RESISTENCIA DE MEZCLAS ASFLATICAS EN CALIENTE EMPLEANDO EL APARATO MARSHALLL INV-E-748
PRESENTADO POR: TANIA HERNANDEZ GARCIA CAROLINA RODRIGUEZ
ASIGNATURA: LABORATORIO PAVIMENTOS FACULTAD DE INGNIERIA
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA BOGOTA D.C MAYO 2018
1
INDICE GENERAL 1. 2. 2.1 2.2 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
INTRODUCCION OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS MARCO TEORICO PROCEDIMIENTO DATOS RESULTADOS ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA
1. INTRODUCCION El Método Marshall es aplicable a mezclas asfálticas en caliente elaboradas con cemento asfáltico y agregados de granulometría densa o fina, con un tamaño nominal máximo de 25 mm. Se utiliza tanto para el diseño en laboratorio como para el control de mezclas elaboradas en campo. Su empleo en mezclas abiertas es de relativa conveniencia, y exige la aplicación del criterio del ingeniero para que conduzca a resultados confiables.
2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL
El objetivo principal del método es determinar un contenido de asfalto óptimo, para la combinación de agregados establecida, que otorgue durabilidad, trabajabiliad, y resistencia al pavimento.
2.2 OBJETIVO ESPECIFICOS
Realizar muestras con mezcla asfáltica MCD-19 variando porcentajes de asfalto (4.5%, 5% ,5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%). Fallar probetas en la máquina de Marshall y obtener los valores de estabilidad y flujo Realizar graficas con los valores obtenidos de estabilidad y flujo Analizar los datos obtenidos para las diferentes características de un proyecto de acuerdo a las especificaciones dadas por las normas INVIAS para establecer el valor óptimo de asfalto Establecer densidades y contenidos óptimos de vacíos que deben ser cumplidos durante la construcción de un pavimento
3. MARCO TEORICO Los conceptos básicos del método Marshall para el diseño de mezclas asfálticas fueron formulados a finales de la década de los años 40 por el ingeniero Bruce Marshall, un experto en pavimentos asfálticos, junto con otros ingenieros del departamento de carreteras del 2
Estado de Mississippi, en los Estados Unidos. El cuerpo de Ingenieros de carreteras de los Estados Unidos, a través de extensas investigaciones y estudios de correlación, lo mejoró e incorporó ciertas modificaciones al método, conduciéndolo al procedimiento actual, el cual también ha sido adoptado por la ASTM bajo la codificación ASTM D 1559: "Resistencia al Flujo de las Mezclas Asfálticas Mediante el Empleo del Equipo Marshall". Las principales características del método Marshall son:
Análisis de la estabilidad y el flujo de los especímenes compactados Análisis de peso unitario y vacíos de los especímenes compactados
Estabilidad: máxima resistencia a la carga diametral (libras) Flujo: deformación total en el espécimen en la determinación de la estabilidad (0.01 pulgadas)
4. PROCEDIMIENTO
El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de 101.6 mm (4”) de diámetro y 63.5 mm (2 ½”) de altura. Rompiéndolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y deformación. Si se desean conocer los porcentajes de vacíos de las mezclas, se determinara n previamente las gravedades específicas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo de rotura, de acuerdo con las normas correspondientes El procedimiento inicia con la preparación de las probetas de ensayo, para lo cual se deben cumplir con las especificaciones de granulometría y demás, fijadas para el proyecto Para determinar el contenido óptimo de asfalto para una gradación de agregados dada o preparada, se deberá elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes valores obtenidos después de haber efectuado el ensayo permitan determinar este valor óptimo.
Preparación de especímenes
Se preparan muestras con diferentes contenidos de asfalto en incrementos de 0.5%, de tal manera que los resultados se puedan graficar en curvas que indiquen un valor optimo definido, con puntos de cada lado de este valor, como mínimo se preparan 3 probetas para cada contenido de asfalto. Para cada probeta se necesitan aproximadamente 1200g de ingredientes, para una serie de muestras de una gradación dada resulta conveniente disponer de unos 23 Kg de agregados y alrededor de 4 litros de cemento asfaltico Los agregados se deberán sacar hasta masa constante a una temperatur a entre 105°C y 110°C, y se separa por tamizado en los tamaños deseados En bandejas taradas, separadas para cada fracción de la muestra, se sucesivamente las cantidades de cada porción de agregados, previamente calculadas de acuerdo con la gradación necesaria para la fabricación de cada probeta Se transfieren los agregados al recipiente al recipiente de mezclado donde se mezclan en seco y se forma un cráter en su centro, dentro del cual se vierte la cantidad requerida de asfalto 3
Simultáneamente con la preparación de la mezcla, el conjunto de molde, collar, placa de base y la base del martillo de compactación, se limpian y calientan Se arma el conjunto del dispositivo para moldear las probetas, luego se coloca la mezcla recién fabricada en el molde, y con el martillo se aplican 75 golpes por ambas caras de la muestra Después de la compactación se retira la base y se deja enfriar la muestra al aire hasta que no se produzca ninguna deformación cuando se saque el molde. Se saca cuidadosamente la probeta el molde con el extractor
Cada espécimen compactado será sometido a:
Determinación de la densidad Bulk
Se determina la densidad bulk, mediante la siguiente ecuación: =
−
(1)
Ensayo de estabilidad y flujo
Se sumergen los especímenes en el baño a 60°C de 30 a 40 min antes del ensayo, luego se sacan y se colocan entre los cabezales de carga Se aplica la carga a una tasa constante de desplazamiento de 51 mm por minuto hasta que se presente el pico de carga de la muestra, el cual se reportara como estabilidad Se mide la máxima deformación del espécimen y se reporta como flujo
Determinación del porcentaje de vacíos
% =
−
Equipo
Baño térmico
Equipo Marshall 4
× 100 (2)
Martillo de compactación
Extractor de probetas
5
Pedestal de compactación
5. DATOS
Mezcla MCD-19 Tamaño máximo partícula: 19 mm No probetas : 3 Porcentaje de asfalto: 7.5%
6
Dosificación agregados
= × . =
= = % ASFALTO
7.5
WT (g)
1200
W Asfalto (g)
90
W agregados (g)
1110
TAMIZ
% PASA
% RETENIDO ACUMULADO
(3/4)
100
0
0
0
(1/2)
87.5
12.5
12.5
138.75
(3/8)
79
21
8.5
94.35
N.4
57
43
22
244.2
N.10
37
63
20
222
N.40
19.5
80.5
17.5
194.25
N.80
12.5
87.5
7
77.7
7
% RETENIDO
W RETENIDO (g)
N.200
6
94
6.5
72.15
FONDO
6
66.6
Total
100
1110
6. RESULTADOS Peso Sumergido Altura(mm) Peso Aire (g) (g)
Diámetro (mm)
4.5
101.2333333
64.7
1162.8
666.49
1165.17
2025
5
104.67
64.97
1169.383
680.63
1173.837
1581.33
4.23
0.00224722 2.37097810 0.654393723
5.5
102.34
62.98
1178.833
685.16
1181.83
1604
4.73
0.00227545 2.37347333 0.437416078
6
104.67
64.97
1181.89
678.76
1182.89
926
4.21
0.00211412 2.34441513 0.14732748
1215.73
708.4933333
1215.89
790.33333
7.3
0.00239588 2.39601495 0.022583134
655.16
1126.56
619
6.5 7 7.5
101.1766667 63.11333333
101.6453333 59.31766667 1126.326667 101.3144444 60.36222222
1150.18
Estabilidad Peso SSS (g) (kg)
Peso Unitario (g/mm3)
% Asfalto
Flujo (mm)
Densidad Bulk (g)
% Vacíos
3.793333333 0.00223287 2.33175583 0.3555942
7.666666667 0.00233999 2.38932258 0.03561471
995.7766667 1150.603333 1622.60032 6.266666667 85.3879756 2.3573222 0.049480109
%Asfalto
Peso Unitario (Lb/pie3)
4.5
0.080667384
4464.3555
0.001493439
145.1284832
0. 3555942
5
0.081185986
3486.231745
0.001665355
147.5696775
0.654393723
5.5
0.082205923
3536.21
0.001862206
147.7249802
0.437416078
6
0.076377256
2041.47812
0.001657481
145.9163978
0.14732748
6.5
0.086556481
1742.384673
0.002874017
149.1279706
0.022583134
7
0.084537563
1364.65978
0.003018374
148.7114377
0.03561471
7.5
0.085387976
1622.60032
0.002467193
146.7197369
0.049480109
Estabilidad (Lb) Flujo (pulg)
8
Densidad Bulk (lb)
% Vacíos
PESO UNITARIO (lb/pie3) 0.088 0.086 0.084 o i r a t 0.082 i n U o 0.08 s e P
0.078 0.076 0.074 4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
% Asfalto
ESTABILIDAD (Lb) 5000 4500 4000 3500 d a 3000 d i l i b 2500 a t s 2000 E
1500 1000 500 0 3
3.5
4
4.5
5
5.5
% Asfalto
9
6
6.5
7
7.5
8
FLUJO (1/100 pulg) 0.0035 0.003 0.0025 o j u l F
0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
% Asfalto
DENSIDAD BULK (lb) 150 149.5 149 148.5 k l u 148 B d 147.5 a d i 147 s n e 146.5 D
146 145.5 145 144.5 3.5
4
4.5
5
5.5
% Asfalto
10
6
6.5
7
7.5
8
% VACIOS 0.7 0.6 0.5 s 0.4 o í c a V0.3
0.2 0.1 0 3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
% Asfalto
7. ANALISIS DE RESULTADOS Estabilidad vs % asfalto- Esta curva, que está íntimamente relacionada con la de densidad, normalmente tiene tal forma convexa hacia arriba, debido a que, a bajos contenidos de asfalto y ante un esfuerzo dado de compactación, para una granulometría establecida, el total de la resistencia proviene prácticamente exclusivamente del contacto grano a grano de las partículas de agregado, sin ningún aporte de la cohesión. A medida que se incrementa el porcentaje de ligante, el aporte de la cohesión se va haciendo mayor, y se va sumando al aporte de la fricción interna del agregado. Por otra parte, el ligante va lubricando mejor las partículas del agregado, que consiguen mejor acomodo(empaquetamiento) y su contacto grano a grano se hace mayor, y aumenta la fricción interna entre partículas. Esto sucede hasta un punto en el cual, ante un exceso de asfalto se comienza a perder el contacto grano a grano, y la estabilidad comienza a ser aportada especialmente por la cohesión del ligante y la fracción fina de los agregados. A medida que sigue aumentando el porcentaje de asfalto, se sigue perdiendo aporte de fricción, el de cohesión tiende a estabilizarse, y la estabilidad resultante continúa descendiendo. Flujo Marshall vs % asfalto- El flujo aumenta con valores mayores de ligante, lo cual es una consecuencia lógica de que mezclas más ricas, al tener mayor cantidad de asfalto, son más flexibles y deformables que mezclas más secas. Sin embargo en la gráfica obtenida se puede observar que esta condición se cumple hasta el porcentaje de 6% de asfalto donde se puede ver una reducción del flujo, lo cual pudo originarse por mal manejo de los datos y cálculos o una lectura incorrecta. Analizando los resultados obtenidos de estabilidad se observó que de acuerd o con la categoría de tránsito NT2 el único porcentaje de Asfalto que no cumple con el rango mínimo es el de 11
7.5% con una estabilidad de 736 Kg, siendo 750 Kg, según norma INVIAS E-450. Esto indica que esta proporción de asfalto no es la adecuada para la construcción de un pavimento. Para la Categoría de transito NT3 las proporciones de asfalto que cumplen con la norma y sobrepasan el valor mínimo de estabilidad de 900 Kg, son los porcentajes de 4.5%, 5%, 5.5% y 6%, mientras que los porcentajes de 6.5, 7 y 7.5, no cumplen con valores respectivamente de estabilidad de 790.3K, 619 Kg y 736 Kg. De esto se deduce que, para la construcción de estructuras de pavimento, estas dosificaciones anteriormente mencionadas no son las adecuadas.
8. CONCLUSIONES A medida que aumenta el contenido de asfalto, para una misma granulometría y esfuerzo de compactación, se van llenando los espacios que ocupa el aire entre los agregados, y en consecuencia su porcentaje respecto al volumen dela briqueta, se va haciendo menor. Por lo que la gráfica se puede observar que hay inconsistencias en los valores ya los vacíos aumentan en el tramo de 4.5% a 5%. Se entendió que el valor de porcentaje de vacíos en una mezcla asfáltica como uno de los criterios para métodos de diseño y para la evaluación de la compactación alcanzada en la colocación y compactación de mezclas asfálticas. Al realizar el análisis del 6% de asfalto se puede deducir que posiblemente se realizó un muestreo, una técnica de ensayo incorrecto o una errónea dosificación en el contenido del ligante, debido a la inconsistencia en los datos. Según norma INVIAS E-450, las dosificaciones óptimas de mezcla asfáltica de acuerdo con el parámetro de estabilidad son los de 4.5%, 5%, 5.5% y 6%, señalando así que estas proporciones son las aconsejables para la construcción de una estructura de pavimento, sin embargo, la determinación de la mejor proporción va a acompañada de parámetros como el peso unitario, el porcentaje de vacíos.
9. ANEXOS
12
10. BIBLIOGRAFIA
NORMA INV-E 748. RESISTENCIA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE EMPLEANDO EL APARATO MARSHALL. OBTENIDO DE: ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV07/Normas/Norma%20INV%20E-748-07.pdf
ENSAYO Y MÉTODO MARSHALL. https://es.scribd.com/document/235317226/Ensayo-y-Metodo-Marshall-pdf METODO MARSHALL PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE – UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. https://www.academia.edu/13030649/8.1._M%C3%A9todo_Marshall_para_el_dise% C3%B1o_de_mezclas_asf%C3%A1lticas_en_caliente 13
