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RESISTENCIA DE MEZCLAS BITUMINOSAS EMPLEANDO EL METODO MARSHALL https://www.youtube.com/watch?v=65m7CFvCjZw (PARTE 1) https://www.youtube.com/watch?v=JqoGodLBLNk (PARTE 2) REVISAR TODAS LAS TABLAS– BUSCAR LAS DE LAS ESPECIFICACIONES 2013

1. OBJETIVOS 

Determinar el valor de estabilidad que expresa la resistencia estructural que está relacionada con el contenido de asfalto, la composición granulométrica y el tipo de agregado.



Encontrar el valor de flujo que representa la deformación en el sentido del diámetro para producir la fractura, indicando el comportamiento de la mezcla asfáltica bajo la acción de las cargas impuestas por vehículos.

2. EQUIPO Y MATERIALES 2.1. Molde de compactación de diámetro interior de (4") y altura aprox. De (3") provisto de collar y placa de base. 2.2. Martillo de compactación con un peso total de (10lb) y altura de caída de (18"). 2.3. Pedestal de compactación: Consistente en una pieza prismática de madera de base provista en su cara superior de una platina cuadrada de acero firmemente sujeta en la misma. Sobre esta se encuentra un soporte para molde que consiste en un resorte de tensión. El conjunto se fijará

firmemente a una base de concreto, quedando la platina de acero en posición horizontal.

2.4. Elementos de calefacción.- Para calentar los agregados, material asfáltico y muestra, se empleará un horno o estufas. 2.5. Máquina de comprensión Marshall Referencia HM-2000.Prensa que consta de un DIAL y dos anillos semicirculares para ajustar la probeta.

2.6. Guantes de soldador para manejar equipo caliente y crayolas para identificar las probetas. 2.7. Equipo para baño de Maria con platina caliente para calentar el martillo de compactación y el molde. 2.8. Termómetros blindados para determinar las temperaturas del asfalto, agregados y mezcla. 2.9. Balanzas: Una de cinco (5) kg de capacidad, para pesar agregados y asfalto , otra de dos (2) kg de capacidad, para las probetas compactadas. 2.10. Recipiente para calentar asfalto, palustre, juego de tamices, bandejas metálicas, papel de filtro, canestilla.

3. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 3.1. Número de Probetas: Serán tres muestras por cada contenido de asfalto. Por lo general se usan 5 porcentajes diferentes de asfalto (variando entre sí en relación de 0.5% en peso), por lo general se acostumbra empezar desde 4.5% de cemento asfáltico. 3.2. Cantidad de materiales: Para cada probeta se necesitan aproximadamente 1.2 kg de agregados 3.3. Los agregados se secarán hasta peso constante a 110°C y se hará una granulometría, según disposición del material en la planta, haciendo la combinación de lo disponible cumpliendo con lo exigido por INVIAS. El conjunto de agregado grueso, agregado fino y llenante mineral deberá ajustarse a alguna de las siguientes gradaciones: Tabla 1. Gradación de Agregados. ESPECIFICACIONES 2013

Fuente: Especificaciones Técnicas de Construcción de Carreteras, 2013

En la construcción de bases asfálticas y bacheos, se empleará la gradación MDC-25. Para capas de rodadura, se empleará la gradación MDC-10, si el espesor compacto no supera tres centímetros (3 cm) y la MDC-19 para espesores superiores. Para espesores mayores de cinco centímetros (5 cm), podrá emplearse también la gradación MDC-25 3.4. Se trabaja con el valor medio del porcentaje que pasa de cada tamiz (A) y con este dato se obtiene el % retenido por cada tamiz(B). Ver Tabla siguiente. Ejemplo Porcentaje que pasa TAMIZ

Gradación

Gradación deseada (A)

% Retenido (B)

100

100

0

100

65-87

76%

24%

10

61.5

43-61

52%

24%

20

37.6

40

0

100

16-29

22.5%

29.5%

100

49.7

9-19

14%

8.5%

200

10.2

4-8

6

8%

0%

6%

GRAVA

1"

100.0

3/4"

90.4

1/2"

58.1

3/8"

37.5

4

0.5

Arena gruesa

Arena fina

pasa 200

Incluir la tabla desarrollada en clase

llenante

100

3.5. Se calcula el peso del cemento asfáltico: = 1200*%Asfalto 100 3.6. Se determina el peso total de los agregados que es lo que da de restar a 1200gr el peso del cemento asfáltico. 3.6.1. El peso de los agregados por tamiz se obtiene de multiplicar el peso total de los agregados por el % retenido por tamiz(Columna B-Tabla del punto 3.4). 3.7. Determinación de las temperaturas de mezcla y compactación. La temperatura a la cual se calentará el cemento asfáltico para producir viscosidad Saybolt Furol de 85+ 10 y 140+15 segundos. Es necesario elaborar la curva de calibración para apreciar la variación de viscosidad con la temperatura. 3.7.1. La temperatura de los agregados: = Temperatura del cemento Asfáltico + 20ºC 3.8. Colocar en una bandeja el agregado y en un recipiente el cemento asfáltico para llevar a la estufa, controlando las temperaturas respectivas del paso anterior durante unos quince minutos.

3.9. Pesar una bandeja sobre la balanza, a éste peso se le agrega los 1200 gr que debe tener la muestra. Introducir el agregado abriendo un hueco en el centro para verter el cemento asfáltico hasta que quede el nivel en cero de la balanza. Mezclar rápidamente con un palustre.

4. COMPACTACION DE LAS PROBETAS 4.1. Simultáneamente con la preparación de la mezcla, el conjunto de collar, placa de base y la cara del martillo de compactación, se calientan En un baño de agua a una temperatura comprendida entre 93°C y 149°C por unos 30 minutos. Para Colombia 60°C

4.2. Se arma el molde, el collar y la base en el pedestal de compactación, insertando un papel de filtro en el fondo y luego el material mezclado, emparejado por medio de una espátula aplicando 25 golpes (15 en el perímetro y 10 en el interior).

4.3. A continuación se aplica con el martillo de compactación el número de golpes según especificación de diseño Tabla 2. Criterios para diseño Marshall.

Fuente: Especificaciones Técnicas de Construcción de Carreteras 2013

(1) Las bases asfálticas mezcladas en caliente que se coloquen a 10ºC o más centímetros por debajo de la superficie final y que no cumplan el criterio de la Tabla cuando se ensayan a 60ºC pueden emplearse si los cumplen al ensayarse a 38ºC.

(2) Los materiales para bases de arena asfalto mezcladas en caliente, se compactarán con 50 golpes por cada independientemente del tipo de tránsito y además del requisito de vacíos con aire deberán presentar una estabilidad mayor a 200 libras y un flujo menor a 20. Además, no tienen requisito en cuanto a vacíos en los agregados minerales.

4.4. Retirar el molde del dispositivo de ajuste, se le quita el collar, la base y se invierte el molde de tal manera que la cara que fue compactada queda en el fondo. Ahora se aplica el mismo número de golpes del paso anterior a la nueva cara superior. 4.5. Se pesa la muestra, se marca con la crayola y se mide su espesor, altura. Si la altura está fuera de 2.5 + 0.01 pulgadas para la siguiente probeta se ajusta aplicando la expresión: = 2.5 * peso del agregado usado Altura medida de la muestra (pulg)

4.6. Se efectúa los mismos pasos de compactación para las otras muestras y se deja las muestras en una superficie lisa durante toda la

noche. 4.7. ENSAYO DE PROBETAS COMPACTADAS Cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos: a.) Determinación del peso específico "bulk" b.) Ensayo de estabilidad y flujo c.) Análisis de la densidad y vacíos.

4.6.1. PESO ESPECIFICO "bulk" Se utiliza la formula de la textura superficial densa e impermeable para nuestro caso. Gb = Wa Wss - Ww Wa = peso de la probeta seca en el aire Ww = peso de la probeta en el agua. Para tal fin se hace un montaje de una canastilla donde se coloca la muestra, que descansa sobre un balde de agua y a la vez suspendido de la balanza para determinar el peso. Wss = peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca. La norma determina la formula cuando la textura es abierta y permeable. Gb = Wa Wap - Wwp - Wap - Wa Gp Wa = peso en el aire de la probeta sin parafinar Wap = peso en el aire de la probeta parafinada Wwp = peso en el agua de la probeta parafinada Gp =peso específico de la parafina.

4.6.2. ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO a.) Se lleva la probeta a un baño de María (sistema de calefacción) a temperatura de 60ºC por un periodo de 30 minutos,

b.) Se acondiciona el aparato Marshall aplicando una película delgada de aceite a las barras guías y anillos. Apenas esté listo se seca la probeta y se coloca en medio de los anillos, ajustando el conjunto.

c.) Se coloca el Dial medidor de flujo, ajustando su aguja en cero. d.) Se enciende el aparato Marshall observando la máxima carga (Kgr) que es cuando ocurre la falla (ESTABILIDAD Marshall) se anota en la columna (p) y en ese instante la máxima lectura del Dial que es él (FLUJO) se anota en la columna (r), el cual expresa la disminución de diámetro que sufre la probeta entre la carga cero y el instante de la rotura. En el formato la carga

se escribe en (Lb) por lo tanto se debe multiplicar por 2.2046. El valor de flujo será expresado en 0.25mm (1/100"). Si el Dial se deformó 3.8 mm en otras palabras 0.15 pulgadas el valor de flujo será: 0.15pulg *100= 15. 4.6.3.

ANALISIS

DE

DENSIDAD

Y

VACIOS

a.) Se promedian los pesos específicos "bulk" de las tres probetas elaboradas con el mismo porcentajes de asfalto (columna g del formato). Este mismo valor se multiplica por 62.4 para obtener el dato en sistema inglés (columna p del formato) G = Gb1+Gb2+Gb3 3

b.) Se Calcula el peso específico promedio del agregado total. PsAgr =

100 P1+P3+P3 G1 G2 G3

P1 = 100 - % que pasa el tamiz No 4 =%Grava P2 = %pasa tamiz No 4 - %pasa tamiz No 40= % arena Gruesa P3 = % pasa tamiz No 40 - % pasa tamiz No 200 = % arena fina P4 = % pasa tamiz No 200 en la gradación deseada = %llenante Gi = pesos especificos de los materiales, se emplea para el aparente para el llenante (P4) y el "bulk" para los agregados gruesos y finos. c.) Se determina el peso especifico máximo teórico (columna h) Psmt =

100 %Agregados + %CementoAsfaltivo PsAgr PsAsf

PsAsf = Peso específico del asfalto PsAgr = Peso específico del agregado.

d.)Se precisa el porcentaje de asfalto efectivo como porcentaje del volumen total de la probeta.(Columna i) Vae = % de asfalto * peso específico "bulk" PsAsf

e.)Se calcula el porcentaje en volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la probeta.(Columna j) Vagr = % de agregados * Peso específico"bulk" PsAgr f.)Se establece el porcentaje de vacíos con respecto al volumen total de la probeta (Columna k) Vv = 100 - Vae - Vagr g.)Se deduce el porcentaje de vacíos en los agregados minerales en la mezcla compactada, que es igual a la resta de 100 menos el Volumen total de los agregados(j). Este dato va en la columna L. h.)El porcentaje de vacíos con aire en la mezcla total con respecto la mezcla compactada será igual a la siguiente formula:(Columna m) Vmt = 100 - 100 * peso específico "bulk" Peso específico teórico. i.)Se determina la columna (q) como la estabilidad corregida que es para aquellas muestras que no tengan la altura de 2.5pulgadas según los factores que correspondan, ESPESOR DE LA PROBETA COMPACTADA (pulg)

FACTOR DE CORRECION

2.125

1.32

2.188

1.25

2.250

1.19

2.313

1.14

2.375

1.09

2.432

1.04

2.500

1.00

2.563

0.96

2.625

0.93

2.688

0.89

2.750

0.86

2.213

0.83

El promedio de las tres muestras por un contenido de asfalto es el que se toma como valor de estabilidad. 5. 5.1. Se

CALCULOS hace

diligencia

la

tabla

Marshall

5.2. Hacer los gráficos formato (Método MarshallGráficas) con los diferentes puntos que se obtienes de las distintas combinaciones de porcentaje de asfalto, que establecen las siguientes relaciones y que aparecen en el formato. Los valores que se utilizan de densidad, estabilidad y flujo son el promedio de las tres muestras por porcentaje de asfalto. % vacíos agregado mineral % vacíos mezcla total (3) Densidad (1) Estabilidad (2) Flujo

% de asfalto % de asfalto % de asfalto % de asfalto % de asfalto

Fuente: http://www.academia.edu/13030649/8.1._M%C3%A9todo_Marshall_para _el_dise%C3%B1o_de_mezclas_asf%C3%A1lticas_en_caliente, consultado en agosto 19 de 2017 5.3 Selección del contenido óptimo de asfalto es a partir de los siguientes criterios: En hojas de Cálculo de Anexos se puede ver un ejemplo en el punto siete de la obtención del porcentaje óptimo de asfalto. -De la gráfica (1) de la mayor densidad se obtiene un % de asfalto (Asf1) -De la gráfica (2) de la mayor estabilidad se obtiene un % de asfalto (Asf2) -De la gráfica (3) se entra con el valor medio del porcentaje de vacíos según la especificación y se obtiene un % de asfalto (Asf3). El porcentaje de asfalto óptimo (%Asfopt) es el promedio de los tres datos de (% de asfalto) según criterios mencionados y que se obtienen de las gráficas respectivas.

% Asfopt = Asf1+Asf2+Asf3 3 5.4. La verificación consiste en entrar con el dato de %Asfopt a las gráficas de flujo, estabilidad y vacíos obteniendo esos valores que deben estar

dentro de los criterios de diseño y además que el porcentaje de vacíos de los agregados minerales sea superior a lo admisible según la siguiente tabla. Hay una tolerancia del 1% en los vacíos con aire. Tamaño máximo nominal de las partículas del agregado

% mínimo de vacíos en los agregadosminerales

No 16 No 8 No 4 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 ½" 2"

23.5 21 18 16 15 14 13 12 11.5

6. NORMATIVIDAD ESPECIFICACIONES INVIAS http://www.academia.edu/13030649/8.1._M%C3%A9todo_Marshall_para_el_dise%C3%B1o_de_ mezclas_asf%C3%A1lticas_en_caliente

https://www.youtube.com/watch?v=8M68JQkCGYE https://www.youtube.com/watch?v=A-Yq0uRLJNg