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INFORME MARSHALL PARA CONCRETOS ASFALTICOS TIPO MDC-2
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE TRANSPORTE Y VAS MATERIALES PARA INGENIERA
TUNJA 2012
JULIN RICARDO BAUTISTA
RICARDO BOLVAR TIBOCHA
LILIANA FERNANDA MORENO
ALEJANDRO PREZ FONSECA
CRISTIAN ROS HERNNDEZ
LILIANA TOCARRUNCHO FONSECA
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INFORME MARSHALL PARA CONCRETOS ASFALTICOS TIPO MDC-2
GRUPO 02
JULIN RICARDO BAUTISTA COD: 53-200720449
RICARDO BOLVAR TIBOCHA
LILIANA FERNANDA MORENO
COD: 53-200722059
COD: 53-200710668
ALEJANDRO PREZ FONSECA COD: 53-200820640
CRISTIAN ROS HERNNDEZ COD: 53-200821620
LILIANA TOCARRUNCHO FONSECA COD: 53-1125632
PRESENTADO AL PROFESOR: ING. MSC. GONZALO PREZ BUITRAGO
MONITOR:
SERGIO ALEJANDRO PEA PEDREROS
EN LA ASIGNATURA DE: MATERIALES PARA INGENIERA
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE TRANSPORTE Y VAS MATERIALES PARA INGENIERA
TUNJA 2012
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIN ....................................................................................... 6
1. OBJETIVOS ........................................................................................ 7
1.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................. 7
1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS ......................................................... 7
2. MARCO DE REFERENCIA ................................................................. 8
2.1. Diagrama de fases ........................................................................ 8
2.2. Deduccin de formulas ............................................................... 10
3. ENSAYOS DE LABORATORIO ........................................................ 12
3.1. Caracterizacin de agregados .................................................... 12
3.2. Granulometra ............................................................................. 13
3.3. Absorcin de agregados finos y gravedad especifica ................. 13
3.4. Absorcin de agregados gruesos y gravedad especfica ........... 16
3.2. CARACTERIZACIN DEL ASFALTO .............................................. 18
3.5. 3.2.1. Penetracin ....................................................................... 18
3.2.2. Gravedad especfica de materiales bituminosos y semislidos .. 19
3.2.3. Ignicin ....................................................................................... 20
3.3. FABRICACIN DE BRIQUETAS ...................................................... 21
3.3.1. Preparacin de materiales ............................................................. 21
3.3.2. Compactacin de la mezcla ....................................................... 23
3.4. Ensayo de estabilidad y flujo ............................................................. 25
3.5. Gravedad especfica mxima Gmm (rice) ......................................... 27
3.6. Gravedad especfica bulck y densidad de mezclas asflticas .... 29
3.6.1. No absorbentes .......................................................................... 29
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5
3.6.2. Absorbentes ............................................................................... 30
4. DATOS OBTENIDOS. ....................................................................... 31
4.1. Datos Obtenidos ......................................................................... 31
5. CLCULOS ....................................................................................... 36
DETERMINACIN DEL PORCENTAJE PTIMO DE ASFALTO ............ 46
6. DEDUCCION DE LA FORMULA DE TRABAJO ............................... 50
7. ANLISIS DE RESULTADOS ........................................................... 52
CONCLUSIONES Y COMENTARIOS ..................................................... 53
BIBLIOGRAFA ........................................................................................ 55
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6
INTRODUCCIN
La prctica actual del diseo de mezclas asflticas deja ver la importancia
de lograr propiedades volumtricas adecuadas en la carpeta asfltica
terminada, ya que de esto depende en gran medida el desempeo de la
superficie de rodamiento en su vida de servicio. De ah, la trascendencia
de simular de manera adecuada en el laboratorio la densificacin que
ocurre en campo, bajo la accin vehicular y de esta forma llegar a
frmulas de trabajo que permitan dosificar mezclas que exhiban un mejor
comportamiento en condiciones especficas de trnsito y clima.
El ensayo Marshall ha sido por largo tiempo en ingeniera uno de los
ensayos mas tiles para la evaluacin de mezclas densas en caliente, es
uno de los mas fundamentales y empricos que brinda la oportunidad de
mirar dos caractersticas reales y preestablecidas como lo son el flujo y la
estabilidad, fundamentales en la elaboracin de mesclas densas en
caliente para el caso evaluado una mezcla densa en caliente tipo dos.
El propsito del mtodo Marshall es determinar el contenido ptimo de
asfalto para una combinacin especfica de agregados. El mtodo
tambin provee informacin sobre propiedades de la mezcla asfltica en
caliente, y establece densidades y contenidos ptimos de vaco que
deben ser cumplidos durante la construccin del pavimento.
La evaluacin metdica y ordenada en los procedimientos y resultados
se exponen en el siguiente informe no sin antes tener una base terica del
material terico y especificaciones del INVAS que sern de uso general
en la obtencin de resultados, finalmente tanto metodologa,
procedimientos, datos de laboratorio, clculos, anlisis de resultados
deben ser aproximados a estas bases tericas.
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7
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Disear una mezcla de asfltica y obtener la frmula de trabajo
correspondiente, haciendo uso del mtodo Marshall, y as cumplir con los
requisitos mnimos de calidad de pavimento.
1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS
Realizar la granulometra de los agregados y conseguir las
fracciones suficientes para disear briquetas con diferentes
contenidos de asfalto.
Construir de manera metdica de las briquetas con los porcentajes
y granulometras indicadas para poder obtener los datos
correspondientes al flujo y la estabilidad.
Obtener los pesos especficos y gravedad especifica bulk en cada
muestra o briqueta.
Con el principio de Arqumedes determinar los volmenes de cada
briqueta.
Desarrollar el proceso de datos y graficas para poder observar la
tendencia del flujo y la estabilidad en este tipo de mezcla MDC-2.
Determinar el Peso Especfico Mximo Medido Gmm, mediante el
mtodo RICE.
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8
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. Diagrama de fases
Las mezclas asflticas en caliente o fro se pueden reconocer mediante
un anlisis de diagrama de fases en cual se identifican partes como,
volmenes de bitumen, volumen de agregados, volumen de aire; estos
pueden ser identificados de manera analtica con los diagramas de fases
pero sin dejar de lado tambin que en ellos estarn siempre presentes
pesos de agregados, peso de material bituminoso.
Los diagramas de fases se consolidad tanto en la parte experimental
(briquetas y rice); as como en la parte terica de la cual se puede hacer
una anlisis mas exhaustivo y preciso.
De lo anterior se procede a ilustrar mediante un grafico de relaciones de
fase:
Figura No.1 Representacin analtica por medio de diagrama de fases en una mescla asfltica
Briqueta compactada
Fuente: autores
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9
En el diagrama de la briqueta compactada se encuentra:
Va= Volumen de aire
Vbe= Volumen bitumen efectivo
Vba= Volumen bitumen absorbido
Vag= Volumen en agregados
Vb= Volumen del bitumen
%Asf=Pb= porcentaje o peso de material de bitumen
%Agr= porcentaje o peso de material de agregados.
As mismo encontramos tambin estos componentes en el ensayo por el
mtodo rice:
Figura No.2 Representacin analtica por medio de diagrama de fases en una mescla asfltica
Rice
Fuente: autores
Vmm= Volumen muestra total saturada
% asf= Cantidad de asfalto
% agr= Cantidad de agregados
Finalmente encontramos para la parte terica en los diagramas de fase
con:
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10
Figura No.3 Representacin analtica por medio de diagrama de fases en una mescla asfltica
Terica
Fuente: autores
Vmt= Volumen de la muestra
% asf= Cantidad de asfalto
% agr= Cantidad de agregados
2.2. Deduccin de formulas
Con ayuda de los anteriores diagramas de fases y con el mismo principio
que se tiene en la mecnica de suelos en la evaluacin por diagramas de
fase, podemos determinar las formulas correspondientes que relacionan
pesos y volmenes de la mezcla, entonces al hacer las primeras
relaciones previas a esta partimos del principio que la densidad de un
cuerpo se da por:
De esta se partir paralas deducciones en las ecuaciones que sean
necesarias para los anlisis en los diagramas de fase correspondientes:
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11
COMPOSICIN VOLMENES MEZCLA COMPACTADA
Calculo del volumen de Aire Va:
(
)
[
]
Calculo del VMT :
[
]
[
]
De las dos anteriores deducciones podemos tambin obtener la
ecuacin de Vba as:
Composicin de las dos ecuaciones anteriores
[
]
Se puede deducir la ecuacin tambin de bitumen especifico de al
tener la siguiente relacin de ecuaciones as:
[
]
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12
[
]
Para el volumen de agregados as (Va):
[
]
[
]
Finalmente para el calculo del volumen del bitumen efectivo se tiene
que:
3. ENSAYOS DE LABORATORIO
3.1. Caracterizacin de agregados
En la caracterizacin de los agregados se utilizo los diferentes ensayo
que contempla en manual de especificaciones del Invas 2007, de donde
surgen sin duda alguna la mayora de parmetros que se deben tener en
cuenta para la preparacin de los materiales que componen el ensayo
como lo son :
Porcentaje en caras fracturadas Inv e-227-07
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13
Cantidad de material fino que pasa el tamiz no.200 en los agregados Inv E-
214-07.
Determinacin del contenido orgnico en suelos mediante prdida por
ignicin Inv E-121-07.
Determinacin del contenido orgnico en suelos mediante prdida por
ignicin Inv E-121-07.
Determinacin del contenido orgnico en suelos mediante prdida por
ignicin. Inv e-121-07.
Equivalente de arena de suelos y agregados finos. Inv e-133-07
Gravedad especfica y absorcin de agregados finos. Inv e-222-07.
3.2. Granulometra
En cuanto a la granulometra fue necesario referirse a la tabla que se
encuentra en el artculo 450 del manual de especificaciones generales del
Invas la cual por medio de bandas o franjas granulomtricas establece la
adecuada granulometra en agregados que se requiere
Tabla 1. Franjas granulomtricas para mezclas asflticas en caliente
FUENTE: INVIAS, Especificaciones Generales Para La Construccin De Carreteras, Articulo 450 748.
3.3. Absorcin de agregados finos y gravedad especifica
Inicialmente se toma un peso aproximadamente de 500g de material
superficialmente seco.
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14
Figura No. 4 registro de pesos para el ensayo.
Fuente: los autores
A continuacin se efecta la calibracin del matraz mediante el
procedimiento descrito en varias ocasiones como bao de mara restando
agua una ves se sobrepase el menisco y se registro su peso son el
contenido de agua ajustado al aforo del matraz.
Figura No.5 Calibracin matraz
Fuente: autores
Al realizar este procedimiento fue tomado una muestra de 500g de
material fino y es adicionada al matraz calibrado
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15
Figura No. 6 Material fino y matraz
Fuente: los autores
Una vez el material este dentro del matraz se retiras los vacos que existen a material
orgnico y aire acumulado en las partculas.
Figura No.7 eliminacin de vacos
Fuente: los autores
Despus de este proceso la mezcla se deja en reposo introducida en el
matraz por espacio de 30 minutos
Figura No.8 eliminacin de vacos
Fuente: los autores
Al concluir el tiempo de reposo del matraz y la muestra se esparce el
material proporcionalmente en un recipiente y es llevado al horno para ser
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16
secado durante un espacio de 24horas a una temperatura de110 5 C
con el objetivo de haber tomado y pesado su cantidad.
Figura No. 9 Muestra esparcida en platn y secado
Fuente: los autores
3.4. Absorcin de agregados gruesos y gravedad especfica
Despus del periodo en el horno aproximadamente de 24 horas en
inmersin dentro de una la solucin para saturarlo, el material es secado
parcialmente con una toalla para eliminar el exceso de solucin o agua.
Figura No. 10 Secado
Fuente: Los autores
Se hallo la masa del material superficialmente seco y empleando
un balanza de triple brazo, es sumergirla en agua y se registro este
peso
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Figura No.11
Inmersin del material en agua y registro de peso
Fuente: Los autores
El material fue secado en el horno a una temperatura de 110 5C
durante un espacio de 24 horas aproximadamente con la finalidad
de encontrar su peso ideal.
Figura No.12 Secado
Fuente: Los autores
Despus de completado el tiempo en el horno se dejo el material
enfriar a temperatura ambiente; ya que si se aplica otro mtodo de
enfriamiento el material podra fracturarse
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Figura No. 13 Masa seca
Fuente: Los autores
3.2. CARACTERIZACIN DEL ASFALTO
Para la caracterizacin de los asfaltos se utilizaron tres ensayos
considerados indispensables para el ensayo Marshall.
3.5. 3.2.1. Penetracin
Se caliento el liquido asfaltico a una temperatura inferior a los 180
grados centgrados (para evitar puntos de chispa o llama), por un
periodo de menor a 30 minutos.
Se procedi llenar la copa de Cleveland, golpendola suavemente
durante el llenado para extraer posibles vacos presentes en la
muestra.
FIGURA No.14 Enfriamiento en la copa Cleveland
Fuente: autores
Se lleva a cabo el proceso de enfriamiento a temperatura
ambiente.
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19
Se procedi a colocar la muestra en bao Mara para calentarlo en
el soporte con una condicin normalizada, sobre la aguja del
penetrometro.
Se acciona el mecanismo de este y se realiza la medicin en un
tiempo de 5 segundos de penetracin por cada libre.
Figura No. 15 Mecanismo accionado para la penetracin
Fuente: Elaboracin Propia.
Esta muestra indico un factor de penetracin de 70 lo cual
mostro que es apto para el ensayo.
Figura No.16 marcacin de la penetracin luego de 5 seg.
Fuente: Elaboracin Propia.
3.2.2. Gravedad especfica de materiales bituminosos y
semislidos
Se caliento la muestra de asfalto mezclndola uniformemente,
hasta que est lo suficientemente fluida para ser vertida.
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20
Figura No.17 procedimiento del picnmetro.
Fuente: Elaboracin Propia.
Se verti la muestra en un picnmetro limpio y seco, hasta llenar tres
cuartos de su capacidad, tomando precauciones para que no quede
fracciones de muestra en las paredes ni burbujas, para evitarlo se dieron
golpes muy suaves en la base del picnmetro para extraer vacos.
Se deja enfriar hasta que el material bituminoso este a temperatura
ambiente.
Se determino el peso del picnmetro con la muestra incluida y el
tapn puesto.
Figura No. 18 pesaje el picnmetro con tapn.
Fuente: elaboracin propia.
Luego del enfriamiento se llena el picnmetro con la muestra de
agua, se le pone el tapn y se determina el peso en el aire.
3.2.3. Ignicin
Se tomo una cantidad aproximada de 500g de material bituminoso
y se deposito en el molde el cual se llevo a fuego constante.
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21
Pasando primero por su punto de chispa el cual mostro estar entre
los 210-220 grados centgrados.
Se fue regulando su temperatura para mostrar que su punto de
ignicin se encontraba entre los 250-270 grados centgrados.
3.3. FABRICACIN DE BRIQUETAS
3.3.1. Preparacin de materiales
Se utilizo material de agregado en cantidades de 1200 gramos
aproximadamente por briqueta, dependiendo del porcentaje de asfalto
requerido en cada una, segn la tabla de pesos retenidos para el armado
de estas.
Tabla No. 2. Pesos retenidos por tamiz segn la especificacin en una MDC-2 (5 al 7%)
Fuente: autores
Se realizo el tamizaje de los materiales. (Norma 450 Manual de
Especificaciones del Invas).
Tabla No. 3 disposicin de tamices para la banda granulomtrica
Tamiz[pulg] D[mm] Especificacin MDC-2
3/4" 19.05 100 100
1/2" 12.70 80 95
3/8" 9.53 70 88
4 4.699 49 65
10 1.651 29 45
40 1.168 14 25
80 0.18 8 17
Peso granulometria 1140 1134 1128 1122 1116
Tamiz[pulg]D[mm] %Restenido tamiz 5% de Asfalto+95%agregado 5.5% de Asfalto+94.5%agregado 6% de Asfalto+94%agregado 6.5% de Asfalto+93.5%agregado 7% de Asfalto+93%agregado
3/4" 0
1/2" 12.5 142.5 141.75 141 140.25 139.5
3/8" 8.5 96.9 96.39 95.88 95.37 94.86
4 22 250.8 249.48 248.16 246.84 245.52
10 20 228 226.8 225.6 224.4 223.2
40 17.5 199.5 198.45 197.4 196.35 195.3
80 7 79.8 79.38 78.96 78.54 78.12
200 6.5 74.1 73.71 73.32 72.93 72.54
6 68.4 68.04 67.68 67.32 66.96
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22
200 0.075 4 8
Fuente: autores
Se obtuvieron las cantidades correctas de material retenido en
cada tamiz.
Figura No.19 Pesaje armado de las briquetas.
Fuente: Elaboracin Propia.
Figura No.19 armado de las briquetas.
Fuente: Elaboracin Propia.
Se procedi a calentar los materiales de agregado en un recipiente
en la estufa para poder mantenerlos a una temperatura igual al la del
material bituminoso (estabilizado a 150C) y as permitir la saturacin en
los poros y un recubrimiento total de los agregados.
Figura No. 20 mezcla de agregado y asfalto
-
23
Fuente: Elaboracin Propia.
3.3.2. Compactacin de la mezcla
Se realizo una mezcla homognea (temperatura de 150 C), de
todo el material en caliente.
Figura No. 21 coordinacion de temperaturas de trabajo
Fuente: Elaboracin Propia.
Se lubrico el molde con aceite tipo pesado para facilitar la
compactacin de las briquetas y se paso ala prensa Marshall de
compactacin para realizar su compactacin a una energa de 75 golpes
por cara.
Se adiciono el material, y en la parte superior fue colocado un
papel de filtro que recubra la mezcla evitando prdidas o rebasamiento.
Se coloco un filtro en la parte inferior del los moldes y la superior
para poder compactar y evitar la perdida de finos.
Figura No. 22 moldes y filtros
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24
Fuente: Elaboracin Propia
Figura No. 22 montaje en la prensa Marshall
Fuente: Elaboracin Propia.
Figura No. 23 proceso de compactacion
Fuente: Elaboracin Propia.
Posteriormente de la compactacin se llevo la briqueta ya compactada y
se le coloco una bolsa, para ser sometida a al bao con agua y ser
sacada o desmoldada.
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25
Figura No 24 extraccin de briquetas.
Fuente: Elaboracin Propia.
Luego de ser compactada la probeta se retira del soporte de
compactacin para llevarlo a la mquina de extraccin.
Se marco cada briqueta correspondiente a su porcentaje de
material bituminoso.
Figura No.25 marcado segn su porcentaje
Fuente: elaboracin propia
3.4. Ensayo de estabilidad y flujo
Se realizaron tres briquetas para cada porcentaje (5 al 7%), con
variaciones en la cantidad de bitumen de 0.5%, posteriormente se fallaron
para determinar su estabilidad y flujo.
Se sumergieron en agua a 60C, despus de 24 horas de la
compactacin durante 40 minutos para simular el envejecimiento del
asfalto por condiciones de intemperismo.
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26
Figura No. 26 inmersin en agua a 60
Fuente: Elaboracin Propia.
Con esta condicin de temperatura en agua se simularon condiciones de
abrasin y desgaste en condiciones de ambiente normal. Despus del
periodo de inmersin, se retiraron por grupos de acuerdo al porcentaje
asignado. Se limpiaron y lubricaron las mordazas. Se ubico el dispositivo
medidor para deformacin el cual mide esta condicin en milmetros
(flujo), quedando en el lector digital la ltima medida (carga). Una vez la
briqueta no soporta ms carga llegara a su punto de falla.
Figura No.27 montaje en mordazas compresin diametral
Fuente: Elaboracin Propia.
Figura No.28 aplicacin de precarga y aceracin de medidores
Fuente: Elaboracin Propia.
-
27
Falladas las briquetas se obtuvieron los resultados en cada valor del
porcentaje trabajado.
Figura No. 29 Muestras falladas
Fuente: Elaboracin Propia.
3.5. Gravedad especfica mxima Gmm (rice)
Se tomo una muestra representativa en cada porcentaje trabajado
con peso igual a 1000 gramos los que se tomaron de una briqueta
elaborada para este fin.
Figura No. 30 briqueta Rice
Fuente: elaboracin propia
La muestra no se debe compactar para este mtodo, debe estar
suelta y mezclada adecuadamente, todas las partes solidas deben estar
recubiertas por material bituminoso.
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28
Despus se disgrego el material y se sumergieron los 2000
gramos, recubrindolos con agua hasta la marca de aforo tapndolo por
su parte superior para evitar la salida de aire.
Figura No.31 Disgregacin del material
Fuente: elaboracin propia
Se lleno el molde de la maquina rice y se registro su peso
Figura No.32 peaje del material y calibracin
Fuente: elaboracin propia
Se llevo a la bomba de vaco la cual genero una succin de vacos
y burbujas presentes en la mezcla, lo que nos garantiza la eliminacin de
vacos al interior de la mezcla finalmente Se registr el peso.
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29
Figura No.33 extraccin vaco y saturacin hasta marca de aforo
Fuente: elaboracin propia
3.6. Gravedad especfica bulck y densidad de mezclas asflticas
Estos ensayos como son MDC-2 necesariamente se para finaron todas
las briquetas y compactadas a 75 golpes.
3.6.1. No absorbentes
Se tomo la briqueta, una vez compactada se peso en la balanza.
Enseguida con ayuda del lastre se sumergi en el agua, observando y
estando atentos a que en la muestra no se filtre agua por medio de su
estructura.
Figura No. 33 Pesaje de cada briqueta en aire y agua
Fuente: Elaboracin Propia.
-
30
3.6.2. Absorbentes
Las briquetas que se observaron con demasiadas porosidades o fisuras,
se sumergieron en parafina derretida para ser cubiertas por una capa fina.
La parafina acta como un permeabilizante de la briqueta, ya que su
objetivo es evitar la saturacin interna o superficial de los poros de la
briqueta cuando est en contacto con agua.
Figura No.34 parafina Gs=0.92
Fuente: Elaboracin Propia.
Se tomo el peso de la briqueta con y sin parafina, luego de cubrirla
totalmente con parafina se sumergi en agua con ayuda del lastre. Se
registro su peso en agua para los clculos del Gsbulk.
Figura No. 35 pesaje y toma de datos Gmb
Fuente: Elaboracin Propia.
-
31
Se secaron las briquetas y se realizo el raspado de la parafina con
una esptula teniendo cuidado de no alterar las condiciones inciales de la
muestra.
Figura No. 36 Raspado parafina
Fuente: Elaboracin Propia.
4. DATOS OBTENIDOS.
Durante el ensayo se tomaron diferentes datos que se registraron en
tablas de para lograr hacer un excelente anlisis y clculos los cuales
se realizaron en hoja dinmica de Excel, los que se expondrn en el
siguiente titulo del ensayo por ahora se muestra la informacin
recolectada para los distintos clculos que corresponden al ensayo
Marshall.
4.1. Datos Obtenidos
Se comenz por realizar la granulometra correspondiente a cada briqueta
y su porcentaje de asfalto contendido segn la norma y especificacin con
la siguiente serie de tamices:
Tabla No. 4 Pesos retenidos por tamiz segn la especificacin en una MDC-2 (5 al 7%)
Tamiz[pulg] D[mm] Especificacin MDC-2
3/4" 19.05 100 100
1/2" 12.70 80 95
3/8" 9.53 70 88
4 4.699 49 65
10 1.651 29 45
-
32
40 1.168 14 25
80 0.18 8 17
200 0.075 4 8
Fuente: autores
Grafica No. 1 Banda granulomtrica
Fuente: autores
En este sentido se generan los siguientes clculos y pesos retenidos de
cada briqueta, suponiendo desde en comienzo que se debe realizar tres
briquetas en cada porcentaje:
Tabla No. 5 Pesos retenidos por tamiz segn la especificacin en una MDC-2
(5 al 7%)
Fuente: autores
100
80
70
49
29
148
4
10095
88
65
45
25
17
8
0
20
40
60
80
100
120
0.010.101.0010.00100.00
%Pasa
D[mm]
Banda de Trabajo
Especificacion de MDC2-5-7% asfalto
Peso granulometria 1140 1134 1128 1122 1116
Tamiz[pulg]D[mm] %Restenido tamiz 5% de Asfalto+95%agregado 5.5% de Asfalto+94.5%agregado 6% de Asfalto+94%agregado 6.5% de Asfalto+93.5%agregado 7% de Asfalto+93%agregado
3/4" 0
1/2" 12.5 142.5 141.75 141 140.25 139.5
3/8" 8.5 96.9 96.39 95.88 95.37 94.86
4 22 250.8 249.48 248.16 246.84 245.52
10 20 228 226.8 225.6 224.4 223.2
40 17.5 199.5 198.45 197.4 196.35 195.3
80 7 79.8 79.38 78.96 78.54 78.12
200 6.5 74.1 73.71 73.32 72.93 72.54
6 68.4 68.04 67.68 67.32 66.96
-
33
Los datos recolectados durante el ensayo se dispusieron en una tabla
general facilitan la interpretacin de la informacin as:
Tabla No. 6 Pesos retenidos por tamiz segn la especificacin en una MDC-2
(5 al 7%)
Fuente: autores
Posteriormente se hizo en hoja dinmica de Excel en la que se realizaron
todos los clculos y graficas. Los que se expondrn en el siguiente titulo
del ensayo por ahora se muestra la informacin recolectada para los
distintos clculos que corresponden al ensayo Marshall:
Granulometra y disposicin de los tamices de acuerdo a al articulo 450
del manual de construccin de carreteras de Invas 2007.
Tabla No. 7 Relacin briquetas y porcentaje asfalto y agregados.
ITEM % Asfalto % Agregado
1 5 95
Flujo
ITEM % Asfalto % Agregado P. briqueta aire, gP. (b+p)
aire, g
P. (b+p)
sumergida,
g
Peso seco muestra, g Peso recipiente + agua a 25C, gPeso recipiente + muestra + agua a
25C, gMedida, kg 0,01"
5 95 6.855 6.690 6.790 1113 1114 587.81 959 18.42
5 95 6.770 6.775 7.025 1137 1150 603.75 1031 4.20
5 95 6.720 6.880 6.790 1143 1154 614.8 1052 1.89
5.5 94.5 7.180 7.150 7.170 1143 1151 596.26 981 4.05
5.5 94.5 7.250 7.190 7.260 1151 1162 591.74 887 3.80
5.5 94.5 7.130 7.190 7.110 1153 1159 580.61 820 5.88
6 94 6.600 6.800 6.700 1157 1170 616.7 1998 4.13
6 94 6.900 6.900 6.700 1147 1160 594.05 1289 3.45
6 94 6.800 6.800 6.700 1156 1164 599.02 870 5.03
6.5 93.5 6.650 6.590 6.730 1155 1161 610.46 1013 9.85
6.5 93.5 6.700 6.720 6.690 1167 1173 661.6 949 12.02
6.5 93.5 6.720 6.630 6.600 1164 1168 631.4 1002 5.41
7 93 6.250 6.330 6.310 1155 1163 622.3 889 9.96
7 93 6.960 6.890 6.950 1161 1169 613.41 1159 5.93
7 93 7.000 6.900 7.100 1159 1163 630.1 905 2.96
Datos generales
1
2
Gmm Estabilidad
1934
1912
1975
Espesor en cm
Gbulk
5
4
3
67805640
5640
70195847
67575640
DATOS DE LABORATIRIO
2049
1963 66975640
6818
-
34
5 95 5 95
2
5.5 94.5
5.5 94.5
5.5 94.5
3
6 94
6 94
6 94
4
6.5 93.5
6.5 93.5
6.5 93.5
5
7 93
7 93
7 93
Fuente: autores
Posteriormente definidos las cantidades en cada una de las briquetas
segn la especificacin se tiene la siguiente tabla que relaciona las
cantidades finales por peso en cada briqueta.
Tabla No.8 Datos generales para la elaboracin por pesos en briquetas.
W( gramos cada briqueta) Peso asfalto para briquetas(g)
5% de Asfalto+95%agregado 1140 60
5.5% de Asfalto+94.5%agregado 1134 66
6% de Asfalto+94%agregado 1128 72
6.5% de Asfalto+93.5%agregado 1122 78
7% de Asfalto+93%agregado 1116 84
Fuente: autores
A continuacin encontramos los datos obtenidos en laboratorio de las
quince briquetas correspondientes a:
: Peso de la briqueta seca al aire
: Peso de la briqueta parafinada en el aire
: Peso de la briqueta parafinada sumergida en el agua
-
35
Tabla No.9 Pesos para el clculo de densidades bulk(g)
% ASFALTO
Briquetas Wa Wap Wwp
5
1 1113 1114 587,81
2 1137 1150 603,75
3 1143 1154 614,8
5,5
4 1143 1151 596,26
5 1151 1162 591,74
6 1153 1159 580,61
6
7 1157 1170 616,7
8 1147 1160 594,05
9 1156 1164 599,02
6,5
10 1155 1161 610,46
11 1167 1173 661,6
12 1164 1168 631,4
7
13 1155 1163 622,3
14 1161 1169 613,41
15 1159 1163 630,1 Fuente: autores
Datos obtenidos del mtodo rice
A = Peso mezcla suelta
D = Peso matraz + agua hasta marca de aforo
E = Peso probeta + agua + mezcla suelta
Tabla No. 10 Datos de ensayo gmm rice
% ASFALTO A (g) D (g) E (g)
5 1934 5640 6780
5,5 1912 5640 6757
6 1975 5847 7019
6,5 2049 5640 6818
7 1963 5640 6697
-
36
Fuente: autores
Por ltimo el registro de los datos obtenidos en laboratorio de estabilidad
y flujo de cada una de las briquetas:
Tabla No. 11
Datos Estabilidad y flujo
Fuente: autores
5. CLCULOS
Los clculos realizados a los datos obtenidos en laboratorio se muestran
a continuacin en tablas con las formulas usadas y un ejemplo para cada
una de ellas:
Tabla No. 12 Datos asimilados para los clculos
Datos Estabilidad y flujo
# Briquetas % ASFALTO ESTABILIDAD (Kg) FLUJO( 0.01mm)
1
5
959,0 18,423 2 1031,0 4,199
3 1052,0 1,894
4 5,5
981,0 4,045
5 887,0 3,8 6 820,0 5,884 7
6 1998,0 4,131
8 1289,0 3,454 9 870,0 5,028
10 6,5
1013,0 9,852 11 949,0 12,023 12 1002,0 5,406 13
7 889,0 9,957
14 1159,0 5,93 15 905,0 2,959
Datos asimilados calculados en la caracterizacin de agregados y asfalto tem Valor unidad
Peso especfico agregados 2,541 g/cm3
-
37
Fuente: autores
PESO ESPECFICO BULK
G bulk (gr/cm3)
Donde:
: Peso de la briqueta seca al aire
: Peso de la briqueta parafinada en el aire
: Peso de la briqueta parafinada sumergida en el agua
: Peso especifico de la parafina
Para la briqueta 1tenemos:
G bulk (gr/cm3)
= 2,120
PESO ESPECFICO BULK PROMEDIO
G bulk (gr/cm3)
Para las tres briquetas de asfalto del 5% obtenemos:
G bulk (gr/cm3)
Peso especfico asfalto 1,013
Peso especifico parafina 0,92
-
38
Los resultados de G bulk y G bulk promedio para cada porcentaje de
asfalto se muestran en la siguiente tabla:
Tabla No. 13 Calculo de las densidades G bulk
Calculo de las densidades % ASFALTO Briquetas Gs bulk(g/cm3) Promedio Gmb Unidades
5
1 2,120 2,141 g/cm3 2 2,137
3 2,168
5,5
4 2,093 2,057 g/cm3 5 2,062
6 2,016
6
7 2,146 2,101 g/cm3 8 2,079
9 2,078
6,5
10 2,123 2,207 g/cm3 11 2,311
12 2,187
7
13 2,171 2,162 g/cm3 14 2,123
15 2,193 Fuente: autores
PESO ESPECFICO MXIMO MEDIDO (RICE)
G mm =
Donde:
A = Peso mezcla suelta
D = Peso matraz + agua hasta marca de aforo
E = Peso probeta + agua + mezcla suelta
Para porcentaje de asfalto igual al 5% tenemos:
G mm =
= 2.436 gr/cm3
-
39
Los resultados del peso especfico mximo medido (Gmm) para cada
porcentaje de asfalto se muestran a continuacin:
Tabla No. 14 Calculo del Gmm rice
Calculo por el metodo James Rice % ASFALTO briquetas Gmm(g/cm3)
5 1 2,436
5,5 1 2,405
6 1 2,460
6,5 1 2,352
7 1 2,167 Fuente: autores
PESO ESPECFICO TERICO
G mt (gr/cm3) =
Donde:
Gmt = Peso especfico terico
% agr = Porcentaje de agregados
% asf = Porcentaje de asfalto
Gagr = Peso especfica ponderado de los agregados
Gasf = Peso especfico del asfalto
Para porcentaje de asfalto del 5% tenemos:
G mt (gr/cm3) =
= 2.363 gr/cm3
Los resultados obtenidos de peso especfico terico para cada porcentaje
de asfalto se muestran en la siguiente tabla:
Tabla No.15
-
40
Gmt para los porcentajes.
% ASFALTO Gmt(g/cm3)
5 2,363
5,5 2,346
6 2,330
6,5 2,314
7 2,298 Fuente: autores
COMPOSICIN VOLUMTRICA
Donde:
%V agr = Porcentaje que ocupa el agregado con respecto al volumen total
de la probeta
%agr = Porcentaje de agregados
Gs agr=Peso especfica ponderado de los agregados
G bulk= Peso especfico de cada probeta
%Vv= Porcentaje de vacos con aire con respecto al volumen total de la
probeta
Gs bulk= Peso especfico de cada probeta
GMM=Peso especfico mximo medido
%Vae= Porcentaje de asfalto efectivo con respecto al volumen total de la
probeta.
-
41
%V AGR= Porcentaje que ocupa el agregado con respecto al volumen
total de la probeta
%Vv= Porcentaje de vacos con aire con respecto al volumen total de la
probeta.
La composicin volumtrica para porcentaje de asfalto del 5% es
entonces:
[
]
Las relaciones volumtricas de acuerdo al porcentaje de asfalto se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla No. 16 Relaciones volumtricas de acuerdo al porcentaje de asfalto
Fuente: autores
% Asfalto %V AGR= %Vv= %Vb=
80.06 12.09 7.85
76.50 14.47 9.03
77.72 14.58 7.70
81.22 6.18 12.61
79.14 0.20 20.66
6
6.5
7
5
5.5
Calculo de relaciones volumetricas
-
42
Grfica No. 2
Fuente: autores
Grfica No. 3
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
%Vv; %VAGR, %Vb
Grafica No. 2 ResumenDiagrama de volumnes presentes en las briquetas
5% 5.5% 6% 6.5% 7%
-
43
Fuente: autores
Grfica No. 4
Fuente: autores
Grfica No. 5
77%
14%
9%
Proporciones Volumentricas para 5.5% asfalto
%V AGREGADOS %V VOLUMEN VACIOS %V BITUMEN
78%
14%
8%
Porpociones Volumetrcias para 6% asfalto
%V AGREGADOS %V VOLUMEN VACIOS %V BITUMEN
-
44
Fuente: autores
Grfica No. 6
Fuente: autores
PORCENTAJE DE VACOS EN AGREGADOS MINERALES
81%
6% 13%
Proporciones Volimetricas para 6.5% asfalto
%V AGREGADOS %V VOLUMEN VACIOS %V BITUMEN
79%
0%
21%
Proporciones Volumetricas para el 7% asfalto
%V AGREGADOS %V VOLUMEN VACIOS %V BITUMEN
-
45
Para porcentaje de asfalto del 5% obtenemos:
PORCENTAJE DE VACOS LLENOS DE ASFALTO
39.39%
Tabla No.17
Porcentajes de VAM y VAF para cada porcentaje de asfalto
Calculo de porcentaje de vacos en agregados
minerales y Vacos llenos de asfalto
% Asfalto % VAM % VAF
5 19,94 39,39
5,5 23,50 38,42
6 22,28 34,55
6,5 18,78 67,12
7 20,86 99,02
Fuente: autores
ESTABILIDAD
-
46
De acuerdo a los espesores de las probetas se aplica un factor de
correccin a la estabilidad hallada de la siguiente manera obteniendo el
valor de estabilidad corregida para cada briqueta.
Tabla No. 18
Correccin datos para la estabilidad
Correccin de la estabilidad Marshall
# briquetas
% asfalto
altura ( mm)
ESTABILIDAD (Kg)
FACTOR DE CORRECCIN
estab. Corregida
Estabilidad promedio
5,0
1 67,8 959 0,903 865,977
907,359 2 68,6 1031 0,884 911,404
3 68,0 1052 0,898 944,696
5,5
4 71,7 981 0,828 812,268
740,616 5 72,3 887 0,820 727,340
6 71,4 820 0,832 682,240
6,0
7 67,0 1998 0,923 1844,154
1259,571 8 68,3 1289 0,890 1147,210
9 67,7 870 0,905 787,350
6,5
10 66,6 1013 0,932 944,116
918,637 11 67,0 949 0,923 875,927
12 66,5 1002 0,934 935,868
7,0
13 63,0 889 1,013 900,557
895,512 14 69,3 1159 0,871 1009,489
15 70,0 905 0,858 776,490 Fuente: autores
DETERMINACIN DEL PORCENTAJE PTIMO DE ASFALTO
Tabla No. 19
Resultados del ensayo Marshall
% Asfalto Gbulk estabilidad
corregida
flujo %VTM % VAM % VAF
5 2,141 907,359 4.2 12,09 19,94 39,39
5,5 2,057 740,616 3.8 14,47 23,50 38,42
6 2,101 1259,571 5.0 14,58 22,28 34,55
-
47
6,5 2,207 918,637 9.9 6,18 18,78 67,12
7 2,162 895,512 10.0 0,20 20,86 99,02
Fuente: autores
Grafica No: 7
% Asfalto Vs Peso unitario
Fuente: autores
Grafica No: 8
% Asfalto Vs Estabilidad
2.050
2.060
2.070
2.080
2.090
2.100
2.110
2.120
2.130
4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Gs bulk(g/cm3)
% asfalto
0.000
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1000.000
1100.000
1200.000
1300.000
1400.000
4.5 5 5.5 6 6.5 7
Estabilidad( kg)
% asfalto
-
48
Fuente: autores
Grafica No: 9
% Asfalto Vs Flujo
Fuente: autores
Grafica No: 10
% Asfalto Vs %VTM
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
flujo( mm)
T% asfalto
-
49
Fuente: autores
Grafica No:11
% Asfalto Vs % VAM
Fuente: autores
Grafica No: 12
% Asfalto Vs % VAF
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5
%VTM
% asfalto
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
%VAM
% asfalto
-
50
Fuente: autores
6. DEDUCCION DE LA FORMULA DE TRABAJO
Tipos de caractersticas de los agregados
Como se caracterizaron los agregados por lo distintos tipos de ensayos
presentes para los agregados, se pude inferir que los distintos valores
para los Gsi fueron dados y calculados en los laboratorios que son de
carcter al primer 50% acadmico de donde se obtiene de estos un valor
cercano al 2.541 de estos.
Dosificacin granular
La dosificacin granular de los mismos se puede ver en resumen en la
presente tabla.
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
110.00
4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
% VFA
%asfalto
-
51
La anterior se anexa en medio magntica como fiel copia del trabajo para
el presente ensayo.
Valores de gravedad especifica
Tanto los valores de la gravedad especifica en las briquetas fueron
calculadas con xito as como las del Gmm Rice por tal motivo se
muestran a continuacin su resultados.
Caractersticas del asfalto
El asfalto se caracterizo por los distintos mtodos, por lo cual se asimilo
que el valor mas conveniente seria el del mtodo del picnmetro el cual
fue de 1.031
Peso granulometria 1140 1134 1128 1122 1116
Tamiz[pulg] D[mm] Punto Medio %Restenido tamiz 5% de Asfalto+95%agregado 5.5% de Asfalto+94.5%agregado 6% de Asfalto+94%agregado 6.5% de Asfalto+93.5%agregado 7% de Asfalto+93%agregado
3/4" 19.05 100 100 100 0
1/2" 12.70 80 95 87.5 12.5 142.5 141.75 141 140.25 139.5
3/8" 9.53 70 88 79 8.5 96.9 96.39 95.88 95.37 94.86
4 4.699 49 65 57 22 250.8 249.48 248.16 246.84 245.52
10 1.651 29 45 37 20 228 226.8 225.6 224.4 223.2
40 1.168 14 25 19.5 17.5 199.5 198.45 197.4 196.35 195.3
80 0.18 8 17 12.5 7 79.8 79.38 78.96 78.54 78.12
200 0.075 4 8 6 6.5 74.1 73.71 73.32 72.93 72.54
6 68.4 68.04 67.68 67.32 66.96
(gramos de agregados)= 1140 1134 1128 1122 1116
Peso asfalto para briquetas(g) 60 66 72 78 84
Especificacion
Pesos a obtener por muestra agregados luego del tamizado
% ASFALTO Briquetas Gs bulk(g/cm3) Promedio Gmb unidades
1 2.120
2 2.137
3 2.168
4 2.093
5 2.062
6 2.016
7 2.146
8 2.079
9 2.078
10 2.123
11 2.311
12 2.187
13 2.171
14 2.123
15 2.193
2.162
Calculo de las densidades
g/cm3
g/cm3
2.141
2.057
2.101
2.207
g/cm3
g/cm3
g/cm3
5.5
6
6.5
7
5
-
52
Curva reolgica
En la curva reolgica se entre con el valor de Pb promedio que se obtuvo
de las graficas en estabilidad, flujo, y Pbpromedio= as:
Pb Promedio
Pba estabilidad= 6
Pbb Gm bulk= 6
Pbc Flujo= 6.7
promedio 6.23
7. ANLISIS DE RESULTADOS
Con los resultados obtenidos de las anteriores graficas y clculos
realizados se vio que para una capa de rodadura o superficie de contacto
de una NT3 y las graficas de densidad bulk(g/cm3) y estabilidad(kg) los
valores correspondientes al optimo estaran aproximadamente 6% y 7% o
para ser mas exacto 6.33% de contenido de asfalto respectivamente
entonces de estas tres graficas se pudo inferir que el porcentaje requerido
segn el ensayo Marshall y las tabla 450.2 en las especificaciones
cumple y esta dentro del rango aceptado para estos datos y el ensayo,
pues estn establecidos entre 5% y el 7% de contenido de asfalto,
dejando as un contenido optimo de asfalto.
En este mismo sentido los datos obtenidos de porcentaje de agregados y
los porcentajes de hallados VFA se observo que estos eran
correspondientes al valor de 34% al 98% Lo cual indica que cumple con
los valores aproximados y establecidos en el porcentaje de vacos llenos
de asfalto. En las relaciones volumtricas determinadas por VAM se vio
que estuvieron dentro de un rango aceptable al 18% al 20%
aproximadamente dando lugar a un llenado y relacin correcta con los
agregados en cada uno de los porcentajes de contenido de asfalto
trabajados.
-
53
CONCLUSIONES Y COMENTARIOS
Lo correcta gradacin y preparacin de los materiales agregados ptreos
hizo que se pudiera armar metdicamente las 15 probetas y briquetas del
ensayo, adems de esto se pudo ver que las muestras trabajadas para
Gmm rice fueron de gran precisin pues los clculos demostraron que su
Gmm fuesen lo mas cercano al valor determinado por la norma y el valor
promedio en los 5 porcentajes fue bastante cercano entre si.
En la elaboracin del ensayo Marshall fue determinante la organizacin y
registro organizado de toda la informacin para evitar el error del cual
siempre no se esta ajeno en este tipo de procedimientos ya que la des
calibracin de los equipos utilizados y la mala utilizacin de los mismos
generaran siempre factores adversos que podran hacer incurrir al
laboratorista y a los realizadores en fallas que generaran todo tipo de
erros as como la desorganizacin en los procedimientos.
Los valores que se pudieron determinar para la estabilidad y el flujo se
pudieron corregir satisfactoriamente pues al tener el promedio de la
estabilidad y del flujo se pudo observa en la tabla el valor
correspondiente, multiplicarlo y as obtener unos valores reales para el
ensayo con la estabilidad corregida. Los clculos realizados para los
diferentes valores en las anteriores tablas pueden incurrir en fallas pues
como todo tipo de ensayo siempre se estar sujeto ala error pero la idea
fundamental de este ensayo no fue mas que elaborar y recrear de manera
controlada, metdica; las diferentes situaciones ala que estn sujetos los
asfaltos colocados en las vas y por ende el Marshall es un buen mtodo
de evaluacin en fenmenos como el intemperismo o condicin natural
de envejecimiento.
Hoy en da existen dispositivos muy sofisticados como el NAT y el
Superpave, el Marshall hace que mtodos empricos aun sean de gran
vigencia, pues los valores que estos tipos de ensayos empricos arrojan,
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siguen siendo de tomados y utilizados nos solo en la academia sino
tambin en las especificaciones de construccin de carreteras del Invas.
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