llegar a fórmulas de trabajo que permitan dosificar mezclas que tengan un mejor comportamiento en condiciones de tránsito y clima.
El estudio granulométrico de los materiales empleados en las obras de ingeniería además de ser uno de las pasos iníciales para una gran mayoría de ensayos, es de gran importancia para determinar el tamaño de las características mecánicas del material.
Las mezclas asfálticas se deben hacer con agregados angulares obtenidos principalmente de trituración, para hacer que la mezcla asfáltica sea más estable que las hechas con materiales de canto rodado.
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