View
6
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
PARTE VI
MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
MÉTODO MARSHALL
Tutor: Gioconda G. de Celis
Tesista: Yucely Albornoz
Marzo 2014
LA
BO
RA
TO
RIO
LA
BO
RA
TO
RIO
LA
BO
RA
TO
RIO
LA
BO
RA
TO
RIO
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
308 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
PARTE VI MÉTODO DE LABORATORIO PARA EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN
CALIENTE
6.1. INTRODUCCIÓN
Entre los métodos de laboratorio más conocidos que permiten diseñar mezclas
asfálticas en caliente son:
• El Método Hubbard-Field
• El Método Triaxial de Smith
• El Método Hveem
• El Método Marshall
• El Método Superpave
• El Método Ramcodes
El Método Marshalles el más utilizado a nivel mundial, debido a que sus
procedimientos son sencillos además de ser relativamente económico por sus equipos. Estas
características han resultado de la obtención de una extensa correlaciónentre los valores de
ensayo de laboratorio y el comportamiento de pavimentosflexibles
Este método fue el que se empleó en el DiseñoExperimental de la AASHO, y que en
nuestro país es el procedimiento delaboratorio utilizado en el diseño y control de las mezclas
asfálticas en calienteen las más de 210 plantas de asfalto que existen en Venezuela. Es
también elmétodo de diseño utilizado en todos los países de Centro y Sur América.
Los métodos Hubbard-Fieldy Triaxial de Smith, han entrado en desuso en los últimos años. El
Método Hveem es de aplicación limitada a algunos estados de los Estados Unidosdebido a la
complejidad del proceso y lo costoso de los equipos. El Método Superpave®, es bastante
reciente (1999), y aun cuando sus equipos son también de costo elevado, es un
métodofundamentalmente científico, por lo cual será el método que se empleará enlos años
por venir. El método Ramcodes, presenta un procedimiento racional para ladeterminación de
las características técnicas de una mezcla asfáltica. Ha sidodesarrollado por el Ingeniero
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 309
venezolano Freddy Sánchez Leal, además promete ser uno de los métodos que
seránadoptados por los Ingenieros de Pavimentos para el diseño de mezclas encaliente.
6.2. RESUMEN DEL MÉTODO MARSHALL
El Método Marshall se establece con el propósito de agrupar una serie de parámetros
que permitirán obtener datos capaces de garantizar y optimizar los valores de cemento
asfáltico para una combinación de agregados determinados. De igual manera este método
nos provee de información sobre las propiedades de la mezcla y establece valores de
densidades y contenido óptimo de vacío los cuales deben ser cumplidos según las
especificaciones, durante la ejecución del diseño y la construcción del pavimento
El Método Marshall, tal como ha sido normalizado por la ASTMbajo lacodificaciónD
1559 y la AASHO T 225, es aplicable amezclas asfálticas en caliente elaboradas con cemento
asfáltico y agregadosde granulometría densa o fina, con un tamaño nominal máximo de 25
mm. Seutiliza tanto para el diseño en laboratorio como para el control de mezclaselaboradas
en planta.
En los últimos años el Instituto del Asfalto (IDA) ha modificado el métodooriginal para
que pueda también ser empleado en el diseño y control demezclas en frío, preparadas con
mezclas densas y asfaltos del tipo RC, oasfalto emulsificado.
El procedimiento del Método Marshall comienza con la preparación de lasbriquetas de
ensayo, siendo estas de 100 mm (4.0 pulg) de diámetro y 63,5mm (2.5 pulg) de altura, las
cuales son preparadas siguiendo un procedimientonormalizado de calentamiento, mezclado
y compactación dinámica de lamezcla.Previamente se requiere lo siguiente:
• Que los materiales, tanto pétreos como el cemento asfáltico, cumplan con las
especificaciones de calidad establecidas en la Norma que se esté aplicando: Desgaste
Los Ángeles, forma (% de caras fracturadas), angularidad y limpieza de la fracción fina,
etc.
• La combinación de los agregados resulte dentro de las especificaciones
granulométricas establecidas para la mezclaseleccionada.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
310 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
• Que se hayan determinado los pesos específicos bulk y aparente delos diversos
agregados a emplear en el diseño.
• Que se conozca el peso específico aparente del cemento asfáltico(Gb), a 25ºC.
Figura N°1, Briquetas compactadas
El desarrollo del método de ensayo sigue dos etapas perfectamente definidas:
• Análisis de densidad y vacíos, mediante el cual se determina la composición
volumétrica de la mezcla.
• Ensayo de estabilidad y flujo de las briquetas compactadas, que permite determinar las
propiedades mecánicas de la mezcla.
6.2.1. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO PROMEDIO INICIAL
Para determinar el contenido de asfalto promedio, primero se debe hacer una
estimación, para ello se recurre de la experiencia del Ingeniero y/o Laboratorista conmezclas
similares.
Una vez estimada esta cantidad se prepararán mezclas con el promedio inicial de
ligante y otras cuatro (4) mezclas, dos de ellas concontenidos de ligante por encima del
promedio inicial y otras dos concontenidos de ligante por debajo del promedio estimado.
Cada uno de losdiferentes contenidos de ligante se denomina“puntos de asfalto”; por lo
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 311
cualun diseño completo incluye la preparación y análisis de muestras para cincopuntos de
asfalto.
6.2.2. PESAJE DE AGREGADOS, CALENTAMIENTO DEL ASFALTO Y DE LOS AGREGADOS
Para el pesaje del agregado, se prepara 1.200 g de peso total. Con esta pesada del
agregado total, más la cantidad de asfalto que sea requerida se obtienen briquetas
compactadas con un volumen de masa promedio que corresponde a las dimensiones de
100*63.5 mm. Para esta pesada individual de 1.200 g de cada briqueta, se requiere, en
consecuencia, una cantidad mínima de agregado de aproximadamente 21.6 kg.
Los agregados y el cemento asfáltico se calientan a la temperatura de mezclado,
determinada a partir del Gráfico N°1, viscosidad-temperatura, de acuerdo al procedimiento
explicado en el Capítulo 2, Consistencia, del libro:Apuntes de Pavimentos Volumen 2, Mezclas
Asfálticas.
Gráfico N°1, Viscosidad-temperatura para cementos asfálticos
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
312 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
6.2.3. EXPRESIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO Y ADICIÓN DEL ASFALTO
Existen dos maneras de expresar la cantidad de asfalto que se incorpora auna mezcla:
a) Como porcentaje del peso total de agregados,
b) Como porcentaje en peso total de mezcla.
En este último caso, (% en peso demezcla total) cuando se dice que una mezcla tiene el
5% de asfalto, quiere significarse que de cada 100 kg de mezcla, 5 kg serán de ligante y los
restantes 95 kg corresponden a la totalidad de los agregados utilizados en la elaboración de
la mezcla, y es la que se ha adoptado en Venezuela para el MétodoMarshall.
Si, por ejemplo, se desea formar una briqueta que contenga el 5% de ligante,expresado
como % en peso de mezcla total, y se tienen pesados 1.200 g deagregado total combinado, la
cantidad de ligante a ser añadido al peso de los1.200 g de agregados es de 63.16 g
{(1.200/0.95) * 0.05}.
La cantidad requerida de cemento asfáltico (63.16 g en el ejemplo
anterior),previamente calentado a la temperatura determinada, sele añade al peso de los
agregados, que también se encuentran calentados a lamisma temperatura, o hasta unos 5-
10ºC por encima de esta temperatura,para compensar cualquier enfriamiento del agregado
durante su manejo.
6.2.4. MEZCLADO Y COMPACTACIÓN DE LAS BRIQUETAS
Una vez que la mezcla ha sido preparada, ésta se deja enfriar hasta la temperatura de
compactación, la cual se determina de acuerdo alGráfico viscosidad-temperatura.
Una vez que la mezcla ha enfriado hasta alcanzar la temperatura deseada, seprocede a
compactarla mediante el empleo del “martillo Marshall”, el cual tiene un peso de 10 lbs y
una altura de caída de 18 pulgadas. Las briquetas semoldean sobre un pedestal de madera
de 20*20*45 cm, que debe tener unpeso determinado (entre 12.8 y 14.5 kg); sobre el
pedestal se coloca una planchade acero de 25mm de espesor, con este pedestal
“normalizado” se logra que ala energía de compactación estandarizada por el peso fijo del
martillo,corresponda una reacción también estandarizada por la densidad del pedestal.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 313
El número de golpes que se aplican sobre cada cara de las briquetasdependen del
tráfico esperado. La Norma venezolana recomienda lo siguiente:
Tabla N°1, Especificación por tráfico de diseño
Tipo de tránsito ALTO MEDIO BAJO
N° de golpes por cara 75 50 35
6.2.5. ANALISIS DE DENSIDAD DE VACÍOS Y GRAVEDAD ESPECÍFICA
Después de que las briquetasse extraen del molde, seprocede a pesarlas al aire(peso al
aire), sumergidas enagua (peso en agua), ynuevamente al aire despuésde secarla
superficialmente alsacarla del agua de labalanza hidrostática (peso alaire después de
sumergida consuperficie seca).
Con los pesos de la briqueta se procede a determinar tanto su volumen (peso al aire
después de sumergido-peso sumergido) y su densidad o peso unitario (Gmb),que es el
resultado de dividir el peso al aire entre el volumen de la briqueta.
Para la determinación de los volúmenes de los diferentes tipos de vacíos esnecesario
conocer previamente el valor de la Gravedad específica máxima dela mezcla sin vacíos
(Gmm), el cual se obtiene a través de la ejecución delEnsayo de Rice (ASTM D2041), el que
consiste en sumergir una mezcla sincompactar en un frasco de vidrio (picnómetro) y
extraerle el aire mediante laaplicación de un vacío parcial. Sin el resultado de este ensayo los
valores quese calculasen de los vacíos serían solo aproximados. El resultado del ensayode
Rice es, por lo tanto, fundamental para la correcta determinación de losvalores de Vacíos
Totales (Vv), Vacíos del Agregado Mineral (VAM) y Vacíos Llenados con Asfalto (Vll).
Los vacíos totales se definen como los pequeños espacios ocupados por elaire entre las
partículas de agregado cubiertas por asfalto, mientras que losVAM los espacios de aire más
los espacios queocupa el asfalto. Los vacíos llenados, por su parte, corresponden a
aquellafracción de los VAM que son realmente ocupados por el ligante asfáltico.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
314 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Tanto los Vv como los VAM y los Vll se expresan como un porcentaje de suvolumen en
función del volumen total de la mezcla compactada.
6.2.6. ESTABILIDAD Y FLUJO
El Ing. R. Adrián Nosetti, de la Universidad de La Plata, en Argentina considera lo
siguiente:
“El parámetro de Estabilidad se obtiene en el método Marshall mediante la rotura de
lasprobetas en condiciones normalizadas (60ºC y una velocidad de avance
de2pulgadas/minuto).
La viscosidad de masa en el ensayo Marshall esconstante puesto que la temperatura y
la velocidad de deformación son parámetros queno varían en dicho ensayo. Para ejecutar el
ensayo se utiliza una mordaza dedimensiones y formas conocidas, detallada en la Norma
ASTM D1559.
Cuando se produce la rotura de la briqueta, y en elanillo de carga, se lee la carga axial
aplicada: esta carga máxima se registracomo la “Estabilidad” de la briqueta, la estabilidad se
registra en libras (lbs)-fuerza, aun cuando en el Sistema Internacional (SI) la unidad de
medida es elNewton-fuerza (N). (La equivalencia entre la (lbf) y el (N) es: una (1) lbf =
4,448222 N).”
En el libro: “Apuntes de Pavimentos Volumen 2, Mezclas Asfálticas, Capitulo 5,” se
explica con más detalle las consideraciones del Ingeniero Nosetti sobre la estabilidad y flujo
de las mezclas asfálticas.
6.3. DESCRIPCION DEL MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES
MARSHALL DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS).
6.3.1. OBJETIVO
���� Describir el procedimiento a seguir para determinar las Propiedades Marshall de las
mezclas asfálticas en caliente (compactadas)
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 315
���� Establecer los parámetros necesarios para determinar las cualidades y propiedades
(estabilidad, fluencia, durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento) que
debe tener la mezcla de pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipo
compatible de asfalto que puedan combinarse para producir esas cualidades.
6.3.2. DURACION
Con práctica se puede hacer el ensayo en el Laboratorio en tres días.
6.3.3. EQUIPOS E IMPLEMENTOS
���� Prensa para ensayo Marshall (Figura N°1)
���� Anillo de carga y medidor (estabilidad).
���� Medidor de deformaciones. (flujo). (Figura N°2).
���� Mordaza
���� Baño de maría (regulador detemperatura) (Figura N°3).
���� Equipo de compactación: moldes, placas de base, y collares de extensión. 3 martillos
de compactacióny un pedestal de compactación (Figura N°4).
���� Extractor de muestras
���� Plato caliente eléctrico: (60X30 cm), mínimo y con regulador detemperatura.
���� Termómetro tipo dial: con escalahasta (240ºC) y sensibilidad de(3ºC)
���� Bandeja. 60 x 60 x 5 cm. (Figura N°5)
���� Cronómetro
���� Vernier
���� Cuchara de granero (Figura N°5)
���� Espátula
���� Guantes de asbesto (Figura N°5)
���� Cuchara de mezclado (Figura N°5)
���� Ponchera metálica para mezclado
���� Balanza de capacidad 4 kg.
���� Papel parafinado (Filtros)
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
316 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
���� Horno (Capacidad de 220 litros) (Figura N° 6).
6.3.4. PROCEDIMIENTO
Luego de caracterizados los agregados y elligante asfáltico, se procede a definir la
combinación delos agregados que participan en la mezcla, así como la estimación del
porcentajeóptimo de ligante asfáltico aproximado.
���� Estimado del contenido de ligantede asfalto
Figura N°1.Prensa para ensayo Marshall
Figura N° 5. Bandejas con las
Muestras, Cuchara, Guantes, Tamices.
Figura N°3. Baño de María Figura N° 2.Mordaza y Medidor de Flujo
Figura N° 4. Moldes, placas de
base, collares de extensión y
martillo de compactación
Figura N° 6. Horno
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 317
Para estimar el contenido aproximado deligante asfáltico de la mezcla que sepretende
diseñar, se tomó como referenciala formula recomendada por el Instituto deAsfalto, la
cual está basada en ladistribución granulométrica de los agregados que participarán en la
mezcla. Lafórmula es la siguiente:
P = 0,02a + 0,045b + 0,18c (1)
Dónde:
P= Porcentaje de ligante asfáltico requerido en la mezcla, expresado comoporcentaje en
peso total de agregados.
a = Porcentaje de agregado retenido en el tamiz Nº 10.
b = Porcentaje de agregado que pasa eltamiz Nº 10 y es retenida en el tamizNº 200.
c = Porcentaje de agregado que pasa en eltamiz Nº 200.
���� Combinación de los agregados
La combinación de agregados, se lleva acabo por el método del tanteo, en base ala
granulometría de los agregados.En principio se debe conocer laespecificación
granulométrica de lamezcla asfáltica que se desea diseñar.
Una vez definida esta, se procede arealizar los tanteos porcentuales con
lasgranulometrías de los diferentesagregados que participan en la mezclas.En el ANEXO A,
se presenta un ejemplode cómo realizar una combinación portanteo.
���� Ejecución del ensayo
a) Ya realizado el cálculo de lacombinación de los agregados se debesecar este en el
horno, con un pesoconstante a una temperatura de 110 ºC ±5 ºC.
b) Una vez seco el material se procedesepararlo a través de los tamices de 1”(25,4
mm), ¾” (19,4 mm), ½” (12,5 mm), 3/8” (9,5 mm), Nº 4 (4,74 mm), Nº 8 (2,36 mm).
c) Posteriormente se debe pesar lacantidad de bache (véase figura N°7), segúnel
número de briquetas que se realizarán yde acuerdo al peso total de la mezcla,
combinando los agregados de acuerdo a lagranulometría determinada para la
mezclasegún las especificaciones.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
318 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Figura N°7. Peso de los agregados
d) Al tener elaboradas todas laspesadas para los diferentes % de Cemento Asfáltico
(C.A.), se procede acolocarlas en el horno, calentándolas a unatemperatura de
mezclado de 150ºC ± 5ºC.
e) Al llegar los agregados combinados ala temperatura de mezclado, se incorpora
acada bache el porcentaje de C.Acorrespondiente para cada uno como se observa
en la figura N°8.
Figura N°8, Adición del C.A. a los agregados
f) Se mezcla de tal manera que lacombinación de agregados y C.A, seunan
uniformemente. El mezclado nodebe exceder de 3 minutos. Si se utilizaun
mezclador mecánico la operación no debe exceder de 1 minuto (véase figura N°9).
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 319
Figura N°9, Mezcla de los Agregados con el C.A.
g) Simultáneamente con la preparaciónde la mezcla, el conjunto de collar, placade
base y la cara del martillo decompactación, se limpian y calientan enuna plancha
caliente a una temperaturaentre 93º C y 149º C.
h) Antes de verter la mezcla dentro del moldecoloque un papel parafinado, esto
paraevitar que la mezcla se adhiera al molde.
i) Luego de realizado el mezclado, manteniendo la temperatura especificada,se procede
a colocar la mezcla dentro delmolde Marshall(Véase figura N° 10).
Figura N°10, Colocación de la mezcla en el Molde.
j) Una vez colocada la muestra se debepunzar la misma como se muestra en
la figura N°11, 15 veces alrededor delperímetro y 10 veces en su interior.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
320 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Figura N°11, Colocación de la mezcla en el Molde.
k) Luego se coloca otro papelparafinado encima de la muestra y
acontinuación se debe introducir el martilloMarshall como se muestra en la figura
N° 12 y 13, dentro del molde para dar inicioa la compactación.
l) Aplíquese los golpes según las especificaciones, de acuerdo con el tráfico
de diseño y empleándose el martillo de compactación de caída libre de 457mm
(18”).
m) La cantidad de golpes para la compactaciónse determinará de cuerdo al
tipo de mezclaque se está diseñando, o sea tráfico alto,tráfico medio o tráfico
lento (véase tabla N°1)
n) Las briquetas una vez compactadasse deben dejar en los moldes mínimo
doshoras, hasta que estas se enfríen atemperatura ambiente.
Figura N° 12. Martillo Marshall dentro del molde
Figura N° 13. Inicio de la compactación
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 321
o) Seguidamente se extraen lasbriquetas de los moldes utilizando
elextractor de muestras universal y seprocede a enumerar las briquetas
paraidentificar los contenidos de C.A. (véase figura N° 14).
Figura N°14, Identificación de las briquetas
p) Se determina la altura y el diámetro de cada una de las briquetas, utilizando para
ello un vernier (véase figura N° 15), todos estos datos deben ser registrados en la
planilla correspondiente.
Figura N° 15,Medición de las briquetas
q) Enumerada todas las briquetas, se procede a determinar la densidad de cada una
de ellas. La densidad de una briqueta es la relación entre la masa en el aire de un
volumen dado de un material permeable, a una temperatura especificada y la
masa a la misma temperatura de un volumen igual al agua destilada.
���� Determinación de la densidad de la mezcla compactada
A continuación se describe el procedimientoa seguir para determinar la densidad de la
mezcla compactada:
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
322 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Peso en el aire
En una balanza conapreciación de 0,01gr se determina el pesoen el aire de la mezcla
compactada, este valor se anotara en la planilla correspondiente.
Peso en el agua
Se sumerge la briquetaen el baño de agua de la balanza hidrostática durante un
periodo de un minuto y se procede a registrar el peso de la briqueta en agua en la
planilla.
Peso saturado superficie seca
Seextrae la briqueta del baño de agua de la balanza y rápidamente se seca
superficialmente con un paño absorbente y se pesa nuevamente en el aire. Se registra
el valor obtenido en la planilla correspondiente.Una vez tomadas las pesadas se
procede a realizar los cálculos de densidades (véase el ANEXO B)
a) Luego de determinar la densidadde cada una de las briquetas, se procedea
colocarlas en el baño de maría a unatemperatura de 60ºC ± 1ºC, por unperiodo de
30 minutos como se muestra en lafigura N° 16.
Figura N° 16, Briquetas en Baño de María.
b) Ya transcurrido los 30 minutos se procede a retirar las briquetas del baño de maría
y con la ayuda de un paño absorbente se debe secar superficialmente cada
briqueta.
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 323
c) A continuación se coloca centradamente la briqueta en la parte inferior de la
mordaza, luego se debe montar la parte superior de la mordaza y colocar el
conjunto de briqueta más mordaza en la prensa Marshall (véase figura N° 17).
Figura N°17, Colocación de la briqueta en la prensa Marshall
d) El medidor de flujo se deberá colocar en la posición de uso
sobre una de las barras guía, ajustándolo en cero mientras se mantiene
firmemente contra la parte superior de la mordaza (véase figura N° 18).
Figura N°18, Ajuste de la briqueta en la prensa Marshall.
e) Con todo el equipo en posición se procede a aplicarle una carga a la briqueta a una
rata de deformación constante de 50,8 mm (2”) por minuto, hasta que ocurra la
falla o rotura (véase figura N° 19).
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
324 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Figura N°19, Anillo de carga.
f) El punto de rotura se define por la carga mínima obtenida. El número total de
libras necesarias para producir la rotura de la muestra a 60 ºC se anota como Valor
de Estabilidad Marshall.Mientras se realiza el ensayo de estabilidad, se debe
mantener sujeto firmemente el medidor de deformaciones (Flujo) en posición
sobre la barra guía y se retira cuando se obtiene la carga máxima, se lee y se anota
esta lectura, que es el Valor del Flujo (véase figura N° 20). Esto vendrá expresado
en centésima de pulgadas (Véase tabla ANEXO C).
Figura N° 20, Sujeción del medidor de deformación.
NOTA 1: Proceso completo de determinación de la Estabilidad y Flujo a partir del momento en que se saca la briqueta del baño de maría debe completarse en un periodo de 30 seg.
ANEXO A
A.1. COMBINACION POR TANTEO
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 325
A continuación se presenta un ejemplo decómo realizar una combinación por tanteo:
Al obtener los % pasantes de la granulometría de cada uno de los materiales que van a ser
usado en la mezcla asfáltica, se colocaran tal como se indica en la tabla N° 2.
Tabla N°2, Granulometría de los agregados
AGREGADOS PORCENTAJE
(%)
% PASANTE
37,5 mm
25,4 mm
19,4 mm
12,5 mm
9,5 mm
4,74 mm
2,36 mm
1,18 mm
0,60 mm
0,30 mm
0,15 mm
0,074 mm
1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200
Polvillo 100,0 100 100 100 100 100 87,4 72,6 57,0 44,7 34,2 24,8 18,1
Piedra(3/4) 100,0 100 100 72,7 25,3 12,7 1,3 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6
Arena 100,0 100 100 100 100 100 72,2 54,0 37,9 28,0 19,4 11,7 7,2
Arrocillo 100,0 100 100 100 100 90,0 6,7 5,0 4,5 4,3 4,0 3,5 2,9
Seguidamente se procede a iniciar laserie de tanteos, multiplicando losporcentajes
escogidos, por cada uno delos (% pasantes) de las granulometríasde los materiales a utilizar.
Generalmentese tiene por experiencia, una idea da losporcentajes a utilizar para iniciar
lostanteos. Tal como se indica en la tabla N° 3.
Al obtener los resultados de la multiplicación de los porcentajesescogidos, por los (%
pasantes) de lasgranulometrías de los materiales autilizar, se debe sumar los retenidos
decada uno de los materiales, para obtenerla granulometría de la combinación.
Luego se debe comprobar que los datosque se obtuvieron estén dentro de loslímites
especificados, tal como se indicaen la tabla N° 4.
Tabla N°3, Combinación de agregados
AGREGADOS COMBINACION
(%)
% PASANTE
37,5 mm
25,4 mm
19,4 mm
12,5 mm
9,5 mm
4,74 mm
2,36 mm
1,18 mm
0,60 mm
0,30 mm
0,15 mm
0,074 mm
1
½” 1” ¾” ½” 3/8” #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200
Polvillo 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 17,5 14,5 11,4 8,9 6,8 5,0 3,6
Piedra(3/4) 25,0 25,0 25,0 18,2 6,3 3,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Arena 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 13,0 9,7 6,8 5,0 3,5 2,1 1,3
Arrocillo 37,0 37,0 37,0 37,0 37,0 33,3 2,5 1,9 1,7 1,6 1,5 1,3 1,1
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
326 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Tabla N°4, Granulometría de la combinación
AGREGADOS COMBINACION
(%)
% PASANTE
37,5 mm
25,4 mm
19,4 mm
12,5 mm
9,5 mm
4,74 mm
2,36 mm
1,18 mm
0,60 mm
0,30 mm
0,15 mm
0,074 mm
1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200
Puntos de Control
Piedra(3/4)
Superior - 100 100 Max
90 - - 49 - - - - 8
Inferior - - 90 - - - 23 - - - - 2
Zona restringida
Arrocillo
Máximo - - - - - - 34,6 28,3 20,7 13,7 - -
Mínimo - - - - - - 34,6 22,3 16,7 13,7 - -
Combinación 100% 100,0 100,0 93,2 81,3 74,5 33,3 26,3 20,1 15,8 12,0 8,5 6,2
COVENIN (2000-87)
PROVISIONAL CUMPLE - - OK OK - - OK - - - - OK
Gráfica N°1,Curva Granulométrica
En la tabla N°5 se muestra como la curvagranulométrica de la combinacióncumple
(véase grafica N°1), ya que lamisma se encuentra dentro de los límitesde las especificaciones.
Tamaño del Tamiz mm, elevado a la 0,45
Porcentaje Pasante
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 327
Tabla N°5, Resumen de la combinación
Datos: - Cantidad de Mezcla a Colocar en el Molde Marshall (gr) - (%) Mínimo de Asfalto a usar en el Diseño por el Método Marshall
Asfalto (%)
Peso del Asfalto (gr)
Agregado (%)
Peso del Agregado (gr)
4,0 48,0 96,0 1.152,0
4,5 54,0 95,5 1.146,0
5,0 60,0 95,0 1.140,0
5,5 66,0 94,5 1.134,0
6,0 72,0 94,0 1.128,0
A.2. CÁLCULO DE LA COMBINACION
• PESO ASFALTO: Cantidad de mezcla a colocar en el molde
Marshall por el porcentaje de asfalto.
Ejemplo: 1200 gr x 4% = 48 gr
• AGREGADOS: 100% total de la mezclamenos el porcentaje de
asfalto.
Ejemplo: 100% - 4% = 96 %.
• PESO DEL AGREGADO: Cantidad demezcla a colocar en el molde
Marshallmenos el peso del asfalto.
Ejemplo: 1200 gr – 48 gr = 1152 gr.
(Nota: Véase tabla N° 5)
1200,00
4
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
328 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
A.3. CÁLCULO DE PESADA DE AGREGADOS
El porcentaje escogido para lacombinación menos el porcentaje pasante de la
combinación, eseresultado se multiplica por la cantidad demezcla asfáltica a colocar en el
moldeMarshall en este caso 1200 gr.
El resultado de la multiplicación semultiplica por el porcentaje de agregadoen este caso
96%, para luego obtener elpeso retenido de los agregadosacumulados.
Ejemplo:
Paso N° 1: 20% - 17,5 % = 2,5 %
Paso N° 2: 1200 gr x 2,5 % = 30 gr
Paso N° 3: 30 gr x 96 % = 29 gr
Para calcular el pasa # 8 multiplicamos elpeso del agregado por el porcentajeescogido
para la combinación, tal comose indica en la tabla N° 6.
Ejemplo: 1152 gr x 20 % = 230,4 gr
Tabla N° 6, Pesadas de agregados (acumulado)
Cemento Asfáltico (%) 4,0
AGREGADOS
Peso Retenido Acumulado (gr)
37,5mm 25,4mm 19,4mm 12,5mm 9,5mm 4,74mm 2,36mm 1,18mm
1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” #4 #8 Pasa #8
Polvillo 29,0 63,1 230,4
1.152,0 Piedra (3/4) 78,7 215,2 251,5 284,2 285,3 288,0
Arena 57,6 95,4 207,4
Arrocillo 42,6 397,7 404,9 426,2
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 329
ANEXO B
B.1. CÁLCULOS
Determinación de los cálculos para la densidad de la mezcla compacta.
• Numeración de la briqueta según el porcentaje del cemento asfáltico.
• Porcentaje de cemento asfáltico.
• Altura de la briqueta.
• Peso en aire de la briqueta.
• Peso en agua de la briqueta.
• Peso saturado superficie seca de labriqueta.
• Volumen de las briquetas. (5 – 6)
• Densidad de la mezcla compactada obriqueta. (4 / 7)
Tabla N° 7, Resumen de datos de pesadas de las briquetas
Briqueta
N°
(1)
Asfalto
(2)
Altura (cm)
(3)
Peso (gr) Volumen
(cm3)
(7)
Peso
Unitario (gr/cm3)
(8)
Aire (4)
Agua (5) Aire sss
(6)
1 4,00 6,33 1.221,3 702,8 1.222,9 520,1 2,348
2 4,00 6,34 1.224,2 704,9 1.226,0 521,1 2,349
3 4,00 6,34 1.227,1 706,4 1.228,4 522,0 2,351
Promedio 4,00 2,349
ANEXO C
Tabla N°8, Resultados para la obtención del valor de flujo
Peso Unitario (gr/cm3)
(1)
D.M.T. (RICE)
(2)
Vacío Total (%) (3)
VAM (%)
(4)
V II (%)
(5)
Estabilidad Leída (Lbs) (6)
Factor de Corrección
(7)
Estabilidad Corregida
(lbs) (8)
Flujo (0,01 pulg)
(9)
2,348 1.710 0,93 1.590 8
2,349 1.698 0,93 1.579 8
2,351 1.709 0,93 1.589 8
2,349 2,601 9,03 15,88 39,16 1.586 8
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
330 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
PLANILLAS DE ENSAYO
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 331
Tabla N°9, FORMULAS PARA DISEÑO DEL MÉTODO MARSHALL
Peso Específico bulk del agregado combinado Gbn
Pn
Gb
P
Gb
PPnPP
Gsb%
...22%
11%
%...2%1%
+++
+++=
Peso Específico máximo de la mezcla, método RICE
Peso Específico máximo de la mezcla, por fórmula Gb
Pb
Gse
PsPmm
Gmm+
=
Peso Específico efectivo del agregado
Gb
Pb
Gmm
PmmPbPmm
Gse−
−=
Asfalto absorbido (Pba), expresado
como porcentaje en peso del agregado Gb
GsbGse
GsbGsePba *
**100
−=
Asfalto Efectivo, (Pbe) PsPba
PbPbe *100
−=
Vacíos en el Agregado Mineral (VAM) Gbs
PsGmbVAM
*100 −=
Vacíos Totales, Vt Gmm
GmbGmmPaVt
−== *100
Vacíos Llenados con Asfalto, Vll 100*VAM
VtVAMVll
−=
Pmm: % máximo de mezcla Gsbi: Gravedad específica bulk del agregado i
%Pi: % de agregado i Ps: % de agregado en mezcla
Pb: % de betún en mezcla Gb: Gravedad específica del betún
)( mezrepaguamezrepaguarep
mezcla
WWW
WGmm
−−−− −−=
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
LABORATORIO DE MECÁNICA DE
LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
CURVAS DE LAS PROPIEDADES DE DISEÑO MARSHALL MEZCLA TIPO III
NOMBRE DE LA OBRA: __________________________________________________________________________ PROCEDENCIA DE LOS MATERIALES:______________________________________________________________ TIPO DE MEZCLA:_______________ TIPO DE CEMENTO ASFÁLTICO:______________P.E.C.A.:___________
Estabilidad para %CA optimo:__________________ Flujo para % CA optimo:___________________
Peso Unitario para %CA optimo:________________ Vacíos Llenados %CA optimo:______________
Vacíos Totales para %CA optimo:_______________ VAM para %CA optimo:____________________
% Asfalto ÓPTIMO (promedio) =
CALCULADO POR : ____________________________________________ FECHA:_____________________
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
MÉTODO MARSHALL
OBRA: _____________________________________________________________________________________________________________________
FECHA:_____________________________________ CALCULADO POR: ________________________________________________________
MEZCLA TIPO: _____________________________________________________ FACTOR DE CALIBRACIÓN: _______________________________________
P.E.C.A: __________________________________________________________ TIPO DE C.A. : __________________________________________________
P.E. EFECTIVO DEL AGREGADO:_____________________________________ P.E. BULK MEZCLA DE AGREGADO: _______________________________
% C.A. Peso briqueta en gr.
Volumen cm³
Densidad % Volumen de mezcla
% Vacíos Estabilidad (lb) Flujo (1/100'')
Aire Agua Real Máximo teórico
Agregado Mineral
Llenados con asf. Totales Medida Factor de
Corrección Corregida C.A. Agregado
OBSERVACIONES: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ENSAYADO POR: _______________________________ REVISADO POR:______________________________________________FECHA:_______________________
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
PROPORCIONES DE AGREGADO Y ASFALTO PARA UNA MEZCLA DE DISEÑO (METODO MARSHALL)
Nombre del Proyecto:__________________________________________________________________________________________________________
Procedencia de la Muestra:_____________________________________________________________________________________________________
Profundidad:___________________________ Tipo de Material:________________________ Tipo de Mezcla:_________________________________
Fecha de realización del ensayo: ______________________________
OBSERVACIONES: ____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________
ENSAYADO POR: _______________________________ REVISADO POR:______________________________________________FECHA:________________________
PESO DE BRIQUETA %CA PESO
CA PESO
AGREGADO
PESOS DE LAS FRACCIONES TOTAL %
P1 - R3/4 P3/4 - R3/8 P3/8 - R4 P4 - R8 P8
1200 4.0% 48.0 1,152.0
1200 4.5% 54.0 1,146.0
1200 5.0% 60.0 1,140.0
1200 5.5% 66.0 1,134.0
1200 6.0% 72.0 1,128.0
1200 4.0% 48.0 1,152.0
1200 4.5% 54.0 1,146.0
1200 5.0% 60.0 1,140.0
1200 5.5% 66.0 1,134.0
1200 6.0% 72.0 1,128.0
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 1
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO
Nº de Laboratorio Identificación de la muestra Banda
Superior Mezcla de
diseño Banda Inferior Observaciones
01 Mezcla de materiales según mezcla tipo III
Análisis Granulométrico Cálculo: Dibujo: Fecha: Localidad:
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
ENSAYO GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
NOMBRE DEL PROYECTO: __________________________________________________________________________
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:______________________________________________________________________ TIPO DE MEZCLA:_______________ PROFUNDIDAD:__________________FECHA.:_________________________
TIPO DE MATERIAL : Mat. Grueso (Piedra picada 1/2") TIPO DE MATERIAL : Mat. Polvillo NÚMERO.......... : 1 NÚMERO.......... :2
TAMIZ PESO DEL MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA TAMIZ PESO DEL
MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA
1" 100.0 1" 100.0
3/4" 3/4" 0.0
1/2" 1/2"
3/8" 3/8"
Nº 4 Nº 4
Nº 8 Nº 8
Nº 30 0.0 Nº 30
Nº 50 0.0 Nº 50
Nº 100 0.0 Nº 100
Nº 200 0.0 Nº 200
Cacerola 0.0 Cacerola
PESO AGREGADO MAS TARA PESO AGREGADO MAS TARA PESO TARA PESO TARA
PESO AGREGADO PESO AGREGADO
TIPO DE MATERIAL : Arena Natural TIPO DE MATERIAL : Mat. Polvillo NÚMERO.......... : 3 NÚMERO.......... : 4
TAMIZ PESO DEL MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA TAMIZ PESO DEL
MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA
1" 1" 0.0 #¡DIV/0! 100.0
3/4" 3/4"
1/2" 1/2"
3/8" 3/8"
Nº 4 Nº 4
Nº 8 Nº 8
Nº 30 Nº 30
Nº 50 Nº 50
Nº 100 Nº 100
Nº 200 Nº 200
Cacerola Cacerola
PESO AGREGADO MAS TARA PESO AGREGADO MAS TARA
PESO TARA PESO TARA PESO AGREGADO PESO AGREGADO
ENSAYADO POR:_____________________________ REVISA DO POR:______________________________ FECHA:_____ __________________
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
Universidad De Los Andes 1
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
PROPORCIONES DE AGREGADO PARA UNA MEZCLA DE AGREGADOS
NOMBRE DEL PROYECTO: ___________________________________________________________________________ PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:_____________________________________________TIPO DE MUESTRA:__________ TIPO DE MEZCLA:_______________ PROFUNDIDAD:__________________FECHA.:__________________________
DEPOSITO % USADO
COMBINACIÓN Nº 1
Nº BINS 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº4 Nº8 Nº30 Nº50 Nº100 Nº200
1
2
3
4
5
MEZCLA
ESPECIFICACIÓN
TOLERANCIA
DEPOSITO %
USADO COMBINACIÓN Nº 1
Nº BINS 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº4 Nº8 Nº30 Nº50 Nº100 Nº200
1
2
3
4
5
MEZCLA
ESPECIFICACIÓN
TOLERANCIA
DEPOSITO %
USADO COMBINACIÓN Nº 1
Nº BINS 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº4 Nº8 Nº30 Nº50 Nº100 Nº200
1
2
3
4
5
MEZCLA
ESPECIFICACIÓN
TOLERANCIA OBSERVACIONES: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ENSAYADO POR: _____________________________ REVISADO POR:______________________________ FECHA:_______________________
Mezclas Asfálticas en Caliente (Marshall)
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
MEZCLA GRANULOMÉTRICA DE MATERIALES
TAMIZ Piedra picada 3/4" Polvillo Arena Natural Arrocillo
MEZCLA MEDIA ESPECIFICACION
% % % % Inferior Superior
1"
3/4"
1/2"
3/8"
Nº 4
Nº 8
Nº 30
Nº 50
Nº 100
Nº 200
OBSERVACIONES: ___________________________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________
___________________
REALIZADO POR:______________________REVISADO POR: ___________________________________________FECHA:________________________
Recommended