INV 748 Método Marshall

8/13/2019 INV 748 Mtodo Marshall

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RESISTENCIA DE MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTEEMPLEANDO EL APARATO MARSHALL

I.N.V. E 748 07

1. OBJETO

1.1 Esta norma describe el procedimiento que se debe seguir para la determinacinde la resistencia a la deformacin plstica de especmenes cilndricos de

mezclas asflticas para pavimentacin, empleando el aparato Marshall. El

procedimient o se puede emplear tanto para el proyecto de mezclas en ellaboratorio como para el control en obra de las mismas. El mtodo es aplicablea mezclas elaboradas con cemento asfltico y agregados ptreos con tamao

mximo menor o igual a 25.4 mm (1).

1.2 Los valores establecidos en unidades SI deben ser considerados como la norma.

1.3 Esta norma no pretende dar directrices sobre aspectos de seguridad asociadoscon su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, establecer las medidas de

seguridad y salubridad apropiadas y determinar la aplicacin de las

limitaciones regulatorias antes de su empleo.

2. RESUMEN DEL MTODO

2.1 El procedimiento consiste en la fabricacin de probetas cilndricas de 101.6mm (4") de dimetro y 63.5 mm (2") de altura, preparadas como se describeen esta norma, rompindolas posteriormente en la prensa Marshall y

determinando su estabilidad y deformacin. Si se desean conocer losporcentajes de vacos de las mezclas as fabricadas, se determinarn

previamente las gra vedades especficas de los materiales empleados y de las

probetas compactadas , antes del ensayo de rotur a, de acuer do con las nor mascorrespondientes.

2.2 El procedimiento se inicia con la preparacin de probetas de ensayo, para locual los materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones de

granulometra y dems, fijadas para el proyecto. Adems, se deber determinar

previamente la gra vedad especfica bulk de los agregados, as como lagravedad especfica del asfalto, y se deber efectuar un anlisis de Densidad-Vacos de las probetas compactadas.

Para determinar el contenido ptimo de asfalto para una gradacin deagregados dada o preparada, se deber elaborar una serie de probetas condistintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes

valores obtenidos despus de ser ensayadas, permitan determinar ese valor"ptimo".


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3. EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOS

3.1 Dispositivo para moldear probetas Consistente en un molde cilndrico conun collar de extensin y una placa de base plana. El molde deber tener undimetro interior de 101.6 mm (4") y una altura interna aproximada de 76.2

mm (3"); la placa de base y el collar de extensin debern ser intercambiables,

es decir ajustables en cualquiera de los dos extremos del molde. Se recomiendadisponer de tres (3) moldes. (Figura 1). Para facilidad de manejo, es

conveniente que el molde est provisto de agarraderas.

3.2 Extractor de Probetas Elemento de acero en forma de disco con dimetro de

100 mm (3.95") y 12.7 mm (1/2") de espesor, utilizado para extraer la probeta

compactada del molde, con la ayuda del collar de extensin. Se requiere de un

elemento adecuado para transferir la carga a la probeta, de manera que stapase suavemente del molde al collar.

3.3 Martillo de Compactacin Consistente en un dispositivo de acero formadopor una base pla na circula r de 98.4 mm (3 7/8) de di metr o y un pisn

deslizante de 4536 9 g (10 0.02 lb) de peso total, montado en forma que

proporc ione una altura de cada de 457.2 1.524 mm (18 0.06), como sedescribe en la Figura 2. El martillo de compactacin puede estar equipado conun protector de dedos.

3.4 Pedestal de Compactacin Consistente en una pieza prismtica de madera debase cua drada de 203.2 mm de lado y 457.2 mm de altur a (8" x 8" x 18") yprovista en su cara superior de una platina cuadrada de acero de 304.8 mm de

lado x 25.4 mm de espesor (12" x 12" x 1"), firmemente sujeta en la misma.La madera ser roble u otra clase cuya densidad seca sea de 0.67 a 0.77 g/cm

(42 a 48 lb/pie). El conjunto se fijar firmemente a una base de concreto,

debiendo quedar la platina de acero en posicin horizontal.

3.5 Sujetador para el molde Consistente en un dispositivo con resorte de tensindiseado para centrar rgidamente el molde de compactacin sobre el pedestal.

Deber asegurar el molde completo en su posicin durante el proceso decompactacin.

Nota 1.- En lugar del martillo de operacin manual y asociado con los equipos hasta ahoradescritos, se podr usar un martillo operado mecnicamente, el cual haya sido calibrado paraofrecer resultados comparables con los del martillo manual.

3.6 Mordazas y medidor de deformacin (Figuras 3 y 4) Las mordazas consistenen dos segmentos cilndricos, con un radio de curvatura interior de 50.8 mm

(2") maquinado con exactitud. La mordaza inferior va montada sobre una baseplana, provista de dos var illas perpendiculares a ella y que sirven de gua a lamordaza superior. El movimiento de la mordaza superior se debe efectuar sinun rozamiento apreciable.

El medidor de deformacin consiste en un deformmetro de lectura final fija,con divisiones en 0.25 mm (0.01). En el momento del ensayo, el medidordeber estar firmemente apoyado sobre la mordaza superior y su vstago se

apoyar en una palanca ajustable acoplada a la mordaza inferior.


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3.7 Prensa Para la rotura de las probetas se emplear una prensa mec nica ohidrulica (Figura 5) capaz de producir una velocidad uniforme dedesplazamiento vertical de 50.8 mm por minuto (2/min.). su capacidad decarga mnima deber ser de 40 kN

3.8 Medidor de la estabilidad La resistencia de la probeta en el ensayo se medircon un anillo dinamomtrico acoplado a la prensa, de 22.2 kN (2265 kgf) de

capacidad, con una sensibilidad de 44.5 N (4.54 kgf) hasta 4.45 kN (454 kgf) y111.2 N (11.4 kgf) hasta 22.2 kN (2265 kgf). Las deformaciones del anillo semedirn con un deformmetro graduado en 0.0025 mm (0.0001).

Nota 2.- En lugar de medir la estabilidad con un anillo dinamomtrico, se puede emplearcualquier otro dispositivo de medida de carga que cumpla los requisitos indicadosanteriormente.

3.9 Elementos de cal efaccin Para calentar los agregados, el material asfltico,el conjunto de compactacin y la muestra, se emplear un horno o placa decalefaccin, provisto de control termosttico, capaz de mantener la

temperatura requerida con un error menor de 2.8 C (5 F).

3.10 Mezcladora Es recomendable que la operacin de mezclado de los materialesse realice con una mezcladora mecnica capaz de producir, en el menor tiempo

posible, una mezcla homognea a la temperatura requerida . Si la operacin de

mezclado se realiza a mano, este proceso se debe realizar sobre una placa decalefaccin o estufa, para evitar el enfriamiento de los materiales, tomando las

precauciones necesarias para evitar los sobrecalentamientos locales.

3.11 Tanque para agua De 152.4 mm (6") de profundidad mnima y controladotermostticamente para mantener la temperatura a 60 1 C (140 2.0 F).

El tanque deber tener un falso fondo perforado o estar equipado con unestante para sostener las probetas por lo menos a 50.8 mm (2") sobre el fondodel tanque.

3.12 Tamices Los necesarios para reproducir en el laboratorio la granulometraexigida por la especificacin a los agregados para la mezcla que se va a

disear.

3.13 Termmetros blindados De 9.9 C a 204 C (50 F a 400 F) para determinarlas temperaturas del asfalto, agregados y mezcla, con sensibilidad de 2.8 C.

Para la temperatura del bao de agua se utilizar un termmetro con escala de20 C a 70 C y sensibilidad de 0.2 C (68 F a 158 F 0.4 F).

3.14 Balanzas Una de cinco (5) kg de capacidad, sensible a un (1) g para pesaragregados y asfalto; otra de dos (2) kg de capacidad, sensible a 0.1 g para las

probetas compactadas.

3.15 Guantes De soldador para manejar equipo caliente y de caucho para sacar lasmuestras del bao de agua.


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3.16 Crayolas Para identificar las probetas.

3.17 Bandejas metlicas De fondo plano para calentar agregados y cubetasmetlicas redondas de 4 litros (1 galn) de capacidad, para mezclar asfalto yagregados, cucharones, recipientes, esptulas, papel de filtro, etc.

Figura 1. Dispositivo para moldear probetas


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Figura 2. Martillo de compactacin del equipo Marshall


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Figura 3. Mordazas para el ensayo Marshall


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Figura 4. Dispositivo de ensayo de la probeta y mordazas

Figura 5. Mquina de ensayo de compresin


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4. PREPARACIN DE PROBETAS

4.1 Nmero de Probetas Para una gradacin particula r del agregado, original omezclada, se preparar una serie de probetas con diferentes contenidos deasfalto (con incrementos de 0.5% en peso, entre ellos); de tal manera que los

resultados se puedan graficar en curvas que indiquen un valor "ptimo"

definido, con puntos de cada lado de este valor. Como mnimo, se prepararntres probetas para cada contenido de asfalto.

4.2 Cantidad de materiales Un diseo con seis contenidos de asfa lto, necesita r,entonces, por lo menos dieciocho (18) probetas. Para cada probeta se

necesitan aproximadamente 1200 g de ingredientes: para una serie de muestras

de una gradacin dada resulta conveniente disponer de unos 23 kg (50 lb) de

agregados y alrededor de 4 litros (1 galn) de cemento asfltico. Se requiere,adems, una cantidad extra de materiales para anlisis granulomtricos y para

la determinacin de las gravedades especficas.

4.3 Preparacin de los agregados Los agregados se debern sacar hasta masa

constante a una temperatura entre 105 C y 110 C (221 F y 230 F) y sesepararn por tamizado en los tamaos deseados. En general se recomiendanlas porciones que se indican a continuacin, aunque las fracciones definitivas

dependern de los tamaos disponibles en la planta de produccin:

25.0 mm a 19.0 mm

19.0 mm a 9.50 mm9.50 mm a 4.75 mm

4.75 mm a 2.36 mm

Pasante de 2.36 mm

(1" a 3/4)

(3/4" a 3/8)(3/8" a No.4)

(No.4 a No.8)

(No.8)

4.4 Determinacin de las temperaturas de mezcla y compactacin Latemperatura a la cual se debe calentar el cemento asfltico para las mezclas,ser la requerida para producir una viscosidad de 170 20 centiStokes. (1centistoke = 1 mm2/s). (Ver Figura 6)

La temperatura a la cual se deber calentar el cemento asfltico para que tenga

una viscosidad de 280 30 centiStokes, ser la temperatura de compactacin.

(Ver Figura 6).

4.5 Preparacin de las mezclas En bandejas taradas, separadas para cadafraccin de la muestra, se pesarn sucesivamente las cantidades de cada

porcin de agr egados , previamente calcu ladas de acuerdo con la gradacinnecesaria para la fabricacin de cada probeta, de tal forma que sta resulte conuna altura de 63.5 1.3 mm (Ver Nota 3). Se calentarn los agregados en una

plancha de calentamiento o en el horno a una temperatura de 28C (50F) porencima de la temperatura de mezcla. Se transfieren los agregados al recipiente

de mezclado donde se mezclan en seco y se forma a continuacin un crter en

su centro, dentro del cual se vierte la cantidad requerida de asfalto, debiendoestar ambos materiales en ese instante a temperaturas comprendidas dentro delos lmites establecidos para el proceso de mezcla en la Seccin 4.4. A

continuacin se mezclan los materiales lo ms rpidamente posible hasta

obtener una mezcla completa y homognea.


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Nota.3.- Para conseguir la altura adecuada de las probetas para el ensayo, es convenienteelaborar una probeta de prueba. Para ello, se tomar una cantidad de agregados de 1200 g,corrigindose luego para la altura debida, con la expresin, en el sistema Internacional SI:

)(

)(5.63)(

mmprobetaladeobtenidaAltura

gagegadosdeusadaMasagagregadodelcorrectaMasa

=

4.6 Compactacin de las Probetas Simultneamente con la preparacin de lamezcla, el conjunto de molde, collar, placa de base y la base del martillo de

compactacin, se limpian y calientan en un bao de agua o en el horno a unatemperatura comprendida entre 93.3 C y 148.9 C (200 F y 300 F).

Se arma el conjunto del dispositivo para moldear las probetas y se coloca unpapel de filtr o en el fondo del molde antes de colocar la mezcla. Acontinuacin, se coloca toda la mezcla recin fabricada en el molde y se la

golpea vigorosamente con una esptula o palustre caliente, 15 veces alrededordel permetro y 10 sobre el interior. Se quita el collar y se alisa la superficie

hasta obtener una forma ligeramente redondeada. La temperatura de la mezclainmediatamente antes de la compactacin deber hallarse dentro de los lmites

de temperatura de compactacin establecidos en la Seccin 4.4.

Se vuelve a poner el collar y se coloca el conjunto en el sujetador sobre el

pedestal de compactacin. Se coloca otro papel fi ltro sobre la superficie de lamezcla y se aplican 50 o 75 golpes segn se especifique, de acuerdo con eltrnsito de diseo, empleando para ello el martillo de compactacin una cada

libre de 457.2 mm (18"), manteniendo el eje del martillo perpendicular a labase del molde durante la compactacin. Se ret iran la placa de base y el

collar, se colocan en los extremos opuestos del molde; se vuelve a montar ste

en el pedestal y se aplica el mismo nmero de golpes a la cara invertida de la

muestra.

Nota 4.- Cuando las probetas se fabriquen con mezclas tomadas en obra, el proceso general decompactacin ser el mismo que se describe en este procedimiento, cuidando igualmente quela temperatura de compactacin sea la adecuada. No se deber emplear una mezcla que hayasido recalentada.

Despus de la compactacin, se retira la base y se deja enfriar la muestra al

aire hasta que no se produzca ninguna deformacin cuando se la saque delmolde. Se pueden utilizar ventiladores de mesa cuando se desee unenfriamiento ms rpido, pero en ningn caso agua, a menos que la muestra se

coloque dentro de una bolsa plstica. Se saca cuidadosamente la probeta del

molde por medio del extractor, se identifica con la crayola, se mide su espesor

y se coloca sobre una superficie plana, lisa, donde se deja en reposo duranteuna noche.


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Figura 6. Viscosidad vs. Temperatura para asfaltos slidos


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5. ENSAYO DE ESTABIL IDAD Y FLUJO

5.1 Se colocan las probetas en un bao de agua durante 30 o 40 minutos o en elhorno durante 2 horas, manteniendo el bao o el horno a 60 1 C (140

1.8 F).

Se limpian perfectamente las barras guas y las superficies interiores de las

mordazas de ensayo antes de la ejecucin de ste, y se lubrican las ba rras guasde tal manera que la mordaza superior se deslice libremente. La temperaturade las mordazas se deber mantener entre 21.1 C y 37.8 C (70 F a 100 F),

empleando un bao de agua cuando sea necesario.

5.2 Se retira una probeta del bao de agua u horno y se coloca centrada en lamordaza inferior; se monta la mordaza superior con el medidor de deformacin

y el conjunto se sita centrado en la prensa.

Se coloca el medidor de flujo en posicin, se ajusta a cero, y se mantiene su

vstago firmemente contra la mordaza superior mientras se aplica la carga deensayo.

5.3 Se aplica, a continuacin, la carga sobre la probeta con la prensa a una rata dedeformacin constante de 50.8 mm (2") por minuto, hasta que ocurra la falla,

es decir cuando se alcanza la mxima carga y luego disminuye, segn se lea enel dial respectivo. Se anota el valor mximo de carga registrado en la mquinade ensayo o, si es el caso, la lectura de deformacin del dial indicador, la cual

se convierte a carga, multiplicndola por la constante del anillo. El valor totalen Newtons (kgf) que se necesite para producir la falla de la muestra se

registrar como su valor de Estabilidad Marshall.

Si el espesor de la probeta es diferente de 63.5 mm, el valor registrado deEstabilidad Marshall deber ser corregido, multiplicndolo por el factor que

corresponda de la Tabla 1.

Se anota la lectura en el medidor de flujo en el instante de alcanzar la cargamxima. Este ser el valor del "flujo" para la probeta, expresado en mm, e

indica la disminucin de dimetro que sufre la probeta entre la carga cero y elinstante de la rotura. El procedimiento completo, a partir de la sacada de la

probeta del bao de agua, se deber completar en un per odo no mayor de 30segundos.

5.4 El procedimiento indicado en las Secciones 5.1 y 5.2 para una probeta, se

deber repetir con todas las probetas elaboradas, segn se indic en la Seccin4.1.

Nota 5.-Cuando se ensayen ncleos de un pavimento construido, ellos se sometern a todo elproced imiento descri to en la Seccin 5.

6. INFORME


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El informe contendr la siguiente informacin:

6.1 Tipo de muestra ensayada (muestra de laboratorio o ncleo tomado de unpavimento).

6.2 Valor promedio de la mxima carga en Newtons (lbf) de por lo menos tresespecmenes, corregido cuando se requiera (ver Tabla 1).

6.3 Valor promedio del flujo, en 0.25 mm (0.01") de tres especmenes.

6.4 Temperatura de ensayo.

7. DISEO DE LA MEZCLA ASFLTICA

El diseo completo de una mezcla asfltica en caliente por el mtodo Marshall,del cual forma parte el procedimiento descrito en la presente norma, se deber

realizar de conformidad con las intrucciones del documento MS-2 del AsphaltInstitute, Mix Desing Methods for Asphalt Concrete and Other Hot-MixTypes, con la excepcin de que la seleccin del contenido ptimo de asfalto

no se efectuar de acuerdo con los criterios de este documento, sino con los que

establezca el Artculo de las Especificaciones Generales de Construccin de

Carreteras del Instituto Nacional de Vas, aplicable a la mezcla que se estdiseando.

8. NORMAS DE REFERENCIA

AASHTO T 245 97 (2004)

NLT 159


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Tabla 1. Factor de correccin para la estabilidad


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Nota 6.- La estabilidad medida de la probeta multiplicada por el factor correspondiente a sualtura, es igual a la estabilidad corregida para una probeta de 63.5 mm.

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