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PRACTICAS DE LABORATORIO
PAVIMENTOS
Presentado como requisito a la asignatura de
Ing.JOSE FERNANDO GARCIA MUOZ
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
PAVIMENTOS
01 DE JUNIO DEL 2013
BOGOTA D.C
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PRACTICAS DE LABORATORIO
PAVIMENTOS
Presentado Por:
Jenny Paola Rodrguez 502490
Gustavo Andrs Snchez 502650
George Arias Medina 502486
Leonel Ordua 502809
Wilson Galvis 502753
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
PAVIMENTOS
01 DE JUNIO DEL 2013
BOGOTA D.C
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Tabla de contenidoMARSHALL .................................................................................................................................................................
1. Introduccin ..................................................................................................................................................... 4
2. Objetivos ............................................................................................................................................................ 5
3. Marco Terico ................................................................................................................................................ 6
4. Equipos .............................................................................................................................................................. 7
5. Procedimiento ................................................................................................................................................. 8
6. Datos y Resultados ...................................................................................................................................... 17
7. Anlisis de Resultados ............................................................................................................................... 21
8.
Conclusiones ................................................................................................................................................ 22CBR ..............................................................................................................................................................................1. Introduccin .................................................................................................................................................. 24
2. Objetivos ......................................................................................................................................................... 25
3. Marco Terico ............................................................................................................................................. 26
4. Planteamiento .............................................................................................................................................. 27
5. Procedimiento .............................................................................................................................................. 10
6. Resultados ..................................................................................................................................................... 12
7. Conclusiones ................................................................................................................................................ 13
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................................... 56
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MARSHALL
1. INTRODUCCIONEl asfalto es un material de petrleo lquido de color negro pardusco que se endurece al enfriarse.
En este informe se demuestra de forma detallada el ensayo Marshall, los equipos y materiales
utilizados, el procedimiento y los clculos respectivos.
El ensayo de laboratorio Marshall desarrolla un mejor criterio para determinar el contenido
ptimo de asfalto en la etapa de diseo. Este ensayo de laboratorio se realiz de acuerdo a las
normas de ensayos de materiales especificadas por el INVIAS, dado que toda obra de ingeniera
debe cumplir con los estndares de dicha entidad
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2. OBJETIVOS2.1. OBJETIVO GENERAL
Disear una mezcla asfltica densa en caliente y obtener una frmula de trabajo
correspondiente, mediante el mtodo Marshall de manera tal que se consiga cumplir con
los requisitos mnimos de calidad de un pavimento
2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el porcentaje ptimo de asfalto para realizar una mezcla con materiales finos
y granulares para la realizacin de briquetas.
Calcular los diferentes porcentajes de vacos y las gravedades especficas delas briquetas
realizadas.
Reconocer correctamente el procedimiento a seguir para que no hayan errores posibles
durante el ensayo
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3. MARCO TEORICOEl concepto del mtodo Marshall para diseo de mezclas de pavimentacin fue formulado por
Bruce Marshall, Ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de Mississippi. Elcuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a travs de una extensiva investigacin y estudios de
correlacin, mejor y adicion ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y desarrollo
un criterio de diseo de mezclas. El ensayo fue normalizado como ASTMS 1559.
Una de las virtudes del Mtodo Marshall es la importancia que se asigna a las propiedades
densidad/vacos del material asfaltico. Este anlisis garantiza que las importantes proporciones
volumtricas de los componentes de la mezcla estn dentro de rangos adecuados para asegurar
una mezcla durable.
Este ensayo consiste en la fabricacin de probetas cilndricas de 4" de dimetro y 2" de altura,
rompindolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y flujo.
Tambin se calculan los porcentajes de vacos de las mezclas fabricadas, se determina previamente
las gravedades especficas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del
ensayo de rotura, de acuerdo con las normas INVIAS.
Este ensayo busca determinar el contenido ptimo de asfalto para una gradacin de agregados
dada o preparada, para esto se deber elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de
asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes valores obtenidos despus de ser ensayadas,
permitan determinar ese valor "ptimo".
El procedimiento se inicia con la preparacin de probetas de ensayo, para lo cual los materiales
propuestos deben cumplir con las especificaciones de granulometra y dems, fijadas para el
proyecto. Adems, se deber determinar previamente la gravedad especfica Bulk de los agregados,
as como la gravedad especfica del asfalto, y se deber efectuar un anlisis de Densidad- Vacos
de las probetas compactadas.
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4. EQUIPO PARA EL ENSAYO Juego de elementos para ensayo Marshall, que incluye molde de compactacin especial de 4
pulgadas de dimetro y 3 de altura con su collar de extensin, martillo de compactacin conuna zapata circular de 3 y 7/8 pulgadas de dimetro, peso de 10 libras y altura de cada de
18 pulgadas, pedestal de compactacin firmemente anclado al piso, prensa de ensayo y
mordazas para ensayo con sus guas.
Otros elementos tales como calentadores, termmetros, estufa, bandejas metlicas, bao
Mara, extractores de muestras, etc.
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5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO5.1. Nmero de muestrasSe prepararon tres muestras para cada combinacin de agregados y contenido de cemento
asfltico elegido. Tanto los agregados como el asfalto debern cumplir individualmente lasespecificaciones correspondientes a ellos.
5.2. Preparacin de los agregadosEn primer trmino, se secan a 110C hasta peso constante. Como casi nunca es posible obtener un
agregado que cumpla con los requisitos granulomtricos exigidos, deber hacerse una
combinacin con los disponibles. En el laboratorio se trabaj con la siguiente gradacin y
porcentajes de agregados que se dividi en tres grupos:
Fotografa 1 Combinacin de Agregados de 4.5% Fotografa 2 Combinacin de Agregados de 5%
Fotografa 3 Combinacin de Agregados de 6%
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5.3. Preparacin de las mezclasElaborar cada probeta se debern mezclar las cantidades necesarias de cada fraccin de agregados
y cemento asfltico para alcanzar dicho peso. Como en los 1200 gramos habr un 4% de cemento
asfltico, el 96% los componen los agregados ptreos y por ende, se emplear un 96% de cada
fraccin. En la bandeja de mezcla deber colocarse la cantidad indicada de cada fraccin de
agregado a la temperatura especificada, mezclndose stas rpidamente y abrindose un crter
dentro del cual se aade la cantidad calculada de cemento asfltico.
4,5 143 275 361 562 722 934 1029 1077 1145 54 1199
5 143 274 359 560 718 925 997,5 1072 1140 60 1194
6 141 271 355 553 711 920 987,1 1060 1128 72 1182
40 80 200 CANTIDADASFALTOPESO
TOTALFinosPORCENTAJE DE
ASFALTO 4 10
Tabla 1 Gradacin de Agregados
Fotografa 4 Separacin de Agregados por Tamices
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Este procedimiento se repite para las otras dos muestras que se van a preparar con el mismo
porcentaje de cemento asfltico.
Fotografa 5 Adicin de Cemento Asfaltico a cada fraccin de Agregados
Fotografa 6 Mezclado del Cemento Asfaltico y los Agregados
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5.4. Compactacin de las mezclas Antes de colocar la mezcla dentro del molde, tanto ste como el pisn de compactacin
deben limpiarse con gasolina o kerosene y colocarse a estufa entre 100 y 150C por unos
30 minutos.
Al retirarlo de la estufa, se arma el molde, se le coloca su base y collar de extensin y se le
coloca un falso fondo, previamente untado con aceite, colocando luego de manera rpida
dentro de l, la mezcla de1200 gramos, la cual debe emparejarse con una esptula o
palustre caliente.
A continuacin, se sujeta el molde con el aro de ajuste que tiene para tal efecto, se coloca
en el pedestal de compactacin, se apoya sobre la mezcla la zapata del pisn y se aplican
75 golpes a cada libre y cuidado que el vstago del pisn se mantenga siempre vertical.
Terminada la aplicacin del nmero de golpes requerido, se retira el molde del dispositivo
de ajuste, se le quita la placa de base y el collar de extensin, se invierte el molde y se
vuelve a montar el dispositivo, aplicando el mismo nmero de golpes a la que ahora es la
cara superior de la muestra.
Se retira el molde del pedestal, se le quita el collar y la base y se deja enfriar a la
temperatura ambiente.
Fotografa 7 Mezclado del Cemento Asfaltico y los Agregados
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Se le coloca al molde el collar de extensin y se saca de l la probeta compactada, la cual
debe identificarse marcndola en cada cara con una crayola.
Fotografa 8 Mezcla en molde compactador
Fotografa 9 Martillo compactador 75 Golpes por ambos lados de la Briqueta
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Fotografa 10 Briqueta compactada 4.5 %
Fotografa 11 Briqueta compactada 5 %
Fotografa 12 Briqueta compactada 6 %
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5.5. Ensayo de probetas compactadasEn el mtodo de ensayo Marshall, cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos en
el orden indicado:
a) Determinacin del peso especfico bulkb) Ensayo de estabilidad y flujo
c) Anlisis de densidad de vacos
5.5.1. Determinacin del peso especfico bulk de las probetas compactadas.El peso especfico bulk de una probeta compactada es la relacin entre su peso en el aire y su
volumen incluyendo los vacos permeables. Como la probeta tiene una textura superficial densa e
impermeable, su peso especfico bulk se determina mediante la expresin:
Dnde:
Wa = peso de la probeta seca en el aire
Ww = peso de la probeta en el agua
Ww = WwcWc; donde:
Wwc = peso de la probeta en el agua ms la canasta
Wc = peso de la canasta = 1115 gr.
Wss = peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca
5.5.2. Ensayo de estabilidad y flujoEl procedimiento que se describe a continuacin, es aplicable a todas las probetas compactadas.
Se lleva la probeta a un bao de agua a 25 C durante un lapso de 30 minutos.
Estando listo el aparato de carga Marshall para el ensayo, se saca la probeta del agua y se
seca rpida y cuidadosamente su superficie.
Se coloca la probeta en la mordaza inferior de prueba y se centra. Luego se ajusta el anillo
superior en posicin y se centra el conjunto en el mecanismo de carga. A continuacin se coloca el medidor de flujo sobre la barra-gua marcada y se lleva su
aguja a cero.
Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulgadas/minuto hasta que ocurra la
falla. El punto de falla se define mediante la mxima lectura obtenida en el dial de carga.
El nmero de kilonewtos correspondiente a esta lectura se anota como ESTABILIDAD
MARSHALL.
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Mientras se est aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posicin
sobre la barra-gua y se retira cuando ocurra la carga mxima. La lectura en el dial en
este instante se denomina FLUJO y se expresa en centsimas de pulgada.
El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del bao de agua hasta que fallaen la mquina, no debe tardar ms de 30segundos
Fotografa 13 Briquetas de 4.5%, 5% y 6%
Fotografa 14 Peso aire de cada una de las Briquetas
de 4.5%, 5% y 6%
Fotografa 15 Peso sumergido de cada una de las
Briquetas de 4.5%, 5% y 6%
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Fotografa 15 Briquetas sumergidas por 30 minutos
en agua a temperatura de 25c
Fotografa 16 Equipo carga de Marshall donde se
falla cada Briqueta
Fotografa 17 Briqueta sometida a carga para
determinar la resistencia y deformacin
Fotografa 18 Briqueta deformada
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6. DATOS Y CALCULOS OBTENIDOS6.1. Tabla de Agregados
6.2. Datos Obtenidos
6.3. Clculos realizados6.3.1. Peso especfico Bulk
6.3.2. Peso especfico promedio de los agregados
Tabla 2 Datos Obtenidos en Laboratorio
102,32 59,2
103,05 63,46
102,32 59,2
103,05 63,46
102,32 59,2
103,05 63,46
ESTABILIDAD FLUJO
84
45
48
85
165
187643,6 1125,8
102,685 61,33
102,685 61,33
5% 1035,6 576,7 1034,5
6% 1125,3
1153 648,7 1154,1 102,685
PROMEDIO PROMEDIO h
61,334,5%
BRIQUETA PESO AIRE PESOSUMERGIDOPESO SATURADO, SUMERGIDO,
SUPERFICIAL
(mm)h
(mm)
4,5 143 275 361 562 722 934 1029 1077 1145 54 1199
5 143 274 359 560 718 925 997,5 1072 1140 60 1194
6 141 271 355 553 711 920 987,1 1060 1128 72 1182
40 80 200 CANTIDADASFALTOPESO
TOTALFinosPORCENTAJE DE
ASFALTO 4 10
Tabla 1 Gradacin de Agregados
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6.3.3. Peso especfico mximo terico
6.3.4. % de Absorcin del asfalto
6.3.5. % en volumen que ocupa el agregado ptreo
6.3.6. % de vacos de aire respecto al volumen total de la mezcla
(
)
6.3.7. Volumen de asfalto efectivo
6.3.8. % vicios en agregados minerales
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6.3.9. Contenido de asfalto efectivo
(
)
6.4. Tabla de ResultadosPRUEBA %C.A Wa Wss Ww Gagre Gs Asfalto Gb Gmt Aa Vagre Vv Vae Vam Ae
1 4,5 1153 648,7 1154,1 2,63 1,006 2,28 2,45 1,64 82,84 10,53 6,62 17,16 2,93
2 5 1035,6 576,7 1034,5 2,63 1,006 2,26 2,43 1,97 81,71 11,29 7,00 18,29 3,12
3 6 1125,3 643,6 1125,8 2,63 1,006 2,33 2,40 2,65 83,41 8,48 8,11 16,59 3,51
6.5. GraficasResumen de Resultados
% Asfalto Peso EspecficoGb(g/cm3)Estabilidad
Marshall (kg)Fluencia
(mm)Vacos deaire (%)
Vacos enAgregados
minerales (%)Vacos llenosde Asfalto (%)
RelacinEstab./ Flujo
4,5 2,3 1238,0 85,0 10,5 17,2 35,7 14,6
5,0 2,3 1273,0 165,0 11,3 18,3 36,7 7,7
6,0 2,3 1218,0 187,0 8,5 16,6 66,2 6,5
A continuacin, se muestran los grficos de las anteriores relaciones
Tabla 3 Tabla de Resultados
Tabla 3 Tabla de Resumen de Resultados
1200.0
1210.0
1220.0
1230.0
1240.0
1250.0
1260.0
1270.0
1280.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Estabilidad(Kg)
% Asfalto
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.4
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Peso
Especifica(g/cm3)
% Asfalto
Grafica 1 Peso Especfico Vs % Asfalto Grafica 2 Estabilidad Marshall Vs % Asfalto
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20
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
150.0
160.0
170.0
180.0
190.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Fluencia(mm)
% Asfalto
1.0
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
13.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
VaciosdeAire(%)
% Asfalto
15.0
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
VaciosAgregadosMinerales
(%)
% Asfalto
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
VaciosllenosdeAsfalto(%)
% Asfalto
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
12.0
13.0
14.0
15.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
RelacionEstabilidad/Flujo
% Asfalto
Grafica 3 Fluencia Vs % Asfalto Grafica 4 Vacos de Aire Vs % Asfalto
Grafica 5 Vacos Agregados Minerales Vs % Asfalto Grafica 6 Vacos llenos de Asfalto Vs % Asfalto
Grafica 7 Relacin Estabilidad/Flujo Vs % Asfalto
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7. ANALISIS DE RESULTADOS
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8. CONCLUSIONES El mtodo de Marshall para realizar el diseo de mezclas asflticas es de importancia lograr
propiedades volumtricas adecuadas en la carpeta asfltica terminada, el desempeo de lasuperficie de rodamiento en su vida til de servicio. Simular de manera adecuada la
densificacin que ocurre en campo, bajo la accin vehicular y de esta forma llegar a frmulas
de trabajo que permitan dosificar mezclas que tengan un mejor comportamiento en
condiciones de trnsito y clima.
El estudio granulomtrico de los materiales empleados en las obras de ingeniera adems de
ser uno de las pasos inciales para una gran mayora de ensayos, es de gran importancia para
determinar el tamao de las caractersticas mecnicas del material.
Las mezclas asflticas se deben hacer con agregados angulares obtenidos principalmente de
trituracin, para hacer que la mezcla asfltica sea ms estable que las hechas con materiales
de canto rodado.
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9. BIBLIOGRAFIA