Marshall

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FACULTAD DE INGENIER´ IA ´ CIVIL ESCUELA DE INGENIERIA CUENCA – ECUADOR
UNIVERSIDAD DE CUENCA Fundada en 1867

INFORME 4 LABORATORIO DE PAVIMENTOS ”Ensayo Marshall”

Curso: Quinto A Profesor: Ing. Jaime Bojorque I.

Anguisaca Mej´ Marco Fabi´n ıa a Inga Sigcha Manuel Agust´ ın Maza Mogrovejo Andr´s Xavier e – julio 2011 –

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Contenido
´ 1. INTRODUCCION 2. OBJETIVOS 3. MATERIALES Y EQUIPOS 3.1. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 4. MARCO TEORICO 4.1. M´todo Marshall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 4.2. Prueba de estabilidad - flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 5. PRESENTACION DE DATOS 5.1. Gravedad Espec´ ıfica del Asfalto (Gb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Requisitos de gradaci´n para la mezcla asf´ltica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o a 5.3. Gravedad espec´ ıfica neta de la combinaci´n de ´ridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o a 5.4. Datos obtenidos para el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5. Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6. Gr´fico de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a ´ 6. ANALISIS DE RESULTADOS 6.1. M´todo de la AIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 6.2. M´todo de la NAPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 7. CONCLUSIONES Referencias9 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 4 4 4 8 8 8 9

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Lista de Figuras
5.1. Estabilidad vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Flujo vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Densidad espec´ ıfica vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 6 7 7 8

5.4. Porcentaje de vac´ vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ıos 5.5. Porcentaje de vac´ en el agregado mineral vs contenido de asfalto . . . . . . . . . . . ıos 5.6. Porcentaje de vac´ llenos de asfalto vs contenido de asfalto ıos . . . . . . . . . . . . . .

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Lista de Tablas
5.1. Determinaci´n de la gravedad espec´ o ıfica del asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Granulometr´ del agregado requerido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ıa 5.3. Gravedad espec´ ıfica para la combinaci´n de ´ridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o a 5.4. Datos para c´lculo de vac´ y densidad especifica de las probetas . . . . . . . . . . . . a ıos 5.5. Ensayos realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 4 5

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1.

´ INTRODUCCION

El m´todo Marshall es un ensayo para determinar valores de estabilidad y deformabilidad de los e pavimentos asf´lticos ideado por Bruce G. Marshall del Departamento de Caminos del Estado de a Mississipi (EEUU). El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos,a trav´s de una extensiva investigaci´n e o y estudios de correlaci´n, mejor´ y adicion´ ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y o o o desarrollo un criterio de dise˜o de mezclas. n El m´todo original de Marshall, s´lo es aplicable a mezclas en caliente donde la pavimentaci´n e o o se la realiza con bet´n asf´ltico y los ´ridos tienen un tama˜o m´ximo de 1 pulgada o menor. u a a n a Est´ pensado para dise˜o en laboratorio y control de campo de mezclas asf´lticas en caliente a n a con graduaci´n densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza emp´ o ırica, la importancia de los resultados en t´rminos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan e modificaciones a los procedimientos est´ndar. a Este m´todo se lo emplea tanto para proyectos en laboratorio como en el control de obra. e

2.

OBJETIVOS
Determinar el valor ´ptimo de asfalto para el dise˜o: o n • M´todo de la AIM e • M´todo de la NAPA e

3.
3.1.

MATERIALES Y EQUIPOS
Materiales
Se usar´ una base tomada de la mina de Roca Azul, ubicada por el sector de El Descanso. a

3.2.

Equipos
Molde de compactaci´n especial de 4 pulgadas de di´metro y 3 de altura con su collar de extensi´n o a o Martillo de compactaci´n con una zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de di´metro, peso de 10 o a libras y altura de ca´ de 18 pulgadas ıda Pedestal de compactaci´n firmemente anclado al piso o Prensa de ensayo Mordazas para ensayo con sus gu´ ıas Cocineta (calentador)

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4.
4.1.

´ MARCO TEORICO
M´todo Marshall e

El m´todo Marshall usa muestras normalizadas de pruebas (probetas) de 64mm (2.5in) de espesor por e 103mm (4in) de di´metro. Una serie de probetas, cada una con la misma combinaci´n de agregados pero a o con diferentes porcentajes de asfalto, es preparada usando un procedimiento espec´ ıfico para calentar, mezclar y compactar mezclas asf´lticas de agregado. Los dos datos m´s importantes del dise˜o de a a n mezclas del M´todo Marshall son: un an´lisis de la relaci´n de vac´ e a o ıos-densidad, y una prueba de estabilidad-flujo de las muestras compactadas. Se realiza bajo la norma ASTM D1559 [1].

4.2.

Prueba de estabilidad - flujo
Se lleva la probeta a un ba˜o de agua a 60 ± 1º C durante un lapso de 20 minutos. n Se saca la probeta del agua y se seca r´pida y cuidadosamente su superficie. a Se coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra en la m´quina. Luego se ajusta a el anillo superior en posici´n y se centra el conjunto en el mecanismo de carga. o A continuaci´n se coloca el medidor de flujo sobre la barra-gu´ marcada y se lleva su aguja a o ıa 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 m´xima lectura obtenida en el dial de carga.El n´mero de a u libras correspondiente a esta lectura se anota como Estabilidad Marshall. Mientras se est´ aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posici´n sobre a o la barra-gu´ y se retira cuando ocurra la carga m´xima. La lectura en el dial en este instante ıa a se denomina Flujo y se expresa en cent´simas de pulgada. e El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del ba˜o de agua hasta que falla en la n m´quina, no debe tardar m´s de 30 segundos. [2] a a

5.
5.1.

´ PRESENTACION DE DATOS
Gravedad Espec´ ıfica del Asfalto (Gb)

Gb =

A A+B−C

(1)

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Tabla 5.1: Determinaci´n de la gravedad espec´ o ıfica del asfalto
Gravedad especifica del asfalto ( Gb) Peso recipiente + asfalto en aire 127,1 gr Peso recipiente + asfalto en agua 54,4 gr Peso recipiente en agua 54,05 gr Peso recipiente en aire 93,9 gr A 33,2 gr B 54,05 gr C 54,4 gr PESO ESPECIFICO 1,011 gr/cm3 Gb 1,011 gr/cm3

5.2.

Requisitos de gradaci´n para la mezcla asf´ltica o a

Se utiliz´ la granulometr´ N° IV - A; la cual nos dio los siguientes porcentajes de material: o ıa Tabla 5.2: Granulometr´ del agregado requerido ıa
5 Tamiz # 3/8” 4 8 30 50 100 200 fondo TOTAL ´ % Aridos 10 25 22 19 6 10 4 4 100 60 114,00 285,00 250,80 216,60 68,40 114,00 45,60 45,60 1200,00 % Asfalto 6 6,5 Peso asfalto (gr) 66 72 78 113,40 112,80 112,20 283,50 282,00 280,50 249,48 248,16 246,84 215,46 214,32 213,18 68,04 67,68 67,32 113,40 112,80 112,20 45,36 45,12 44,88 45,36 45,12 44,88 1200,00 1200,00 1200,00 5,5 7 84 111,60 279,00 245,52 212,04 66,96 111,60 44,64 44,64 1200,00

5.3.

Gravedad espec´ ıfica neta de la combinaci´n de ´ridos o a

Esta se determina mediante la siguiente relaci´n: o Gsb = P2 P1 + G1b G2b 100 P3 Pn + + ... G3b Gnb (2)

Tabla 5.3: Gravedad espec´ ıfica para la combinaci´n de ´ridos o a
Gravedad especifica neta de la combinaci´n de ´ridos (Gsb) o a MATERIAL % (P) pesos espec´ ıficos (Gb) grava 35 2,61 arena gruesa 47 2,64 arena fina 14 2,65 llenante 4 2,68 % ´ridos totales a 100 Gsb 2,632

NOTA: Debido a que no determinaron los pesos espec´ ıficos de los materiales que corresponden a las cuatro diferentes fracciones; para los c´lculos se utiliz´ los pesos espec´ a o ıficos de los copiados entregados para el desarrollo del m´todo Marshall. e 11 de julio de 2011

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5.4.

Datos obtenidos para el ensayo

En base a las tablas anteriores se obtuvieron los siguientes datos: Tabla 5.4: Datos para c´lculo de vac´ y densidad especifica de las probetas a ıos
DATOS Gravedad espec´ ıfica del asfalto Gravedad esp. Neta combinaci´n ´ridos o a Ensayo RICE 5 % Gb Gsb Gmm 1,011 2,632 2,454 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3

5.5.

Ensayos

Se confeccionar´ 3 probetas para cada porcentaje de asfalto: 5 %,5,5 %,6 %,6,5 % y 7 %. Cada muestra a tendr´ un total de 1200gr de peso como se indica en la Tabla 5.4. a Para cada ensayo se coloca el papel filtro en el molde el material, sobre este se pone la mezcla asf´ltica y se da 75 golpes, una vez compactada la una cara, se le da la vuelta, se coloca otro a papel filtro y se procede a compactar la nueva cara. Se repite este procedimiento para las diferentes probetas, se enraza, se desmolda y se pesa al aire. Posteriormente se determina sus pesos sumergidos y en SSS. Los valores determinados en la Tabla 5.4, fueron calculados utilizando las f´rmulas ya estudio adas en la materia de Pavimentos I, en el Cap´ ıtulo V: ”Marshall”.

5.6.

Gr´fico de los resultados a

Figura 5.1: Estabilidad vs contenido de asfalto

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Tabla 5.5: Ensayos realizados
1A 5 1148,35 1153,6 613,5 1778,5 17 540,1 2126 2454 13,36 23,27 42,59 1653,96 1C 5 1158,6 1163,5 619,2 1829,3 16 544,3 2129 2454 13,26 23,18 42,80 1701,22 2A 5,5 1114,6 1122,5 618,8 1687,0 16,4 503,7 2213 2436 9,15 20,56 55,50 1754,47 2C 5,5 1148,8 1155,8 651,4 1849,6 20 504,4 2278 2436 6,49 18,24 64,40 1923,58 3A 6 1133,5 1143,6 658 1880,1 16 485,6 2334 2418 3,45 16,65 79,27 2049,29 3B 6 1161,7 1170,5 655 1849,6 21 515,5 2254 2418 6,79 19,53 65,24 1849,59 1933,77 2291 19 5,22 18,18 71,64 6 3C 6 1159,15 1166,7 659,7 1829,3 21 507,0 2286 2418 5,43 18,36 70,40 1902,44

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4A 6,5 1147,1 1156,2 650,4 1880,1 18 505,8 2268 2400 5,50 19,45 71,72 1955,28 1B 5 1115,7 1122,2 615 1676,8 17,2 507,2 2200 2454 10,36 20,61 49,73 1743,90 1699,70 2152 16 12,33 22,35 45,04 5 4B 6,5 1143,5 1148,9 660,1 1778,5 16,5 488,8 2339 2400 2,52 16,91 85,09 1938,52 1851,80 2307 20 3,85 18,04 78,97 6,5 4C 6,5 1144,8 1152,2 657,7 1524,4 26,7 494,5 2315 2400 3,53 17,77 80,11 1661,59 5A 7 1149,3 1167,9 668 1626,0 23,2 499,9 2299 2382 3,50 18,78 81,37 1691,06 5C 7 1169,5 1175,1 670,8 1524,4 21 504,3 2319 2382 2,66 18,07 85,29 1585,37 2B 5,5 1179,5 1186,6 658,6 1880,1 18,5 528,0 2234 2436 8,28 19,80 58,17 1804,88 1827,64 2241 18 7,98 19,53 59,36 5,5 5B 7 1177,1 1181,2 665,4 1778,5 19 515,8 2282 2382 4,21 19,38 78,27 1778,46 1684,96 2300 21 3,45 18,74 81,65 7

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

PROBETA % asfalto en peso de la mezcla peso de la probeta al aire (gr) peso de la probeta S.S.S. (gr) peso de la probeta en agua (gr) Estabilidad sin corregir (lb) Fluencia (0,01 ”) volumen probeta (cm3) Gravedad espec´ neta de la probeta ıf. Gravedad espec´ te´rica m´xima ıf. o a % vac´ totales ıos % vac´ en el agregado mineral ıos % vac´ llenos de asfalto ıos Estabilidad corregida ( lb ) Estabilidad media ( lb ) Densidad espec´ ıfica neta media Flujo medio % vac´ medio ıos % vac´ medio en el agr. mineral ıos % vac´ llenos de asfalto medio ıos contenido de asfalto PROBETA % asfalto en peso de la mezcla peso de la probeta al aire (gr) peso de la probeta S.S.S. (gr) peso de la probeta en agua (gr) Estabilidad sin corregir (lb) Fluencia (0,01 ”) volumen probeta (cm3) Gravedad espec´ neta de la probeta ıf. Gravedad espec´ te´rica m´xima ıf. o a % vac´ totales ıos % vac´ en el agregado mineral ıos % vac´ llenos de asfalto ıos Estabilidad corregida ( lb ) Estabilidad media ( lb ) Densidad espec´ ıfica neta media Flujo medio % vac´ medio ıos % vac´ medio en el agr. mineral ıos % vac´ llenos de asfalto medio ıos contenido de asfalto

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Figura 5.2: Flujo vs contenido de asfalto

Figura 5.3: Densidad espec´ ıfica vs contenido de asfalto

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Figura 5.4: Porcentaje de vac´ vs contenido de asfalto ıos

Figura 5.5: Porcentaje de vac´ en el agregado mineral vs contenido de asfalto ıos

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Figura 5.6: Porcentaje de vac´ llenos de asfalto vs contenido de asfalto ıos

6.
6.1.

´ ANALISIS DE RESULTADOS
M´todo de la AIM e

Este m´todo, as´ como el de la NAPA es utilizado para determinar el contenido ´ptimo de asfalto. e ı o Se basa en los valores m´ximos determinados en el ensayo de estabilidad, valor m´ximo de peso a a espec´ ıfico y en el valor medio de las especificaciones del volumen de vac´ El contenido ´ptimo de ıos. o asfalto se obtiene sacando el promedio de todos los valores. De las gr´ficas anteriores se obtiene: a 1. % de asfalto para estabilidad m´xima ⇒ 6,04 % a 2. % de asfalto para peso espec´ ıfico m´ximo ⇒ 6,51 % a 3. valor medio de las especificaciones del volumen de vac´ ( 3 % - 8 %) ⇒ 5,5 % ıos Con estos tres valores se calcula su promedio obteni´ndose: e %optimo de asf alto = 6, 04 + 6, 51 + 5, 5 3 (3)

% ´ptimo de asfalto=6,02 % o

6.2.

M´todo de la NAPA e

Se basa en determinar el contenido de asfalto ´ptimo para los l´ o ımites especificados del porcentaje de vac´ de la mezcla. El valor obtenido se lo utiliza en cada grafica para verificar los valores de las ıos 11 de julio de 2011

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especificaciones. El valor de vac´ com´nmente empleado en este m´todo es del 4 %. ıos u e Con 4 % de volumen de vac´ con aire se obtiene: ıos % ´ptimo de asfalto=6,37 % o Con el porcentaje anterior se obtiene: Estabilidad: 2661,50 Flujo: 19,73 VMA: 17,96 % VFA: 77 % Al comparar estos con los valores de las especificaciones se observa que cumplen de cierta manera con el porcentaje de vac´ en el agregado mineral, con el porcentaje de vac´ llenos de aire y con ıos ıos la estabilidad; sin embargo el valor del flujo est´ por encima de la norma por lo que se recomienda a realizar ciertos ajustes en la mezcla asf´ltica. a

7.

CONCLUSIONES

En la mayor´ de las especificaciones, por lo general, la mezcla de dise˜o a elegirse debe ser la m´s ıa n a econ´mica y que cumpla con los criterios establecidos. Se tratara de elegir la mezcla que presente o mayor estabilidad, pero no tan alta ya que mezclas con estabilidades muy altas y flujos muy bajos tienden a ser muy r´ ıgidas y fr´giles; las mismas que pueden agrietarse bajo tr´nsito. a a Se debe evitar la exudaci´n del asfalto de la mezcla tratando de que el porcentaje de vac´ o ıos con aire permanezca dentro de los l´ ımites; adem´s se debe evitar el envejecimiento prematuro del a asfalto el mismo que podr´ provocar la desintegraci´n del pavimento, esto se da cuando el porcentaje ıa o de vac´ con aire es muy alto. ıos Si no es posible cumplir con estos requisitos, deber´n realizarse ajustes tales como reducir el a contenido de asfalto, aumentar el porcentaje de llenante mineral, etc., seg´n sea el caso. Por ning´n u u motivo se podr´ aceptar que el flujo sea mayor al permitido, ni la estabilidad inferior a la exigida. a

Referencias
[1] Ensayos sobre productos asf´lticos utilizados en pavimentos. a [2] Ing. Jaime Bojorque. Apuntes de clase - pavimentos i: Capitulo v: Ensayo marshall.

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