PAVIMENTOS 2017-0
UNIVERSIDAD CONTINENTAL CONTINENTAL DE CIENCIAS E INGENIERÍA
EAP INGENIERÍA CIVIL
CURSO: PAVIMENTOS
ENSAYO: ENSAYO DE MARSHALL
SECCIÓN: AI-1012
GRUPO: 1.2
INTEGRANTES:
HINOSTROZA TOLENTINO, Jean Pierre
REFULIO CASTAÑEDA, Gian Frank
HUANCAYO – PERU 2017
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INTRODUCCIÓN El concepto del método de diseño de mezclas bituminosas fue desarrollado por Bruce Marshall en Missisipi, en Estados Unidos. El propósito del método de dosificación Marshall es determinar el contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de áridos o agregados. Se trata de un ensayo mecánico que consiste en romper probetas cilíndricas de 4” de diámetro por 2 ½” de altura preparadas como se describe en la norma MTC – 504 y compactadas mediante un martillo de peso y altura de caída normalizados. Posteriormente se calientan a una temperatura de 60° C y se rompen en la prensa Marshall y mediante la aplicación de una carga vertical a través de una mordaza perimetral y una velocidad de deformación constante de 5 cm/min para determinar su estabilidad y deformación. Este método establece densidades y contenidos óptimos de huecos que se han de cumplir durante la construcción del pavimento. pavimento.
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“ENSAYO DE MARSHALL“
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1.
OBJETIVOS 1.1.1. GENERALES
-
Determinar el óptimo contenido de asfalto en la mezcla asfáltica por el Método Marshall.
1.1.2. ESPECÍFICOS
-
Realizar el ensayo de penetración del líquido asfáltico 60/70, 85/100 y 120/150.
-
Determinar el peso específico aparente, peso específico de masa y peso específico “bulk” de las briquetas ensayadas en laboratorio.
-
Realizar el ensayo de Estabilidad de Marshall de las briquetas ensayadas en laboratorio.
-
1.2.
Realizar el ensayo de Fluencia de las briquetas ensayadas en laboratorio.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA Es muy importante saber que este ensayo es uno de los más conocidos y utilizados tanto para la dosificación de mezclas bituminosas como para su control en planta mediante la verificación de los parámetros de diseño de las muestras tomadas.
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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1.
ANTECEDENTES En su forma actual, este ensayo surgió de una investigación iniciada por el cuerpo de Ingenieros del ejército de los Estados Unidos en 1943, en la búsqueda de un método de diseño y control de pistas de aeropuertos durante la Segunda Guerra Mundial. El cuerpo de Ingenieros decidió adoptar el Método Marshall debido en parte a que utilizaba un equipo de fácil manejo, portátil y que podía utilizarse rápidamente en obra. Se realizaron muchos tramos de prueba haciendo servir un tráfico simulado para determinar el comportamiento de las mezclas variando su composición y para establecer la energía de compactación necesaria al fabricar las probetas con densidad similar a la obtenida en obra.
2.2.
BASES TEÓRICAS Muchas empresas usan actualmente el Método Marshall para el diseño de mezclas. Es desde hace mucho tiempo, el procedimiento más usado para el diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente en el mundo. Esta técnica finalmente fue normalizada como ASTM D 1559. “Resistencia a la fluencia plástica de mezclas bituminosas y estabilidad usando el Aparato de Marshall”.
El método Marshall es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una adecuada mezcla asfáltica por medio del análisis de su estabilidad/fluencia y densidad/vacíos. Una de las virtudes del Método Marshall es la importancia que asigna a las propiedades densidad/vacíos del material asfáltico. Este análisis garantiza que las proporciones volumétricas de los componentes de la mezcla, están dentro de rangos adecuados para asegurar una Mezcla Asfáltica en Caliente durable. Otra ventaja del método es que el equipamiento requerido no es caro y es de fácil manejo, por lo que, se presta a operaciones de control de calidad a distancia.
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Este método se aplica a mezclas asfálticas en caliente, donde el asfalto ha sido clasificado por penetración o viscosidad, y que contiene agregados con tamaños máximos de
1”.
El
método Marshall es una serie de ensayos que utilizan muestras normalizadas de prueba de 2.5” de espesor y 4” de
diámetro.
Una serie de probetas, cada una con la misma combinación de agregados pero con diferentes contenidos de asfalto, es preparada usando un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas asfálticas de agregado. Los dos datos más importantes del diseño de mezclas del Método Marshall son:
Análisis de la relación de vacíos – densidad.
Prueba de estabilidad – flujo de las muestras compactadas.
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CAPÍTULO III: METODOLOGÍA
3.1.
ENSAYO MARSHALL Existen procedimientos en el método del ensayo Marshall, estos son: a) Determinación del peso específico total
El peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de peso específico es esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos. b) Medición de la estabilidad y la fluencia Marshall
El ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga, que ocurre en la mezcla. Las mezclas tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son considerados demasiados frágiles y rígidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos valores de fluencia son consideradas demasiado plásticas y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas del tránsito. c)
Análisis de la densidad y el contenido de vacíos El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada. Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar un análisis de densidad y vacíos para para cada serie de probetas de prueba.
d) Análisis de vacíos
Se calcula a partir de los pesos específicos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado; o directamente mediante un ensayo normalizado efectuado sobre la muestra de mezcla sin compactar. El peso específico total de las probetas compactadas se determina pesando las probetas en aire y en agua.
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e) Análisis de Peso Unitario
El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso específico total de la mezcla por la densidad del agua 1000 kg/m3. 1.2.1. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
Materiales: Arena, grava, cemento asfáltico, parafina, espátula, franelas, balanza, tapa boca, guantes de acuerdo, termómetro, cucharón, bandeja. Figura N° 1
Figura N° 3
Figura N° 5
Equipo para sacar las briquetas de los moldes
Figura N° 2
Figura N° 4
Figura N° 6
Martillo Marshall
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Figura N° 7
Figura N° 8
Figura N° 9
Figura N° 10
1.2.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO MARSHALL
El primer paso en el método de diseño, es seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para producir las cualidades que se están buscando para la carpeta (estabilidad). La relación viscosidad – temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe ser ya conocida para poder establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. a. Pesamos la arena, grava, y cemento asfáltico, previamente se tuvo que
determinar los porcentajes de todos los componentes (grava, arena, cemento asfáltico), este se repite para cada porcentaje de cemento asfáltico que en nuestro caso empezó de 4.0%. Figura N° 11
Figura N° 12
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b. Procedemos a mezclar todos los componentes hasta obtener una mezcla
homogénea, primero se coloca el agregado fino y grueso en una bandeja, esta a la vez se coloca en una cocina a 160° C. Paralelamente se va preparando el cemento asfáltico (160°c), cuando los componentes hayan alcanzado la temperatura de 160 °C, estos se mezclan conjuntamente hasta que la mezcla esté homogénea. Figura N° 13
Figura N° 14
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Figura N° 15
c.
Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall, como preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la mezcla al golpearla, la temperatura adecuada para realizar el adecuado se entre 140°C y 145°C. El número de golpes a compactar por el tipo de vía con un tráfico elevado es de 75 golpes por cada lado.
Figura N° 16
Figura N° 17
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Figura N° 18
d. Luego extraemos las briquetas de los moldes, y dejamos enfriarlas. Al día
siguiente, procedemos a determinar el peso específico de los especímenes compactados, para luego determinar su gravedad específica. Figura N° 19
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Figura N° 20
1.2.3. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS ESPECÍFICOS DE LOS ESPECÍMENES
COMPACTADOS a. Pesamos la muestra al aire de todos los especímenes, y luego pesamos las
mismas muestras sumergidas. Figura N° 21
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Figura N° 22
Figura N° 23
b. Colocamos en baño maría a todas las muestras por un lapso de media hora.
Figura N° 24
1.2.4. DETERMINACIÓN DE LA ESTABILIDAD - FLUJO
c. Ahora procedemos a determinar la estabilidad y el flujo de nuestros especímenes, para lo cual colocamos el espécimen en la probeta Marshall, y seguidamente lo colocamos en el equipo compactador, para luego iniciar el ensayo, anotando el flujo y la estabilidad.
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Figura N° 25
Figura N° 26
Figura N° 27
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CAPÍTULO IV: RESULTADOS
4.1.
RESULTADOS 4.1.1. ENSAYO DE MARSHALL
CUADRO N° 1 1 2 3 4 5
BRIQUETAS Cemento afaltico en peso de la mezcla Agregad grueso en peso de la mezcla >Nº4 Agregado fino en peso de la mezcla
6
Peso especifico del agregado grueso Bulk
7
peso especifico del agregado fino Bulk
Nº % % % % gr/cm2
1 4 40.32 55.58 1.02
1 4.5 39.9 55.1 1.02
1 5 39.69 54.81 1.02
1 5.5 39.48 54.52 1.02
1 6 39.27 54.23 1.02
gr/cm2
2.884
2.884
2.884
2.884
2.884
2.87
2.87
2.87
2.87
2.87
2
gr/cm
2
8 9 10 11 12
Peso especico del filler aparente Peso de la briqueta al aire Peso de la griqueta saturada Peso de la briqueta en el agua Volumen de la briqueta
gr/cm gr gr gr c2
1181.6 1193.7 692.6 501.1
1209.6 1216.3 704.3 512
1161.5 1165.5 679.4 489.7
1168.4 1168.4 694.3 474.1
1184.4 1186.5 711.6 474.9
13
Peso especifico Bulk de la briqueta
gr/cm2
14
Peso especifico maximo (MTC-E 508, ASTM D-204)
15
Vacios (MTC E-505)
16
Peso especifico Bulk del agregado total
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
VMA Vacios llenos con cemento asfalto Peso especifico del agregado total Cement asfaltico absorbido por el agregado total Cemento asfaltico efectivo Flujo Estabilidad sin corregir Factor de estabilidad Estabilidad corregida Estabilidad – Fujo Compactacion Nº de golpes por cara
FUENTE: PROPIA
2.36
2.36
2.37
2.46
2.49
2
2.681
2.66
2.641
2.616
2.58
12.05
11.18
10.19
5.79
3.33
2
2.876
2.876
2.876
2.876
2.876
21.37 43.63 2.876 0 4 0.22 265 0.903 645.71
21.96 52.74 2.906 0.37 4.65 0.25 356 0.925 867.89
22.07 57.94 2.91 0.42 5.1 0.27 423 0.963 1031.47
19.45 74.49 2.906 0.37 5.65 0.30 381 0.988 928.93
18.92 84.01 2.887 0.14 6.37 0.34 344 1.0065 838.59
75
75
75
75
75
gr/cm % gr/cm % %
gr/cm2 % % mm
kg kg/cm
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GRÁFICO N° 31
FUENTE: PROPIA GRÁFICO N° 32
FUENTE: PROPIA
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GRÁFICO N° 33
FUENTE: PROPIA
GRÁFICO N° 34
FUENTE: PROPIA
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GRÁFICO N° 35
FUENTE: PROPIA GRÁFICO N° 36
FUENTE: PROPIA
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4.1.2. PENETRACIÓN
60 - 70 TEMPERATURA PENETRACION (0,1mm) 28,8 27,5 26,3 25,8
112
25,1 24,2 23,1
72
108 98 83 63 57
PENETRACION (0,1mm) - TºC 125 105
68
85 65 45 25 5 -15 22
23
24
25
26
27
85 - 100 TEMPERATURA PENETRACION (0,1mm) 28,7
115
27,8 26,1 25,3 24,6 24,2 23,1
112 102 89 81 79 76
28
29
30
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PENETRACION (0,1mm) - TºC 140 120 100
86
80 60 40 20 0 22
23
24
25
26
27
28
29
30
120 - 150 TEMPERATURA PENETRACION (0,1mm) 29,1 27,8 25,9 25,3 24,3 23,9
156
23,1
112
149 138 132 118 115
PENETRACION (0,1mm) - TºC 180 160 140
128
120 100 80 60 40 22
23
24
25
26
27
28
29
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CONCLUSIONES
LA PENETRACIÓN:
PEN 60 – 70: TEMPERATURA 25ºC: 68mm
PEN 85 – 100: TEMPERATURA 25ºC: 86mm
PEN 120 – 150: TEMPERATURA 25ºC: 128mm
MARSHALL: RESUMEN DE RESULTADOS OPTIMO % C.A -0,20% GOLPES POR LADO CEMENTO ASFALTICO PESO UNTARIO VACIOS VMA VACIOS LLENOS CON C.A FLUJO ESTABILIDAD FINOS / LIGANTE
0.20%
75 4,56
5,70
6,84
1,97
2,46
2,95
3,6
4,5
5,4
15,84
19,8
23,76
60,8
76
91,2
1,6
2
2,4
728
910
1092
ESPECIFICACION 75 (+/- 0,20%) 3-5 min 14 2-4 min 815 0,6 - 1,3
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -
Resistencia de Mezclas Bituminosas empelando el Aparato Marshall. MTC E504-1999
-
Adhesividad de los Agregados Bituminosos a los áridos Finos (Procedimiento Riedel-Weber). MTC E220-1999
-
Adhesividad a los Áridos Finos de los Ligantes Bituminosos (Procedimiento Riedel-Weber), Norma NLT-355/74.
-
Manual de laboratorio ensayos para pavimento. Vol. 1, Ing. Silene Minaya Gonzáles, Diciembre del 2001, Lima.
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ANEXOS GRÁFICO N° 37
GRÁFICO N° 38
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GRÁFICO N° 39
GRÁFICO N° 40
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GRÁFICO N° 41
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Contenido INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 2 CAPÍTULO I: ......................................................................................................................................... 3 PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO.......................................................................................................... 3 1.1.
OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3
1.1.1.
GENERALES ................................................................................................................. 3
1.1.2.
ESPECÍFICOS................................................................................................................ 3
1.2.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA......................................................................................... 3
CAPÍTULO II ......................................................................................................................................... 4 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................ 4 2.1.
ANTECEDENTES .................................................................................................................. 4
2.2.
BASES TEÓRICAS ................................................................................................................. 4
CAPÍTULO III: ....................................................................................................................................... 6 METODOLOGÍA................................................................................................................................... 6 3.1.
ENSAYO MARSHALL.................................................................................................................... 6 1.2.1.
HERRAMIENTAS Y EQUIPOS........................................................................................ 7
1.2.2.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO MARSHALL .................................................................. 8
1.2.3. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS ESPECÍFICOS DE LOS ESPECÍMENES COMPACTADOS ........................................................................................................................ 1 2 1.2.4.
DETERMINACIÓN DE LA ESTABILIDAD - FLUJO ......................................................... 13
CAPÍTULO IV.................................................................................................................................17 RESULTADOS..................................................................................................................................... 17 4.1.
RESULTADOS..................................................................................................................... 17
4.1.1.
ENSAYO DE MARSHALL ............................................................................................. 17
4.1.2.
PENETRACIÓN........................................................................................................... 21
CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 21 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................... 23 ANEXOS ............................................................................................................................................ 25
