Practica Prueba Marshall PDF

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Summary

Practica de Pavimento de la prueba Marshall, contiene lo siguiente:

Contenido
Introducción 3
Objetivo 3
Marco Teórico 4
Materiales 10
Procedimiento 13
Cálculos y resultados. 16
Conclusión 18
Referencias. 18

...

Description

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN FACULTAD DE INGENIERÍA PAVIMENTOS GRUPO “A” LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL PRÁCTICA PRUEBA MARSHALL PARA LA DETERMINACIÓN DE ESTABILIDAD Y EL FLUJO DE PROBETAS COMPACTADAS. EQUIPO:

DOCENTE: FERNANDO ROSALES UC

FECHA DE ENTREGA: MIÉRCOLES 15 DE NOVIEMBRE DE 2017 Contenido Introducción......................................................................................................................... 3 Objetivo............................................................................................................................... 3 Marco Teórico...................................................................................................................... 4 Materiales.......................................................................................................................... 10 Procedimiento...................................................................................................................13 Cálculos y resultados........................................................................................................16 Conclusión........................................................................................................................18 Referencias....................................................................................................................... 18

Introducción Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de firmes, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos, aparte de transmitir suficientemente las cargas debidas al tráfico a la explanada para que sean soportadas por ésta. Las mezclas asfálticas como ya hemos visto anteriormente sirven para soportar directamente las acciones de los neumáticos y transmitir las cargas a las capas inferiores, proporcionando unas condiciones adecuadas de rodadura, cuando se emplean en capas superficiales; y como material con resistencia simplemente estructural o mecánica en las demás capas de los firmes. Como material simplemente estructural se pueden caracterizar de varias formas. La evaluación de parte de sus propiedades por la cohesión y el rozamiento interno es comúnmente utilizada; o por un módulo de rigidez longitudinal y un módulo transversal, o incluso por un valor de estabilidad y de deformación. Como en otros materiales hay que considerar también, la resistencia a la rotura, las leyes de fatiga y las deformaciones plásticas.

Objetivo Este método determina el procedimiento para realizar los ensayos de estabilidad y fluencia de mezclas asfálticas preparadas en caliente, utilizando el equipo Marshall, determina características físicas de las mezclas y analiza los parámetros que definen el contenido de asfalto. Un pavimento de concreto asfáltico debe cumplir los siguientes objetivos principales: A. Suficiente estabilidad en la mezcla como para satisfacer las exigencias del servicio y las demandas del tránsito sin distorsiones o desplazamientos. B. Suficiente asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable, que resulte del recubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo,

impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada. C. Suficiente trabajabilidad para permitir una eficiente operación constructiva en la elaboración de la mezcla y su compactación. D. Suficientes vacíos en la mezcla compactada, para proveer una reserva que impida, al producirse una pequeña compactación adicional, afloramientos de asfalto y pérdidas de estabilidad.

Marco Teórico Mezclas Asfálticas La mezcla asfáltica se puede definir como una combinación de agregados minerales, aglomerados mediante un ligante asfáltico y mezclados de tal manera que los agregados pétreos queden cubiertos por una película uniforme de asfalto. Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el comportamiento funcional de la misma como pavimento.

El Instituto del Asfalto de los Estados

Unidos

de

Norteamérica,

describe

asfalto

como

un

fuerte,

fácilmente

altamente durable.

cemento adhesivo,

impermeable, Es

una

al

y

sustancia

plástica que proporciona una flexibilidad controlable a las mezclas de material mineral

Ilustración 1. Pavimentación, Carpeta asfáltica de carretera

con las que usualmente se combina. No obstante que es un sólido o semisólido, en condiciones normales de temperatura ambiental el asfalto puede ser fácilmente licuado mediante aplicación de calor. El asfalto se considera como un cemento bituminoso, debido al hecho de que está constituido por hidrocarburos.

Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están formadas por una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonato, de manera que aquellos quedan cubiertos por una película continua éste. Se fabrican en unas centrales fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan. Las mezclas asfálticas se utilizan en la construcción de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de los firmes para tráficos pesados intensos. Las mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90 % de agregados pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfáltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfáltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total. Componentes En la preparación y colocación del revestimiento asfáltico intervienen un gran número de factores relacionados entre sí, por lo cual no se puede evaluar su calidad considerándose paradamente las propiedades del asfalto, y las del agregado. La calidad del pavimento se determinará analizando la mezcla compactada, de acuerdo a las consideraciones siguientes: 1) Ligante asfáltico: En una mezcla en caliente, el asfalto se encuentra en forma de películas muy delgadas que se han obtenido mediante la aplicación de calor. Por consiguiente, las propiedades del asfalto en película delgada podrían ser diferentes de aquellas del producto a granel, y además, podrían alterarse con la aplicación del calor. El asfalto es sólo uno de los componentes del pavimento que cumplirá apropiadamente sus funciones, solamente si se emplea en la cantidad correcta, con un agregado mineral adecuado, y bajo condiciones apropiadas. 2) Agregado mineral: Una vez que el agregado mineral ha sido cubierto con asfalto, adquiere características diferentes, por ejemplo, la facilidad con la cual puede compactarse es completamente diferente. Su capacidad de repeler el agua se incrementar de acuerdo al espesor de la película de asfalto. En consecuencia, hay solamente una forma segura de diseñar una

mezcla asfáltica, mediante la preparación de mezclas en laboratorio, y la verificación en sitio de que las características físicas establecidas en laboratorio se cumplan en la obra, para garantizar el comportamiento del pavimento.

Clasificación de las Mezclas Asfálticas Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas: a) Por Fracciones de agregado pétreo empleado. - Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante. - Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla. - Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero. - Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico. b) Por la Temperatura de puesta en obra. - Mezclas asfálticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente. - Mezclas asfálticas en Frío: El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente. c) Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica. Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.

- Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el 6 %. Mezclas Semi–cerradas o Semi–densas: La proporción de vacíos está entre el 6 % y el 10 %. - Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %. - Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20 %. d) Por el Tamaño máximo del agregado pétreo. - Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10 mm. - Mezclas Finas: También llamadas micro aglomerados, pueden denominarse también morteros asfálticos, pues se trata de mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfáltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple del tamaño máximo. e) Por la Estructura del agregado pétreo. - Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfálticos, aunque también una parte de la resistencia de estos últimos, se debe a la masilla. - Mezclas sin Esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfálticas. f) Por la Granulometría. - Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. - Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.

Propiedades de las mezclas asfálticas para capas de rodadura. La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables para

una

superficie

rodadura

no

de

pueden

optimizarse simultáneamente hay que equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las

soluciones

satisfactorias. materiales proporcionan Ilustración 2. Preparación de mezcla asfáltica

más Los

asfálticos superficies

continuas y cómodas para

la rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la durabilidad, rugosidad,

impermeabilidad,

y

otras

características

útiles

o

imprescindibles para el usuario. Por ejemplo, en los países fríos, en particular en el centro de Europa, se han desarrollado mezclas muy impermeables y ricas en mortero. Si estas mezclas no proporcionan la textura adecuada, se recurre a procedimientos ajenos a la propia mezcla como son la incrustación en la superficie de gravillas o al abujardado en caliente. En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se justifica por las solicitaciones a que están sometidas. Actualmente la modificación de ligante se ha generalizado para carreteras importantes persiguiéndose la optimización de la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la misma razón, la calidad de los agregados es

absolutamente imprescindible, aunque todo ello suponga un costo mayor para el pavimento.

Efecto del agregado mineral en la estabilidad a. b. c. d. e.

Tamaño máximo de los agregados Tipo de agregado Gradación Llenante mineral (filler) Porcentaje de vacíos

Factores que deben controlarse en las mezclas asfálticas Para que una carpeta sea estable, duradera, impermeable y antiderrapante, se deben controlar los siguientes factores:   

Granulometría del material pétreo Contenido de asfalto Características del cemento asfáltico

Efecto del asfalto en la estabilidad (cantidad de asfalto) Dependiendo de su cantidad en la mezcla, el asfalto puede actuar como un ligante o como un lubricante. Por lo tanto, la estabilidad de una mezcla aumenta con un incremento en el porcentaje de asfalto hasta alcanzar un máximo, después del cual disminuye. El efecto del porcentaje de asfalto varía con el tipo de agregado y en algunos casos es mucho más crítico que en otros. Característica del asfalto Las características del asfalto, especialmente su consistencia, afectan los resultados delas pruebas de estabilidad. La viscosidad del asfalto entra en juego cuando la aplicación de la carga es muy rápida. En la prueba Marshall, el grado del asfalto, tiene un gran efecto en la estabilidad pero muy poco en el índice de flujo.

Materiales Los materiales utilizados en la práctica fueron los siguientes: 

Parte muestra



Rodrigo



Asfalto



Espátula



Molde



Charola



Compresor



Estufa



Báscula



Equipo Prueba Marshal

Procedimiento 1. Se remojaron previamente a baño maría los moldes individuales a una temperatura aproximada a los 150°C. Se dejan en el recipiente y se retiran de los moldes al momento de comenzar la práctica. 2. Se divide el material en el separador de muestra, se agarra media muestra

3. Posteriormente se traspalea y se cuartea el material y se toman los 2 extremos opuestos, esto se hace hasta obtener una muestra de 5 kg.

4. Se criba por las mallas de ¾, ½, ¼, No. 10, No. 40 y No. 200. 5. Se pesan las muestras retenidas en cada malla 6. Se calienta el cemento asfaltico a una temperatura no menor a 130°, en este caso entre 150 y 165°C aproximadamente.

7. Posteriormente se prepararon tres muestras de mezcla con los pesos indicados de cada tamaño de material y un 6% de cemento asfaltico en base al peso total de la muestra. 8. Se mezclaron los materiales hasta obtener un material completamente uniforme (mezcla asfáltica).

9. Una vez que se logró obtener dicha consistencia con cada muestra fueron colocadas en los moldes previamente dejados a reposar en baño maría. 10.Posteriormente se procedió a colocar cada una de las muestra en el aparato Marshall para compactación.

11. Se compactaron las muestras con 75 golpes cada una, se voltea la muestra y se vuelven a dar 75 golpes 12.Se dejan reposar las muestras a una temperatura aproximada de 25°C para enfriar y utilizarlas en pruebas posteriores (Deflexión de un pavimento). 13.Posteriormente se toma una muestra que ya estaba preparada previamente y se saca el volumen de ésta.

14.Se coloca en la máquina de la prueba Marshall.

Cálculos y resultados. Determinación de la masa del material para la prueba Marshall. Composición granulométrica del material retenido en el Tamiz No. 4 Tamiz

Peso Ret. Parcial (g)

% Ret Parcial

3/4”

137

3.0

1/2”

693.9

15.3

No. 4

1981.8

43.2

Pasa No. 4

1746.3

38.5

Suma

4540

100

Prueba Marshall Tamaños de material

¾”

½”

No 4

Pasa No 4

Total

100% Material pétreo

3%

15.3%

43.2%

38.5%

100%

Material pétreo para Marshall % Material pétreo para Marshall Material asfaltico para proporcionamiento Marshall % Cantidad de material asfáltico para Marshall Cantidad de mezcla asfáltica

%CAM =

% CA=

2.8%

14.3%

40.4%

36.0%

93.5%

28.6 g

145.8 g

412.1 g

367.2 g

935.7 g

6.5% 66.3 g 1020 g

Cantidad de AC−20 66.3 ∗100=6.61 % ∗100= 1002 Cantidad de AC −20+Cantidad de material pétreo

( 66.3 ) Contenido Asfáltico ∗100= ∗100=7.08 % Contenido de material pétreo ( 935.7 )

Determinación de la densidad del espécimen (γ). Lectura 1 2 3 4 Promedio (mm) Promedio (cm)

Diámetro (mm) 101.63 101.62 101.65 101.64 101.635 10.1635

Altura 61.22 60.95 60.95 61.23 61.0875 6.10875

Con los promedios de diámetro y altura, hallamos el volumen: 2

π ( 10.1635 ) π D2 ∗h= (6.10875)=495.5972 cm3 V= 4 4 Seguidamente, hallamos

γ=

γ

(densidad) para una

W =984.1 g :

984.1 g W 3 g = =1.9857 3 =1985.7 kg /m V 495.5972 cm3 cm

Determinación de la estabilidad del material. Lectura del micrómetro de carga

310

Factor de corrección de carga Factor de corrección para una altura de

4.7 kg 1.058

61.08 mm ≅61.1 mm Estabilidad= ( Lecturadel micrometro de carga) (Factor decorrecciónde carga )= ( 310 ) (4.7 kg )=1457 kg

Estabilidad corregida= ( Estabilidad )( Factor de corrección )= ( 1457 kg) ( 1.058 ) =1541.51 kg Determinación del flujo (deformación). Lectura del micrómetro de flujo Factor de corrección de flujo

80 0.001”

0.001 ) left ({25.4 mm} over {1 in} right ) = 2.032 m Flujo= ( Lectura delmicrómetro de flujo ) ( Factor de correcciónde flujo )=(80)¿

Conclusión Para esta práctica se fijó un 6.5% de material asfáltico, con lo que se calcularon los porcentajes de cada tamaño de material pétreo a utilizar teniendo en cuenta que el peso total de la muestra debe ser de 1020 gramos, luego se calculó el porcentaje real que se debe agregar de material asfáltico por perdidas al mezclar, también se calculó que porcentaje equivale el material asfáltico con respecto a el material pétreo. También se obtuvo la densidad de la muestra que dio un valor de 1985.7 kg/m 3, la estabilidad del material con un valor de 1541.51 kg y el flujo con un valor de 2.032 mm.

Referencias. 

Badillo, Juárez. Rodríguez, Rico. (1997). Mecánica de suelos. Tomo I. Edit. Limusa



Norma ASTM – D6926-10, “Preparación de mezclas asfálticas usando el aparato Marshall”



Norma ASTM – D6926-15, “Estabilidad Marshall y flujo de mezclas asfálticas”...