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MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURAFUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDADFUNDALANAVIAL
FLNV- MVA-020
MANUAL VISUALIZADO REVISION
PROPIEDADES MARSHALLMEZCLAS ASFALTICAS ENCALIENTE
(COMPACTADAS)
A.S.T.M. D 1559
NOVIEMBRE 2003
8/17/2019 Mva 20 Marshall Astm d 1559
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1 de 15 METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES MARSHALL DE LAS MEZCLAS
ASFALTICAS EN CALIENTE (COMPACTADAS)
NORMA A.S.T.M. D 1559/ NLT- 159 -168/ I.N.V.E. 748
1 OBJETIVO Este ensayo tiene por objeto describir el procedimiento que debeseguirse para determinar Las Propiedades Marshall de las mezclas
asfálticas en caliente (compactadas ).
2 ALCANCE Establecer los parámetros necesarios para determinar lascualidades y propiedades (estabilidad, fluencia, durabilidad,trabajabilidad, resistencia al deslizamiento) que debe tener la mezcla
de pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipocompatible de asfalto que puedan combinarse para producir esascualidades.
3 COMENTARIO El Método Marshall se establece con el propósito de agrupar una seriede parámetros que permitirán obtener datos capaces de garantizar y
optimizar los valores de cemento asfáltico para una combinación deagregados determinados. El método igualmente nos provee de
información sobre las propiedades de la mezcla y establece valores de
densidades y contenido óptimo de vacío los cuales deben sercumplidos según las especificaciones, durante la ejecución del diseño y
la construcción del pavimento.
4 DURACION Con práctica se puede hacer el ensayo en el Laboratorio en tres días.
5 EQUIPOS REQUERIDOS
Figura 1 Equipo utilizado Prensa Marshall Figura 2 Equipo de compactación y extractor
de muestras
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? Prensa para ensayo Marshall
? Anillo de carga y medidor(estabilidad).
? Medidor de deformaciones.(flujo).
? Mordaza
? Baño de maria (regulador detemperatura)
(véase figura 1)
? Equipo de compactación : moldes,placas de base, y collares de
extensión. 3 martillos de compactacióny un pedestal de compactación.
? Extractor de muestras (véase figura 2)
? Plato caliente eléctrico: (60X30cms), mínimo y con regulador de
temperatura.
? Termómetro tipo dial: con escalahasta (240ºC) y sensibilidad de
(3ºC)
? Bandeja. 60 x 60 x 5 cms.
? Cronometro
? Véasenier
? Cuchara de granero
? Espátula
? Guantes de asbesto
? Cuchara de mezclado
?
Ponchera metálica para mezclado
? Balanza de capacidad 4 kg.
? Papel parafinado (Filtros)
(Véase Figura 3)
? Horno (Capacidad de 220 litros)(véase figura 4)
Figura 3 Equipos para ensayo Marshall
Figura 4 Horno para ensayo Marshall
6 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
Luego de caracterizados los agregados y el
ligante asfáltico (véase manualesvisualizados para caracterización de
agregados, FLNV-MVAG-4/07/08/11/12/13/
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15/22/24/26/27/33 y para caracterización de
ligante asfáltico, FLNV-MVA-04/05/06/08/12/14) se procede a definir la combinación delos agregados que participan en la mezcla,
así como la estimación del porcentajeóptimo de ligante asfáltico aproximado.
6.1 Estimado del contenido de ligantede asfalto
Para estimar el contenido aproximado de
ligante asfáltico de la mezcla que sepretende diseñar, se tomó como referencia
la formula recomendada por el Instituto de Asfalto, la cual esta basada en la
distribución granulométrica de losagregados que participaran en la mezcla. Laformula es la siguiente:
P = 0,02a + 0,045b + 0,18c (1)
Donde
P= Porcentaje de ligante asfáltico requeridoen la mezcla, expresado comoporcentaje en peso total de agregados.
a = Porcentaje de agregado retenido en eltamiz Nº 10.
b = Porcentaje de agregado que pasa eltamiz Nº 10 y es retenida en el tamizNº 200.
c = Porcentaje de agregado que pasa en eltamiz Nº 200.
6.2 Combinación de los agregados
La combinación de agregados, se lleva acabo por el método del tanteo, en base a
la granulometría de los agregados.
En principio se debe conocer laespecificación granulométrica de lamezcla asfáltica que se desea diseñar.
Una vez definida esta, se procede a
realizar los tanteos porcentuales con lasgranulometrías de los diferentesagregados que participan en la mezclas.
En el ANEXO A, se presenta un ejemplode cómo realizar una combinación por
tanteo.
6.3 Ejecución de ensayo
6.3.1 Ya realizado el calculo de lacombinación de los agregados se debesecar este en el horno, con un peso
constante a una temperatura de 110 ºC ±5 ºC.
6.3.2 Una vez seco el material se procedesepararlo a través de los tamices de 1”(25,4 mm ), ¾” (19,4 mm), ½” (12,5 mm ),3/8” (9,5 mm), Nº 4 (4,74 mm), Nº 8 (2,36mm), (véase figuras 5 y 6).
Figura 5 tamizado de los agregados
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Figura 6 Agregados separados por losdiferentes tamices
6.3.3 Posteriormente se debe pesar lacantidad de bache (véase figura 7), segúnel número de briquetas que se realizarán y
de acuerdo al peso total de la mezcla,combinando los agregados de acuerdo a la
granulometría determinada para la mezclasegún las especificaciones.
Figura 7 Pesada de los agregados
6.3.4 Al tener elaboradas todas las
pesadas para los diferentes % deCemento Asfáltico (C.A.), se procede acolocarlas en el horno, como se aprecia
en la figura 8, calentándolas a unatemperatura de mezclado de 150ºC ± 5
ºC.
Figura 8 Muestras introducidas en el horno
6.3.5 Al llegar los agregados combinados a
la temperatura de mezclado, se incorpora acada bache el porcentaje de C.Acorrespondiente para cada uno como seaprecia en la figura 9.
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Figura 9 Adición del C.A. a los agregados
6.3.6 Se mezcla de tal manera que lacombinación de agregados y C.A, se
unan uniformemente. El mezclado nodebe exceder de 3 minutos. Si se utiliza
un mezclador mecánico la operación nodebe exceder de 1 minuto (véase figura
10).
Figura 10 Mezcla de los agregados y C.A.
6.3.7 Simultáneamente con la preparaciónde la mezcla, el conjunto de collar, placade base y la cara del martillo de
compactación, se limpian y calientan enuna plancha caliente a una temperatura
entre 93º C y 149º C (véase figura 11).
Figura 11 Calentamiento del equipo paracompactar la mezcla
Antes de verter la mezcla dentro del molde
coloque un papel parafinado, esto para
evitar que la mezcla se adhiera la molde(véase figura 12).
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Figura 12 Colocación de papel parafinadoen el molde
6.3.8 Luego de realizado el mezclado,manteniendo la temperatura especificada,
se procede a colocar la mezcla dentro delmolde Marshall (véase figura 13).
Figura 13 Colocación de la mezcla dentro delmolde Marshall
6.3.9 Una vez colocada la muestra se debe
punzar la misma, 15 veces alrededor delperímetro y 10 veces en su interior, comose aprecia en la figura 14.
6.3.10 Luego se coloca otro papel
parafinado encima de la muestra y acontinuación se debe introducir el martilloMarshall dentro del molde para dar inicio
a la compactación.
Figura 14 Punción de la muestra
6.3.11 Aplíquese los golpes según lasespecificaciones, de acuerdo con el tráficode diseño y empleándose el martillo de
compactación de caída libre de 457mm(18”) (véase figura 15).
Figura 15 Aplicación de golpes a la mezcla
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La cantidad de golpes para la compactación
se determinará de cuerdo al tipo de mezclaque se esta diseñando, o sea tráfico alto,tráfico medio o tráfico lento (véase tabla 1).
Tabla 1 Especificación por tráfico dediseño
6.3.12 Las briquetas una vez compactadasse deben dejar en los moldes mínimo doshoras, hasta que estas se enfríen a
temperatura ambiente (véase figura 16).
Figura 16 Briquetas en reposo en los moldes
6.3.13 Seguidamente se extraen lasbriquetas de los moldes utilizando el
extractor de muestras universal y seprocede a enumerar las briquetas para
identificar los contenidos de C.A. ( véasefigura 17)
Figura 17 Identificación de briquetas
6.3.14 Se determina la altura y eldiámetro de cada una de las briquetas,utilizando para ello un vernier (véase
figura 18), todo esto datos deben serregistrados en la planilla correspondiente.
Figura 18 Medición de las briquetas
6.15 Enumerada todas las briquetas, seprocede a determinar la densidad de cadauna de ellas.
Tipo de tráficoNº de golpes por
carasLiviano 35
Mediano 50
Pesado 75
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La densidad de una briqueta es la relaciónentre la masa en el aire de un volumendado de un material permeable, a una
temperatura especificada y la masa a lamisma temperatura de un volumen igual al
agua destilada.
6.4 Determinación de la densidad de lamezcla compactada
A continuación se describe el procedimientoa seguir para determinar la densidad de la
mezcla compactada:
a. Peso en el aire: En una balanza conapreciación de 0,01gr se determina el pesoen el aire de la mezcla compactada (véasefigura 19), este valor se anotara en la
planilla correspondiente.
Figura 19 Peso en el aire de la briqueta
b. Peso en agua: Se sumerge la briquetaen el baño de agua de la balanza
hidrostática durante un periodo de un
minuto como se aprecia en la figura 20 yse procede a registrar el peso de labriqueta en agua en la planilla.
Figura 20 Briqueta sumergida en agua
c. Peso saturado superficie seca: Seextrae la briqueta del baño de agua de labalanza y rápidamente se seca
superficialmente con un paño absorbentey se pesa nuevamente en el aire (véasefigura 21). Se registra el valor obtenido en
la planilla correspondiente.
Figura 21 Peso de la briqueta saturada
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Una vez tomadas las pesadas se procedea realizar los cálculos de densidades(véase el ANEXO B)
6.4.1 Luego de determinada la densidadde cada una de las briquetas, se procedea colocarlas en el baño de maría a una
temperatura de 60ºC ± 1ºC, por unperiodo de 30 minutos (véase figura 22).
Figura 22 Briquetas en baño de María
6.4.2 Ya transcurrido los 30 minutos seprocede a retirar las briquetas del baño demaría y con la ayuda de un pañoabsorbente se debe secar superficialmente
cada briqueta.
6.4.3 A continuación se colocacentradamente la briqueta en la parteinferior de la mordaza, luego se debe
montar la parte superior de la mordaza ycolocar el conjunto de briqueta másmordaza en la prensa Marshall.
6.4.4 El medidor de flujo se deberá colocaren la posición de uso sobre una de lasbarras guía, ajustándolo en cero mientras
se mantiene firmemente contra la parte
superior de la mordaza (véase figura 23)
Figura 23 Colocación de la briqueta en laprensa Marshall
6.4.5 Con todo el equipo en posición seprocede a aplicarle una carga a la briquetaa una rata de deformación constante de
50,8 mm (2”) por minuto, hasta que ocurrala falla o rotura (véase figura 24).
Figura 24 Anillo de carga
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6.4.6 El punto de rotura se define por lacarga mínima obtenida. El número total de
libras necesarias para producir la rotura dela muestra a 60 ºC se anota como Valor deEstabilidad Marshall.
Mientras se realiza el ensayo deestabilidad, se debe mantener sujetofirmemente el medidor de deformaciones(Flujo) en posición sobre la barra guía y se
retira cuando se obtiene la carga máxima,se lee y anota esta lectura, que es el Valordel Flujo (véase figura 25). Esto vendráexpresado en centésima de pulgadas
(Véase tabla ANEXO C).
Figura 25 Sujeción del medidor de deformación
NOTA 1 Proceso completo de determinación dela Estabilidad y Flujo a partir del momento enque se saca la briqueta del baño de maría debe
completarse en un periodo de 30 seg.
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ANEXO A
A.1 COMBINACION POR TANTEO
A continuación se presenta un ejemplo decómo realizar una combinación por tanteo:
Al obtener los % pasantes de lagranulometría de cada uno de losmateriales que van a ser usado en la
mezcla asfáltica, se colocaran tal como seindica en la tabla 2.
Tabla 2 Granulometría de los agregado
Seguidamente se procede a iniciar laserie de tanteos, multiplicando los
porcentajes es cogidos, por cada uno de
los (% pasantes) de las granulometríasde los materiales a utilizar. Generalmentese tiene por experiencia, una idea da los
porcentajes a utilizar para iniciar lostanteos. Tal como se indica en la tabla 3.
Tabla 3 Combinación de agregados
Al obtener los resultados de la
multiplicación de los porcentajesescogidos, por los (% pasantes) de las
granulometrías de los materiales autilizar, se debe sumar los retenidos de
cada uno de los material es, para obtenerla granulometría de la combinación.
Luego se debe comprobar que los datosque se obtuvieron estén dentro de los
límites especificados, tal como se indicaen la tabla 4.
, mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm , mm
1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200
Polvillo 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 17,5 14,5 11,4 8,9 6,8 5,0 3,6
Piedra(3/4) 25,0 25,0 18,2 6,3 3,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Arena 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 13,0 9,7 6,8 5,0 3,5 2,1 1,3
Arrocillo 37,0 37,0 37,0 37,0 33,3 2,5 1,9 1,7 1,6 1,5 1,3 1,1
20,0%
(%) PASANTE
25,0%
AGREGADOS COMBINACION
(%)
18,0%
37,0%
37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,074mm
1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200
Polvillo 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 87,4 72,6 57,0 44,7 34,2 24,8 18,1
Piedra(3/4) 100,0 100,0 72,7 25,3 12,7 1,3 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6
Arena 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 72,2 54,0 37,9 28,0 19,4 11,7 7,2
Arrocillo 100,0 100,0 100,0 100,0 90,0 6,7 5,0 4,5 4,3 4,0 3,5 2,9
100,0
AGREGADOS
(%) PASANTE
100,0
100,0
PORCENTAJE(%)
100,0
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Tabla 4 Granulometría de la combinación
Grafica 1 CURVA GRANULOMETRICA
37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,075mm
1 1/2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 #16 # 30 # 50 # 100 # 200
- 100 100 Max.90 - - 49 - - - - 8
- - 90 - - - 23 - - - - 2
- - - - - - 34,6 28,3 20,7 13,7 - -
- - - - - - 34,6 22,3 16,7 13,7 - -
Combinación 100,0 100,0 93,2 81,3 74,5 33,3 26,3 20,1 15,8 12,0 8,5 6,2
COVENIN (2000-87) PROVICIONAL
- - OK OK - - OK - - - - OK
Maximo ZonaRestringida
Superior
100,0%
PARAMETROS GRANULOMETRICOS DE LAS MEZCLAS TIPO (TN-19)
CUMPLE
(%) PASANTE
Minimo
Puntosde Control Inferior
GRAFICA TAMA O NOMINAL TN-19 mm
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
TAMA O DEL TAMIZ, mm, ELEVADO A LA 0,45
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En la tabla 5 se muestra como la curvagranulométrica de la combinacióncumple (véase grafica 1), ya que la
misma se encuentra dentro de l os límitesde las especificaciones.
Tabla 5 Resumen de la combinación
A.2 CALCULOS DE LA COMBINACION
? Peso Asfalto: Cantidad de mezcla acolocar en el molde Marshall por el
porcentaje de asfalto.
Ejm: 1200 g. x 4% = 48 g.
? Agregados: 100% total de la mezclamenos el porcentaje de asfalto.
Ejm: 100% - 4% = 96 %.
? Peso del Agregado: Cantidad demezcla a colocar en el molde mashallmenos el peso del asfalto.
Ejm: 1200 g – 48 g = 1152 g.
NOTA 2 Véase tabla N.5
A.3 CALCULOS DE PESADA DEAGREGADOS
? El porcentaje escogido para la
combinación menos el porcentajepasante de la combinación, ese
resultado se multiplica por la cantidad demezcla asfáltica a colocar en el molde
Marshall en este caso 1200 g.
El resultado de la multiplicación semultiplica por el porcentaje de agregado
en este caso 96%, para luego obtener elpeso retenido de los agregados
acumulados.
Ejm:
Paso Nº 1: 20 % - 17,5 % = 2,5 %
Paso Nº 2: 1200 g. x 2,5 % = 30 g
Datos:
1.200,00
4
Asfalto
(%)
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
66,0 94,5 1.134,0
72,0 94,0 1.128,0
54,0 95,5 1.146,0
60,0 95,0 1.140,0
Peso del Asfalto
(gr)
Agregado
(%)
Peso del Agregado
(gr)
48,0 96,0 1.152,0
- Cantidad de Mezcla a Colocar en el Molde Marshall (gr)
- (%) Minimo de Asfalto a usar en el Diseño por el Metodo Marshall
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Paso Nº 3: 30 g. x 96 % = 29 g
? Para calcular el pasa # 8 multiplicamos elpeso del agregado por el porcentaje
escogido para la combinación, tal comose indica en la tabla Nº 6.
Ejm: 1152 g. x 20 % = 230,4 g.
Tabla 6 pesadas de agregados (acumulado)
4,0
37,5 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 1,18 mm
1 1/2"
1 "
3/4 "
1/2 "
3/8"
# 4
# 8
Pasa #8
Polvillo 29,0 63,1 230,4
Piedra(3/4) 78,7 215,2 251,5 284,2 285,3 288,0
Arena 57,6 95,4 207,4
Arrocillo 42,6 397,7 404,9 426,2
1.152,0
Cemento Asfáltico (%)
AGREGADOS Peso Retenido Acumulado (g.)
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ANEXO B
Determinación de los cálculos para ladensidad de la mezcla compactada.
B.1 CALCULOS
1. Numeración de la briqueta segúnel porcentaje de cementoasfáltico.
2. Porcentaje de cemento asfáltico.3. Altura de la briqueta.
4. Peso en aire de la briqueta.
5. Peso en agua de la briqueta.6. Peso saturado superficie seca de la
briqueta.
7. Volumen de las briquetas. (5 – 6) 8. Densidad de la mezcla compactada o
briqueta. (4 / 7)
Tabla 7 Resumen de datos de pesadas de las briquetas
ANEXO C
Tabla 8 Resultados para la obtención del valor de flujo
PesoUnitario(g./cm3)
(1)
D.M.T.(Rice)
(2)
VacíoTotal(%)(3)
VAM(%)(4)
Vll(%)(5)
EstabilidadLeída
(Lbs) (6)
Factor deCorrección
(7)
EstabilidadCorregida(Lbs) (8)
Flujo(0,01pulg.)
(9)
2,348 1.710 0.93 1.590 82,349 1.698 0.93 1.579 8
2,351 1.709 0.93 1.589 82,349 2,601 9,03 15,88 39,16 1.586 8
BriquetaNo.
Asfalto(%)
Altura(cm)
Peso en(gr)
Volumen (cm3)
Peso Unitario(g./cm3)
(1) (2) (3)Aire (4) Agua (5) Aire sss
(6)(7) (8)
1 4,00 6,33 1.221,3 702,8 1.222,9 520,1 2,348
2 4,00 6,34 1.224,2 704,9 1.226,0 521,1 2,349
3 4,00 6,34 1.227,1 706,4 1.228,4 522,0 2,351
Promedio 4,00 2,349