guia practica de laboratorio para el diseño marshall

GUIA DE ENSAYOS DE LABORATORIO “Diseño de Mesclas Asfálticas en Caliente (Método Marshall)”Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera

UMSS – FCYTCarrera de Ingeniería Civil

Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos

Figura Nº 1 a) Cuarteador de Agregado Gruesob) Cuarteador de Agregado Fino

REDUCCION DE MUESTRAS DE AGREGADO A TAMAÑO DE ENSAYO“CUARTEO DE MUESTRAS”

ASTM C 702-98 (2003)

1. OBJETIVO

Reducir una cantidad de muestra extraída de campo a un tamaño adecuado para el ensayo.

Nota: Este método establece dos procedimientos, uno manual y otro mecánico, para la reducción de muestras

2. METODOS DE CUARTEO2.1 MÉTODO A – CUARTEADOR MECÁNICO

2.1.1 EQUIPO Cuarteador de muestra

El cuarteador de muestras debe tener un número igual de conductos, pero no menos de un totalde ocho para agregado grueso, o doce para agregado fino, el cual descarga alternadamente paracada lado del cuarteador.

Fuente: Elaboración Propia

Para agregado grueso y mezclas de agregados, el ancho mínimo del conducto individual será deaproximadamente 50% mayor que el tamaño máximo de las partículas de la muestra a sercuarteada.Para. Agregado fino seco, en el cual la muestra entera pasa el tamiz de 9.5 mm (3/8”) el anchomínimo de los conductos individuales será de 50 % mayor que las partículas más grandes en lamuestra y el ancho máximo será de 19 mm (3/4”).

El equipo cuarteador estará acondicionado con dos receptáculos para recibir las dos mitades dela muestra, para continuar con el cuarteo.

Además, estará equipado con una caja o cucharón con fondo plano y borde recto que tenga unancho igual o ligeramente menor que el ancho total de los conductos para que la muestra puedaser alimentado a una razón controlada.

El cuarteador y los accesorios serán diseñados para que la muestra fluya libremente sinrestricción o pérdida de material.

2.1.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Coloque la muestra original en la tolva o cucharón alimentador distribuyéndola uniformemente de

lado a lado, de tal forma que fluyan en los conductos, cantidades aproximadamente iguales.

La tasa a la cual la muestra se introduce debe ser tal, que permita un flujo libre y continuo através de los conductos hacia los receptáculos inferiores.

Vuelva a introducir la porción de la muestra de uno de los receptáculos en el cuarteador cuantasveces sea necesario para reducir la muestra al tamaño de ensayo especificado.




Figura Nº 2 Procedimiento deCuarteo de Muestra

Figura Nº 3 a) Reglab) Cucharonc) Palad) Brocha

La porción del material retenido en el otro receptáculo puede ser reservada para la reducción entamaño para otros ensayos.


2.2 MÉTODO B – CUARTEO MANUAL2.2.1 EQUIPO

El equipo consistirá de una regla, un cucharón de fondo plano y borde recto, pala o cuchara de albañil, unaescoba o brocha y una lona de aproximadamente 2 x 2.5 m.


2.2.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Coloque la muestra original en una superficie dura, limpia y nivelada donde no se produzcan

pérdidas de material ni adición accidental de material extraño.

Mezcle el material completamente, traspaleando la muestra entera al menos tres veces. En elúltimo traspaleo forme con la muestra un apilamiento cónico, depositando cada palada en la partesuperior del apilamiento.




Figura Nº 4 Traspalee y forme un apilamento conico

Figura Nº 5 Cuarteo Manual:a) Aplane,el espesor debe de ser de 4 a 8 veces el diametro maximo del agregado.b) Con una Regla divida la primera mitad.c) Con la Pala separe el Agregado.d) Con la Brocha divida los Finos hacia los extremos.


Aplane cuidadosamente el apilamiento presionado con una pala la parte superior del cono hastaobtener un espesor y diámetro uniforme, de tal forma, que se divida en cuatro partes, de maneraque cada cuarto del apilamiento contenga el material que originalmente se encontraba en el.

El diámetro deberá ser aproximadamente de cuatro a ocho veces el espesor. Ya sea con una palao cuchara, divida en cuatro partes iguales la masa aplanada y remueva los cuartosdiagonalmente opuestos, incluyendo todo el material fino que se encuentre entre los espaciosdivididos, limpiando con un cepillo.

Mezcle sucesivamente formando el cono y divida en cuartos el material restante hasta que lamuestra se reduzca al tamaño deseado (Igual que lo anteriormente).





Figura Nº 6 Cuarteo Manual:e) Con la Pala divida la otra mitad formando asi los cuartos.f) Cuartas partes del Agregado Iguales.g) Recolectando el cuarto derecho inferior.h) Recolectando el cuarto izquierdo superior.i) Retire completamente los cuartos extremos.j) Recolecte las muestras y cuarte para mayor reducción.





Figura Nº 1 Horno Electrico

Figura Nº 2 Balanza Electrica

GRANULOMETRIA DE AGREGADOSASTM C136-01 , AASHTO T27-99COMBINACION DE AGREGADOS

3. OBJETIVO

Determinar la distribución de tamaño de las partículas de agregado fino y grueso mayores a 0.075 mm. pormedio de un proceso de tamizado

Determinar la combinación granulométrica para la dosificación de las briquetas (probetas) de mezclaasfáltica de tal forma que la combinación granulométrica este dentro de los límites granulométricosestablecidos.

4. EQUIPO Y MATERIALES

HornoProvisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones de ensayo.


Balanza EléctricaDe 0.01 gr de precisión para muestras de hasta 200 gr de masaDe 0.1 gr de precisión para muestras de más de 200 gr de masa.





Figura Nº 3 Juego de Tamices

Figura Nº 4 Herramientas y Accesorios

Tabla Nº 1 Tamices tipicos usados para agregadosgruesoso y finos

Juego de Tamices



Herramientas y accesoriosEspátula, brochas, recipientes para secado, recipientes para pesaje, etc.


Designación de Tamices paraAgregados Gruesos

Designación de Tamices paraAgregados Finos

SistemaMétrico

Sistema HabitualNorteamericano

SistemaMétrico

Sistema HabitualNorteamericano

63 mm 2 ½” 2.36 mm Nº 8

50 mm 2” 1.18 mm Nº 16

37.5 mm 1 ½” 0.60 mm Nº 30

25 mm 1” 0.30 mm Nº 50

19 mm 3/4” 0.15 mm Nº 100

12.5 mm 1/2” 0.075 mm Nº 200

9.5 mm 3/8”

4.75 mm Nº 4

Tamices Gruesos

Tapa

Tamiz Nº 200

Bandeja

Tamices Intermedios




Tabla Nº 2 Tamaño de muestra requerida

5. MUESTRA A ENSAYAR

Seleccionar una cantidad de muestra representativa, ya sea por cuarteo o por una selección aleatoria mezclandoregularmente el material antes de obtener la muestra requerida.

Fuente: ASTM C136-01 “Volumen 04.02 Concrete and Aggregates”

6. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Antes de realizar el ensayo se deberán de eliminar todas impurezas de los agregados como ser materiaorgánica y/o partículas finas menores al tamiz de 0.075 mm. (Lavar debidamente los agregados).

Se realizara un cuarteo antes de realizar el ensayo para así poder determinar una cantidad de muestrarepresentativa conforme a la tabla del punto tres.

Verificar que el juego de tamices y la bandeja se encuentren limpios y libres de partículas retenidas entrela malla y estén debidamente ordenados.

Colocar la muestra a ensayar en la maquina tamizadora para proceder al tamizado o zarandeo.

Una vez terminado el zarandeo se debe verter el material retenido en cada tamiz empezando por el tamizde mayor abertura, en recipientes separados y determinar las masas de la muestra retenidas en cadatamiz utilizando la opción tara de la balanza.

Una vez terminado de pesar toda la muestra se procederá a realizar el cálculo correspondiente paragenerar la curva granulométrica de cada agregado, para así determinar la combinación granulométricadeseada para la preparación de nuestra mezcla asfáltica.

7. MEMORIA DE CALCULO

Sume y registre la masa total de las fracciones retenidas en todos los tamices y la bandeja. Esta suma nodebe diferir de la masa inicial registrada en más de 3% para los áridos finos y de 0,5% para los áridosgruesos.

finoagregadotamizadogruesoagregadotamizado MMMM *95.0;*97.0

Cuando no se cumpla con lo especificación anterior, rechace el ensayo y efectúe otro con una muestragemela.

Calcular la masa retenida acumulada en cada tamiz sumando la masa retenida de cada tamiz con la masaretenida acumulada de un tamiz previo

)()1( iMMiM acumretretacumret

Calcule el porcentaje retenido en cada tamiz dividiendo la masa ret-acum total entre masa ret-acum parcialde cada tamiz

100*Re%totalacumret

parcialacumret

M

Mtenido

Tamaño máximode las partículas

(mm)Tamiz Nº Masa de muestra

mínima (kg)

4.75 o menos Nº 4 0.3 y/o 0.5

9.5 3/8” 1

12.5 1/2 2

19.0 3/4” 5

25.0 1” 10

37.5 11/2” 15

50 2” 20

63 21/2” 35




Tabla Nº 2 Gradacion para Mezclas Asfalticas Densas

Tabla Nº 1 Limites Granulometricopara Mezclas Asfalticas

Calcular el porcentaje que pasa en cada tamiz haciendo la diferencia de 100 entre el % retenido en cadatamiz.

tPasa Re%100%

Graficar la curva granulométrica en un sistema de coordenadas ortogonales, cuya abscisa, a escalalogarítmica, indica las aberturas nominales y cuya ordenada, a escala lineal, indica los valores de losporcentajes que pasan cada tamiz.

8. GRANULOMETRIA DE AGREGADOS

Nota: Insertar planilla granulométrica más su grafica correspondiente

9. COMBINACION GRANULOMETRICA

Nota: Insertar planilla granulométrica-Combinada más su grafica correspondiente

Limites GranulométricosTamaño de

Tamiz Mínimo Máximo

25 mm 1” 100.0 100.019 mm 3/4” 76.0 100.0

12.5 mm 1/2” 68.0 86.09.5 mm 3/8” 57.0 77.04.75 mm Nº 4 40.0 60.02.36 mm Nº 8 26.0 46.01.18 mm Nº 16 17.0 37.00.60 mm Nº 30 11.0 27.00.30 mm Nº 50 8.0 19.00.15 mm Nº 100 6.0 16.0

0.075 mm Nº 200 3.0 6.0

Fuente: Diapositivas de Ing. Jaime Ayllon A.

Mezclas Densas

Tamaño deTamiz

Designación de la Mezcla Usando el Tamaño Máximo Nominal de AgregadoD-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-6 D-7 D-8 D-9

50 mm(2”)

37.5 mm(1 ½”)

25 mm(1”)

19 mm(3/4”)

12.5 mm(1/2”)

9.5 mm(3/8”)

4.75 mm(Nº 4)

2.36 mm(Nº 8)

1.18 mm(Nº 16)

63 mm 2 ½” 100 - - - - - - - -50 mm 2” 90 - 100 100 - - - - - - -

37.5 mm 1 ½” - 90 - 100 100 - - - - - -25 mm 1” 60 - 80 - 90 - 100 100 - - - - -19 mm 3/4” - 56 - 80 - 90 - 100 100 - - - -

12.5 mm 1/2” 35 - 65 - 56 - 80 - 90 - 100 100 - - -9.5 mm 3/8” - - - 56 - 80 - 90 - 100 100 - -4.75 mm Nº 4 17 - 47 23 - 53 29 - 59 35 - 65 44 - 74 55 - 85 80 - 100 - 1002.36 mm Nº 8 10 - 36 15 - 41 19 - 45 23 - 49 28 - 58 32 - 67 65 - 100 - 95 - 1001.18 mm Nº 16 - - - - - - 40 - 80 - 85 - 1000.60 mm Nº 30 - - - - - - 25 - 65 - 70 - 950.30 mm Nº 50 3 - 15 4 - 16 5 - 17 5 - 19 5 - 21 7 - 23 7 - 40 - 45 - 750.15 mm Nº 100 - - - - - - 3 - 20 - 20 - 40

0.075 mm Nº 200 0 - 5 0 - 6 1 - 7 2 - 8 2 - 10 2 - 10 2 - 10 - 9 - 20Cemento Asfaltico,porcentaje en peso

del total de lamezcla

2 - 7 3 - 8 3 - 9 4 - 10 4 - 11 5 - 12 6 - 12 - 8 - 12

Fuente: ASTM D 3515 - 01 “Volumen 04.03 Road and Paving Materials; Vehicle-Pavement Systems”Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente.

Asphalt Institute. MS-22. Página 45




Tabla Nº 3.1 REQUISITO DE GRADACION PARA TIPOS DE MEZCLASASFÁLTICAS

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976. Pág. 203 a 210




ANALISIS GRANULOMETRICOASTM C136-01 AASHTO T27-99

A. DATOS GENERALESProyecto:

Ubicación: Fecha:

Descripción de la Muestra:

Identificación de la muestra:

B. DATOS TECNICOSMasa del Recipiente Gr.

Masa de la Muestra Seca + Recipiente Gr.

Masa de la muestra Seca Gr.

Tamiz Nº Diámetro(mm)

MasaRetenida (Gr)

MasaRetenida

Acumulada(Gr)

% Retenido % Que Pasa

1 1/2" 38 W1 W1=P1 (P1/∑WTOTAL)*100=K1 100-K1=A1

1" 25.000 W2 P1+W2=P2 (P2/∑WTOTAL)*100=K2 100-K2=A2

3/4" 19.000 W3 P2+W3=P3 (P3/∑WTOTAL)*100=K3 100-K3=A3

1/2" 12.500 W4 P3+W4=P4 (P4/∑WTOTAL)*100=K4 100-K4=A4

3/8" 9.500 W5 P4+W5=P5 (P5/∑WTOTAL)*100=K5 100-K5=A5

Nº 4 4.750 W6 P5+W6=P6 (P6/∑WTOTAL)*100=K6 100-K6=A6







Bandeja 0.000 W13±Error P12+W13=P13 (P13/∑WTOTAL)*100=K13 100-K13=A13

∑WTOTAL




ANALISIS GRANULOMETRICOASTM C136-01 AASHTO T27-99


Ubicación: Fecha:



B. DATOS TECNICOSMasa del Recipiente Gr.

Masa de la Muestra Seca + Recipiente Gr.

Masa de la muestra Seca Gr.

Tamiz Nº Diámetro(mm)

MasaRetenida (Gr)

MasaRetenida

Acumulada(Gr)

% Retenido % Que Pasa

1 1/2" 38

1" 25.000

3/4" 19.000

1/2" 12.500

3/8" 9.500

Nº 4 4.750

Nº 8 2.000

Nº 16 1.180

Nº 30 0.600

Nº 50 0.300

Nº 100 0.150

Nº 200 0.075

Bandeja 0.000




MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDADESPECIFICA Y ABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS GRUESOS

ASTM C 127-01 AASHTO T85-91

1. OBJETIVO

Determinar la densidad, gravedad específica y la absorción de agua en áridos gruesos.

Es aplicable a los áridos gruesos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se emplean en el análisis desuelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas.

DEFINICIONES

a) Árido GruesoMaterial árido retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos (según norma ABC, según norma ASTM solo el tamiz N°4).

b) HuecosEspacios vacíos entre las partículas de un material árido.

c) PorosEspacios vacíos interiores de una partícula de material árido.

Poro accesible: poro permeable o abierto. Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado.

d) Densidad (ρ)Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada.Se expresa en kg/m3.

Densidad real (ρR): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido,más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.

Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del áridoseco.

Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considerala masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.

Densidad neta (ρN): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreomás el volumen de los poros inaccesibles.

e) Absorción de agua (α )Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco.Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco.

f) Árido secoMaterial secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas,separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masadeterminada.

g) Gravedad EspecíficaEs la proporción de la masa (o el peso en el aire) entre la unidad de volumen de un material para la masa delmismo volumen de agua a una temperatura determinada. Los valores son dimensionales.

h) Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa)Es la proporción de el peso al aire entre unidad de volumen de la porción impermeable del agregado a unatemperatura determinada, para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a unatemperatura determinada.

i) Gravedad Especifica Bulk (Gsb)Es la proporción de el peso en el aire entre unidad de volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables eimpermeables en las partículas, pero no incluyendo los vacíos entre partículas) para el peso al aire de un volumenequivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.






Figura Nº 3 Canastillo “Porta-muestra”

j) Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca de Bulk (Gsssb)Es la proporción de la masa en el aire entre unidad de volumen de agregado, incluyendo la masa de los vacíosllenos de agua lo cual se logra sumergiendo el agregado en agua.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

BalanzaLa balanza estará equipada con un aparato adecuado para suspender el contenedor de la muestra en el aguadesde el centro de la plataforma de pesado o la cazuela de la balanza.La precisión mínima de la balanza será de 0.1 g.

Fuente: Elaboración Propia Horno

Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye.


Canastillo “Porta-muestra”De alambre de acero inoxidable lo suficientemente resistente para soportar el peso de la muestra, con malla deabertura igual o inferior que 2 mm. Además, debe estar provisto de un dispositivo que permita suspenderlo de labalanza





Figura Nº 4 Recipiente para determinar el pesosumergido de la muestra “estanque”

Figura Nº 4 Recipientes para realizar lospesajes correspondientes

EstanqueImpermeable, inoxidable, de forma y capacidad tal que permita contener totalmente y con holgura el canastilloporta-muestra, de acuerdo con el procedimiento especificado en este método.

Fuente: Elaboración Propia Recipientes

Deben estar limpios de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra de ensaye.


3. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS3.1 Extracción de muestrasExtraiga y prepare las muestras de acuerdo con los métodos:

Método para extraer y preparar muestras (ASTM D 75-03, AASHTO T 2-91) Método para el cuarteo de muestras (ASTM C 702-98 (Reapproved 2003))

3.2 Tamaño de la muestra a ensayarLa cantidad mínima de muestra para el ensayo se determina según la Tabla Nº1, en función del tamaño máximonominal del árido.

TABLA Nº1 CANTIDAD MÍNIMA DE MUESTRA SEGÚNTAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ÁRIDO

Fuente: ASTM C 127-01 “Volume 04.02 Concrete and Aggregates”

3.3 Preparación de la muestra de ensayo Puede emplear el material proveniente del ensayo de tamizado, debidamente homogeneizado. Elimine por tamizado las partículas inferiores a 4,75 mm (Nº 4), en el caso de hormigones y suelos y las

partículas inferiores a 2,36 mm (Nº 8), en el caso de asfaltos.

Tamaño máximonominal

Cantidad mínimade muestra

mm ASTM kg12.5 o menos ½” 2

19 ¾” 325 1” 4

37.5 1 ½” 550 2” 863 2 ½” 12




Figura Nº 6a) Muestra saturada después de 24 horas de inmersión.b) Seque la muestra con un paño absorbente.c) Enrolle la muestra y seque las partículas más grandes.d) La condición saturada superficialmente seco se logra

cuando las partículas presentan un color opaco.e) Determinar la masa saturada superficialmente seca y

regístrela como Msss

Figura Nº 5 Separacion de la muestra mediante el tamizadoTamiz Nº 8 “agregado grueso y fino”

Lave la muestra hasta remover el polvo superficial o cualquier materia extraña adherida a las partículas. Seque la muestra hasta masa constante en un horno a 110 ± 5º C. Enfríe la muestra al aire a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h. Sumerja la muestra en agua a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h.

Nota 1: Se debe tener presente que existen áridos cuya saturación no se completa en 24 h. En ese caso es necesario continuar el control de absorción hasta que dos pesadas sucesivas,separadas por una hora de inmersión, difieran en un porcentaje igual o inferior que el 0,1 % de la menor masa determinada


4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYOEfectúe las siguientes pesadas a la muestra de ensayo:4.1 Pesada al aire ambiente del árido saturado superficialmente seco

Retire la muestra del agua y seque superficialmente las partículas, haciéndolas rodar sobre un pañoabsorbente hasta que desaparezca la película visible de agua adherida. Seque individualmente las partículasmayores manteniendo el árido, ya secado superficialmente, cubierto por un paño hasta el momento de pesar.Efectúe toda la operación en el menor tiempo posible. Determine inmediatamente la masa del agregado saturado superficialmente seco, por pesada al aireambiente, aproximando a 0.1 gr. y registre su valor como MSSS.


4.2 Pesada sumergida Coloque la muestra inmediatamente en el canastillo porta-muestra. Sumerja el canastillo en agua a 20 ± 3º C, por un período de al menos 3 min.

e)




Figura Nº 7a) Colocar la muestra en el Canastillo porta-muestra.b) Enganchar el canastillo porta-muestra en la balanza.c) Sumerja la muestra por un lapso de 3 minutos y regístrela como MSUM

Figura Nº 8a) Retire la mustra del canastillo porta-muestra.b) Secar la muestra hasta masa constante en horno a una

temperatura de 110 ± 5 ºC.c) Enfrié la muestra a temperatura ambiente y determine la

masa de la muestra seca regístrela como MS.

Determine la masa sumergida, aproximando a 0.1 g. Registre su valor como MSUM.

Nota 2: Mantenga el canastillo y su contenido totalmente sumergidos durante la operación. Debe procurarse que el elemento de suspensión del canastillo tenga la menor dimensiónposible, a fin de minimizar su efecto sobre los resultados.


4.3 Pesada al aire ambiente del árido seco Retire la muestra del canastillo y vacíela completamente del recipiente, cuidando de no dejar

partículas atrapadas. Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. Enfríe la muestra hasta temperatura ambiente, en lo posible dentro de un recipiente protegido,

para evitar la absorción de humedad del aire. Determine la masa de la muestra seca, por pesada al aire ambiente, aproximando a 0.1 g. registre su valor

como MS.


a) b) c)

a) c)b)





Densidad real R Gravedad especifica

Densidad real del pétreo saturado superficialmenteseco RT

WSUMSSS

SSSRT MM

M *

Gravedad especifica saturada superficialmentese de Bulk sssbG

SUMSSS

SSS

W

RTsssb MM

MG

Densidad real del árido seco RS

WSUMSSS

SRS MM

M *

Gravedad especifica seca Bulk sbG

SUMSSS

S

W

RSsb MM

MG

Densidad neta N

WSUMS

SN MM

M *

Gravedad especifica seca aparente saG

SUMS

S

W

Nsa MM

MG

Absorción de agua

100*%S

SSSS

M

MM

Dónde::SUMM Masa del árido sumergido (gr)

:SSSM Masa del árido saturado superficialmente seco (gr)

:SM Masa del árido seco (gr)

Nota 3: Para efectos prácticos se considerará la densidad del agua como 1.000 kg/m3. En lugar del valor real a 20 ºC que es 998,20 kg/m3.




MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD ESPECIFICA YABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS GRUESOS

ASTM C 127-01 AASHTO T85-91

A. DATOS GENERALESProyecto:Ubicación: Fecha:Descripción de la Muestra:Identificación de la muestra:

B. DATOS TECNICOSPeso total de la muestra: gr

Combinación de los Agregados

Grava % gr

Grava % gr

Grava % gr

Arena % gr

Filler % gr

Total % gr

Peso Retenido en el Tamiz Nº 4 gr % en Masa

Peso que Pasa en el Tamiz Nº 4 gr % en Masa

Agregado Grueso

Peso Seco MS= gr

Peso Sumergido MSUM= gr

Peso Saturado Superficialmente Seco MSSS= grC. MEMORIA DE CALCULO

Densidad Real del Pétreo SaturadoSuperficialmente Seco

Gravedad Especifica Saturada SuperficialmenteSeca de Bulk

ρRT= Gssb=Densidad Real del Árido Seco Gravedad Especifica Seca de Bulk

ρRS= Gsb=Densidad Neta Gravedad Especifica Seca Aparente

ρN= Gsa=Absorción del Agua

α (%)=




MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDADESPECIFICA Y ABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS FINOS

ASTM C 128-01(Reapproved 2003) AASHTO T84-00

1. OBJETIVO

Determinar la densidad, gravedad específica y la absorción de agua en áridos finos.

Es aplicable a los áridos finos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se empleanen el análisis de suelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas.

DEFINICIONES

a) Árido FinoMaterial árido no retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos (según norma ABC, según norma ASTM solo el tamiz N°4).

b) HuecosEspacios vacíos entre las partículas de un material árido.

c) PorosEspacios vacíos interiores de una partícula de material árido.

Poro accesible: poro permeable o abierto. Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado.

d) Densidad (ρ)Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada.Se expresa en kg/m3.

Densidad real (ρR): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido,más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.

Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del áridoseco.

Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considerala masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.

Densidad neta (ρN): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreomás el volumen de los poros inaccesibles.

e) Absorción de agua (α )Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco.Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco.

f) Árido secoMaterial secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas,separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masadeterminada.

g) Gravedad EspecíficaEs la proporción de la masa (o el peso en el aire) entre la unidad de volumen de un material para la masa delmismo volumen de agua a una temperatura determinada. Los valores son dimensionales.

h) Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa)Es la proporción de el peso al aire entre unidad de volumen de la porción impermeable del agregado a unatemperatura determinada, para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a unatemperatura determinada.

i) Gravedad Especifica Bulk (Gsb)Es la proporción de el peso en el aire entre unidad de volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables eimpermeables en las partículas, pero no incluyendo los vacíos entre partículas) para el peso al aire de un volumenequivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.






Figura Nº 3 Recipientes para realizar lospesajes correspondientes

j) Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca de Bulk (Gsssb)Es la proporción de la masa en el aire entre unidad de volumen de agregado, incluyendo la masa de los vacíosllenos de agua lo cual se logra sumergiendo el agregado en agua.

k) EQUIPOS Y MATERIALES

BalanzaDe capacidad superior a 1 kg y una precisión mínima de 0.1 gr.

Fuente: Elaboración Propia Horno

Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensayo.


RecipientesDeben estar limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra deensaye.





Figura Nº 4a) Matraz de 500 mlb) Picnometro

Figura Nº 4 Mole-Cono

Figura Nº 4a) a) Pisonb) b) Pison y Cono

MatrazEs un matraz aforado en el que se pueda introducir fácilmente la muestra de ensaye. Debe llevar una marca decalibración que indique el volumen contenido con una precisión de ± 0,1 ml.Dicho volumen excederá a lo menos en un 50 % al volumen aparente de la muestra de pétreo fino. Se recomiendaemplear un matraz de 500 cm3 de capacidad. También puede emplearse un picnómetro.


Molde-ConoCon forma tronco - cónica, de 40 ± 3 mm de diámetro en la parte superior, 90 ± 3 mm de diámetro en la parteinferior y 75 ± 3 mm de altura. Confeccionado con una plancha metálica de un espesor igual o superior que 0,8 mm.


PisónEs una varilla metálica, con uno de sus extremos de sección plana y circular, de 25 ± 3 mm de diámetro. Debetener una masa de 340 ± 15 g.


b)a)




Figura Nº 5 Separando la muestra en el tamiz de referencia

l) EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS3.1 Extracción de muestrasExtraiga y prepare las muestras de acuerdo con los métodos:

Método para extraer y preparar muestras (ASTM D 75-03, AASHTO T 2-91) Método para el cuarteo de muestras (ASTM C 702-98 (Reapproved 2003))

3.2 Tamaño de la muestra a ensayarPara cada ensayo se usará una cantidad de árido fino superior a 50 gr. e inferior a 500 gr.

3.3 Preparación de la muestra de ensayo

Corte el material retenido en tamiz de referencia (tamiz Nº 4 para hormigón y Tamiz Nº 8 para mezclasasfálticas).


Si la muestra de laboratorio contiene un porcentaje superior al 15 % de material retenido sobre el tamiz dereferencia, considérela como un integral y determine los porcentajes de la fracción retenida y de la fracciónque pasa respecto del total de dicha muestra.

Ensaye la fracción retenida de acuerdo con la (ASTM C 127-01, AASHTO T85-91) y la fracción quepasa de acuerdo con este Método de ensayo.

Reduzca por cuarteo de acuerdo a la (ASTM C-702), la muestra de terreno o la fracción que pasa indicadaen “Preparación de la muestra de ensayo” segundo párrafo, a una cantidad de árido de aproximadamenteel doble del tamaño de muestra de laboratorio requerido.

Nota 1: La muestra debe humedecerse antes de efectuar la reducción para evitar la segregación y pérdidas de polvo.

m) PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Seque el árido en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C.

Cubra el árido en su totalidad con el mínimo de agua a temperatura ambiente para asegurar su saturación en unperíodo de 24 ± 4 h.

Eliminar el exceso de agua con cuidado para evitar la pérdida de finos, extienda la muestra sobre una superficieplana comenzando la operación de desecar dirigiendo sobre ella una corriente moderada de aire caliente y removercon frecuencia para garantizar el secado homogéneo hasta llegar a su condición suelta.

Sostenga el molde cónico firmemente contra una superficie lisa, plana y no absorbente, con su diámetro mayorhacia abajo, llénelo con el árido en condición suelta en una capa y enrase.

Compacte suavemente con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos sobre la superficie, en cada golpe dejecaer el pisón libremente desde una altura de 5 mm sobre la superficie del árido. Dicha altura debe conservarse,ajustándola a la nueva elevación de la muestra después de cada golpe.

Remueva cuidadosamente todo material sobrante en la superficie. Levante el molde verticalmente. Si hay humedadlibre la muestra conservará la forma del cono. En este caso elimine el exceso de humedad, repitiendo elprocedimiento. Cuando, al retirar el molde, el árido caiga suavemente según su talud natural, será indicación queéste ha alcanzado la condición saturada superficialmente seca.

Inmediatamente que el árido alcance la condición de saturado superficialmente seco, obtenga el tamaño demuestra de ensayo requerido, pese y registre su masa (MSSS).




Figura Nº 6a) Colocar la muestra en el matraz con

la ayuda de un embudo de papelpara evitar la perdida de la muestra

b) Muestra ingresando atravez delembudo al matraz

Figura Nº 7a) Muestra mas agua hasta la marca de

calibracion.b) Registrar la muestra mas agua como

Mm.

Coloque la muestra en el matraz y cúbrala con agua a una temperatura de 20 ± 3º C, hasta alcanzaraproximadamente 2/3 del volumen del matraz.


Agite el matraz a fin de eliminar burbujas de aire golpeándolo ligeramente contra la palma de la mano. En caso depétreos muy finos, se debe utilizar una bomba de vacío.

Deje reposar durante 1 h manteniendo una temperatura de 20 ± 3 º C.

Llene con agua a 20 ± 3º C hasta la marca de calibración, agite y deje reposar un instante.

Mida y registre la masa total del matraz con la muestra de ensayo y el agua (Mm).

Fuente: Elaboración Propia Saque la muestra del matraz, evitando pérdidas de material, y séquela hasta masa constante en horno a una

temperatura de 110 ± 5º C. Déjela enfriar a temperatura ambiente. Determine y registre la masa de la muestra deensaye en condición seca (MS).

Llene el matraz solamente con agua a una temperatura de 20 ± 3º C hasta la marca de calibración. Mida y registrela masa del matraz con agua (Ma).

a) b)

b)a)




n) MEMORIA DE CALCULO

Densidad real R Gravedad especifica

Densidad real del pétreo saturado superficialmenteseco RT

WmSSSa

SSSRT MMM

M *

Gravedad especifica saturada superficialmentese de Bulk sssbG

mSSSa

SSS

W

RTsssb MMM

MG

Densidad real del árido seco RS

WmSSSa

SRS MMM

M *

Gravedad especifica seca Bulk sbG

mSSSa

S

W

RSsb MMM

MG

Densidad neta N

WmSa

SN MMM

M *

Gravedad especifica seca aparente saG

mSa

S

W

Nsa MMM

MG

Absorción de agua

100*%S

SSSS

M

MM

Dónde::aM Masa del matraz con agua hasta la marca de calibración (gr)

:mM Masa del matraz con la muestra más agua hasta la marca de calibración (gr)

:SSSM Masa del árido saturado superficialmente seco (gr)

:SM Masa del árido seco (gr)Nota 3: Para efectos prácticos se considerará la densidad del agua como 1.000 kg/m3. En lugar del valor real a 20 ºC que es 998,20 kg/m3.

En el caso de un integral, la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos se calculan como elpromedio ponderado de la densidad real, densidad neta y la absorción de agua, respectivamente, obtenidas mediante elensaye por separado de sus dos fracciones, de acuerdo con las siguientes fórmulas:

pprr PP ***100

1

)()()()( %*%**100

1finoaridofinoaridoRTgruesoaridogruesoaridoRTRT PP

)()()()( %*%**100

1finoaridofinoaridoRSgruesoaridogruesoaridoRSRS PP

)()()()( %*%**100

1finoaridofinoaridoNgruesoaridogruesoaridoNN PP

pprr PP ***100

1(%)

finoaridofinoaridogruesoaridogruesoarido PP %*%**100

1(%)




MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD ESPECIFICA YABSORCIÓN DE AGUA EN AIDOS FINOS

ASTM C 128-01 (Reapproved 2003), AASHTO T84-00

A. DATOS GENERALESProyecto:Ubicación: Fecha:



B. DATOS TECNICOSPeso total de la muestra: gr

Combinación de los Agregados

Grava % gr

Grava % gr

Grava % gr

Arena % gr

Filler % gr

Total % gr

Peso Retenido en el Tamiz Nº 8 gr % en Masa

Peso que Pasa en el Tamiz Nº 8 gr % en Masa

Agregado Fino

Peso Seco MS= grPeso Matraz + Agua Ma= gr

Peso Matraz + Agua + Muestra Mm= grPeso Saturado Superficialmente Seco de la Arena MSSS= gr

C. MEMORIA DE CALCULODensidad Real del Pétreo Saturado

Superficialmente SecoGravedad Especifica Saturada Superficialmente

Seca de Bulk

Densidad Real del Arido Seco Gravedad Especifica Seca de Bulk

Densidad Neta Gravedad Especifica Seca Aparente

Absorción del Agua




Figura Nº 1c) Determinar la masa de la probeta

limpio y seco mas tapa “A”.d) Determinar la masa de la probeta

mas agua y tapa “B”.e)

Figura Nº 2Vierta la muestra deasfalto en su condicionfluida en una probetalimpia y seca

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DEL ASFALTOASTM D70-03 AASHTO T228-04

1. OBJETO

Determinar la densidad del cemento asfaltico, mediante el uso de picnómetro a la temperatura requerida.


Picnómetro, de 24 a 30 ml de capacidad. Balanza Eléctrica de precisión de 0.1 gr. Baño termostático capaz de mantener la temperatura requerida en un rango de ± 0,1°C Termómetro de –8 a 32°C, con una precisión de 0,1°C Agua destilada

3. CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO O PROBETA

Determine la masa del picnómetro limpio y seco con su tapa, y desígnela como A, aproximando a 0,01 gr.

Llene el picnómetro con agua destilada y ajuste firmemente la tapa girándola. Sumerja totalmente el picnómetro enun vaso con agua destilada. Coloque el vaso con el picnómetro en el baño de agua de forma que el agua del bañoquede al mismo nivel que la del vaso. Manténgalos en el baño como mínimo 30 min. a la temperatura de ensaye.Retire el picnómetro y seque rápida y cuidadosamente toda humedad superficial, determine la masa y desígnelacomo B, aproximando a 0,01 gr.

Nota 1: Se deben tomar las precauciones necesarias para que los equipos y agua estén a la temperatura de ensaye, y para evitar derrames del picnómetro.

Nota 2: La temperatura de ensaye debe ser igual a la temperatura de calibración del picnómetro.


4. PROCEDIMIENTOProcedimientos para cementos asfálticos Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en

forma suave; debe prevenir la perdida por evaporación. Una vez que la muestra este suficientemente fluidaviértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad.





Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar precaucionespara evitar que el material toque las paredes del picnómetro por encima de su nivel final, y evite la inclusión deburbujas de aire, aplicando ligeramente la llama de un mechero a la superficie del picnómetro y del asfalto.

Enfrié el picnómetro y su contenido a temperatura ambiente y determine la masa con la tapa incluida. Designeesta masa como C, aproximando a 0,01 gr

. Termine de llenar con agua destilada, inserte la tapa firmemente, sumérjalo completamente en un vaso lleno

de agua destilada y colóquelo en el baño, de acuerdo a lo indicado en el segundo párrafo (calibración delpicnómetro) a la temperatura de ensayo por unos 30 min. Retire el picnómetro del vaso y séquelo con unpanó. Determine la masa y desígnela como D, aproximando a 0,01 g.


Determine la densidad del asfalto de acuerdo a la fórmula:

wasfalto CDAB

AC *

Dónde::asfalto Densidad del asfalto a temperatura de ensayo

:w Densidad del Agua a temperatura de ensayo




DENSIDAD DEL ASFALTOASTM D70-03 , AASHTO T228-04


Ubicación: Fecha:



B. DATOS TECNICOS

Temperatura de Ensayo T= º CDensidad del Agua a Temperatura de Ensayo ρw= gr/cm3

Cemento Asfaltico

Peso Picnómetro Limpio y Seco A= grPeso Picnómetro + Agua Destilada B= gr

Peso Picnómetro + Asfalto C= grPeso Picnómetro + Agua Destilada + Asfalto D= gr

C. MEMORIA DE CALCULO

Densidad del Asfalto




ENSAYO DE DUCTILIDAD EN ASFALTOSASTM D 113-99, AASHTO T51 - 00

1. OBJETIVO

Determinar la longitud, medida en centímetros, a la cual se alarga (elonga) antes de romperse cuando dos extremos de unabriqueta, se traccionan a velocidad y temperatura especificadas.

A menos que otra condición se especifique, el ensayo se efectúa a una temperatura de 25 ± 0,5 ºC y a una velocidad de 5 cm/min± 5%. Para otras temperaturas se deberá especificarse la velocidad.

2. EQUIPOS Y MATERIALES Moldes

El molde, de bronce o zinc, debe ser similar en diseño al mostrado en la Figura Nº 1 ; los extremos b y b’ se denominanclips y las partes a y a’, lados del molde. Cuando se arme el molde se obtendrá la briqueta especificada, con lasdimensiones que se indican:

A: Distancia entre los centros: 111,5 a 113,5 mmB: Largo total de la briqueta: 74,5 a 75,5 mm.C: Distancia entre clips: 29,7 a 30,3 mm.D: Borde del clip: 6,8 a 7,2 mm.E: Radio del clip: 15,75 a 16,25 mm.F: Ancho mínimo de la sección transversal: 9,9 a 10,1 mm.G: Ancho de la boca del clip: 19,8 a 20,2 mm.H: Distancia entre los centros de radio: 42,9 a 43,1 mm.I: Diámetro del orificio del clip: 6,5 a 6,7 mm.J: Espesor: 9,9 a 10,1 mm

Fuente: ASTM D 113-99 Volume 04.03 Road and PavingMaterials; Vehicle-Pavement Systems


Figura N°1Moldes para el ensayo de Ductilidad

Figura N°2El molde:

a) Sujetadores de la muestrab) Lados del moldec) Molde completamente armado




Baño de aguaPara que se mantenga a la temperatura de ensayo especificada, con una tolerancia de ± 0,1 ºC.El volumen mínimo de agua es de 10 l. Sumerja la muestra a una profundidad no menor que 10 cm.y apóyela sobre una bandeja perforada, ubicada a no menos que 5 cm. del fondo del baño

.


DuctilimetroPara traccionar las briquetas de asfalto se puede usar cualquier aparato construido de modo que la muestrase mantenga continuamente sumergida en agua.


TermómetrosEl termómetro por utilizar será ASTM 63 C con un rango de temperatura entre – 8 y 32 ºC.

a) b)Fondo Falso

Figura N°3a) Equipo de baño de agua con controlador

de temperatura “baño maría”b) Fondo falso

Figura N°4Ductilimetro para traccionar las briquetas de asfalto





Preparación del moldeArme el molde sobre una placa base, cubra cuidadosamente la superficie de la placa y las superficies interiores del molde conuna película delgada de desmoldante (talco y glicerina) para prevenir que el material a ensayar se adhiera.


Moldeo de las muestras para el ensayeCaliente la muestra con cuidado, previniendo calentamientos locales, hasta que esté suficientemente fluida para verter. Sinembargo, durante el calentamiento la temperatura no debe exceder de 80 a 110 ºC por encima del punto de ablandamientoesperado.Tamice la muestra fundida a través del tamiz 0,3 mm (No 50); Luego continúe revolviendo y vierta el material dentro del molde.Durante el llenado cuide no tocar ni desarreglar el molde, de modo que no se distorsione la briqueta; vierta con un chorro delgadohacia atrás y hacia adelante, de extremo a extremo, hasta que el molde quede por sobre el nivel de llenado.

Fuente: Elaboración PropiaDeje enfriar a temperatura ambiente por un periodo de 30 a 40 min y luego coloque en el baño de agua mantenido la temperaturade ensayo especificada por 30 min. Luego recorte el exceso de ligante asfaltico con una espátula o cuchillo caliente, resistente yafilado, de modo que el molde se ajuste al nivel de llenado.

b)a)

Figura N°5a) Molde armado o ensamblaje del moldeb) Recubrimiento del molde con glicerina y talco

Figura N°6Proceso de llenado de las muestras

a) Al llenar, verter con una corriente delgadab) De un extremo y un lado a otroc) Hasta llenar el molded) Prosiga con la segunda muestrae) De un extremo y al otrof) Completando la tercera muestra

a) b) c)

d) e) f)




Conservación de las muestras a la temperatura de ensayeColoque la placa y el molde con la briqueta en el baño de agua y manténgala por un periodo de 85 a 95 min. a la temperaturaespecificada; luego quite la briqueta de la placa, separe las partes a y a’ e inmediatamente ensaye la briqueta.

EnsayoEnganche los anillos de cada extremo de los clips a las clavijas del ductilimetro y sepárelos a la velocidad uniforme especificadahasta la ruptura de la briqueta; se permite una tolerancia de ± 5 % para la velocidad especificada. Mida la distancia en cm. entrelos clips traccionados en el momento de producirse la ruptura.Durante el desarrollo del ensayo, el agua en el estanque del ductilimetro cubrirá la briqueta a lo menos 2,5 cm. y esta se antendrácontinuamente a la temperatura especificada con una tolerancia de ± 0,5 ºC.



a) b) c)

d) e) f)

Figura N°7Ensayo de las muestras

a) Tensión inicialb) A una velocidad uniformec) De un extremo a otrod) Hasta formarse un hiloe) Continuando la tensiónf) Hasta que el asfalto falle

Figura N°8Distintas mediciones, conforme la muestra es ensayadaa) Primera 107.5mm b) Segunda 125.3 c) Tercera 131.3 mm




4. MEMORIA DE CÁLCULO

DUCTILIDAD DEL ASFALTOASTM D 113-99, AASHTO T 51 - 00


Ubicación: Fecha:



B. DATOS TECNICOS O CONDICIONES DE ENSAYO

Temperatura de Ensayo T= ºC

Velocidad de Ensayo V= cm/min

Tipo de Cemento Asfaltico "Gradode Penetración"


Numero de Lecturas Longitud de alargamientoo falla de la Muestra (cm)

Velocidad deEnsayo (cm/min)

Temperatura deEnsayo ºC

1º

2º

3º

4º

5º

6º

Promedio

5. ANEXOS




ENSAYO DE PENETRACIÓN EN ASFALTOSASTM D 5-97, AASHTO T49-97

1. OBJETIVO

Determinar la dureza mediante la penetración de materiales bituminosos sólidos y semisólidos.

El ensayo de penetración se usa como una medida de consistencia; valores altos de penetración indican consistencias másblandas.


PenetrometroCualquier equipo que permita el movimiento vertical sin fricción apreciable del vástago sostenedor de la aguja, y que seacapaz de indicar la profundidad de la penetración con una precisión de 0,1 mm.

El peso del vástago será de 47, 5 ± 0,05 g. El peso total de la aguja y el vástago será de 50, 0 ± 0,05 g.Para cargas totales de 100 g y 200 g, dependiendo de las condiciones es en que se aplique el ensaye, se estipulan pesas de50,0 ± 0,05g y 100,0 ± 0,05g.

La superficie sobre la que se apoya la capsula que contiene la muestra será lisa y el eje del embolo deberá estaraproximadamente a 90º de esta superficie. El vástago deberá ser fácilmente desmontable para comprobar su peso.


Aguja de PenetraciónLa aguja es de acero inoxidable templado y duro, debe tener aproximadamente 50 mm de largo y un diámetro entre 1,00 y1,02 mm.Sera simétricamente afilada en forma cónica, con un ángulo entre 8°40´ y 9°40´ con respecto al largo total del cono, debeser coaxial con el cuerpo recto de la aguja. La variación total axial de la intersección del cono y la superficie recta no debeexceder de 0,2 mm. La punta truncada del cono debe tener un diámetro entre 0,14 y 0,16 mm y en ángulo recto al eje de laaguja con una tolerancia de 2º.La masa del conjunto casquete - aguja será de 2,50 ± 0,05 gr.

Figura N°1Equipo de Penetración “Penetrometro”

Vástago

Aguja

Superficie sobre la quese Apoya la Capsula

Reloj Digital





CapsulasLas capsulas deben ser de metal o vidrio, de forma cilíndrica y con fondo plano. Sus dimensiones son las siguientes:

Para penetraciones menores a 200: 55 mm. de diámetro y 35 mm. de profundidad. Para penetraciones entre 200 y 350: 55 mm. de diámetro y 70 mm. de profundidad.


Baño de AguaTendrá una capacidad mínima de 10 lts y un sistema apto para mantener la temperatura a 25 ºC, con una tolerancia de ±0,1ºC; tendrá, además, una bandeja perforada ubicada a no menos de 50 mm del fondo, ni menos de 100 mm bajo el niveldel liquido en el baño.


Figura N°2Aguja para el ensayo de Penetración

Aguja

Casquete

Estuche y tapa

Figura N°3Capsula de metal con dimensiones:

Diámetro de 55 mmProfundidad de 70 mmVolumen de 175 ml aprox.

Figura N°4Baño de Agua “Baño María”

Fondo Falso

Controlador de temperatura

Nivel de Agua t=25°CCapsula mas Muestra




Transportador de CapsulaDebe tener una capacidad mínima de 350 ml y una profundidad suficiente de agua que permita cubrir la altura delcontenedor de la muestra. Debe estar provisto de algún medio que asegure firmemente la capsula y evite el balanceo; paralo que tendrá tres brazos que permitan a lo menos tres puntos de contacto para sostener la capsula.


Aparato Medidor de TiempoPara operar un penetrometro manual, utilice cualquier aparato que mida el tiempo, tal como un medidor de tiempo eléctrico,un cronometro o cualquier dispositivo a cuerda, que este graduado en 0,1 seg. o menos y cuya precisión este dentro de ±0,1 s para un intervalo de 60 s.

TermómetrosSe pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0,1 ºC, ocualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad. Los termómetros deben cumplirlos requisitos de la Especificación ASTM E1.

TABLA Nº1: Tipos de TermómetrosASTM Rango Temperatura de Ensayo

17 C 19 a 27 ºC 25 ºC

63 C -8 a +32 ºC 0 a 4 ºC

64 C 25 a 55 ºC 46 ºC

Fuente: ASTM D 5-97 Volume 04.03 Road and PavingMaterials; Vehicle-Pavement Systems

HornillaHornilla a gas o eléctrica para fundir la muestra


3. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Caliente la muestra cuidadosamente, previniendo calentamientos locales, hasta que llegue a fluidificarse. Entonces revuelvaconstantemente subiendo la temperatura de la muestra de asfalto a no más de 90 ºC por encima del punto de ablandamientoesperado.

No caliente la muestra por más de 30 min. y evite la incorporación de burbujas en la muestra.

Figura N°5Transportador de Capsula

Figura N°6Hornilla Eléctrica




Vierta la muestra en la capsula a una profundidad tal que cuando se enfrié a la temperatura de ensayo, la profundidad de lamuestra sea a lo menos 10 mm mayor que la profundidad a la cual se espera que la aguja penetre. Vierta dos porcionesseparadas para cada variación de las condiciones de ensayo.

Proteja la capsula contra el polvo, cubriéndola con un vaso y déjela enfriar al aire a una temperatura entre 15 y 30°C, entre 1 y 1,5h para una capsula pequeña (90 ml) y 1,5 y 2 h, para el más grande (175 ml).

Cuando utilice el transportador de capsula, coloque las muestras junto con este en el baño de agua, manteniéndolas a latemperatura de ensayo. Las muestras en capsulas pequeñas deben permanecer entre 1 y 1,5 h y en las más grandes, entre 1,5 y2 h.

4. CONDICIONES DE ENSAYOCuando no se especifiquen las condiciones de ensayo, considere la temperatura, carga y tiempo, en 25°C, 100 g y 5 seg,respectivamente.

Otras condiciones de temperatura, carga y tiempo pueden usarse para ensayos especiales, tales como los que se muestran en laTabla Nº 2.

TABLA Nº 2: Condiciones para EnsayosEspeciales

TemperaturaºC

Cargagr.

TiempoSeg.

0 200 604 200 6045 50 5

46.1 50 5Fuente: ASTM D 5-97 Volume 04.03 Road and Paving

Materials; Vehicle-Pavement Systems


A menos que se especifique otra cosa, coloque el peso de 50 g sobre la aguja, obteniendo una masa total de 100 ± 0,1 gr.

Si el ensayo se hace con el penetrometro en el baño, coloque la capsula con muestra directamente sumergida sobre la superficiede este, y deje la capsula con la muestra en el baño, completamente cubierta con agua.

Si el ensaye se realiza con el penetrometro fuera del baño, coloque la muestra en el transportador de capsula, cúbralacompletamente con agua a la temperatura del baño (constante) y ubique el transportador sobre la superficie del penetrometro.

Posicione la aguja descendiendo lentamente hasta que la punta haga contacto con la superficie de la muestra; realice esto con lapunta de la aguja haciendo contacto real con su imagen reflejada sobre la superficie de la muestra, para lo cual emplee unafuente luminosa.

Haga un mínimo de tres penetraciones en la superficie de la muestra en puntos distanciados al menos 10 mm de la pared de lacapsula y a no menos de 10 mm entre uno y otro. Si se usa el transportador de capsula, retorne la muestra y el transportador albaño de agua entre determinaciones; use una aguja limpia para cada determinación.

Si la penetración es mayor que 200, use un mínimo de tres agujas, dejándolas en la muestra hasta completar las trespenetraciones.


Figura N°7Esquematización del ensayo

Capsula masMuestra

Cronometro

Transportadorde Capsula

Cargade 50 gr.





PENETRACIÓN DEL ASFALTOASTM D 5-97, AASHTO T 49-97


Ubicación: Fecha:



B. DATOS TECNICOS O CONDICIONES DE ENSAYO

Temperatura de Ensayo T= ºC

Tiempo de Ensayo delPenetrometro t= seg.

Carga total para el ensayo q= gr.

Tipo de Cemento Asfaltico "Gradode Penetración"


Numero de Lecturas Lectura delPenetrometro

Carga de Ensayo(gr.)

Temperaturade Ensayo ºC

1º

2º

3º

4º

5º

6º

Promedio dePenetración

Penetración en mm.

7. ANEXOS




MÉTODO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA DE MEZCLASASFÁLTICAS UTILIZANDO EL APARATO MARSHALL

ASTM D 1559-01; AASHTO T 245-97

1. OBJETIVODescribir el procedimiento que debe seguirse para la determinación de la resistencia a la deformación plástica de mezclasasfálticas para pavimentación.

El procedimiento puede emplearse tanto para el proyecto de mezclas en el laboratorio como para el control en obra de lasmismas.

NOTA: Este método es aplicable a mezclas asfálticas con árido de tamaño máximo 25 mm.

2. RESUMEN DEL METODO

El procedimiento consiste en la fabricación de “briquetas” probetas cilíndricas de 101.6 mm (4") de diámetro y 63.5 mm (2 1/2")de altura, preparadas como se describe en esta guía de ensayo basados en la norma (ASTM D 1559-01; AASHTO T 245-97),rompiéndolas posteriormente en la prensa Marshall determinando su estabilidad y flujo.

Si se desean conocer los porcentajes de vacíos de las mezclas así fabricadas, se determinaran previamente los, pesosespecíficos de los materiales empleados y de las probetas compactadas “briquetas”, antes del ensayo de rotura, de acuerdo conlas normas correspondientes (Ensayos ya realizados anteriormente en base a las normas ASTM y AASHTO).

El procedimiento se inicia con la preparación de probetas de ensayo, para lo cual los materiales propuestos deben cumplir con lasespecificaciones de granulometría y demás, fijadas para el proyecto. Además, deberá determinarse previamente el pesoespecífico de los agregados, así como el peso específico del asfalto, y el análisis de densidad-vacios.

Para determinar el contenido Optimo de asfalto para una gradación de agregados dada o preparada, se deberá elaborar una seriede probetas “briquetas” con distintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los valores obtenidos después de serensayadas, permitan determinar ese valor "Optimo" de cemento asfaltico.

3. EQUIPO Y MATERIALES

Moldes de compactaciónConsistente en una placa de base Plana, con su molde y collar de extensión cilíndricos. El molde deberá tener un diámetrointerior de 101.6 mm (4") y altura aproximada de 76.2 mm (3"); la placa de base y el collar de extensión deberán serintercambiables, es decir, ajustables en cualquiera de los dos extremos del molde. Se recomienda disponer de tres (3) moldes.

Fuente: Elaboracion Propia

Extractor (ver figura N° 2)Que sirva para sacar las probetas del molde; debe estar provisto de un disco desplazador de 100 mm de diámetro por 10 mm deespesor.

Martillo de compactación (ver figura N° 3)Consiste en una cara circular de 100 mm (3 7/8”) de diámetro equipada con un peso de 4.515 ± 15 g (10 lb) y construido de modode obtener una altura de caída 460 ± 2 mm (18”).Las condiciones señaladas aseguran la obtención de una energía por caída de 20,75 J.

Figura N°1a)Partes del molde de compactaciónb)Moldes de compactación Armados

a) b)

Molde

Collar de extensión

Placa Base






Pedestal de compactaciónConsiste en un poste de madera de 205 x 205 x 455 mm cubierto con una placa de acero de 305 x 305 x 25 mm. Ver figura N°4.aEl poste va empotrado en hormigón mediante cuatro perfiles, debe quedar firmemente afianzada y a nivel.

Sujetador de moldeConsiste en un aro con resorte diseñado para mantener centrado y fijo el molde en el pedestal durante la compactación ver figuraN°4.b .


Figura N°2Extractor de moldes “briquetas”

Figura N°3Martillo Compactador y los Elementos que conforman el mismo

Figura N°4a)Pedestal de compactaciónb)Sujetador de molde

a) b)





MordazaConsiste en dos segmentos de cilindro, superior e inferior, con un radio interno de 51 ± 0,2 mm, diseñado para transmitir la cargaa la probeta en el ensayo.


Máquina Marshall (ver figura 7)Aparato eléctrico, diseñado para aplicar carga a las probetas durante el ensaye, a una velocidad de deformación de 50 ± 1mm/min. Está equipada con un anillo de prueba calibrado para determinar la carga aplicada, de una capacidad superior a 25 kN yuna sensibilidad de 45N con un dial graduado de 0,0025 mm y un medidor de flujo con una precisión de 0,01 mm, para determinarla deformación que se produce en la carga máxima.

Horno (ver figura 8)Horno debe incluir un termostato capaz de controlar y mantener la temperatura requerida.

Baño de agua (ver figura 9)De a lo menos 150 mm de profundidad y controlado termostáticamente a 60 ± 1 º C. El estanque debe tener un fondo falsoperforado y un termómetro centrado y fijo.

MartilloCompactador

Pedestal deCompactación

Contador Digital

Sujetador deMolde

Figura N°5Equipo de compactación de

Moldes “briquetas”

Figura N°6Mordaza para el ensayo Marshall








Figura N°7a)Equipo Marshallb)Medidor de flujoc)Equipo Marshall y sus partes que

lo conforman

Figura N°8Horno Eléctrico con controladorde temperaturas

Figura N°9a)Partes que lo conforman al baño de aguab)Baño de agua “Baño María”c)Fondo Falso

a)

Tapa

Fondo Falso

Controladorde

Temperatura

b) c)

a.1) a.2)

c.1)

b)




Equipo misceláneo

Pailas para calentar el árido. Recipiente, para calentar el asfalto. Bol, para mezclar el asfalto y árido. Espátulas, para el mezclado manual de la mezcla. Termómetros de rango 10 a 200º C para determinar las temperaturas del árido, asfalto y mezcla bituminosa. Balanzas con capacidad 5 kg y precisión 1 g. Poruñas. Guantes aislantes para resistir rango de de temperatura elevadas. Pintura, tinta u otro elemento de marcación indeleble, para identificar las probetas.

FFuente: Elaboración Propia

4. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Número de probetasPrepare a lo menos 3 y de preferencia 5 probetas para cada contenido de asfalto.

Preparación del áridoSeque el agregado hasta masa constante a una temperatura de 110 ± 5º C y sepárelo por tamizado en seco en las siguientesfracciones:

Separación por Tamizado

1” 3/4”

3/4” 3/8”

3/8” N°4

N°4 N°8

Pasa N°8

Temperatura de mezcladoEs la temperatura a la cual debe calentarse el cemento asfáltico para producir una viscosidad de 170 ± 20 cSt.

Temperatura de compactación

Figura N°10Equipos misceláneos: Bandejas para calentar los áridos Recipientes para calentar el asfalto Espátulas para mezclar el conjunto árido

asfalto Balanza eléctrica con precisión de 0.1 gr Poruña Hornilla Eléctrica Guantes de Cuero




Para cementos asfálticos la temperatura de compactación debe ser aquélla a la cual el cemento asfáltico alcanza una viscosidadde 280 ± 30 cSt.

Preparación de muestras

Pese en bandejas separadas para cada probeta de ensayo, la cantidad necesaria de cada fracción para producir unamuestra que dé como resultado una probeta compacta de una altura aproximada de 65 mm; normalmente se requieren1.200 g.

Coloque las bandejas en el horno y caliente a una temperatura de aproximadamente 30 ºC sobre la temperatura demezclado.

Coloque el árido caliente en el bol de mezclado y revuelva completamente, forme un cráter en el árido y pese lacantidad necesaria de cemento asfáltico e incorpórela al bol. En ese instante las temperaturas del árido y del asfaltodeben estar dentro de los límites establecidos en cuanto a la temperatura.

Mezcle el árido y asfalto tan rápido como sea posible hasta que la mezcla quede totalmente cubierta y uniforme.

Compactación de probetas

Prepare el molde y el martillo, limpiando completamente el conjunto del molde y cara del martillo de compactación ycaliéntelos durante 15 min en un baño de agua o en una placa caliente a una temperatura próxima a la decompactación.

Coloque un disco de papel filtro, cortado a medida, en la parte inferior del molde antes de colocar la mezcla. Suavice laparte interior del molde y la cara del martillo con un aceite grueso.

Coloque el conjunto collar, molde y base en el pedestal del compactador..

Llene el molde con una espátula, acomodando la mezcla 15 veces en el perímetro y 10 veces en el centro.

La temperatura antes de compactar debe estar en los límites establecidos para la compactación y si no es así,descártela; en ningún caso la mezcla debe recalentarse.

Con el martillo de compactación aplique (35,50 o 75 en base al nivel trafico proyectado) golpes en un tiempo no superiora 90 s.

Saque la base y el collar, invierta y reensamble el molde. Aplique en la otra cara el mismo número de golpes en untiempo no mayor al indicado. Después de compactar, saque la base y deje enfriar la probeta al aire. Si se desea unenfriamiento más rápido puede usar ventiladores. Normalmente la probeta se deja enfriar toda una noche.

Nota 1: Podrá especificarse una cantidad diferente de golpes, de acuerdo al tránsito de diseño.

Determinación de densidad y espesorTan pronto como la probeta se enfríe a temperatura ambiente, desmolde y determine su espesor.Luego proceda a determinar su densidad real de mezclas asfálticas compactadas de acuerdo con la ASTM D 2726-04.


Para probetas confeccionadas con cementos asfálticos, coloque éstas en un baño de agua a 60 ± 1º C durante 30 a 40 min, antesde ensayar.

Limpie completamente la mordaza, la temperatura de ésta debe mantenerse entre 21 y 38º C, usando un baño de agua si esNecesario lubrique las barras guías con una película delgada de aceite de modo que la parte superior de la mordaza se deslicesuavemente.

Si se usa un anillo de prueba para medir la carga aplicada, asegúrese que el dial esté firmemente ajustado y en cero.

Saque la probeta del agua y seque cuidadosamente la superficie, coloque y centre la probeta en la parte inferior de la mordaza,luego coloque la parte superior y centre el conjunto en el aparato de carga.

Aplique carga a la probeta a una velocidad constante de deformación de 50 ± 1 mm/min, hasta que se produzca la falla.

El punto de falla queda definido por la carga máxima obtenida el cual se define como la ESTABILIDAD MARSHALL como elnúmero total de newtons (N) o libras (lbf) necesarios para producir la falla de la probeta a 60º C.

A medida que avanza el ensayo de ESTABILIDAD, sujete firmemente el MEDIDOR DE FLUJO sobre la barra guía. Cuando seproduzca la carga máxima, tome la lectura y anótela. Esta lectura es el valor de la fluidez de la probeta expresada en unidades de0,25 mm (1/100 pulg).

El procedimiento completo de ESTABILIDAD y FLUENCIA, comienza desde el momento en que se retira la probeta del agua y nodebe durar más de 30 s.





6.1. Temperatura de mesclado y compactación

Para 170 ± 20 cst TMesclado= (281 – 297) ºF (138.3 – 147.2) ºCPara 280 ± 30 cst TCompactación= (265 – 275) ºF (129.4 - 135) ºC

6.2. Primera aproximación del contenido de asfaltoRecomendaciones del instituto del asfalto de EE. UU.- la fórmula de Mac kenson y Frickstad calcula el porcentaje de asfalto autilizarse en una mezcla asfáltica el cual propone la siguiente relación empírica:

FcXbaP **045.0*035.0

0.15*c, cuando 11-15 % pasa tamiz N° 200X 0.18*c, cuando 6-10 % pasa tamiz N° 200

0.2*c, cuando < 5% pasa tamiz N° 200

Donde:P= % de asfalto en peso de la mezclaa= % de agregado retenido en el tamiz #8b= % de agregado que pasa el tamiz #8 y es retenido en el #200c= % de agregado que pasa el tamiz #200

El valor de F varía de 0.0% a 1.5% y ocasionalmente llega a 2.0%, cuando el agregado es muy poroso.Generalmente el valor “F”, está comprendido entre 0.7 a 1.0%.

Este método empírico se recomienda tan solo si no se tiene un equipo de laboratorio disponible.

P=

P=

1

10

100

1000

10000

225 235 245 255 265 275 285 295 305 315 325

VISCOSIDADcSt

TEMPERATURA ºF

CURVA VISCOSIDAD Vs. TEMPERATURA




6.3. Especificaciones Marshall de diseño

Especificación del MétodoMarshall

Tráfico liviano TráficoMediano

TráficoPesado

Min. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx.

Compactación, numero degolpes en cada extremo da

la probeta “briqueta”35 50 75

EstabilidadNewtons

Libras

3336

750

5338

1200

8006

1800

Flujo 0,25 mm (0,01”) 8 18 8 16 8 14

% de vacíos de aire 3 5 3 5 3 5

% de vacios llenos deasfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75

Fuente: Principios de construcción de pavimentos de mezclasasfálticas en caliente (MS-22) pag. 82

% de vacios en el agregado mineral VMATamaño máx.

nominal departículas

% de vacios de aire

Tamiz 3.0 4.0 5.0

Nº 16 21.5 22.5 23.5

Nº 8 19.0 20.0 21.0

Nº 4 16.0 17.0 18.0

3/8 14.0 15.0 16.0

½ 13.0 14.0 15.0

¾ 12.0 13.0 14.0

1 11.0 12.0 13.0

1 ½ 10.0 11.0 12.0

2 9.5 10.5 11.5

2 ½ 9.0 10.0 11.0

Fuente: Principios de construcción depavimentos de mezclas asfálticas en

caliente (MS-22) pag. 82

Tabla N°1Criterios de Instituto del Asfalto para el

Diseño Marshall

Tabla N°2Porcentaje mínimo de VMA




6.4. Determinación de cantidades necesarias de agregado y asfalto para la confección de los moldes o briquetas

Peso total de la Briqueta: grASFALTO AGREGADOS

% deAsfalto

Asfalto(gr)

Grava de Grava de Grava de Arena

6.5. Determinación del Espesor, Densidad Real y Gravedad Especifica de Bulk de la mezcla Compactada

ESPESOR y/o ALTURA DE LAS PROBETAS “BRIQUETAS”

% deAsfalto

Altura de las Probetas o Briquetas

H1 (cm) H2 (cm) H3 (cm) H4 (cm) Promedio(cm)

DENSIDAD REAL Y GRAVEDAD ESPECIFICA DE BULK DE LA MEZCLACOMPACTADA (ASTM D 2726-04)

%Asfalto MS MSSS MSUM G (kg/m3) Gmb

Donde:G= Densidad RealGmb= Gravedad especifica de bulk de la mezcla compactada

6.6. Determinación de la estabilidad y flujo con el equipo Marshall

% Asfalto Lecturadel Dial

Estabilidadlibras

Índice deFlujo 0.01"

MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL (continuación)




6.7. Gravedad Específica en Agregados Gruesos (ASTM C 127-01;AASHTO T 85-91)

6.8. Gravedad Específica en Agregados Finos (ASTM C 128-01;AASHTO T 84-00)

6.9. Gravedad Específica de Bulk (Gmb) (ASTM D 2726-04)

Donde:G=densidad real

6.10.Gravedad Específica Teórica Máxima (ASTM D 2041-03a)

Donde:Pmm: Peso Total de la MezclaPS: Peso del AgregadoGse: Gravedad Específica EfectivaPb: Peso del AsfaltoGsaAsfalto=Gb: Gravedad Específica del Asfalto

6.11.Gravedad Específica de Bulk de la Combinación de AgregadosCuando la muestra se ensaya en fracciones separadas (por ejemplo, grueso y fino), el valor de la gravedad específica promediose calcula con la siguiente ecuación:

Donde:GS: Gravedad Específica Promedio (Gsb; Gsa)G1.G2…..GN: Valores de Gravedad Especifica por fraccionesP1, P2……PN: Porcentajes en pesos de la fracción




6.12.Gravedad Especifica Efectiva del Agregado

Donde:Gse: Gravedad Específica EfectivaPb: Contenido de Asfalto del, Porcentaje del Peso Total de la MezclaGb: Gravedad Especifica del Cemento AsfalticoGmm: Gravedad Específica Teórica Máxima

6.13. Porcentaje de Asfalto Absorbido Pba

Donde:Pba: Porcentaje de Asfalto Absorbido por peso del agregadoGb: gravedad especifica del cemento asfálticoGse: gravedad especifica efectiva del agregadoGsb: gravedad especifica bulk del agregado

6.14.Porcentaje de Asfalto Efectivo Pbe

Donde:Pbe: Contenido de asfalto efectivo, porcentaje por peso total de la mezclaPb: Contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezclaPs: Contenido de agregado, porcentaje por peso total de la mezcla (100-Pb)Pba: Asfalto Absorbido, porcentaje por peso del agregado

6.15.Porcentaje de Vacios en el Agregado Mineral en Mezcla Compactada VMA

Donde:VMA: Porcentaje de vacios en el agregado mineralGmb: Gravedad especifica de bulk de la mezcla compactadaGsb: Gravedad especifica de bulk del agregadoPb: Contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla

6.16.Porcentaje de Vacios de Aire en la Mezcla Compactada VTM

Donde:VTM: Porcentaje de vacios de aire en la mezcla compactadaGmb: Gravedad especifica de bulk del espécimen compactadoGmm: Gravedad especifica teórica máxima de la mezcla

6.17.Porcentaje de Vacios Llenos de Asfalto VFA

Donde:VFA: Vacios llenos de asfalto, porcentaje de VMAVMA: Vacios en el agregado mineral, porcentaje del volumen de bulkVTM: Vacios de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total

6.18.Graficar las Curvas: Contenido de Asfalto Vs Densidad (por unidad de peso) Contenido de Asfalto Vs Estabilidad Marshall Contenido de Asfalto Vs Flujo Contenido de Asfalto Vs Porcentaje de Vacios, VTM Contenido de Asfalto Vs Porcentaje de Vacios del Agregado Mineral, VMA Contenido de Asfalto Vs Porcentaje de Vacios Llenos de Asfalto, VFA

guia practica de laboratorio para el diseño marshall

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