ENSAYO MARSHALL.pdf

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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

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

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.

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.

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

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:


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:

10


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:

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:

[

]

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

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.


ignicin Inv E-121-07.


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.

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

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

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

17

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

18

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.

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.


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.

20

Figura No.17 procedimiento del picnmetro.


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.

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

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.


Figura No.19 armado de las briquetas.


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


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


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

24

Fuente: Elaboracin Propia

Figura No. 22 montaje en la prensa Marshall


Figura No. 23 proceso de compactacion


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.

25

Figura No 24 extraccin de briquetas.


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.

26

Figura No. 26 inmersin en agua a 60


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


Figura No.28 aplicacin de precarga y aceracin de medidores


27

Falladas las briquetas se obtuvieron los resultados en cada valor del

porcentaje trabajado.

Figura No. 29 Muestras falladas


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


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.

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


Se lleno el molde de la maquina rice y se registro su peso

Figura No.32 peaje del material y calibracin


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.

29

Figura No.33 extraccin vaco y saturacin hasta marca de aforo


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


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


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


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


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


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


6.5% de Asfalto+93.5%agregado 1122 78


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


44

Fuente: autores

Grfica No. 6

Fuente: autores

PORCENTAJE DE VACOS EN AGREGADOS MINERALES

81%

6% 13%

Proporciones Volimetricas para 6.5% asfalto


79%

0%

21%

Proporciones Volumetricas para el 7% asfalto


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


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,

54

siguen siendo de tomados y utilizados nos solo en la academia sino

tambin en las especificaciones de construccin de carreteras del Invas.

55

BIBLIOGRAFA

BADILLO, Jurez. Mecnica de suelos. Tomo 1. Mxico: Editorial Limusa,

1978. 150 p

ENSAYOS CALIDAD DE MATERIALES PARA CARRETERAS. Prez

Buitrago Gonzalo. UPTC Tunja.

ESPECIFICACIONES GENERALES DE CONSTRUCCION DE

CARRETERAS Y NORMAS DE ENSAYO PARA CARRETERAS 2007.

Ministerio de transporte. Instituto nacional de vas.

INVIAS, Especificaciones generales para la construccin de carreteras,

norma 733, 734, 735, 736, 748. Bogot 2007

INVIAS, Especificaciones generales para la construccin de carreteras,

articulo 400 y 450. Bogot 2007

LABORATORIO MATERIALES PARA INGENIERIA. Prez Buitrago

Gonzalo. UPTC. Tunja 2009.

Snchez, Fernando. Pavimentos. Tomo 2. Bogot, Universidad la gran

Colombia, 1985. 137 p

RICO, Alfonso. La ingeniera de suelos en las vas terrestres: carreteras,

ferrocarriles y aeropistas. Mxico: Editorial Limusa, 1978. 291p

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