Mva 20 Marshall Astm d 1559

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MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURAFUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDADFUNDALANAVIAL

FLNV- MVA-020

MANUAL VISUALIZADO REVISION

PROPIEDADES MARSHALLMEZCLAS ASFALTICAS ENCALIENTE

(COMPACTADAS)

A.S.T.M. D 1559

NOVIEMBRE 2003


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FLNV-MVA 20MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURAFUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDADFUNDALANAVIAL Fecha:

28/11/2003

REVISION MANUAL VISUALIZADO Pág.

1 de 15 METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES MARSHALL DE LAS MEZCLAS

ASFALTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS)

NORMA A.S.T.M. D 1559/ NLT- 159 -168/ I.N.V.E. 748

1 OBJETIVO Este ensayo tiene por objeto describir el procedimiento que debeseguirse para determinar Las Propiedades Marshall de las mezclas

asfálticas en caliente (compactadas ).

2 ALCANCE Establecer los parámetros necesarios para determinar lascualidades y propiedades (estabilidad, fluencia, durabilidad,trabajabilidad, resistencia al deslizamiento) que debe tener la mezcla

de pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipocompatible de asfalto que puedan combinarse para producir esascualidades.

3 COMENTARIO El Método Marshall se establece con el propósito de agrupar una seriede parámetros que permitirán obtener datos capaces de garantizar y

optimizar los valores de cemento asfáltico para una combinación deagregados determinados. El método igualmente nos provee de

información sobre las propiedades de la mezcla y establece valores de

densidades y contenido óptimo de vacío los cuales deben sercumplidos según las especificaciones, durante la ejecución del diseño y

la construcción del pavimento.

4 DURACION Con práctica se puede hacer el ensayo en el Laboratorio en tres días.

5 EQUIPOS REQUERIDOS

Figura 1 Equipo utilizado Prensa Marshall Figura 2 Equipo de compactación y extractor

de muestras


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? Prensa para ensayo Marshall

? Anillo de carga y medidor(estabilidad).

? Medidor de deformaciones.(flujo).

? Mordaza

? Baño de maria (regulador detemperatura)

(véase figura 1)

? Equipo de compactación : moldes,placas de base, y collares de

extensión. 3 martillos de compactacióny un pedestal de compactación.

? Extractor de muestras (véase figura 2)

? Plato caliente eléctrico: (60X30cms), mínimo y con regulador de

temperatura.

? Termómetro tipo dial: con escalahasta (240ºC) y sensibilidad de

(3ºC)

? Bandeja. 60 x 60 x 5 cms.

? Cronometro

? Véasenier

? Cuchara de granero

? Espátula

? Guantes de asbesto

? Cuchara de mezclado

?

Ponchera metálica para mezclado

? Balanza de capacidad 4 kg.

? Papel parafinado (Filtros)

(Véase Figura 3)

? Horno (Capacidad de 220 litros)(véase figura 4)

Figura 3 Equipos para ensayo Marshall

Figura 4 Horno para ensayo Marshall

6 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Luego de caracterizados los agregados y el

ligante asfáltico (véase manualesvisualizados para caracterización de

agregados, FLNV-MVAG-4/07/08/11/12/13/


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15/22/24/26/27/33 y para caracterización de

ligante asfáltico, FLNV-MVA-04/05/06/08/12/14) se procede a definir la combinación delos agregados que participan en la mezcla,

así como la estimación del porcentajeóptimo de ligante asfáltico aproximado.

6.1 Estimado del contenido de ligantede asfalto

Para estimar el contenido aproximado de

ligante asfáltico de la mezcla que sepretende diseñar, se tomó como referencia

la formula recomendada por el Instituto de Asfalto, la cual esta basada en la

distribución granulométrica de losagregados que participaran en la mezcla. Laformula es la siguiente:

P = 0,02a + 0,045b + 0,18c (1)

Donde

P= Porcentaje de ligante asfáltico requeridoen la mezcla, expresado comoporcentaje en peso total de agregados.

a = Porcentaje de agregado retenido en eltamiz 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.

6.2 Combinación de los agregados

La combinación de agregados, se lleva acabo por el método del tanteo, en base a

la granulometría de los agregados.

En principio se debe conocer laespecificación granulométrica de lamezcla asfáltica que se desea diseñar.

Una vez definida esta, se procede a

realizar 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 por

tanteo.

6.3 Ejecución de ensayo

6.3.1 Ya realizado el calculo de lacombinación de los agregados se debesecar este en el horno, con un peso

constante a una temperatura de 110 ºC ±5 ºC.

6.3.2 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 (2,36mm), (véase figuras 5 y 6).

Figura 5 tamizado de los agregados


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Figura 6 Agregados separados por losdiferentes tamices

6.3.3 Posteriormente se debe pesar lacantidad de bache (véase figura 7), segúnel número de briquetas que se realizarán y

de acuerdo al peso total de la mezcla,combinando los agregados de acuerdo a la

granulometría determinada para la mezclasegún las especificaciones.

Figura 7 Pesada de los agregados

6.3.4 Al tener elaboradas todas las

pesadas para los diferentes % deCemento Asfáltico (C.A.), se procede acolocarlas en el horno, como se aprecia

en la figura 8, calentándolas a unatemperatura de mezclado de 150ºC ± 5

ºC.

Figura 8 Muestras introducidas en el horno

6.3.5 Al llegar los agregados combinados a

la temperatura de mezclado, se incorpora acada bache el porcentaje de C.Acorrespondiente para cada uno como seaprecia en la figura 9.


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Figura 9 Adición del C.A. a los agregados

6.3.6 Se mezcla de tal manera que lacombinación de agregados y C.A, se

unan uniformemente. El mezclado nodebe exceder de 3 minutos. Si se utiliza

un mezclador mecánico la operación nodebe exceder de 1 minuto (véase figura

10).

Figura 10 Mezcla de los agregados y C.A.

6.3.7 Simultáneamente con la preparaciónde la mezcla, el conjunto de collar, placade base y la cara del martillo de

compactación, se limpian y calientan enuna plancha caliente a una temperatura

entre 93º C y 149º C (véase figura 11).

Figura 11 Calentamiento del equipo paracompactar la mezcla

Antes de verter la mezcla dentro del molde

coloque un papel parafinado, esto para

evitar que la mezcla se adhiera la molde(véase figura 12).


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Figura 12 Colocación de papel parafinadoen el molde

6.3.8 Luego de realizado el mezclado,manteniendo la temperatura especificada,

se procede a colocar la mezcla dentro delmolde Marshall (véase figura 13).

Figura 13 Colocación de la mezcla dentro delmolde Marshall

6.3.9 Una vez colocada la muestra se debe

punzar la misma, 15 veces alrededor delperímetro y 10 veces en su interior, comose aprecia en la figura 14.

6.3.10 Luego se coloca otro papel

parafinado encima de la muestra y acontinuación se debe introducir el martilloMarshall dentro del molde para dar inicio

a la compactación.

Figura 14 Punción de la muestra

6.3.11 Aplíquese los golpes según lasespecificaciones, de acuerdo con el tráficode diseño y empleándose el martillo de

compactación de caída libre de 457mm(18”) (véase figura 15).

Figura 15 Aplicación de golpes a la mezcla


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La cantidad de golpes para la compactación

se determinará de cuerdo al tipo de mezclaque se esta diseñando, o sea tráfico alto,tráfico medio o tráfico lento (véase tabla 1).

Tabla 1 Especificación por tráfico dediseño

6.3.12 Las briquetas una vez compactadasse deben dejar en los moldes mínimo doshoras, hasta que estas se enfríen a

temperatura ambiente (véase figura 16).

Figura 16 Briquetas en reposo en los moldes

6.3.13 Seguidamente se extraen lasbriquetas de los moldes utilizando el

extractor de muestras universal y seprocede a enumerar las briquetas para

identificar los contenidos de C.A. ( véasefigura 17)

Figura 17 Identificación de briquetas

6.3.14 Se determina la altura y eldiámetro de cada una de las briquetas,utilizando para ello un vernier (véase

figura 18), todo esto datos deben serregistrados en la planilla correspondiente.

Figura 18 Medición de las briquetas

6.15 Enumerada todas las briquetas, seprocede a determinar la densidad de cadauna de ellas.

Tipo de tráficoNº de golpes por

carasLiviano 35

Mediano 50

Pesado 75


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La densidad de una briqueta es la relaciónentre la masa en el aire de un volumendado de un material permeable, a una

temperatura especificada y la masa a lamisma temperatura de un volumen igual al

agua destilada.

6.4 Determinación de la densidad de lamezcla compactada

A continuación se describe el procedimientoa seguir para determinar la densidad de la

mezcla compactada:

a. Peso en el aire: En una balanza conapreciación de 0,01gr se determina el pesoen el aire de la mezcla compactada (véasefigura 19), este valor se anotara en la

planilla correspondiente.

Figura 19 Peso en el aire de la briqueta

b. Peso en agua: Se sumerge la briquetaen el baño de agua de la balanza

hidrostática durante un periodo de un

minuto como se aprecia en la figura 20 yse procede a registrar el peso de labriqueta en agua en la planilla.

Figura 20 Briqueta sumergida en agua

c. Peso saturado superficie seca: Seextrae la briqueta del baño de agua de labalanza y rápidamente se seca

superficialmente con un paño absorbentey se pesa nuevamente en el aire (véasefigura 21). Se registra el valor obtenido en

la planilla correspondiente.

Figura 21 Peso de la briqueta saturada


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Una vez tomadas las pesadas se procedea realizar los cálculos de densidades(véase el ANEXO B)

6.4.1 Luego de determinada la densidadde cada una de las briquetas, se procedea colocarlas en el baño de maría a una

temperatura de 60ºC ± 1ºC, por unperiodo de 30 minutos (véase figura 22).

Figura 22 Briquetas en baño de María

6.4.2 Ya transcurrido los 30 minutos seprocede a retirar las briquetas del baño demaría y con la ayuda de un pañoabsorbente se debe secar superficialmente

cada briqueta.

6.4.3 A continuación se colocacentradamente la briqueta en la parteinferior de la mordaza, luego se debe

montar la parte superior de la mordaza ycolocar el conjunto de briqueta másmordaza en la prensa Marshall.

6.4.4 El medidor de flujo se deberá colocaren la posición de uso sobre una de lasbarras guía, ajustándolo en cero mientras

se mantiene firmemente contra la parte

superior de la mordaza (véase figura 23)

Figura 23 Colocación de la briqueta en laprensa Marshall

6.4.5 Con todo el equipo en posición seprocede a aplicarle una carga a la briquetaa una rata de deformación constante de

50,8 mm (2”) por minuto, hasta que ocurrala falla o rotura (véase figura 24).

Figura 24 Anillo de carga


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6.4.6 El punto de rotura se define por lacarga mínima obtenida. El número total de

libras necesarias para producir la rotura dela muestra a 60 ºC se anota como Valor deEstabilidad Marshall.

Mientras se realiza el ensayo deestabilidad, se debe mantener sujetofirmemente el medidor de deformaciones(Flujo) en posición sobre la barra guía y se

retira cuando se obtiene la carga máxima,se lee y anota esta lectura, que es el Valordel Flujo (véase figura 25). Esto vendráexpresado en centésima de pulgadas

(Véase tabla ANEXO C).

Figura 25 Sujeción del medidor de deformación

NOTA 1 Proceso completo de determinación dela Estabilidad y Flujo a partir del momento enque se saca la briqueta del baño de maría debe

completarse en un periodo de 30 seg.


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ANEXO A

A.1 COMBINACION POR TANTEO

A continuación se presenta un ejemplo decómo realizar una combinación por tanteo:

Al obtener los % pasantes de lagranulometría de cada uno de losmateriales que van a ser usado en la

mezcla asfáltica, se colocaran tal como seindica en la tabla 2.

Tabla 2 Granulometría de los agregado

Seguidamente se procede a iniciar laserie de tanteos, multiplicando los

porcentajes es cogidos, por cada uno de

los (% pasantes) de las granulometríasde los materiales a utilizar. Generalmentese tiene por experiencia, una idea da los

porcentajes a utilizar para iniciar lostanteos. Tal como se indica en la tabla 3.

Tabla 3 Combinación de agregados

Al obtener los resultados de la

multiplicación de los porcentajesescogidos, por los (% pasantes) de las

granulometrías de los materiales autilizar, se debe sumar los retenidos de

cada uno de los material es, para obtenerla granulometría de la combinación.

Luego se debe comprobar que los datosque se obtuvieron estén dentro de los

límites especificados, tal como se indicaen la tabla 4.

, mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm

1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200

Polvillo 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 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 13,0 9,7 6,8 5,0 3,5 2,1 1,3

Arrocillo 37,0 37,0 37,0 37,0 33,3 2,5 1,9 1,7 1,6 1,5 1,3 1,1

20,0%

(%) PASANTE

25,0%

AGREGADOS COMBINACION

(%)

18,0%

37,0%

37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,074mm

1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200

Polvillo 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 87,4 72,6 57,0 44,7 34,2 24,8 18,1

Piedra(3/4) 100,0 100,0 72,7 25,3 12,7 1,3 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6

Arena 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 72,2 54,0 37,9 28,0 19,4 11,7 7,2

Arrocillo 100,0 100,0 100,0 100,0 90,0 6,7 5,0 4,5 4,3 4,0 3,5 2,9

100,0

AGREGADOS

(%) PASANTE

100,0

100,0

PORCENTAJE(%)

100,0


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Tabla 4 Granulometría de la combinación

Grafica 1 CURVA GRANULOMETRICA

37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,075mm

1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200

- 100 100 Max.90 - - 49 - - - - 8

- - 90 - - - 23 - - - - 2

- - - - - - 34,6 28,3 20,7 13,7 - -

- - - - - - 34,6 22,3 16,7 13,7 - -

Combinación 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) PROVICIONAL

- - OK OK - - OK - - - - OK

Maximo ZonaRestringida

Superior

100,0%

PARAMETROS GRANULOMETRICOS DE LAS MEZCLAS TIPO (TN-19)

CUMPLE

(%) PASANTE

Minimo

Puntosde Control Inferior

GRAFICA TAMA O NOMINAL TN-19 mm

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

TAMA O DEL TAMIZ, mm, ELEVADO A LA 0,45


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En la tabla 5 se muestra como la curvagranulométrica de la combinacióncumple (véase grafica 1), ya que la

misma se encuentra dentro de l os límitesde las especificaciones.

Tabla 5 Resumen de la combinación

A.2 CALCULOS DE LA COMBINACION

? Peso Asfalto: Cantidad de mezcla acolocar en el molde Marshall por el

porcentaje de asfalto.

Ejm: 1200 g. x 4% = 48 g.

? Agregados: 100% total de la mezclamenos el porcentaje de asfalto.

Ejm: 100% - 4% = 96 %.

? Peso del Agregado: Cantidad demezcla a colocar en el molde mashallmenos el peso del asfalto.

Ejm: 1200 g – 48 g = 1152 g.

NOTA 2 Véase tabla N.5

A.3 CALCULOS DE PESADA DEAGREGADOS

? El porcentaje escogido para la

combinación menos el porcentajepasante de la combinación, ese

resultado se multiplica por la cantidad demezcla asfáltica a colocar en el molde

Marshall en este caso 1200 g.

El resultado de la multiplicación semultiplica por el porcentaje de agregado

en este caso 96%, para luego obtener elpeso retenido de los agregados

acumulados.

Ejm:

Paso Nº 1: 20 % - 17,5 % = 2,5 %

Paso Nº 2: 1200 g. x 2,5 % = 30 g

Datos:

1.200,00

4

Asfalto

(%)

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

66,0 94,5 1.134,0

72,0 94,0 1.128,0

54,0 95,5 1.146,0

60,0 95,0 1.140,0

Peso del Asfalto

(gr)

Agregado

(%)

Peso del Agregado

(gr)

48,0 96,0 1.152,0

- Cantidad de Mezcla a Colocar en el Molde Marshall (gr)

- (%) Minimo de Asfalto a usar en el Diseño por el Metodo Marshall


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Paso Nº 3: 30 g. x 96 % = 29 g

? Para calcular el pasa # 8 multiplicamos elpeso del agregado por el porcentaje

escogido para la combinación, tal comose indica en la tabla Nº 6.

Ejm: 1152 g. x 20 % = 230,4 g.

Tabla 6 pesadas de agregados (acumulado)

4,0

37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm

1 1/2"

1 "

3/4 "

1/2 "

3/8"

# 4

# 8

Pasa #8

Polvillo 29,0 63,1 230,4

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

1.152,0

Cemento Asfáltico (%)

AGREGADOS Peso Retenido Acumulado (g.)


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ANEXO B

Determinación de los cálculos para ladensidad de la mezcla compactada.

B.1 CALCULOS

1. Numeración de la briqueta segúnel porcentaje de cementoasfáltico.

2. Porcentaje de cemento asfáltico.3. Altura de la briqueta.

4. Peso en aire de la briqueta.

5. Peso en agua de la briqueta.6. Peso saturado superficie seca de la

briqueta.

7. Volumen de las briquetas. (5 – 6) 8. Densidad de la mezcla compactada o

briqueta. (4 / 7)

Tabla 7 Resumen de datos de pesadas de las briquetas

ANEXO C

Tabla 8 Resultados para la obtención del valor de flujo

PesoUnitario(g./cm3)

(1)

D.M.T.(Rice)

(2)

VacíoTotal(%)(3)

VAM(%)(4)

Vll(%)(5)

EstabilidadLeída

(Lbs) (6)

Factor deCorrección

(7)

EstabilidadCorregida(Lbs) (8)

Flujo(0,01pulg.)

(9)

2,348 1.710 0.93 1.590 82,349 1.698 0.93 1.579 8

2,351 1.709 0.93 1.589 82,349 2,601 9,03 15,88 39,16 1.586 8

BriquetaNo.

Asfalto(%)

Altura(cm)

Peso en(gr)

Volumen (cm3)

Peso Unitario(g./cm3)

(1) (2) (3)Aire (4) Agua (5) Aire sss

(6)(7) (8)

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

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