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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INFORME “METODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS”

Alumnos: CHINCHAY ACOSTA, JAIME PINEDO MESA, PATRICK

Docente: Ing. Jorge Vásquez Silva

Moyobamba - Perú 2019

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DEDICATORIA El trabajo de investigación lo dedicamos a nuestros padres; a quienes les debemos todo lo que tenemos en esta vida, nos apoyan en nuestras derrotas y celebran nuestros triunfos. AL ING. quienes son nuestros guías en el aprendizaje, dándonos los últimos conocimientos para nuestro bien desenvolvimiento en la social y profesional.

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INDICE

pag.

DEDICATORIA…………………………………………………………………………………………..…………………………..2 INTRODUCCIÓN………………….……………………………………………………………………………………….……….4 OBJETIVOS GENERALES………….…………………………………………………………………………………………….4 DESARROLLO….…………………………………………………………………………………………………………………….E RROR! BOOKMARK NOT DEFINED. RESEÑA HISTORICA .................................................................................................................. 5 MARCO TEORICO………………………………………………………………………………………………………………….5 ENSAYO MARSHALL………………………………………………………………………………………………………….6 a) determinación del peso específico total. b) Medición de la estabilidad y la fluencia Marshall. c) Análisis de la densidad y el contenido de vacíos. Análisis de vacíos en el agregado mineral(VMA)………………………………………………………………7 Análisis de vacíos llenos de asfalto(VFA)……………………………………………………………………………7 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS ………………………………………………..…………………………………………8-9 PROCEDIMIENTO MARSHALL……………………………………………………………………………………….9-11 DETERMINACION DE LA ESTABILIDAD-FLUJO…………………………………………………………………..12 MEMORIA DE CALCULO……………………………………………………………………………………………………12      

CALCULO DE LA DENSIDAD DE LAS BRIGUETAS………………………………………………….……….12 ESTABILIDAD…………………………………………………………………………………………………….………..13 FLUJO…………………………………………………………………………………………………………………..…...13 DETERMINACION DE PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO……………………………………..14 DETERMINACION DE PORCENTAJES DE VACIOS…………………………………………………………15 %V DE VACIOS DEL AGREGADO MINERAL………………………………………………………………….15

CUADRO DE CRITERIOS PARA EL DISEÑO MARSHALL…………………………………………………….………16 HOJA EXCEL DE CALCULO MARSHALL………………………………………………………………………………..17 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………..18 PANEL FOTOGRAFICO………………………………………………………………………………………………………..19

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INTRODUCCIÓN En el presente informe se muestra los resultados obtenidos a partir de la utilización del método Marshall para realizar dosificaciones, y para luego verificar la resistencia a deformación plástica de la mezcla dosificada según el mencionado método. El método Marshall es el método que tradicionalmente se ha utilizado en los últimos tiempos, por lo que sus resultados son los aplicados en muchos de los caminos existentes hoy en día. Este método permite la determinación de la resistencia a la deformación plástica de una determinada mezcla, de esa forma al combinar una serie de ensayes de diversas mezclas, cuyo contenido porcentual de betún asfáltico varía entre cada grupo de mezclas, se puede encontrar el porcentaje óptimo de asfalto para la mezcla. De esta forma, se puede lograr un desempeño óptimo para cada mezcla, dependiendo de las prestaciones que se requiera de ésta. Al respecto, las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica compactada son los vacíos de aire (Va); vacíos en el agregado mineral (VMA); vacíos llenados con asfalto (VFA); y contenido de asfalto efectivo (Pbe). Son los que proporcionan una indicación del probable funcionamiento de la mezcla asfáltica.

OBJETIVOS GENERALES El presente informe tiene como objetivos: -

-

Explicar el método de ensaye Marshall y su aplicación en la ingeniería Determinar el porcentaje óptimo de asfalto de una mezcla, dosificada según especificaciones dadas de agregado (banda granulométrica dada). Realizar la dosificación de una mezcla asfáltica según el método Marshall para la dosificación de mezclas asfálticas. Determinar los valores relevantes para una dosificación tales como vacíos de aire en la mezcla (VAM), vacíos en el agregado mineral (Va), densidad de la mezcla (Dmms), y otros valores de gran utilidad para realizar una correcta dosificación de mezclas. Conocer el procedimiento mediante el cual se realizan las pruebas correspondientes al método Marshall. Proporcionar información o resultados sobre las características físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente. Establecer si cumple en lo referente al establecimiento de densidades y contenidos óptimos de vacío durante la construcción de la capa del pavimento.

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DESARROLLO: RESEÑA HISTORICA. El concepto del método Marshall para diseño de mezclas de pavimentación fue formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a través de una extensiva investigación y estudios de correlación, mejoró y adicionó ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y desarrollo un criterio de diseño de mezclas.

MARCO TEORICO: El método original de Marshall, sólo es aplicable a mezclas asfálticas en caliente para pavimentación que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm (1”) o menor. El método modificado se desarrolló para tamaños máximo arriba de 38 mm (1.5”). Está pensado para diseño en laboratorio y control de campo de mezclas asfálticas en caliente con graduación densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estándar. El método Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de asfalto-agregado. (ASTM D1559). Los dos aspectos principales del método de diseño son, la densidad-análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes compactados. La estabilidad del espécimen de prueba es la máxima resistencia en N (lb) que un espécimen estándar desarrollará a 60 º C cuando es ensayado. El valor de flujo es el movimiento total o deformación, en unidades de 0.25 mm (1/100”) que ocurre en el espécimen entre estar sin carga y el punto máximo de carga durante la prueba de estabilidad.

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ENSAYO MARSHALL.

Existen tres procedimientos en el método del ensayo de 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 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. Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son considerados demasiadas frágiles y rígidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiadas 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 cada serie de probetas de prueba. El 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 agua. La tabla proporciona valores límite de porcentaje de vacíos según intensidad de tránsito. 6

Análisis de vacíos en el agregado mineral(VMA) El VMA es calculado con base en el peso específico total del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen del agregado. Se expresan como un porcentaje del volumen de la mezcla.

Donde: VMA: vacios en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk Gsb: gravedad especifica bulk del agregado total Gmb: gravedad especifica bulk de la mezcla compactada (AASHTO T166;ASTMD1188 o D2726) Ps: contenido de agregado, porcentaje del peso total de la mezcla.

Análisis de vacíos llenos de asfalto(VFA) El VFA, es el porcentaje de vacíos inter granulares entre las partículas de agregado(VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire y por lo tanto el VFA se calcula al restar los vacíos de aire del VMA y luego dividiendo por el VMA y expresando el valor final como un porcentaje. Proporciona valores límites de VFA en función de la intensidad de tránsito para el cual se diseñará la carpeta asfáltica.

DONDE: VFA: vacíos llenados con asfalto, porcentaje de VMA VMA: vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk Va: vacíos de aire en mezcla compactada, porcentaje del volumen total.

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 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS. MATERIALES: filler, arena, grava, cemento asfaltico, parafina, espátula, franelas, balanzas, tapaboca, guantes de cuero, termómetro, cucharon, bandejas.

Equipo para sacar las brigetas de los moldes

Molde

martillo Marshall

base

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Cocina

Probeta Marshall

equipo (baño maría)

equipo de compactación

PROCEDIMIENTO 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, durabilidad, resistencia al deslizamiento.etc.) la relación viscosidad temperatura del cemento asfaltico que va a ser usado debe ser ya conocida para poder establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. I.

Prestamos la arena, grava, filler y cemento asfaltico, previamente se tuvo que determinar los porcentajes de todos los componentes (grava, arena, filler,cemento asfaltico). Este se repite para cada porcentaje de cemento asfaltico que en nuestro caso empezó de 5.5%.

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II.

Procedeos a mezclar todos los componentes hasta obtener una mezcla homogénea, primero se coloca el agregado fino y grueso en una bandeja está a la vez se coloca en una cocina para simular lo ocurrido en obra luego se echa el filler, estos componentes se mezclan de tal forma que todos están revestidas. Paralelamente se va preparando el cemento asfaltico, cuando los componentes hayan alcanzado una temperatura de 140ºC (la temperatura lo medimos con un termómetro) estos se mezclan conjuntamente hasta que la mezcla este homogénea.

III.

Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall, como preparación para la compactación, el cual también es calentado para que no enfrié la superficie de la mezcla al golpearla. Las briguetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall de compactación. el número de golpes del martillo (35.50 o 75) depende de la cantidad de tránsito para la cual la mezcla está siendo.

Colocamos el papel filtro en la base del molde

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IV.

Luego extraemos las briguetas de los moldes y dejamos enfriarlas. Al día siguiente procedemos a determinar el peso específico de los especímenes compactados, para luego determinar su gravedad especifica. DETERMONANCION DE LOS PESOS ESPECIFICOS DE LOS ESPECIMENES COMPACTADOS.

V.

Bañamos con parafina las muestras hasta que no quede vacíos en el espécimen.

VI.

Pesamos la muestra al aire de todos los especímenes y luego pesamos las mismas

VII.

Colocamos en baño maría a todas las muestras por un lapso de ½ hora

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DETERMINACION DE LA ESTABILIDAD-FLUJO. VIII.

Ahora procedemos a determinar la estabilidad y el flujo de nuestros especímenes para lo cual colocamos el espécimen en la proveta Marshall y seguidamente lo colocamos en el equipo compactador para luego iniciar el ensayo anotando el flujo y la estabilidad.

MEMORIA DE CALCULO  CALCULO DE LA DENSIDAD DE LAS BRIGUETAS.

Eliminamos los porcentajes de 6.5% y 7% ya que esos puntos son errados

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 ESTABILIDAD

 FLUJO

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DETERMINACION DE PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO

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HOJA EXCEL DE CALCULO MARSHALL

º

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CONCLUSIONES De acuerdo al análisis realizado en el presente laboratorio para determinar los parámetros que se especifican en el método Marshall, se infieren las siguientes conclusiones que se consideran de importancia: 

El método de ensaye Marshall describe la medición de la resistencia a la deformación plástica de probetas cilíndricas de mezclas asfálticas que se cargan lateralmente mediante un aparato Marshall. Es importante mencionar que este método es aplicable a mezclas asfálticas con agregado pétreo de tamaño máximo 25 mm. Permite ser utilizado tanto para el diseño de mezclas en caliente con cementos asfálticos con agregados y se usa hoy en día tanto para el diseño en laboratorio como control en terreno.



Además, este método Marshall permiten encontrar el óptimo de componente asfáltico que debe tener una mezcla para que cumpla con características esperadas en cuanto a su desempeño

 El Método Marshall, como procedimiento empírico, requiere que se cumplan determinadas condiciones constructivas y de procedimiento para producir una carpeta de calidad aceptable.  Una mezcla compactada adecuadamente puede producir que los agregados se encuentren lo más apegados entre sí (alta densidad), pero que exista una muy pobre adherencia entre ellos, lo cual se vería reflejado en la baja estabilidad de la misma.  Es necesario tener en cuenta que el Método Marshall no es originalmente un procedimiento diseñado para correlacionar ensayos de laboratorio con el comportamiento de una carpeta asfáltica5, sino que consiste en un grupo de recomendaciones que permiten de una manera empírica – estadística, producir carpetas que muestren un comportamiento aceptable, si se construyen siguiendo estrictamente las reglas estipuladas en las especificaciones del Manual de Carreteras.

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PANEL FOTOGRAFICO.

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MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA DEPARTAMENTAL SM-100 TRAMO: (MOYOBAMBA) BAÑOS TERMALES - JEPELACIO, PROVINCIA DE MOYOBAMBA, REGIÓN SAN MARTÍN UBICACIÓN DEL PROYECTO: El proyecto “Mejoramiento de la Carretera Departamental SM-100 Tramo: (Moyobamba) Baños Termales - Jepelacio, Provincia de Moyobamba San Martín” está ubicado en: Departamento/Región

:

San Martín

Provincia

:

Moyobamba

Distrito

:

Jepelacio

Localidades

:

Moyobamba-San Vicente-Jepelacio

UBICACIÓN GRÁFICA DEL PROYECTO

Aquí Proyecto

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DISEÑO Y DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE ENSAYO MARSHALL(ASTMD-6927)

De los ensayos de laboratorio realizados para el diseño de la mezcla asfáltica se obtuvieron los siguientes valores: DISEÑO MARSHALL Contenido Optimo de Asfalto (%)

5.8

Porcentaje de Vacíos (%)

8.0

Vacíos llenos con Cemento Asfáltico

58.0

V.M.A. %

20.6

Estabilidad (kg)

1450

Flujo (0.25 mm)

15.0

Las proporciones empleadas en la mezcla fueron:

Dosificación de agregados para la mezcla Agregado Grueso (%)

45.0

Agregado Fino (%)

55.0

Cemento Asfáltico (%) Aditivo mejorador de adherencia (%)

-.0.75

De los resultados obtenidos, finalmente se establece que la mezcla presenta un alto valor de Porcentaje de Vacios en la mezcla. Por tanto, para su fabricación se tendrá que añadir a la mezcla un porcentaje de agregado fino (Filler), como rellenador de vacios, por lo que la nueva dosificación será la siguiente:

DOSIFICACION DE MEZCLA ASFÁLTICA Porcentaje de Asfalto (%)

5.8

Porcentaje de Filler Mineral (%)

2.0

Porcentaje de Agregado Grueso (%)

41.5

Porcentaje de Agregado Fino (%)

50.7 21

Finalmente, para proceso de fabricación se tiene lo siguiente:

DOSIFICACION DE MEZCLA ASFÁLTICA Cemento Asfáltico (Pen 60/70)

125.05 kg/m3. (31.9 Gal/m3)

Filler Mineral (Cal)

43.1 kg/m3

Agregado Grueso

606.5 kg/m3

Agregado Fino

741.2 kg/m3

Aditivo mejorador de adherencia “Ar Red Radicote”

0.239 Gal/m3

(0.75% de Cemento asfáltico)

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