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CAP TULO I
INTRODUCCI N
I.1. HISTORIA Y PROCEDENCIA DEL ASFALTO
El cemento asfltico es el material de ingeniera ms antiguo. Sus propiedades como la
adherencia y resistencia al agua llegaron a ser conocidas por las antiguas civilizaciones.Fue utilizado por la industria de barcos en Sumeria hace 6,000 aos A.C. Otra antigua
civilizacin en el Valle de Indus (noreste de La India), utiliz el cemento asfltico en las
construcciones de grandes baos pblicos y tanques de agua hace 3,000 aos A.C.
El uso de cementos asflticos naturales como morteros, bloques de pavimentos,
selladores para barcos, etc., continu en los aos siguientes en varias partes de todo el
mundo.
Los cementos asflticos comerciales pueden ser clasificados en dos categoras:
a. Asfaltos Naturales
b. Asfaltos extrados del petrleo
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Cientos de miles de toneladas de asfalto natural han sido extradas del Lago
Trinidad, y hasta los momentos no hay ninguna seal significativa de
disminucin del nivel del lago.
Las primeras capas de pavimento de asfalto extradas del Lago Trinidad fueron
colocadas en la avenida Pennsylvania en el ao 1876 en Washington D.C. Pero
debido a la baja penetracin1 que ste posee (3-10), fue dejado utilizar en la
construccin de pavimentos flexibles en los Estados Unidos.
I.1.2 Asfaltos Extrados del Petrleo
Los asfaltos extrados del petrleo, son hidrocarburos coloidales dispersos en el
petrleo crudo y se obtienen del refinamiento del crudo del petrleo.
Despus del descubrimiento del proceso de refinamiento del crudo a principios
del siglo, y con la venida de los automviles, grandes cantidades de asfalto han
sido extradas por las compaas petroleras. Gradualmente, estos asfaltos
refinados llegaron a sustituir a los asfaltos naturales debido a la alta calidad queofrecan los asfaltos extrados del petrleo.
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estndares ASTM D-946. Cabe mencionar que la prueba de penetracin, consiste
en medir cuanto penetra una aguja de dimensiones estndares, en una muestra de
cemento asfltico a una temperatura, tiempo y carga establecida por la norma
ASTM D-5. El segundo mtodo para clasificar el cemento asfltico, es mediante
el grado de viscosidad, tal como se especifica en la norma ASTM D-3381. Este
sistema de clasificacin se basa ya sea en la viscosidad del cemento asfltico
original, o en la viscosidad del cemento asfltico envejecido por medio de una
prueba de pelcula delgada. Ambas viscosidades son medidas en poises a 60C.
Los grados de viscosidad basados en las pruebas al asfalto original son: AC-2.5,
AC-5, AC-10, AC-20, AC-30 y AC-40. El valor numrico indica la viscosidad a
60C en cientos de poises. Los grados de viscosidad basados en las pruebas
hechas a los residuos obtenidos de la prueba de pelcula delgada, son: AR-1000,
AR-2000, AR-4000, AR-8000 y AR-16,000. Los valores numricos indican la
viscosidad en poises a 60C.
Un tercer mtodo de clasificacin basndose en el rendimiento, ha sido
desarrollado en el Programa de Investigacin Estratgica de Autopistas
(EE.UU.), y se discutir mas adelante en este captulo.
I 2 2 Emulsiones Asflticas
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ambiente fro, endurecen el cemento asfltico rpidamente. Una vez colocado el
asfalto rebajado sobre el pavimento, el solvente se evapora dejando el cemento
asfltico como residuo en la superficie.
Basndose en la tasa de evaporacin relativa, los asfaltos rebajados pueden
dividirse en tres tipos:
a. De curado rpido (RC): Producido mediante la adicin de un
disolvente ligero de alta volatilidad (generalmente gasolina o nafta),
al cemento asfltico. stos, son utilizados por lo general, en
tratamientos para superficies de pavimentos.
b. De curado medio (MC): Producidos mediante la adicin de un
disolvente medio de volatilidad intermedia (kerosn por ejemplo), al
cemento asfltico.
c. De curado lento (SC): Producidos mediante la adicin de un aceite de
baja volatilidad (diesel generalmente), al cemento asfltico.
Diferentes grados de asfalto rebajado pueden ser encontrados en el mercado. Elgrado con mayor fluidez se designa con el numero 30, y solo existe para asfaltos
rebajados de curado medio Todos los dems grados (70 250 800 y 3000) se
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adems del agua, pequeas cantidades de sustancias voltiles que se
evaporan en la atmsfera.
b. Prdida de productos de alta energa: Cuando los asfaltos rebajados secan, los
diluyentes que son de alta energa y alto precio, son desperdiciados al
evaporarse en la atmsfera.
c. Seguridad: Las emulsiones asflticas son seguras de manejar. Hay muy poco
peligro de que se produzca un incendio en comparacin con los asfaltos
rebajados de los cuales muchos tienen un punto de inflamacin muy bajo.
d. Temperatura de aplicacin ms baja: Las emulsiones asflticas pueden ser
aplicadas a temperaturas relativamente bajas en contraste con los asfaltos
rebajados, lo que genera un ahorro en los costos de combustible. Las
emulsiones asflticas pueden ser aplicadas perfectamente a pavimentos
hmedos, mientras que en los asfaltos rebajados, solo pueden ser aplicados
en condiciones secas.
I.3 PRUEBAS FSICAS DE LABORATORIO DEL CEMENTO ASFLTICO
Las pruebas fsicas de laboratorio que se le practican a los cementos asflticos, puedenser agrupadas en 5 tipos:
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4. Punto de reblandecimiento
5. Ductilidad
b. Pruebas de durabilidad
Los cementos asflticos sufren un envejecimiento substancial a corto plazo
(endurecimiento) cuando son mezclados con los agregados minerales
calientes en una planta de mezclado. El envejecimiento a largo plazo,
contina durante la vida de los pavimentos de concreto asfltico que, son
expuestos a factores ambientales y de carga. Las siguientes dos pruebas se
realizan generalmente para aproximar las condiciones de endurecimiento a
corto plazo que ocurre en una planta de mezclado de concreto asfltico:
1. Prueba de pelcula delgada en horno.
2. Prueba de pelcula delgada en horno rotatorio.
c. Pruebas de pureza
Los cementos asflticos refinados, estn compuestos en su mayora por
materiales bituminosos que, por definicin, son completamente solubles en
bisulfuro de carbono. Solamente una pequea cantidad de impurezas, estngeneralmente presentes en cementos asflticos refinados. Para determinar la
pureza del cemento asfltico una prueba de solubilidad (ASTM D-2042) se
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ocasionar que el cemento asfltico haga espuma cuando se caliente a ms de
100 C.
d. Pruebas de seguridad
Si se calienta el cemento asfltico a una temperatura suficientemente alta,
ste liberar vapores inflamables capaces de producir una llama en presencia
de cualquier chispa o flama.
El punto de inflamacin indica la temperatura a la que el cemento asfltico
puede ser calentado sin peligro de que se produzca una llama. Esta
temperatura est por debajo del punto de combustin, que es la temperatura a
la que un material comienza a arder.
Aunque el punto de inflamacin est muy por debajo de las temperaturas de
manejo y produccin de mezclas de asfalto en caliente, es necesario medir y
controlar tales temperaturas por razones de seguridad.
La prueba se realiza generalmente con el mtodo de la Copa Abierta de
Cleveland (ASTM D-92) Una copa de bronce parcialmente llena con
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6.13__
__.. ==
aguadeldensidad
mercuriodeldensidadeG (1.1)
La gravedad especfica (tambin se conoce como densidad relativa)
no tiene unidades. En lenguaje comn, dice cuntas veces es ms
pesada una sustancia que el agua. Ms correctamente, cuntas veces
es ms densa.
La gravedad especfica del cemento asfltico cambia cuando ste, se
expande al calentarse. Es por esto, que la determinacin de la
gravedad especfica es muy til al hacer correcciones de volumen-
temperatura o para determinar el peso por unidad de volumen de
cemento asfltico calentado a su temperatura de aplicacin.
Para determinar la gravedad especfica (Ge) del cemento asfltico, se
utiliza el mtodo del picnmetro (ASTM B70). Debido a que la
gravedad especifica vara con la temperatura, los resultados se
expresan dando la temperatura del cemento asfltico y el agua
utilizada en la prueba. Por ejemplo: un Ge = 1.02 a 15.6C/15.6C,
significa que la gravedad especifica del cemento asfltico cuando
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refinamiento que se utilizan actualmente, la prueba spot no se exige
en las normas. Esta prueba no puede ser aplicada a cementos
asflticos que han sido extrados (recuperados) del concreto asfltico.
I.4. PRUEBAS FSICAS DE LABORATORIO DE ASFALTOS REBAJADOS
Las pruebas fsicas de laboratorio que se le practican a los asfaltos rebajados son:
a. Viscosidad Cinemtica
El ensayo de viscosidad cinemtica se utiliza como base para clasificar los
asfaltos rebajados en los grados RC, MC y SC. El procedimiento es similar al
descrito para cementos asflticos. La diferencia est en que se hace a 60C.
Como alternativa se utiliza para determinar el estado de fluidez de los
asfaltos a diferentes temperaturas, el viscosmetro Saybolt Furol.
b. Destilacin
Como se indic previamente los RC-MC y en algunos casos los SC son
mezclas de cemento asfltico y solvente. Las propiedades de estos materiales
son de importancia en su aplicacin y comportamiento.La destilacin determina las proporciones relativas en que se encuentran
presentes en el asfalto fluidificado el material bituminoso y el solvente; para
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El destilado que evapora a diversas temperaturas es de poco inters en los
SC. Es por esto que la prueba de destilacin slo se le practica a los asfaltos
rebajados RC y MC. Los destilados que evaporan bajo la temperatura final,
360C, son de naturaleza aceitosa de modo que su velocidad de evaporacin
es muy lenta. Por lo tanto se mide la cantidad total drenado hasta 360C. En
un SC el residuo de la destilacin a 360C se considera representativo de la
porcin asfltica. Su consistencia se determina en el ensayo de viscosidad
cinemtica.
c. Punto de Inflamacin
El objetivo y significado del ensayo de punto de inflamacin son los mismos
que los ya vistos para el cemento asfltico. En los materiales SC se usa la
copa abierta de Cleveland; para los RC y MC, el ensayo es sustancialmente el
mismo salvo que se usa calor indirecto por la naturaleza voltil de los
diluyentes. Se realiza con la copa abierta de Tag, en donde el vaso, es de
vidrio y no de metal y se calienta en un bao de agua y no a llama directa.
I.5. AGREGADOS DEL CONCRETO ASFLTICO
Los agregados del concreto asfltico se clasifican generalmente por su tamao como
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La tabla 1.1 resume las diferentes propiedades que un agregado debe poseer para cumplir
con todas las funciones que debe desempear en las mezclas de asfalto en caliente o
concreto asfltico.
Las especificaciones para agregados gruesos, fillers minerales se pueden encontrar en las
normas ASTM D-692, D-1073 y D-242 respectivamente.
La ventaja de si utilizar un tipo de agregado u otro en el concreto asfltico se determina
evaluando las siguientes caractersticas de los minerales:
a. Tamao y graduacin
b. Materiales limpios/dainos
c. Dureza y resistencia
d. Durabilidad
e. Textura de la superficie
f. Forma de la partcula
g. Absorcin
h. Afinidad con el asfalto
I.5.1 Dureza y Resistencia
Los agregados por medio de la friccin interna deben transmitir las cargas de las
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Tabla 1.1 Resumen de las propiedades del agregado que cumplan con las funciones del sistema de la
mezcla.
Funcin Propiedad del Agregado
Importancia de la
Propiedad en el Concreto
AsflticoAdecuada resistencia interna y estabilidad
para distribuir las presiones superficiales
y prever deflexiones excesivas en la
superficie.
1. Estabilidad de la masa
2. Resistencia de la partcula
3. Rigidez de la partcula
4. Textura de la superficie de la
partcula.
5. Forma de la partcula
6. Graduacin
7. Tamao mximo de la partcula
I
I
I
I
I
I
IResistencia a los efectos de desgaste
ocasionado por qumicos y el clima.
1. Resistencia al ataque de
qumicos
2. Solubilidad
3. Slaking
4. Resistencia al mojado y secado
5. Resistencia al congelamiento y
descongelamiento
6. Estructura del poro
D
D
I
D
D
IResistencia al deterioro debido a la
aplicacin de cargas.1. Resistencia a la degradacin. I
Resistencia a los efectos de las fuerzas
internas como ser expansin contraccin
1. Cambios de volumen por la
temperatura S
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resistencia a la friccin.
b. Caractersticas de aspereza de
superficie aceptables.
c. Minimizacin de la reflectividad
de la luz.
d. Prevencin de las prdidas dematerial.
e. Minimizacin del desgaste de
los neumticos.
f. Minimizacin de la resistencia
2. Textura de la superficie de la
partcula.
3. Tamao mximo de los
agregados
4. Resistencia de la partcula.
5. Resistencia al desgaste
6. Forma de partculas desgastadas
7. Estructura de poro
1. Tamao mximo de partcula
2. Graduacin
1. Reflectividad
1. Resistencia a la degradacin
2. Gravedad especifica
1. Forma de la partcula
2. Textura de la superficie de la
partcula
3. Tamao mximo de partcula
1. Tamao mximo de partcula
I
I
I
I
I
I
I
I
I
II
I
I
I
I
I
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I.5.2 Durabilidad
Los agregados deben ser resistentes a la desintegracin y descomposicin debido
a la accin del congelamiento-descongelamiento y mojado-secado. La prueba de
solidez (ASTM C88) es un ensayo emprico que pretende proveer un indicativo
de la durabilidad.
I.5.3 Forma de las Partculas y Textura de la Superficie.
Las partculas de agregados que conviene utilizar en el concreto asfltico deben
ser de preferencia de forma cbica que planas, delgadas o alargadas. En mezclas
compactadas las partculas de forma angulosa presentan una mejor interaccin y
friccin interna que trae como resultado una mejora en la estabilidad mecnica
que las partculas de forma redonda.
Por otra parte, las mezclas que contienen partculas de forma redonda como ser
gravas naturales y arenas, tienen una mejor trabajabilidad y requieren menos
esfuerzo de compactacin para obtener la densidad requerida.
La textura de la superficie as como tambin la forma de la partcula influyen en
la trabajabilidad y resistencia del concreto asfltico Una superficie spera
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asfltico. El lavado de los agregados puede reducir la cantidad de materiales no
deseables a un nivel aceptable. Estos materiales incluyen: vegetacin, partculas
suaves, trozos de arcilla, capas de arcilla en las partculas del agregado y algunas
veces el exceso de polvo que se produce durante la trituracin. Adems de la
simple inspeccin visual, las siguientes pruebas pueden ser utilizadas para
identificar y medir la cantidad de materiales nocivos:
I.5.4.1. Prueba de Equivalente de Arena
La prueba de equivalente de arena (ASTM D-2419) se utiliza para
determinar las proporciones relativas de material fino plstico y polvo en
los agregados finos. En esta prueba, 85 mL de agregado que pasa el tamiz
No. 4 se agita en un cilindro transparente (32mm de dimetro interno,
400 mm de altura y graduado desde el fondo hasta arriba) que se llenacon una mezcla de agua y un agente floculante. Despus de agitarlo y de
20 minutos de reposo, las arenas se separan de la arcilla floculada y las
cantidades de arcilla y arena se miden dentro del cilindro. El equivalente
de arena es la razn entre la altura de la arena y la altura de la arcilla por
cien. Agregados ms limpios tendrn un valor de equivalente de arenams alto. Las especificaciones para agregados en concreto asfltico
exigen por lo general un mnimo de equivalente de arena entre el rango
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I.5.5 Tamao y Graduacin
I.5.5.1 Curvas Granulomtricas Deseadas
La granulometra de los agregados es la distribucin de los tamaos de
las partculas expresadas como un porcentaje del peso total. La
granulometra de los agregados es determinada por el tamizado. Los
tamices que se usan normalmente para el anlisis granulomtrico del
concreto asfltico son: 2, 1.5, 1, , , 3/8, No. 4, No. 8, No. 16,
No. 30, No.50, No.100, y No.200.
La granulometra (graduacin) es probablemente la propiedad ms
importante de un agregado. Las propiedades ms importantes del
concreto asfltico se ven afectadas en su mayora por esta propiedad queincluyen rigidez, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad,
resistencia a la fatiga, resistencia a la friccin y resistencia a los efectos
de humedad. Debido a esto, la graduacin es una consideracin primaria
en el diseo de mezclas de asfaltos.
En teora seria aceptable pensar que la mejor graduacin para el concreto
asfltico es aquella que proporcione la densidad de particular ms alta
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n
D
dP
= (1.2)
Donde d es el dimetro de la abertura del tamiz en cuestin, P es el
porcentaje total que pasa el tamiz yD es el tamao mximo del agregado.
Los estudios realizados por Fuller y Thompson mostraron que la mxima
densidad para un agregado puede ser obtenida cuando n = 0.5.
A principios de los aos 60, la Administracin Federal de Autopistas de
EE.UU. introdujo un cuadro de graduacin del agregado basado en los
estudios de Fuller, pero utilizando un valor de n =0.45. Este cuadro es
muy til para determinar la lnea de densidad mxima y ajustar la
graduacin de los agregados. Cabe recalcar que las graduaciones que
produzcan densidad mxima pueden no proveer suficientes vacos en el
concreto asfltico que permitan una mayor durabilidad sin que se
produzca segregacin del asfalto. Por esta razn, es necesario alejarse un
poco de las curvas de densidad mxima con el propsito de incrementar
los vacos en el agregado mineral.
I.5.5.2 Tamao del AgregadoEl tamao mximo del agregado en una mezcla debe ser tomado en
cuenta para asegurar un buen rendimiento Si el tamao mximo de la
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Las especificaciones para la graduacin de agregados de cementos
asflticos, han sido desarrolladas a travs de la experiencia en el campo.
En muchos casos han sido establecidas por medio de prueba y error. La
mayora de las especificaciones para concretos asflticos, exigen una
graduacin densa para los agregados, con la mitad de la porcin de las
curvas aproximadamente paralelas a las curvas de densidad mxima. La
tabla 1.2 muestra las graduaciones lmites recomendadas por la ASTM D-
3515, y la tabla 1.3 muestra las tolerancias.
I.5.5.4. Mezcla de Agregados para Cumplir con las Especificaciones
Por varias razones (Ej. alcanzar la densidad mxima y dejar una cantidad
de vacos aceptable) es necesario mezclar dos o ms agregados de
diferente graduacin. Difcilmente se encontrar un solo agregado deformacin natural que cumpla con las especificaciones. Adems, es
mucho ms econmico combinar agregados naturales con procesados
para lograr las exigencias de la norma.
Un gran nmero de mtodos han sido desarrollados desde que sepropusieron las curvas de densidad mxima. Sin importar el nmero de
agregados o las tcnicas de combinacin seleccionadas la frmula lgica
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a, b, c,: son proporciones (porcentajes) de los agregados A, B, C, que
se utilizan en la mezcla. a + b + c + = 1.0
Es recomendable, sin importar el mtodo a utilizar, que se grafiquen las
curvas granulomtricas de los agregados que se mezclarn y los lmites
de las especificaciones antes de proceder a hacer la combinacin. Con
estos grficos, pueden tomar decisiones previas a cualquier clculo, como
por ejemplo:
1. Si existe una combinacin que pueda cumplir con las
especificaciones.
2. El nmero de tamiz crtico.
3. Una aproximacin de las proporciones de prueba.
De la figura 1.2, se puede deducir lo siguiente:
1. La curva de graduacin para todas las posibles combinaciones de
los agregados A y B caen entre las curvas A y B. Es imposible
combinar los agregados C y B para cumplir con las
especificaciones, sin importar el mtodo que se utilice para hacerla mezcla de agregados.
2 Si dos curvas se cruzan en cualquier punto (B y D) las curvas de
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porcentaje que pasa cada tamiz en la combinacin. Se hacen ajustes para
la siguiente combinacin y se repiten los clculos para los tamices
crticos hasta que se obtenga una mezcla satisfactoria u ptima.
Figura 1.2. Banda envolvente de especificaciones.
El mtodo de prueba y error se puede resumir como sigue:
1. Seleccionar los tamices crticos para los agregados que sern
combinados.
2. Determinar proporciones iniciales a, b, c, etc., que cumplirn con
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Ejemplo 1.1. Determinar una combinacin de dos agregados (ver tabla
1.4) que cumplirn con las especificaciones dadas en la tabla, utilizando
el mtodo de prueba y error).
Examinando la tabla, se puede observar que es posible encontrar
una combinacin que caiga entre los lmites de las
especificaciones. Debido a la distancia relativa que hay entre las
curvas y la banda central, posiblemente una combinacin 50-50
logre el objetivo. La primera combinacin de prueba puede ser
determinada ms inteligentemente si ciertos tamices crticos son
escogidos. Por inspeccin de las curvas granulomtricas, se
puede observar que todo el material retenido en el tamiz de 3/8
(100 80 = 20% deseado), tiene que venir del agregado A, y
todo el material mas fino que el tamiz No.30 debe ser
suministrado por el agregado B. Con respecto al agregado A,
debido a que 41% (100% -59%) es retenido en el tamiz de 3/8,
el porcentaje requerido de A para retener el 20% en este tamiz
(media de la especificacin) es:
49.041
20==A
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Para la primera prueba se utilizara entonces, 50% de agregado
A y 50% de agregado B.
Agregado
Tamao del AgregadoPorcentaje
usado 3/8 No.4 No.8 No.30 No.50 No.100 No.200
A 100 100 90 59 16 3 0 0 0 0B 100 100 100 100 96 82 51 36 21 9
50% de A 50 50 45 29.5 8 1.5 0 0 0 050% de B 50 50 50 50 48 41 25.5 18 10.5 4.5
Combinacin 100 100 95 79.5 56 42.5 25.5 18 10.5 4.5
Deseado 100 100 90 80 60 43 24 18 12 7Especificacin 100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10
Tabla 1.4. Combinacin de 2 agregados.
Observamos que la combinacin es aceptable, ya que se
aproxima a los valores deseados (los valores deseados mostrados
en la tabla 1.4, corresponden al valor medio de los rangos que
las especificaciones sugieren para obtener mezclas de alta
densidad. Por ejemplo, para el tamiz No.4 el valor deseado es
435.422
5035=
+).
Los agregados deben almacenarse por separado. Es decir, cadatamao (o pase del tamiz), debe estar clasificado y rotulado ya
i t i t bi dif t
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I.7 DISEO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO
Los mtodos utilizados en EE.UU. para el diseo de pavimentos de concreto asfltico
son:
a. Mtodo Hveem
b. Mtodo Marshall
c. Mtodo Superpave
El mtodo Hveem fue desarrollado a finales de la segunda dcada del siglo pasado.
Durante 30 aos sufri modificaciones hasta alcanzar el procedimiento que hoy se
conoce y utiliza. El mtodo Marshall comenz a desarrollarse alrededor de 1939 por
Bruce Marshall quien laboraba en Departamento de Autopistas del estado de Mississippi,
y al igual que el mtodo Hveem, el mtodo Marshall fue modificado a medida que las
cargas en caminos para trfico vehicular y principalmente en los aeropuertos aumentaba.
Para 1984, el mtodo Marshall era el mtodo mas utilizado en los Estados Unidos para eldiseo de pavimentos de concreto asfltico.
Durante muchos aos los mtodos Hveem y Marshall respondieron muy bien a las
exigencias de la poca. Pero a principios de los aos 80, ya las cargas en aeropuertos y
carreteras haban incrementado considerablemente, por lo que surgi la necesidad deutilizar otro mtodo de diseo de pavimentos de concreto asfltico. Este mtodo deba
ser superior a los anteriores en trminos de racionalidad (menos emprico) As mismo
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CAP TULO II
PRUEBA DE VISCOSIDAD CINEM TICA
II.1. INTRODUCCIN
La prueba de viscosidad cinemtica para cementos asflticos, se lleva a cabo a una
temperatura de 135C y conforme a las normas ASTM D-2170. A esta temperatura, elcemento asfltico fluye fcilmente por accin de la gravedad a travs de un tubo
(viscosmetro). Dicha temperatura es utilizada, ya que se aproxima a las temperaturas
que alcanzan las capas inferiores de las mezclas para pavimentos de concreto asfltico.
El cemento asfltico se vierte en la abertura ms grande del viscosmetro hasta que
alcance la lnea de llenado. Luego se coloca el viscosmetro en un bao de aceite
transparente para obtener un equilibrio en la temperatura. Una pequea succin de aire
es aplicada a la abertura pequea (tambin se le puede aplicar presin de aire en la
abertura grande) para inducir el flujo del cemento asfltico a travs de una seccin del
tubo justo arriba de la lnea de llenado. Luego, por fuerzas gravitacionales, el cemento
asfltico fluye hacia abajo. Se mide el tiempo (en segundos) que tarda el cemento
asfltico en fluir entre dos marcas. La viscosidad cinemtica en centistokes es obtenida
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II.3. EQUIPO
a. Viscosmetros, tipo capilar, hecho de vidrio.
b. Termmetro calibrado con una aproximacin de 0.02C.
c. Bao adecuado para sumergir los viscosmetros. Debe estar provisto de soportes
firmes para los viscosmetros o bien, que los viscosmetros sean parte integral del
aparato para bao. El equipo debe tener la capacidad de mantener una temperatura
constante de 135 y 60 C con valores de 0.03C a lo largo de todo el viscosmetro.
La variacin entre cada uno de los viscosmetro no debe exceder 0.03C. Vase la
figura2.1.
d. Cronmetro con divisiones de 0.1 segundos o menos con variaciones no mayores de
0.05% cuando se midan intervalos no menores a 15 minutos.
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a. Dejar que las muestras selladas alcancen la temperatura del lugar donde
se vaya a realizar las pruebas.
b. Abrir el frasco que contiene la muestra y moverla (revolverla) por 30
segundos teniendo el cuidado de no dejar aire atrapado. Si la muestra es
demasiado viscosa como para moverla, colocarla en un frasco totalmente
sellado y ponerla en un bao u horno a una temperatura de 63 3C hasta
que est suficientemente liquida como para revolverla.
c. Llenar el viscosmetro inmediatamente con 20 mL de la muestra. Si la
prueba va a ser practicada en otro momento, verter 20 mL de la muestra
dentro de un contenedor seco, con capacidad de aproximadamente 30 mL
y sellar el recipiente completamente.
II.4.2. Para Cementos Asflticos
a. Calentar la muestra hasta que est suficientemente liquida como paraser vertida en el viscosmetro. Revolverla de vez en cuando para lograr
una temperatura homognea.
b. Transferir un mnimo de 20 mL a un recipiente y caliente la muestra a
135 5.5 C. Al igual que en el inciso anterior, revuelva la muestra para
prevenir calentamientos locales.
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60 segundos, seleccionar un viscosmetro de menor dimetro interno y repetir la
operacin.
g. Limpiar el viscosmetro varias veces con un solvente apropiado para la muestra.
Luego limpiarlo con una solucin completamente voltil. Secar el tubo pasando una
corriente de aire filtrado y seco a travs del interior del tubo por 2 minutos, o hasta
que no quede ningn rastro del solvente. Limpiar peridicamente con una solucin
limpiadora cida fuerte para remover depsitos orgnicos. Lavar con agua destilada
y acetonas libre de residuos. Secar con aire filtrado y seco.
II.6. CLCULOS
Calcular la viscosidad cinemtica con 1 cifra decimal:Viscosidad cinemtica, cSt = Ct
Donde:
C es la constante de calibracin del viscosmetro, cSt, y
tes el tiempo de flujo en segundos.
II 7 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
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II.8. TABLA DE DATOS
MuestraTemperatura en
grados C
Tiempo de flujo
en seg.
Constante del
viscosmetroViscosidad
A
B
II.9. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS
ASTM Standards:
D-92 Mtodo de prueba para el punto de inflamacin y combustin de la Copa
Abierta de Cleveland.
D-341 Tabla de viscosidad-temperatura para productos lquidos del petrleo.
D-445 Mtodo de prueba para viscosidad cinemtica de lquidos transparentes y
opacos.
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CAP TULO III
PRUEBA DE PENETRACI N
III.1. INTRODUCCIN
Este ensayo es una medida emprica que determina la consistencia de los cementos
asflticos mediante la penetracin vertical de una aguja en una muestra de dicho material
bajo condiciones establecidas de peso, tiempo y temperatura (vase figura 3.1). La
prueba se realiza segn las especificaciones ASTM D-5.
La profundidad a la que penetra la aguja se mide en dcimos de milmetro. Por ejemplo,
si la aguja penetra 8mm, entonces el valor de penetracin del cemento asfltico que se
debe reportar es 80.
Antes Despus de 5 segundos
Figura 3 1 Ensayo de penetracin
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Figura 3.2. Penetracin en funcin del tiempo.
La necesidad de En 1888, H.C. Bowen invent la Maquina de Penetracin Bowen, que
determinaba la consistencia del asfalto. Alrededor del 1910, y despus de varias
modificaciones, el penetrmetro se convirti en la principal forma de medicin de la
consistencia del asfalto. Y en 1918 la Oficina de Caminos Pblicos introdujo el sistema
de clasificacin (grados del cemento asfltico) por medio de la prueba de penetracin.
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Grado de Penetracin
40-50 60-70 85-100 120-150 200-300Min Max Min Max Min Max Min Max Min MaxPenetracin a 25C, 100g, 5
seg.
40 50 60 70 85 100 120 150 200 300
Punto de inflamacin 450 - 450 - 450 - 425 - 350 -Ductilidad a 25C, 5
cm/min, cm
100 - 100 - 100 - 100 - 100 -
Solubilidad en tricloruro de
etileno, %
99.0 - 99.0 - 99.0 - 99.0 - 99.0 -
Penetracin despus de la
prueba de pelcula delgada
55+ - 52+ - 47+ - 42+ - 37+ -
Ductilidad a 25C, 5 cm/min
despus de la prueba de
pelcula delgada, cm
- - 50 - 75 - 100 - 100+ -
Tabla 3.1. Requerimientos para determinar el grado del cemento asfltico.
III.2. OBJETIVOS
Determinar la consistencia y grado del cemento asfltico
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III.3. EQUIPO
a. Aparato de penetracin o penetrmetro para asfaltos, adaptado para sujetar una aguja
y provisto de un dispositivo para medir la profundidad de penetracin de dicha aguja
en dcimos de milmetro. Tambin cuenta con un mecanismo que permite aproximar
la aguja a la muestra y pesas de 50 y 100 gramos.
Figura 3.3. Aparato de penetracin
b. Aguja de acero inoxidable totalmente endurecida y perfectamente pulida con la
forma y dimensiones mostradas en la figura 3.4, montada en un casquillo de bronce o
acero inoxidable y sobresale de ste de 40 a 45 milmetros.
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c. Cpsula metlica o de vidrio refractario, de forma cilndrica, con fondo plano, y
dimetro interior segn la siguiente tabla:
d.
Penetracin Dimetro(mm) Profundidad interna(mm)Menor de 200 55 35
Entre 200 y 350 55 70
Tabla 3.2. Dimensiones de la cpsula
e. Bao de agua con capacidad de mantener una temperatura de 25C y aproximacinde 0.1C, con dimensiones y caractersticas que le permitan una capacidad de al
menos 10 litros. Estar provisto de un entrepao perforado, colocado a no menos de
5 cm del fondo del bao y no menos de 10 cm de la superficie del lquido.
Se recomienda utilizar agua destilada para el bao. Evitar contaminantes qumicos enel agua ya que la presencia de tales sustancias puede alterar los valores de
penetracin obtenidos.
f. Recipientes cilndricos de metal, plstico o vidrio, de forma adecuada para transferir
y mantener sumergidos los recipientes que contienen la muestra, con capacidad de al
menos 350 mL y provisto de dispositivos para fijar convenientemente los recipientesque contienen las muestras.
g. Termmetro calibrado con graduaciones que abarquen de 19 a 27C y aproximacin
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III.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA
a. Calentar la muestra de asfalto cuidadosamente, agitndola cuando sea posible para
distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera una fluidez que facilite
el vaciado en el molde de prueba. En ningn caso, la temperatura debe exceder 60C
arriba del punto de emblandecimiento y la muestra no debe ser calentada por ms de
30 minutos. Evitar la incorporacin de burbujas de aire en la muestra.
b. Verter la muestra en la cpsula hasta una altura tal que, al enfriarse a la temperatura
de prueba, la profundidad de la muestra sea de al menos 10 mm mayor que la
profundidad a la que se espera que la aguja penetre.
c. Cubrir las cpsulas para proteger las muestras del polvo (se recomienda utilizar un
beaker colocndolo boca abajo), y dejar que se enfre la muestra a temperatura
ambiente (entre 15C y 30C) por una hora a una hora y media para cpsulas
pequeas y de hora y media a dos horas para cpsulas mas grandes.d. Colocar las dos muestras en el bao de agua, a la temperatura definida anteriormente
para realizar la prueba. Mantener la cpsula pequea de 1 hora a 1 hora y la
cpsula de 6 onzas, en caso de utilizarse, de 1 hora a 2 horas.
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III.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
a. Examinar la aguja y determinar si esta completamente limpia, libre de agua o de
cualquier sustancia extraa. En todo caso, limpiar la aguja con tolueno o cualquier
otro solvente y un pao limpio. De ser necesario, colocar la pesa de 50 gramos sobre
la aguja para hacer un total de 100 0.1 gramos.
b. Colocar el recipiente que contiene las muestras directamente sobre la base del
penetrmetro cuidando de mantener las muestras completamente sumergidas en el
agua del bao que se encuentra a una temperatura constante de 25C.
c. Ajustar la aguja a la altura de la muestra hasta que la punta de la misma haga
contacto con la superficie de la muestra.
d. Hacer coincidir las manecillas del penetrmetro con el cero de su cartula.
e. Rpidamente liberara la aguja oprimiendo el botn que lo sujeta durante 5 segundos.
f. Tomar nota de la lectura en dcimos de milmetros o grados de penetracin.g. Hacer por lo menos tres penetraciones en la misma muestra, teniendo el cuidado de
hacer cada penetracin con 10 milmetros de separacin entre cada una de ellas y
entre la pared del recipiente. De ser necesario regresar las muestras al recipiente con
agua a temperatura constante de 25. No olvidar que la aguja debe ser limpiada
cuidadosamente despus de cada penetracin con un pao humedecido detetracloruro de carbono de ser posible, y despus con un pao seco.
h Reportar como resultado de la prueba el promedio de tres penetraciones con
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Penetracin
(en dcimos de mm)
Diferencia permisible entre los valores de las
penetraciones consideradas(Dcimos de mm).
0 - 49 250 - 149 4150 - 249 6250 o ms 8
Tabla 3.3. Diferencias permisibles entre valores de penetracin.
III.6. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
Las causas mas frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:
a. Que no se cumplan con los requisitos de temperatura y tiempo de penetracin.
b. Presencia de burbujas de aire en la muestra.
c. Mala limpieza de la aguja.
d. Que la aguja no est en contacto con la superficie de la muestra al iniciar la prueba
de penetracin.
e. Contacto de la aguja con el fondo del recipiente antes de finalizar los 5 segundos que
dura la prueba.
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III.7. TABLA DE DATOS
Nmero de
muestra
Penetracin #1
(dcimos mm)
Penetracin #2
(dcimos mm)
Penetracin #3
(dcimos mm)
Promedio
(dcimos mm)
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III.8. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS
a. ASTM Standards:
D-36 Mtodo para determinar el punto de emblandecimiento.
E-1 Especificaciones para termmetros ASTM.
E-77 Mtodo de prueba para la inspeccin y verificacin de termmetros
liquido-en-vidrio.
b. ANSI Standard:
B46.1 Texturas de superficies.
c. ISO Standard:
ISO Standard 486; Parmetros para Superficies Rugosas, Sus Valores y Reglas
Generales para Especificar Requerimientos
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CAP TULO IV
PRUEBA DE DUCTILIDAD
IV.1. INTRODUCCIN
El ensayo de ductilidad, se lleva a cabo segn la norma ASTM D-113 y mide la distancia
en centmetros, que se estirar una briqueta (ver figura 4.1), estndar de cemento
asfltico antes de romperse. El rea de la seccin transversal de la briqueta en su zonamas angosta es de 1.00 cm2 como se muestra en la figura 4.2.
Figura 4.1. Briqueta de asfalto para prueba de ductilidad.
La prueba se lleva a cabo en un bao de agua a una temperatura constante de 25C. Los
extremos de la muestra se separarn a una velocidad de 5 cm/min hasta que se divida
totalmente la briqueta en dos partes.
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El uso de la prueba de ductilidad como un mtodo de control de calidad del cemento
asfltico, ha sido objeto de discusiones, ya que adems de su naturaleza emprica, su
pobre reproduccin de la realidad hace difcil decidir qu propiedad del material se esta
midiendo exactamente. Welborn et al. (1966) y Kandhal (1977) reportaron evidencias de
una buena correlacin entre la ductilidad y susceptibilidad a los esfuerzos cortantes para
varios tipos de cementos asflticos en temperaturas de 7 a 16C.
Varios estudios han relacionado la ductilidad del cemento asfltico con el rendimiento
del pavimento. Doyle (1958) midi la ductilidad a 13C y report extensos
agrietamientos en el pavimento cuando la ductilidad caa por debajo de los 5 cm.
Halstead (1963) demostr que los pavimentos que contenan cemento asfltico con
valores de penetracin considerados como satisfactorios3pero con bajas ductilidades,
son ms propensos a mostrar un bajo rendimiento, en contraste con los pavimentosconteniendo cementos asflticos con valores de penetracin similares pero con valores
de ductilidad mayores. En el proyecto de Zaca-Wigmore, Haveem et al. (1963),
aportaron evidencias de que la ductilidad del cemento asfltico obtenido del pavimento
durante su vida en servicio, es un mtodo importante para determinar el rendimiento del
pavimento. Los resultados del ensayo de ductilidad para asfaltos no satisfactorios, fueronmuy bajos.
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IV.3. EQUIPO
a. Molde con las dimensiones mostradas en la figura 4.3. El molde deber estar hecho
de bronce, provisto de las partes b-b conocidas como clips o mordazas y las partes
a-a conocidas como lados o laterales.
Figura 4.3. Medidas en milmetros del molde de briqueta
b. Bao de agua, que deber mantenerse a una temperatura constante de 25C con
variaciones permisibles no mayores de 0.1C. El volumen de agua no deber ser
menor de 10 litros y el espcimen deber estar sumergido a una profundidad no
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IV.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA
a. Se prepara los dos (2) elementos laterales del molde y las placas de apoyo de las
briquetas para evitar que se les adhiera el asfalto, aplicndoles con un pao una
mezcla formada por tres (3) partes del cido clorhdrico o ntrico y una (1) parte de
mercurio o bien, talco o caoln, hecho lo anterior se coloca el molde sobre su placa
de apoyo y se ajusta dejndolo en posicin horizontal.
b. Se calienta lo indispensable para que adquiera la fluidez suficiente y se facilite su
vaciado; se pasa a travs de la malla Num. 0.300, despus de lo cual se agita
perfectamente y se vaca cuidadosamente en el molde formando un chorro delgado
que se mueve de adelante hacia atrs y de un extremo a otro del molde, hasta rebasar
ligeramente el nivel de enrase, evitando la formacin de burbujas.
c. A continuaron, se deja enfriar el molde conteniendo el material asfltico y colocadosobre la placa de apoyo, a la temperatura ambiente durante 30 a 40 minutos, despus
de lo cual se coloca en el bao de agua a la temperatura 250.5C durante 30
minutos; transcurrido este tiempo se saca del bao el molde sobre la placa de apoyo,
y se enrasa cortando el exceso de este con un cuchillo o esptula de borde recto
previamente calentado para facilitar el corte.d. El molde sobre la placa de latn y conteniendo la briqueta se vuelven a calentar en el
bao de agua a la temperatura de 250 5C durante 905 minutos despus de lo cual
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IV.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
a. Se pone en marcha el mecanismo de prueba a la velocidad de cinco (5) centmetros
por minuto, con una variacin de 5%, hasta producir la ruptura de la briqueta; en
este momento se lee el desplazamiento de la mordaza y se registra en centmetros.
b. Se reporta como ductilidad del cemento asfltico, la longitud en centmetros que se
desplazo la mordaza para lograr la ruptura de la briqueta.
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IV.6. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES.
Las causas ms frecuentes de error en esta prueba son:
a. Que existan burbujas de aire dentro de la briqueta.
b. Que al retirarse la briqueta, sta toque el fondo del tanque del ductilmetro o la
superficie del agua; en este caso se repetir la prueba agregndole al agua del tanque
sal comn para aumentar su densidad o alcohol metlico para disminuirla y lograr
que la probeta al ser estirada se mantenga en posicin sensiblemente horizontal.
IV.7. TABLA DE DATOS
Muestra Velocidad, cm/min Temperatura CDistancia de
estiramiento, cm
A
B
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IV.8. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS
ASTM Standards:
D-5 Mtodo de prueba para la penetracin de materiales bituminosos.
D-1754 Mtodo de prueba para los efectos que producen el calor y el aire en
materiales asflticos (prueba de una pelcula delgada)
D-2872 Mtodo de prueba para los efectos que producen el calor y el aire en una
pelcula de asfalto en movimiento.
E-1 Especificacin ASTM para termmetros.E-11 Especificaciones de tamices para propsitos de prueba
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CAP TULO V
PUNTO DE INFLAMACI N
V.1. INTRODUCCIN
Si se calienta el cemento asfltico a una temperatura suficientemente alta, ste liberar
vapores inflamables capaces de producir una llama en presencia de cualquier chispa o
flama.
El punto de inflamacin indica la temperatura a la que el cemento asfltico puede ser
calentado sin peligro de que se produzca una llama. Esta temperatura est por debajo del
punto de combustin, que es la temperatura a la que un material comienza a arder.
Aunque el punto de inflamacin est muy por debajo de las temperaturas de manejo y
produccin de mezclas de asfalto en caliente, es necesario medir y controlar tales
temperaturas por razones de seguridad.
La prueba se realiza generalmente con el mtodo de la Copa Abierta de Cleveland
(ASTM D-92). Una copa de bronce parcialmente llena con cemento asfltico, se calienta
a una rapidez especfica y se pasa una llama sobre la superficie de la copa
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V.3. EQUIPO
a. Copa abierta de Cleveland. Este aparato consiste en una copa de bronce, una parrilla
elctrica, quemador de gas o lmpara de alcohol con capacidad de controlar la
aplicacin del calor, protegiendo la llama de corrientes de aire en caso de utilizar las
dos ultimas (ver figura 8.1).
b. Termmetro de 25 mm, con un rango de temperatura de -6 a 400C y
aproximaciones de 2C y conforme a las normas ASTM E-1.
c. Aplicador de flama con dimensiones aproximadas de 1.6 mm de dimetro en elextremo de salida y orificio de 0.8 mm de dimetro, acoplado al soporte de tal forma
que le permita girar en un plano horizontal que diste 2 mm como mximo del borde
superior de la copa Cleveland.
Figura 5.1.Copa abierta de Cleveland con parrilla elctrica y aplicador de flama.
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V.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
a. Encender el aplicador de flama y ajustarla para que ste tenga un dimetro de 3 a 5
mm aproximadamente. Esto se puede verificar comparando con la esfera de
referencia instalada en la placa de apoyo de la copa.
b. Aplicar calor al espcimen de manera que su temperatura aumente a razn de 14 a 17
C por minuto hasta que el cemento asfltico alcance una temperatura aproximada de
60C debajo del punto de inflamacin probable. Luego reducir gradualmente el calor
aplicado a la copa de manera que al llegar la muestra a 30C abajo del punto deinflamacin probable, el incremento de temperatura sea 5 a 6C por minuto.
c. Cuando la temperatura del espcimen est a 30C abajo del punto de inflamacin
probable, se iniciar la aplicacin de la flama pasndola de lado a lado de la copa,
sobre el centro de la misma y con un movimiento circular uniforme de manera que la
duracin del paso de la flama sobre la copa sea de 1 segundo aproximadamente y queel aplacador gire lo suficiente hasta formar un Angulo recto con el dimetro de la
copa que pasa por el eje del termmetro. El centro de la flama se mover en un plano
situado a no ms de 2 mm arriba del borde superior de la copa. La flama se aplicara
cada vez que la temperatura de la muestra de prueba se eleve 2C.
d. Registrar como punto de inflamacin t1, en grados centgrados con aproximacin deun grado centgrado (1C), la temperatura leda en el termmetro cuando al pasar el
aplicador se produzca una pequea flama instantnea en cualquier punto de la
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V.6. CLCULOS
a. Si la presin baromtrica del lugar en que se efecta la prueba es diferente de 760
mm de Hg, se corrigen las temperaturas t1 y t2 aplicando la siguiente frmula:
t = t + 0.03 (760 P)
Donde:
t es la temperatura corregida por presin baromtrica, en grados centgrados
t el la temperatura registrada durante la prueba y que fue designada como t1 y t2, en
grados centgrados.P es la presin baromtrica del lugar en que se efecta la prueba en milmetros de
mercurio.
V.7. TABLA DE DATOS
Observada Corregida
Temperatura del punto de
inflamacin
Temperatura del punto de
b ti
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CAP TULO VI
PRUEBA DE DESTILACI N
VI.1. INTRODUCCIN
Esta prueba determinar el contenido de disolvente que tienen los asfaltos rebajados de
curado rpido y medio, as como tambin las proporciones del residuo asflticoexistentes en el producto. El procedimiento consiste esencialmente en efectuar la
destilacin de una muestra de asfalto rebajado, hasta una temperatura de 360C y
registrar volmenes del producto destilado. Al residuo asfltico se le realizan otras
pruebas (penetracin, ductilidad y pruebas de pureza) que ayudan a su identificacin.
VI.2. OBJETIVOS
Determinar la cantidad de diluyente que contiene la muestra de asfalto rebajado.
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VI.3. EQUIPO
El equipo y materiales necesarios para efectuar esta prueba son los siguientes:
a. Matraz de vidrio para destilacin, de 500cm3 de capacidad, con salida lateral y
provista de un tapn de corcho con una perforacin paralela a su eje para insertar el
termmetro.
b. Camisa para el matraz de destilacin, de acero galvanizado, recubierta con una tapa
de asbesto de 3 mm de espesor, provisto de ventanas protegidas con mica y de una
tapa formada por 2 secciones de asbesto o de lmina de acero galvanizado recubiertacon asbesto.
c. Condensador de vidrio de tubo recto provisto de camisa, de 250 mm de longitud,
como mnimo, para refrigeracin por agua.
d. Extensin de vidrio con pared de 1mm de grueso y refuerzo en la seccin de entrada,
que forme un ngulo de 105 aproximadamente, entre sus ramas de entrada y salida;sus dimetros de entrada y salida, sern aproximadamente de 18mm y 5mm,
respectivamente.
e. Probeta graduada de100cm3 de capacidad, con graduaciones a cada centmetro
cbico; su altura estar comprendida entre 24.8 y 26.0 centmetros o bien, en caso
de que el volumen total destilado sea pequeo, pueden utilizarse probetas graduadas
de menor capacidad con divisiones de 0.1cm3.
f Bao de agua con paredes transparentes y temperatura controlable de 20 a 100C
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VI.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA
a. De una muestra de asfalto rebajado, se toma una porcin de 500cm3
aproximadamente, para la cual previamente se homogeneiza dicha muestra,
calentndola ligeramente en caso necesario.
VI.5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
La prueba se efectuara de la siguiente manera:a. Colocar el matraz de destilacin y la camisa, sobre las dos mallas metlicas
Num.0.850, las que a su vez estarn una sobre otra y apoyadas en un anillo metlico
sujeto a un soporte, instalar el condensador y acoplar el matraz utilizando una junta
de corcho que ajuste perfectamente; conectar al refrigerante las mangueras de
entrada y salida del agua.b. Insertar en el matraz el tapn de corcho con el termmetro, ajustando ambos de
manera que el bulbo a 6.5mm del fondo del matraz y su eje coincida con el del
termmetro, quedando ambos en posicin vertical.
c. Conectar al extremo de la salida del condensador la extensin de vidrio que conduce
el destilado a la probeta graduada y se tapa sta con un papel secante que tenga una
perforacin de la forma y dimensiones adecuadas para que ajuste en la extensin. Si
la temperatura ambiental del local en donde se efecta la prueba no es de 15 5
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e. De la porcin mencionada en el inciso (a) de la seccin 6.4, se pesa en el matraz de
destilacin la cantidad de producto correspondiente a un volumen de 200cm 3,
calculado a partir de la densidad que tenga el material asfltico a una temperatura de
15.5C.
f. Se hace circular agua fra en el condensador y se aplica calor al matraz, de manera
que la primera gota de destilado caiga en el extremo del tubo del condensador, en un
lapso de 5 a 15 minutos despus de iniciada la aplicacin del calor, la temperatura a
que esto ocurre se registrara con aproximacin de 0.5C.g. Se contina la destilacin de tal forma que escurra por el extremo de la extensin de
vidrio, de 50 a 70 gotas de destilado por minuto, hasta 260C de 20 a 70 gotas por
minuto, entre 260 a 315C. El periodo de destilacin entre las temperaturas de 315 a
360C, no exceder de 10 minutos. Estas temperaturas son nominales, las cuales
previamente se corrigen de acuerdo a lo descrito en el inciso a de esta parte.h. Si durante la destilacin se produce espuma en la muestra, se disminuye el calor para
evitar que dicha espuma alcance la entrada del tubo del matraz y en seguida se
vuelve a incrementar el calor para obtener la velocidad de destilacin antes indicada.
En el caso de que persista la espuma, se regulariza la destilacin aplicando calor
lateralmente en vez de hacerlo en el fondo del matraz.
i. Registrar con aproximacin de 0.5cm3 la cantidad de destilado obtenido a cada una
de las temperaturas correspondientes a las nominales de 190 225 260 315 y 360C
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segundos. Durante esta operacin se mantendr en posicin sensiblemente horizontal
el tubo de salida del matraz, para impedir que regresen al residuo los disolventes
condensados que se encuentren en dicho tubo y tan pronto como deje de vaporizar el
material en la cpsula, se agita su contenido para homogeneizarlo y tomar de ella, a
la temperatura adecuada, las cantidades de residuo asfltico que se requiere para
otras pruebas.
Tabla 6.1. Temperaturas corregidas para efectuar lecturas del volumen destilado,correspondientes a diferentes alturas sobre el nivel del mar.
Altura sobre
el nivel del
mar (metros).
Temperaturas corregidas correspondientes a las nominales en C
0 190 225 260 316 360
152 189 224 259 315 359305 189 224 258 314 358457 188 223 258 313 357610 187 222 257 312 356762 186 221 256 312 355914 186 220 255 311 354
1,067 185 220 254 310 3531,219 184 219 254 309 3521,372 184 218 253 308 3511,524 183 218 252 307 3501 676 182 217 251 306 349
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Tabla 6.2. Correccin de las temperaturas nominales por altura baromtrica del lugar.
Temperaturas
nominales en C
Correccin por cada 10
mm de diferencia en lapresin baromtrica, C*
190 0.55225 0.59260 0.63315 0.70360 0.75
*Estos valores se restarn de las temperaturasnominales correspondientes, aproximando lastemperaturas corregidas a 0.5C
VI.6. CLCULOS
a. Para encontrar el contenido de cemento asfltico de la muestra, se resta del volumen
original del espcimen mencionado en el inciso (e) de la seccin 6.5, el volumen del
destilado total.
b. Reportar los volmenes destilados a las temperaturas correspondientes a las nominales
de 190, 225, 260 y 315C, expresndolos como porcentajes del volumen total destilado ala temperatura correspondiente a la nominal de 360C y aproximando los resultados a la
unidad
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VI.8. TABLA DE DATOS
Volumen de la muestra
Temperatura de
lectura nominal C
Temperatura de
lectura corregida C
Volumen destilado en
cm3% de destilacin
190
225
260
315
360
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VI.9. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS
ASTM Standards:
D -86 Test Method for Distillation of Petroleum Products.
D-370 Test Method for Dehydration of Oil-Type Preservatives.
E-1 Specification for ASTM Thermometers
E-133 Specification for Distillation equipments.
IP Standards
123/ASTM D-86, Distillation of Petroleum Products
Thermometers as specified in IP Standards
Crow Receiver as specified in British Standards 658:1962
C.O.3 Standard Methods for Testing Tar and its Products
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CAP TULO VII
M TODO MARSHALL
VII.1. INTRODUCCIN
El mtodo Marshall para el diseo de mezclas de pavimento de concreto asfltico, fue
desarrollado en el Departamento de Autopistas de Mississippi por Bruce Marshall
alrededor de 1939. Luego, en 1943, el Cuerpo de Ingenieros de la Estacin Experimentalde Canales (WES) comenz el desarrollo de un aparato simple y porttil para disear
mezclas de asfalto en un campo de aterrizaje. Esto fue impulsado en primer lugar, por el
incremento de las cargas que transmitan los aviones a travs de sus ruedas durante la
segunda guerra mundial. Las presiones de los neumticos y por ende, las presiones en las
zonas de contacto, aumentaron, surgiendo as, la necesidad de desarrollar un mtodo que
garantizara un buen comportamiento de los pavimentos ante tales presiones. El Cuerpo
de Ingenieros comenz experimentado con el aparato de Bruce Marshall, logrando
disear en el laboratorio, varias mezclas de concreto asfltico mediante la aplicacin de
una variedad de esfuerzos de compactacin (el objetivo era producir densidades que
fueran similares a aquellas obtenidas en el campo durante la construccin y uso).
Uno de los mayores logros del estudio de compactacin del laboratorio fue adoptar un
procedimiento de preparacin de la muestra que producan tiempo y esfuerzo humano
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Este procedimiento es solamente apropiado para pavimentos de cemento asfltico con un
agregado de tamao mximo que no exceda los 25 mm debido al dimetro de los moldes
que se utilizan en esta prueba. Existen unas modificaciones al procedimiento Marshall
que utiliza moldes para tamaos mximos de agregados mayores que 25mm. Tales
procedimientos modificados no sern discutidos en este manual.
Los pasos para llevar a cabo un diseo de mezcla comienza con la aceptacin de los
materiales (se deber evaluar los agregados y el cemento asfltico); la preparacin delespcimen; anlisis de vacos y densidad; pruebas de estabilidad de flujo y finalmente
anlisis de los resultados de las pruebas.
A. Evaluacin del agregado
1. Determinar la aceptabilidad de los agregados para ser utilizados enla construccin de pavimentos de concreto asfltico; estas pruebas incluyen la
prueba de desgaste de Los ngeles, equivalente de arena, presencia de sustancias
nocivas, etctera.
2. Si el material en el paso anterior es aceptable, entonces realice las
otras pruebas requeridas para los agregados: granulometra, gravedad especfica
y absorcin.
3 Realizar los clculos para mezclas de agregados como se describi
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3. Determinar la gravedad especfica (Ge) del cemento asfltico
y graficar los datos de viscosidad con respecto a la temperatura.
4. Determinar los rangos de temperatura para la compactacin y
mezclado, a partir de la grafica viscosidad-temperatura (la temperatura de
mezclado debe ser seleccionada para proveer una viscosidad de 17020
centistocks y la temperatura de compactacin debe ser seleccionada para proveer
una viscosidad de 28030 centistocks)
VII.2. OBJETIVOS
El objetivo de cualquier mtodo de diseo de mezcla de concreto asfltico es encontrar
una combinacin (cantidad de asfalto + agregados) que cumpla con las siguientes
caractersticas:
Resistencia a deformaciones permanentes. Resistencia a la fatiga
Resistencia al agrietamiento producido por las bajas temperaturas.
Durabilidad
Resistencia al pulido (debe mantener su rugosidad)
Trabajabilidad
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en posicin vertical sobre una losa rgida de concreto, de tal manera que la placa
metlica permanezca en posicin horizontal.
d. Sujetador metlico para los moldes de compactacin. que permita mantener
firmemente en posicin sobre el centro del pedestal, los cilindros montados con
su base y collarn, para compactar la mezcla que contienen.
e. Pisn de compactacin con superficie circular de apisonado de noventa y ocho
punto cuatro (98.4) milmetros de dimetro, teniendo una pesa deslizante de
cuatro mil quinientos treinta y seis (4,536) gramos, con altura de cada decuatrocientos cincuenta y siete punto dos (457.2) milmetros.
f. Mquina de prueba Marshall con capacidad de tres mil (3,000) kilogramos
accionada con motor elctrico, equipada con mordazas semicirculares para
aplicar cargas a los especimenes de prueba a una velocidad constante de
deformacin de cincuenta punto ocho (50.8) milmetros por minuto y provista deun dinammetro de anillo calibrado para cargas,' con sensibilidad de diez (10)
kilogramos.
g. Extensmetro para medir la deformacin vertical o flujo del espcimen, con
carrera de veinticinco punto cuatro (25.4) milmetros y aproximacin de cero
punto un (0.1) milmetro.
h. Dispositivo para extraer los especimenes del molde.
i Mezclador mecnico con tazones de dos (2) litros de capacidad como mnimo y
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VII.4. PREPARACIN DE LA MUESTRA
1. Secar y tamizar los agregados por tamaos y guardar los diferentes pases de agregados
en contenedores limpios y secos. Preparar material suficiente para hacer 18 especimenes
de aproximadamente de 1150g cada uno. La cantidad mnima de agregados y cemento
asfltico para preparar una serie de especimenes de prueba para una granulometra dada
son 25 Kg. (50 lb.) y 4 litros (1 galn), respectivamente.
2. Pesar el agregado para 18 especimenes y colocarlos en contenedores separados. Calentar
los agregados hasta la temperatura de mezclado que se determin en el paso B-4. Sinembargo el peso total de agregado debera ser determinado con se mostrara en el
siguiente numeral.
3. Generalmente es mejor preparar un espcimen de prueba antes de comenzar a realizar
los 18 especimenes; medir la altura de ste (h1) y comparar con las alturas que se
especifican para especimenes de pruebas Marshall (63.55. 1mm), si los especimenesestn fuera de este rango, ajustar la cantidad de agregados incluidos en el espcimen
utilizando la siguiente formula:
gh
Q 11505.63
1
=
4. Calentar suficiente cemento asfltico para preparar un total de 18 especimenes. Tres
especimenes compactados deben ser preparados a 5 diferentes cantidades de asfalto. Los
contenidos de asfaltos deben ser seleccionados con un incremento de 0 5% con al menos
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8. Colocar un pedazo de papel circular dentro de un molde Marshall precalentado y
ensamblado. Verificar la temperatura. Compactar la mezcla con una esptula caliente 15
veces alrededor del permetro y 10 veces en el interior. Remover el collar y acumular el
material dentro del molde de manera que el centro quede un poco ms alto que en los
bordes. Fijar el molde y la base a un pedestal. Colocar el martillo precalentado dentro del
molde y aplique el numero apropiado de golpes a la parte superior del espcimen (75
golpes).
9. Quitar el molde de la base y colocar un pedazo de papel circular en la parte superior delespcimen. Rotar el molde 180 de manera que la superficie superior es ahora la inferior.
Colocar el collar del molde y asegurarlo a la base y al pedestal. Colocar el martillo
dentro del molde y aplicar el mismo numero de golpes.
10. Quitar los trozos de papel y dejar enfriar los especimenes. Remover del molde utilizando
un mecanismo hidrulico. Colocar marcas de identificacin en cada espcimen. Dejar losespecimenes a temperatura ambiente durante una noche antes de realizar las pruebas.
11. Determinar el peso especfico4(del bulk) para cada espcimen. Sumergir las muestras en
agua y permitir que se saturen antes de obtener el peso sumergido en condiciones
saturadas. Sacar la muestra y pesarla al aire en condiciones saturadas con superficie seca,
sta prueba se realiza de acuerdo a la norma AASHTO T166.
12. Medir la gravedad especfica (Gmb) de las muestra sueltas de acuerdo a la norma ASTM
D2041 Esta gravedad especfica se requiere para realizar los anlisis de vacos
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3. Acercar el brazo de carga hasta que haga contacto con el espcimen.
Asegurarse de que los indicadores de flujo y carga en la pantalla de la mquina marquen
cero (0). Aplicar una carga de 2 pulgadas/minuto (50.8 mm/min.). Cuando observe que
la carga disminuye en vez de aumentar, detener la maquina y anotar la estabilidad (carga
mxima), en libras y el flujo en 0.01 pulgadas (0.25 mm). La prueba no deber durar ms
de 1 minuto despus de haber sacado el espcimen del bao.
4. Repetir los pasos 2 y 3 para las dems muestras. Ntese que el tiempo
mximo que las muestras pueden estar en el bao de agua caliente es de 40 minutos, porlo que solamente se tiene 10 minutos para realizar todas las pruebas.
VII.6. CLCULOS
VII.6.1 Anlisis de vaco y densidad.
1. Para cada espcimen, utilizar la gravedad especfica Gmb calculada en el inciso 11de la seccin VII.4, y el peso especfico Gmm del inciso 12 para calcular el
porcentaje de vacos (VTM).
1001
=
mm
mb
G
GVTM
2. Calcular la densidad de cada espcimen Marshall como sigue:Densidad (g/ml) = Gmb w
3 C l l l t j d (VMA) d i M h ll tili d
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VII.6.2 Tabular y graficar los resultados de la prueba.
1. Tabular los resultados de las pruebas, corregir los valores de estabilidad para
cada altura y obtener el promedio de cada grupo de 3 especimenes.
2. Preparar las siguientes grficas:
a. Contenido de asfalto en funcin de la densidad.
b. Contenido de asfalto en funcin de la estabilidad Marshall.
c. Contenido de asfalto en funcin del flujo.
d. Contenido de asfalto en funcin del porcentaje de vacos.e. Contenido de asfalto en funcin del VFA; y
f. Contenido de asfalto en funcin del VMA.
VII.6.3 Determinar el contenido ptimo de asfalto.
1. Determinar:a. El contenido de asfalto con la estabilidad mxima.
b. El contenido de asfalto con la densidad mxima.
c. El contenido de asfalto en el punto medio del rango de vacos que se
requiere en las especificaciones (normalmente 4%).
2. Sacar un promedio de los tres contenidos de asfaltos obtenidos arriba.
3. Para el contenido de asfalto promedio, ir a las graficas y determinar las
siguientes propiedades:
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compactacinEstabilidad,
lb. (N)
750 (3333) --1200
(5333)
--1800
(8000)
--
Flujo 0.01
(0.25 mm)8 18 8 16 8 14
Porcentaje de
vacos3% 5% 3% 5% 3% 5%
Tabla 7.1: Criterio de diseo de mezcla por el mtodo Marshall para superficies y bases.
VII.7. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
Se recomienda seguir el siguiente ejemplo para realizar el diseo de la mezcla por el
mtodo Marshall:
Ejemplo:
Se obtuvo5 90 Kg. de agregado y de 8 a 12 litros (2 -3 galones) de asfalto. Despus de
secar los agregados, cada muestra de los agregados se cuartea hasta obtener una cantidad
razonable para llevar a cabo la granulometra.
La granulometra de los 4 agregados se muestra en la tabla 7.2. El siguiente paso es
determinar el porcentaje que se utilizar de cada agregado de manera que la
granulometra de la combinacin de los 4 agregados quede dentro de los lmites de las
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Tabla 7.2: Granulometra de los 4 agregados y lmites de las especificaciones.
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Se determin que la gravedad especifica del bulk de la combinacin de los agregados G sb
= 2.620. Se encontr la gravedad especfica del cemento asfltico: 1.030.
Se prepararon aproximadamente 20 especimenes del agregado utilizando las
proporciones encontradas en la tabla 7.3. La mezcla del agregado se calent hasta la
temperatura especificada en la ASTM D1559.
Los agregados calientes se mezclaron con diferentes cantidades de cemento asfltico, demanera que algunas mezclas lleguen a estar por encima y otras por debajo de la cantidad
de cemento asfltico ptimo. Las muestras fueron luego compactadas con una esptula
caliente, 15 veces alrededor del permetro y 10 veces en el interior. Luego se procedi a
dar los 75 golpes en cada lado del espcimen con un martillo estndar Marshall caliente,
tal y como se especifica en la norma ASTM D1559. Se prepararon tres especimenes decada uno de los 6 contenidos de cemento asfltico.
Despus de ser compactadas las muestras, se sacaron del molde y se dejaron enfriar. Las
muestras fueron pesadas para obtener el peso seco al aire (WD), luego sumergidas en el
agua y dejadas all por 3 minutos para permitir que se saturaran. Una vez saturadas se
tom el peso sumergido6 de la muestra (Wsub). Luego se sacaron las muestras del agua y
se elimin el exceso de agua de la superficie con una toalla Inmediatamente se tom el
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Los siguientes clculos se llevaron a cabo a la muestra No. 1 a 5.0 de contenido de
asfalto:
Gravedad especifica del bulk del espcimen compactado (Gmb)
253.27.6500.1169
8.1167=
=
Densidad del espcimen () = 2.253 1 = 2.253 g/ml
La cantidad de vacos (VTM) para cada muestra se determin comparando los
promedios de las densidades del bulk para cada contenido de asfalto con la densidad
mxima terica (TMD) para cada contenido de asfalto. El mtodo mas comn para
determinar el TMD es el mtodo Rice que se especifica en ASTM D2041. El VTM se
determina con la siguiente ecuacin:
1001
=
mm
mb
G
GVTM
Donde:
Gmm: es la gravedad terica especfica mxima de la mezcla y se
determina con la siguiente formula:
PBPS
PMMGmm =
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No.
Muestra
Contenido
de Asfalto
Peso seco
WD
Peso
sumergido
(WSUB)
Peso
saturado
(WSSD)
VolumenDensidad
del bulk
Densidad
mxima
terica
Cantidad
de vacos
(VTM)
VMA
% vacos
llenos de
asfalto
(VFA)
Estabilidad
observada
Estabilidad
corregidaFlujo
1 5.0 1167.8 650.7 1169.0 518.3 140.6 2400 2400 112 5.0 1164.9 647.0 1166.2 519.2 140.0 2630 2630 113 5.0 1165.1 651.0 1167.0 516.0 140.9 2560 2560 12
Promedio 140.5 153.1 8.2 18.3 55.2 2530 111 5.5 1166.4 652.4 1167.5 515.1 141.3 2520 2520 112 5.5 1179.0 661.4 1180.6 519.2 141.7 2690 2690 123 5.5 1169.4 650.9 1171.0 520.1 140.3 2650 2650 13
Promedio 141.1 152.5 7.5 18.4 59.2 2620 121 6.0 1170.4 656.7 1171.0 514.3 142.0 2620 2620 132 6.0 1181.1 664.7 1181.9 517.2 142.5 2710 2710 133 6.0 1187.3 670.9 1189.0 518.1 143.0 2980 2980 12
Promedio 142.5 151.3 5.8 18.1 68.0 2770 131 6.5 1174.2 661.6 1174.7 513.1 142.8 2800 2800 122 6.5 1185.3 667.7 1186.0 518.3 142.7 2730 2730 133 6.5 1182.3 667.7 1182.9 515..2 143.2 2900 2900 14
Promedio 142.9 149.9 4.7 18.3 74.3 2810 131 7.0 1177.5 663.0 1177.9 514.9 142.7 2820 2820 142 7.0 1183.4 665.4 1183.6 518.2 142.5 2730 2730 143 7.0 1192.8 675.7 1193.3 517.6 143.8 2790 2790 15
Promedio 143.0 148.5 3.7 18.6 80.1 2780 141 7.5 1181.9 663.3 1182.3 519.0 142.1 2650 2650 162 7.5 1173.0 660.2 1173.5 513.3 142.6 2380 2380 163 7.5 1182.2 666.1 1182.7 516.6 142.8 2590 2590 14
Promedio 142.5 147.1 3.1 19.4 84.0 2540 15
Tabla 7.4: Datos de cada espcimen.
75
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GSE es la gravedad especfica del agregado cubierto de
asfalto7.
GB es la gravedad especfica del asfalto.O tambin se puede utilizar:
100_
1
=
TMD
BulkdensidadVTM %2.8100
454.2
252.21 =
=
Luego se calcul el VMA:
=
Gsb
PbGmbVMA
)1(1100
=
620.2
)05.01(252.21100 = 18.3
Se calcul el VFA:
100
=
VMA
VTMVMAVFA
%2.551003.18
2.83.18=
=
Y finalmente se procedi a medir la estabilidad y el flujo en la mquina Marshall. No fue
necesario hacer correcciones por estabilidad para este espcimen.
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Propiedad Especificaciones Obtenido con 6.7 StatusEstabilidad 1500 lbs (6660 N) 2800 lbs (12430 N) Cumple
Flujo De 8 a 16 14 CumpleVTM De 3 a 5 4.2 Cumple
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VII.8. TABLA DE DATOS
No.
Muestra
Contenido
de Asfalto
Peso seco
WD
Peso
sumergido
(WSUB)
Peso
saturado
(WSSD)
VolumenDensidad
del bulk
Densidad
mxima
terica
Cantidad
de vacos
(VTM)
VMA
Cantidad
de vacos
llenos de
asfalto
(VFA)
Estabilidad
observada
Estabilidad
corregidaFlujo
1 5.02 5.03 5.0
Promedio1 5.52 5.53 5.5
Promedio1 6.02 6.03 6.0
Promedio
1 6.52 6.53 6.5
Promedio1 7.02 7.03 7.0
Promedio1 7.52 7.53 7.5
Promedio
78
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g
METODO MARSHALL
1/MARZO/2012
En la prctica haremos 1 briquetas
Cada cilindro tendr aproximadamente 1200 gramos de agregado.
Se calienta el asfalto a 150 grados centgrados.
El agregado, los cilindros, el martillo y tolo el equipo que se va a utilizar, se calienta a 150 grados.
Se harn cilindros de diferente porcentaje del contenido del asfalto.
Se comienza con un 5% de asfalto
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