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MANUAL MANUAL VISUALIZADO VISUALIZ ADO
REVISION
PROPIEDADES MARSHAL PROPIEDADES MARSHALL L MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS) A.S.T.M.. D 1559 A.S.T.M
NOVIEMBRE 2003
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Fecha: 28/11/2003 Pág. REVISION MANUAL VISUALIZADO 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 debe seguirse para determinar Las Propiedades Marshall de las mezclas asfálticas en caliente (compactadas ).
2 ALCANCE
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.
3 COMENTARIO
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. 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 ser cumplidos 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
?
(V éase Figura 3)
(estabilidad). ?
Papel parafinado (Filtros)
?
Horno (Capacidad de 220 litros) (véase figura 4)
Medidor de deformaciones. (flujo).
?
Mordaza
?
Baño de maria (regulador de temperatura) (véase figura 1)
?
Equipo de compactación : moldes, placas de base, y collares de extensión. 3 martillos de compactación y un pedestal de compactación.
?
Extractor de muestras (véase figura 2) Figura 3 Equipos para ensayo Marshall
?
Plato caliente eléctrico : (60X30 cms), mínimo y con regulador temperatura.
?
de
Termómetro tipo dial: con escala hasta (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.
Figura 4 Horno para ensayo Marshall
6 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Luego de ca racterizados los agregados y el ligante asfáltico (véase manuales visualizados para caracterización de agregados, FLNV-MVAG-4/07/08/11/12/13/
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Fecha: 28/11/2003 Pág. REVISION MANUAL VISUALIZADO 3 de 15 METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES MARSHALL DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS) 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 de los agregados que participan en la mezcla, así como la estimación del porcentaje óptimo de ligante asfáltico aproximado.
6.1 Estimado del contenido de ligante de asfalto
Una vez definida esta, se procede a realizar los tanteos porcentuales con las granulometrías de los diferentes agregados que participan en la mezclas. En el ANEXO A, se presenta un ejemplo de cómo realizar una combinación por tanteo.
6.3 Ejecución de ensayo
Para estimar el contenido aproximado de ligante asfáltico de la mezcla que se pretende diseñar, se tomó como referencia la formula recomendada por el Instituto de Asfalto, la cual esta basada en la distribución granulométrica de los agregados que participaran en la mezcla. La formula es la siguiente:
P = 0,02a + 0,045b + 0,18c (1)
6.3.1 Ya realizado el calculo de la combinación de los agregados se debe secar 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 procede separarlo 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), (véase figuras 5 y 6).
Donde
P= Porcentaje de ligante asfáltico requerido en la mezcla, expresado como porcentaje en peso total de agregados.
a = Porcentaje de agregado retenido en el tamiz Nº 10 . b = Porcentaje de agregado que pasa el tamiz Nº 10 y es retenida en el tamiz Nº 200. c = Porcentaje de agregado que pasa en el tamiz Nº 200 . 6.2 Combinación de los agregados
Figura 5 tamizado de los agregados
La combinación de agregados, se lleva a cabo por el método del tanteo, en base a la granulometría de los agregados. En principio se debe conocer especificación granulométrica de mezcla asfáltica que se desea diseñar.
la la
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6.3.4 Al tener elaboradas todas las pesadas para los diferentes % de Cemento Asfáltico (C.A.), se procede a colocarlas en el horno, como se aprecia en la figura 8, calentándolas a una temperatura de mezclado de 150ºC ± 5 ºC.
Figura
6
Agregados separados diferentes tamices
por
los
6.3.3 Posteriormente se debe pesar la cantidad de bache (véase figura 7), según el 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 mezcla según las especificaciones.
Figura 8 Muestras introducidas en el horno
6.3.5 Al llegar los agregados combinados a la temperatura de mezclado, se incorpora a cada bache el porcentaje de C.A correspondiente para cada uno como se aprecia en la figura 9.
Figura 7 Pesada de los agregados
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6.3.7 Simultáneamente con l a preparación de la mezcla, el conjunto de collar, placa de base y la cara del martillo de compactación, se limpian y calientan en una plancha caliente a una temperatura entre 93º C y 149º C (v éase figura 11).
Figura 9 Adición del C.A. a los agregados
6.3.6 Se mezcla de tal manera que la combinación de agregados y C.A, se unan uniformemente. El mezclado no debe exceder de 3 minutos. Si se utiliza un mezclador mecánico la operación no debe exceder de 1 minuto (véase figura 10).
Figura 11 Calentamiento del equipo para compactar 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).
Figura 10 Mezcla de los agregados y C.A.
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6.3.10 Luego se coloca otro papel parafinado encima de la muestra y a continuación se debe introducir el martillo Marshall dentro del molde para dar inicio a la compactación.
Figura 12 Colocación de papel parafinado en el molde
6.3.8 Luego de realizado el mezclado, manteniendo la temperatura especificada, se procede a colocar la mezcla dentro del molde Marshall (véase figura 1 3).
Figura 14 Punción de la muestra
6.3.11 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”) (véase figura 15).
Figura 13 Colocación de la mezcla dentro del molde Marshall
6.3.9 Una vez colocada la muestra se debe punzar la misma, 15 veces alrededor del perímetro y 10 veces en su interior, como se aprecia en la figura 14.
Figura 15 Aplicación de golpes a la mezcla
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Fecha: 28/11/2003 Pág. REVISION MANUAL VISUALIZADO 7 de 15 METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES MARSHALL DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS) La cantidad de golpes para la compactación se determinará de cuerdo al tipo de mezcla que se esta diseñando, o sea tráfico alto, tráfico medio o tráfico lento (véase tabla 1).
Tabla 1 Especificación por tráfico de diseño Nº de golpes por Tipo de tráfico caras Liviano
35
Mediano
50
Pesado
75
6.3.12 Las briquetas una vez compactadas
Figura 17 Identificación de briquetas
se deben dejar en los moldes mínimo dos horas, hasta que estas se enfríen a temperatura ambiente (véase figura 16).
6.3.14 Se determina la altura y el diámetro de cada una de las briquetas, utilizando para ello un vernier (véase figura 18), todo esto datos deben ser registrados en la planilla correspondiente.
Figura 16 Briquetas en reposo en los moldes
6.3.13
Seguidamente se extraen las briquetas de los moldes utilizando el extractor de muestras universal y se procede a enumerar las briquetas para identificar los contenidos de C.A. ( véase figura 17)
Figura 18 Medición de las briquetas
6.15 Enumerada todas las briquetas, se procede a determinar la densidad de cada una de ellas.
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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.
6.4 Determinación de la densidad de la mezcla compactada A continuación se describe el procedimiento a seguir para determinar la densidad de la mezcla compactada:
a. Peso en el aire: En una balanza con apreciación de 0,01gr se determina el peso en el aire de la mezcla compactada (véase figura 19), este valor se anotara en la planilla correspondiente.
Figura 20 Briqueta sumergida en agua
c. Peso saturado superficie seca: Se extrae 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 (véase figura 21). Se registra el valor obtenido en la planilla correspondiente.
Figura 19 Peso en el aire de la briqueta
b. Peso en agua: Se sumerge l a briqueta en el baño de agua de la balanza hidrostática durante un periodo de un minuto como se aprecia en la figura 20 y se procede a registrar el peso de la briqueta en agua en la planilla.
Figura 21 Peso de la briqueta saturada
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(véase el ANEXO B) 6.4.1 Luego de determinada la densidad de cada una de las briquetas, se procede a colocarlas en el baño de maría a una temperatura de 60ºC ± 1ºC, por un periodo de 30 minutos (vé ase figura 22).
Figura 23 Colocación de la briqueta en la prensa Mar shall
6.4.5 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 24). Figura 22 Briquetas en baño de María
6.4.2 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.
6.4.3
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.
6.4.4 El medidor de flujo se deberá colocar en la posición de uso sobre una de las barras guía, ajustándolo en cero mientras
Figu ra 24 Anillo de carga
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6.4.6 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 anota esta lectura, que es el Valor del Flujo ( véase fi gur a 25). Esto vendrá expresado en centésima de pulgadas (Véase tabla ANEXO C).
Figura 25 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.
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ANEXO A A.1 COMBINACION POR TANTEO A continuación se presenta un ejemplo de cómo 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 2.
Tabla 2 Granulometría de los agregado
AGREGADOS
(%) PASANTE
PORCENTAJE (%)
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"
Polvillo Piedra(3/4) Arena Arrocillo
# 4
# 8
#16
# 30
# 50
# 100 # 200
100,0 100,0
100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 87,4
1 "
3/4 "
72,6
57,0
44,7
34,2
24,8
18,1
100,0 100,0
100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 72,2
100,0 100,0 72,7
1/2 "
3/8"
25,3
12,7
100,0 100,0 100,0 100,0
Seguidamente se procede a iniciar la serie de tanteos, multiplicando los porcentajes es cogidos, por cada uno de los (% pasantes) de las granulometrías de los materiales a utilizar. Generalmente se tiene por experiencia, una idea da los porcentajes a utilizar para iniciar los tanteos. Tal como se indica en la tabla 3.
1, 3
90,0
6, 7
1, 0
0, 9
0, 8
0, 8
0, 7
0, 6
54,0
37,9
28,0
19,4
11,7
7, 2
5, 0
4, 5
4, 3
4, 0
3, 5
2, 9
Al obtener los resultados de la multiplicación de los porcentajes escogidos, por los (% pasantes) de las granulometrías de los materiales a utilizar, se debe sumar los retenidos de cada uno de los material es, para obtener la granulometría de la combinación. Luego se debe comprobar que los datos que se obtuvieron estén dentro de los límites especificados, tal como se indica en la tabl a 4.
Tabla 3 Combinación de agregados
AGREGADOS Polvillo Piedra(3/4) Arena Arrocillo
COMBINACION (%)
(%) PASANTE , 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
20,0% 25,0%
20,0
20,0
20,0
20,0
20,0
17,5
14,5
11,4
8, 9
6, 8
# 100 # 200 5, 0
3, 6
25,0
25,0
18,2
6, 3
3, 2
0, 3
0, 2
0, 2
0, 2
0, 2
0, 2
0, 2
18,0% 37,0%
18,0
18,0
18,0
18,0
18,0
13,0
9, 7
6, 8
5, 0
3, 5
2, 1
1, 3
37,0
37,0
37,0
37,0
33,3
2, 5
1, 9
1, 7
1, 6
1, 5
1, 3
1, 1
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Tabla 4 Granulometría de la combinación (%) PASANTE
PARAMETROS GRANULOMETRICOS DE LAS MEZCLAS TIPO (TN-19)
37,5 mm 25,4 mm19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm2,36 mm1,18 mm0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,075mm
1 1/2"
Puntos de Control
Superior
Zona Restringida
Maximo
Combinación
100,0%
COVENIN (2000-87) PROVICIONAL
CUMPLE
Inferior Minimo
3/8"
# 4
# 8
#16
# 30
# 50
100 100 Max.90 90 100,0 100,0 93,2 81,3 74,5
33,3
49 23 34,6 34,6 26,3
28,3 22,3 20,1
20,7 16,7 15,8
13,7 13,7 12,0
8,5
8 2 6,2
-
OK
-
-
-
-
OK
-
1 "
-
3/4 "
OK
1/2 "
OK
-
Grafica 1 CURVA GRANULOMETRICA
GRAFICA TAMA O NOMINAL TN-19 mm 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
TAMA O DEL TAMIZ, mm, ELEVADO A LA 0,45
3,5
4,0
4,5
# 100 # 200
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En la tabla 5 se muestra como la curva granulométrica de la combinación cumple (véase grafica 1), ya que la misma se encuentra dentro de l os límites de las especificaciones.
Tabla 5 Resumen de la combinación Datos: - Cantidad de Mezcla a Colocar en el Molde Marshall (gr)
1.200,00
- (%) Minimo de Asfalto a usar en el Diseño por el Metodo Marshall
Asfalto (%)
Peso del Asfalto (gr)
4,0
48,0
4,5
Agregado (%)
Peso del Agregado (gr)
96,0
1.152,0
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 CALCULOS DE LA COMBINACION ?
A.3 CALCULOS DE PESADA DE AGREGADOS
Peso Asfalto: Cantidad de mezcla a colocar en el molde Marshall porcentaje de asfalto.
por el
Ejm: 1200 g. x 4% = 48 g. ?
4
Agregados: 100% total de la mezcla
?
El porcentaje escogido para la combinación menos el porcentaje pasante de la combinación, ese resultado se multiplica por la cantidad de mezcla asfáltica a colocar en el molde Marshall en este caso 1200 g.
menos el porcentaje de asfalto.
Ejm: 100% - 4% = 96 %. ?
Peso del Agregado: Cantidad de mezcla a colocar en el molde mashall menos el peso del asfalto.
Ejm: 1200 g – 48 g = 1152 g.
El resultado de la multiplicación se multiplica por el porcentaje de agregado en este caso 96%, para luego obtener el peso retenido de los agregados acumulados.
Ejm: Paso Nº 1: 20 % - 17,5 % = 2,5 %
NOTA 2 Véase tabla N.5
Paso Nº 2: 1200 g. x 2,5 % = 30 g
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Paso Nº 3: ?
30 g. x 96 % = 29 g
Para calcular el pasa # 8 multiplicamos el peso del agregado por el porcentaje escogido para la combinación, tal como se indica en la tabla Nº 6.
Ejm: 1152 g. x 20 % = 230,4 g. Tabla 6 pesadas de agregados (acumulado) Cemento Asfáltico (%)
4,0 Peso Retenido Acumulado (g.)
AGREGADOS
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 29,0
#8 63,1
Pasa #8 230,4
78,7
215,2
251,5
284,2
285,3
288,0
57,6
95,4
207,4
397,7
404,9
426,2
Polvillo Piedra(3/4) Arena Arrocillo
42,6
1.152,0
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ANEXO B Determinación de los cálculos para la densidad de la mezc la compactada.
B.1 CALCULOS 1. Numeración de la briqueta según el porcentaje de cemento asfáltico. 2. Porcentaje de cemento asfáltico. 3. Altura de la briqueta. 4. Peso en aire de la briqueta.
5. 6. 7. 8.
Peso en agua de la briqueta. Peso saturado superficie seca de la briqueta. Volumen de las briquetas. (5 – 6) Densidad de la mezcla compactada o briqueta. (4 / 7)
Tabla 7 Resumen de datos de pesadas de las briquetas Briqueta No.
Asfalto (%)
Altura (cm)
(1)
(2)
(3)
1 2 3
4,00 4,00 4,00
6,33 6,34 6,34
Promedio
4,00
Peso en (gr) Aire (4) Agua (5) 1.221,3 1.224,2 1.227,1
702,8 704,9 706,4
Volume n (cm3) Aire sss (7) (6) 1.222,9 1.226,0 1.228,4
Peso Unitario (g./cm3) (8)
520,1 521,1 522,0
2,348 2,349 2,351
2,349
ANEXO C
Tabla 8 Resultados para la obtención del valor de flujo Peso Unitario (g./cm3) (1)
D.M.T. Vacío (Rice) Total (%) (2) (3)
VAM (%) (4)
Vll (%) (5)
2,348 2,349 2,351
2,349
2,601
9,03
15,88
39,16
Estabilidad Leída (Lbs) (6)
Factor de Corrección (7)
1.710 1.698 1.709
0.93 0.93 0.93
Estabilidad Flujo (0,01 Corregida pulg.) (Lbs) (8) (9) 1.590 1.579 1.589
8 8 8
1.586
8
