Ensayo Marshall

Buenos días a todos los miembros de nuestra web de ingeniería civil, continuamos con los temas relacionados al diseño de mezcla asfáltica por el método Marshall, a continuación les presentamos el proceso que se sigue para la realización del ensayo Marshall, el ensayo debe efectuarse después de transcurridas 16 horas de la compactación.

Procedimiento del Ensayo Marshall

Para complementar el diseño de la mezcla, se deben efectuar los siguientes ensayos y análisis:

a. En la mezcla sin compactar:

o Peso Específico efectivo.
o Peso Específico máximo.

b. En la muestra compactada:

o Peso Específico Bulk.
o Estabilidad y flujo a 60 ºC.
o Análisis de densidad y Vacíos.

Equipo Requerido para el Ensayo Marshall

Máquina de ensayo Marshall, con dispositivo eléctrico, diseñada para aplicar las cargas a las muestras por medio de pesas de ensayo semicirculares, está equipada con un calibrador provisto de anillo para determinar la carga de ensayo, de un marco de carga para el ensayo de estabilidad y un medidor de flujo, para establecer la deformación bajo la carga máxima de ensayo.
Maquina de ensayo Marshall

Baño de agua con una profundidad mínima de 15 cm (6”), provisto de un termostato para mantener una temperatura de 60 ºC ± 1 ºC.

Pruebas de estabilidad y fluencia

Después de obtenido el Peso Específico Bulk de la mezcla compactada, se procede a la ejecución de los ensayos de estabilidad y fluencia, de la siguiente manera:

a. Calibrar el cero del flujómetro, previamente montado sobre uno de los guiadores, y luego de insertar la mordaza de 4” debajo del pivote.

b. Sumergir la briqueta en baño de agua a 60 ºC (140 ºF), durante 30 a 40 minutos.

c. Limpiar las guías y la superficie interior del anillo de prueba y lubricar las guías para garantizar que el segmento superior del anillo se deslice libremente sobre ellas. La temperatura de la mordaza debe mantenerse a una temperatura de 21 a 37,8 ºC (70 a 100 ºF), utilizando el baño de agua, si fuese necesario.

d. Se saca la muestra del baño de agua, se coloca en la parte inferior de la mordaza, luego se inserta la parte superior de la misma. Se centra el conjunto en el dispositivo de carga y se coloca el medidor de flujo sobre el guiador superior de la mordaza.

e. Aplicar la carga de ensayo a la muestra a una velocidad de deformación constante de 51 mm/min (2 pulg/min), hasta que ocurra la falla. El punto de falla se define como la carga máxima obtenida en el ensayo. El número total de Newtons (libras) necesario para producir la falla de la muestra se define como el valor de la estabilidad Marshall. La deformación vertical del espécimen producida por la carga, es el valor del Flujo (fluencia).

f. Durante el ensayo de estabilidad, sujétese firmemente el medidor de flujo en su posición sobre el guiador, y retírese en el instante mismo que la carga empieza a decrecer, se anota el valor de flujo en unidades de 0,25 mm (0.01”). Por ejemplo si la muestra se deforma 3,8 mm (0,15”), su fluencia será 15.

g. Se promedian los valores de estabilidad y flujo para todas las muestras con cada contenido de ligante.

Las pruebas de estabilidad y fluencia, a partir de la extracción de los núcleos del baño, no deben durar un tiempo mayor a 30 segundos.

Análisis de densidad y vacíos

Después de la conclusión de los ensayos de estabilidad y fluencia, se realiza el análisis de densidad y vacíos, para cada grupo de núcleos de prueba, de la siguiente manera:

a. Promediar los valores de peso específico Bulk de todas las muestras de ensayo para cada contenido de ligante; los valores que por simple inspección presenten error, no se consideran.

b. Determinar el peso unitario promedio para cada contenido de ligante, multiplicando el valor promedio del peso específico Bulk por 1000 para peso unitario en kg/m3, por 62,4 para peso unitario en lb/pie3.

c. Dibujar un gráfico de relación de peso unitario vs. contenido de asfalto, uniendo los puntos mediante una curva intermedia, que proporcione el mejor ajuste para todos los valores.

d. Leer directamente en la curva trazada, los valores de peso unitario para cada contenido de asfalto ensayado y obtener el peso específico Bulk equivalente, dividiendo entre 1000 Kg/m3 (ó entre 62,4 lb/pie3). Los valores de peso específico Bulk así obtenidos, serán usados en el cálculo posterior de vacíos.

e. Utilizando el Peso Específico máximo teórico de la mezcla bituminosa (ASTM D-2041) y el Peso Específico Bulk de los agregados, se calcula el Peso Efectivo del agregado, el asfalto absorbido por los agregados secos (en kg o lb), el porcentaje de vacíos de aire y el porcentaje de vacíos del agregado mineral (VAM).

Presentación de resultados

Los valores de estabilidad, flujo y porcentaje de vacíos en la mezcla, se procesan como se indica a continuación:

a. Promediar los valores de flujo y estabilidad para todas las muestras de un porcentaje de asfalto dado. Valores errados en comparación con los otros, no se incluirán en el promedio.

b. Se elaboran gráficos, para presentar las relaciones entre los siguientes valores:

- Estabilidad vs. Porcentaje de Asfalto
Curva Estabilidad vs. Porcentaje de Asfalto

- Peso Unitario vs. Porcentaje de Asfalto
Curva de Peso Unitario vs. Porcentaje de Asfalto

- Porcentaje de Vacíos en la Mezcla vs. Porcentaje de Asfalto
Curva Porcentaje de Vacíos en la Mezcla vs. Porcentaje de Asfalto

- Flujo vs. Porcentaje de Asfalto
Curva Flujo vs. Porcentaje de Asfalto

- Porcentaje de Vacíos en el Agregado vs. Porcentaje de Asfalto
Curva Porcentaje de Vacíos en el Agregado vs. Porcentaje de Asfalto

En cada gráfico se debe unir los puntos obtenidos mediante una curva promedio, procurando que todos los valores se ajusten a ella en forma adecuada.

Les presentamos también esta planilla Excel que les ayuda con el: Diseño de Mezclas Asfálticas - Método Marshall.

Esperamos que esta información relacionada con el Ensayo Marshall les sea de utilidad a todos los ingenieros civiles y estudiantes que nos visitan, para mayor información acerca el diseño de mezclas asfálticas por el método Marshall pueden ingresar a los enlaces indicados al principio de la publicación...esperamos sus comentarios...saludamos a toda la comunidad de ingeniería.


Preparación de las muestras para el ensayo Marshall

Buenos días a todos los miembros de nuestra web de ingeniería civil, continuando con las publicaciones relacionadas con el diseño de mezclas asfálticas utilizando el método de Marshall, presentamos información relacionada a la preparación de las muestras para realizar el ensayo Marshall, los puntos que se explican se encuentran a continuación:

- Preparación de las muestras para el ensayo
- Preparación de las mezclas asfálticas
- Compactación de los núcleos de prueba (Briquetas)
Núcleo de Asfalto, Ensayo Marshall

Preparación de muestras para ensayo

Número de muestras: Por lo menos 3 para cada contenido de asfalto.

Chequeo y preparación de agregados:

- Determinar la gradación de los agregados propuestos, de acuerdo a los métodos de ensayo C-117 y C-136 de la ASTM.

- Determinar el peso específico Bulk y el aparente de los agregados, de acuerdo a los métodos de ensayo C-127 y C-128 de la ASTM.

- Seleccionar la dosificación de agregados que cumpla con la curva de densidad máxima para el tamaño máximo de partículas, además que cumpla el requisito del porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral.

- Calcular los pesos específicos Bulk y aparente de la combinación de agregados elegida.

- Determinación de la temperatura de mezclado y de compactación: Sobre la base de la curva Viscosidad-Temperatura, se elige la temperatura a la cual el asfalto alcanzará una viscosidad cinemática de 170 ± 20 Centistokes para la temperatura de mezclado y 280 ±  30 Centistokes para la temperatura de compactación.

Curva Viscosidad - Temperatura para Cementos Asfálticos
Curva Viscosidad - Temperatura para Cementos Asfálticos

Fuente: The Asphalt Institute’s, Manual (MS-2).

Preparación de las mezclas

Pesar por separado en bandejas, para cada muestra de ensayo, la cantidad adecuada de cada fracción que produzca una bachada que de cómo resultado una muestra compactada de 2,5 ± 0,1” de espesor (63,5 ± 1,3 mm).

Colocar las bandejas para el mezclado en el horno y calentarlas a una temperatura aproximada de 25 ºF (13,9 ºC), por encima de la de mezclado. Calentar el asfalto a una temperatura lo suficientemente alta para que fluya fácilmente, pero sin que ésta sea mayor que la de mezclado.

Colocar la bandeja de mezclado y su contenido en la balanza y pesar agregando el asfalto necesario. Luego se coloca el palustre en la bandeja y se determina el peso total de los componentes de la mezcla más el equipo de mezclado con aproximación a 0,2 g. Se mezclan los agregados y el asfalto con el palustre hasta obtener una mezcla homogénea.

Compactación de los núcleos de prueba

Colocar toda la mezcla preparada dentro del molde, emparejando la mezcla con la espátula, compactar con el martillo unas 15 veces alrededor del perímetro y 10 veces en la parte central. Se quita el collar y se alisa suavemente la superficie, hasta obtener una forma ligeramente redondeada. Inmediatamente antes del proceso de compactación la temperatura de la mezcla debe estar muy cercana a los límites de la temperatura de compactación establecida.
Molde y martillo para compactan de núcleos ensayo Marshall

Colocar nuevamente el collar de extensión, y ubicarlo en el pedestal de compactación. Se aplican 75 (35 ó 50) golpes con el martillo, según lo especificado para la categoría de tráfico. Se quitan la base y el collar se le da vuelta y se vuelva a armar el conjunto. Se aplica el mismo número de golpes a la cara opuesta de la muestra. Después de la compactación, se quita la base del molde y se expone la muestra a la temperatura ambiente dentro del molde. Se saca la muestra del molde por medio de un extractor.

Esta es la información referente a la preparación de muestras para el ensayo Marshall, si desean mas información acerca el Diseño de Mezclas por el método Marshall pueden ingresar a los enlaces ubicados al principio de la publicación, esperamos les sea útil a todos los ingenieros civiles y personas interesadas en temas de ingeniería...no olviden compartir los artículos en sus redes sociales...saludos a toda la comunidad de ingeniería civil...hasta otra oportunidad.


Equipo para la elaboración de núcleos de prueba (Método Marshall)

Buenos días a todos los miembros de la Cueva del Ingeniero Civil, continuamos con la información relacionada al Diseño de Mezclas Asfálticas por el Método Marshall, ahora compartimos información referente al Equipo para la elaboración de núcleos de prueba utilizados en el Método Marshall, sin mayores palabras les dejamos la información a continuación.
Núcleos, briquetas de asfalto

Entre los elementos más importantes del equipo necesario para la elaboración de los núcleos de prueba, se pueden citar los siguientes:

a) Horno y placa calentadora eléctrica, para calentar los materiales, Horno aireador para el curado de las mezclas.

b) Termómetro blindado de vidrio o dial con varilla para lecturas entre 50 ºF (10 ºC) y 450 ºF (232 ºC).

c) Balanza de 2 kg de capacidad, con aproximación a 0,1 g. Balanza de 5 kg con aproximación a 1 g.

d) Pedestal para compactación, que consta de un soporte de madera, sobre el cual descansa una placa de acero de 12” x 12” x 1” (305 x 305 x 25 mm).
Elaboración de núcleos de prueba de asfalto, ensayo Marshall

e) Molde de compactación que consta de una base, molde encofrado y collar de extensión. El molde tiene un diámetro interior de 4” (101,6 mm) y una altura aproximadamente 3” (76 mm). La base y el collar están diseñados para intercambiarse ya sea a uno u otro lado del molde.

f) Martillo de compactación, que consta de una barra achatada que cae deslizándose sobre una guía y un pisón de cara circular de 3 7/8” (98,4 mm). La barra pesa 10 libras (4,5 kg) y tiene una caída (guía) de 18” de altura.

g) Soporte del molde, que consta de un dispositivo de tensión elástica, diseñado para acoplar el molde sobre el pedestal de compactación.

h) Extractor de muestra o prensa para extraer la muestra (briqueta) ya compactada.

i) Accesorios como cucharas, espátula, mezclador mecánico, baño de agua hirviendo, etc.

Briqueta, núcleo de Asfalto, Ensayo Marshall

Esperamos que la información relacionada al equipo necesario para la elaboración de núcleos de prueba para el Ensayo Marshall les sea de utilidad, no olviden compartir las publicaciones en sus redes sociales...Saludamos a toda la comunidad de ingeniería civil que nos visita día a día...Gracias por el apoyo...Un abrazo fraterno. 


Descripción del Método Marshall para diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente

Buenos días a todos los miembros que visitan nuestra web de Ingeniería Civil, continuamos con información relacionada al diseño de mezclas asfálticas según el Método Marshall a continuación les presento la Descripción del Método Marshall para diseño de Mezclas Asfálticas espero les sea de utilidad:
Briquetas de Asfalto - Método Marshall

- El método Marshall usa muestras de prueba normalizadas (briquetas) de 2 y ½” de espesor por 4” de diámetro (64 x 102 mm).

- Se selecciona el agregado que cumpla con las especificaciones requeridas. El tipo y grado del asfalto, de acuerdo al tipo de agregado y las condiciones climáticas.

Para determinar el contenido óptimo de asfalto se preparan y compactan una serie de muestras de prueba (briquetas), con distintos porcentajes de asfalto cuyo rango de variación no debe ser mayor a 0,5%. Como mínimo se debe incluir dos porcentajes por encima y dos por debajo del óptimo de contenido de asfalto estimado.

En la práctica se observa que el contenido óptimo de asfalto se encuentra alrededor del 6 %, con referencia al peso de los agregados pétreos. Mayores porcentajes deben conducir a una verificación cuidadosa del diseño de la mezcla.

Para verificar la idoneidad de los datos se deben hacer tres muestras (briquetas) por cada contenido de asfalto. Generalmente para un diseño, se deben tomar 6 porcentajes de asfalto diferentes, por lo cual se requerirán 18 briquetas. Adicionalmente se deben incluir 6 briquetas para determinar los efectos del agua en la estabilidad y el flujo. Aproximadamente para cada briqueta, se necesitan 1200 g de agregados, por lo cual la cantidad representativa de los agregados, debe tener un peso mínimo de 29 kg (65 lb). Además se requerirá aproximadamente un galón de asfalto.

Esperamos que esta descripción general del método Marshall para diseño de Mezclas asfálticas les sea de utilidad, no olviden compartir las publicaciones y dejarnos sus comentarios...saludamos a toda nuestra comunidad de ingeniería civil que nos visita día a día :D


Mezcla Asfáltica (Criterios para la preparación)

Saludos a todos los que visitan nuestra web de ingeniería civil continuando con las publicaciones relacionadas al diseño de mezclas asfálticas por el método Marshall, es necesario conocer los criterios que se consideran para la preparación de la mezcla, sin mas palabras les dejo la información a continuación.
Mezcla asfáltica

Se deben establecer los criterios que se van a considerar para la preparación de la mezcla, de acuerdo a las especificaciones técnicas que regirán el proyecto:

- Porcentaje de vacíos de aire en la mezcla total

- Porcentaje de vacíos llenados con el asfalto

- Porcentaje mínimo de vacíos en el agregado mineral

- Valor mínimo de la estabilidad

- Rango de valores límite de fluencia

Estos criterios se deben ajustar a los valores de proyecto, correspondientes al nivel de tráfico establecido (liviano, mediano y pesado).

- Tráfico liviano ESALs > 104

- Tráfico mediano ESALs de 104 a 106

- Tráfico Pesado ESALs > 106

Es conveniente, en forma previa, analizar la susceptibilidad de la mezcla al agua, para determinar su comportamiento con relación al desplazamiento de la película de ligante por el agua (“stripping”), que depende del porcentaje de vacíos de aire, a través de los cuales la humedad debe ser secada.

El resultado final de la etapa de diseño es una tabla donde se muestra, para cada nivel de compactación, el rango de contenidos de asfalto que satisface cada uno de los criterios seleccionados. El proyectista puede ajustar los criterios establecidos al principio, sobre la base de su experiencia personal, hasta que la faja de contenidos de asfalto sea razonable.

Esperamos que estos criterios que se consideran en la preparación de mezcla asfáltica les haya sido de utilidad, invitamos a nuestros usuarios a compartir las publicaciones en sus redes sociales para que así lleguemos a mas personas interesadas en temas de ingeniería civil...un abrazo para todos y gracias por su visita.


Diseño de mezclas Asfálticas - Método Marshall (En Caliente)

Buenos días compañeros de la web Cueva del Ingeniero Civil, en esta oportunidad  les traigo información relacionada acerca el Diseño de Mezclas Asfálticas por el Método Marshall (En Caliente), información extraída de los textos de consulta de la materia de Carreteras de la Facultad de Ingeniería Civil de la UMSS, complementaremos la información acerca el diseño de Mezclas asfálticas con planillas Excel que encontraran en las diferentes publicaciones, que estarán relacionadas, les dejo a continuación la información.
Planta de producción de Asfalto Caliente

El Método de dosificación Marshall desarrollado por el Ing. Bruce Marshall, inicialmente fue utilizado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejercito Norteamericano, actualmente es el método más utilizado para la elaboración de fórmulas de mezcla.

El criterio para conseguir una mezcla satisfactoria está basado en requisitos mínimos de estabilidad, fluencia, densidad y porcentaje de vacíos.

Este método determina el procedimiento para realizar los ensayos de estabilidad y fluencia de mezclas asfálticas preparadas en caliente, utilizando el equipo Marshall, determina  características físicas de las mezclas y analiza los parámetros que definen el contenido de asfalto. La estabilidad se determina empleando el principio de corte en compresión semi-confinada, sometiendo a la muestra a esfuerzos de compresión diametral a una temperatura de 60 ºC (140 ºF). La aplicación de esfuerzos y la rotura de las muestras se consiguen con un dispositivo especialmente proyectado para las pruebas de estabilidad.

El valor de estabilidad representa la resistencia estructural de la mezcla compactada y está afectada principalmente por el contenido de asfalto, la composición granulométrica y el tipo de agregado. El valor de estabilidad es un índice de la calidad del agregado.

Además, la mezcla debe tener la fluidez necesaria para que pueda compactarse a la densidad exigida y producir una textura superficial adecuada. El valor del Flujo representa la deformación producida en el sentido del diámetro del espécimen antes de que se produzca su fractura. Este valor es un indicador de la tendencia para alcanzar una condición plástica y consecuentemente de la resistencia que ofrecerá la carpeta asfáltica a deformarse bajo la acción de las cargas que por ella transiten.

El contenido óptimo de asfalto se determina, de acuerdo a recomendación del Instituto del Asfalto (Manual MS - 2), a través de la media aritmética de los porcentajes que llevan a:

- La máxima estabilidad
- La máxima densidad de la mezcla
- El volumen de vacíos de aire especificado

Esta media debe ser verificada en relación al valor de la Fluencia y a los vacíos del agregado mineral (VAM), a fin de asegurar que la mezcla contenga un volumen de asfalto (Vb) suficiente, sin que el volumen de vacíos de aire (Vv) sea reducido a un valor inaceptable. Si no se cumplen las especificaciones, la granulometría del agregado debe ser modificada.

A continuación encuentran las publicaciones relacionadas al diseño Marshall de mezclas asfálticas:

Mezcla Asfáltica (Criterios para la preparación)
Descripción del Método Marshall para diseño de Mezclas Asfálticas en Caliente
Equipo para la elaboración de núcleos de prueba (Método Marshall)
Preparación de las muestras para el ensayo Marshall
Ensayo Marshall

A continuación les dejo la siguiente planilla Excel:

Diseño de mezclas asfálticas en caliente-Método Marshall

Esperamos que la información presentada les sea de utilidad a todos los ingenieros civiles y estudiantes de ingeniería, no olviden compartir los aportes en sus redes sociales para que así lleguemos a mas personas interesadas en temas de ingeniería civil...Saludos a todos.


Análisis y diseño de losas

Saludos compañeros que visitan nuestra web de ingeniería civil, continuando con los aportes del Ing. Roberto Morales Morales, aquí les presento una presentación en PDF que titula “Análisis y diseño de losas”, como todos los aportes del ingeniero este está muy bien explicado y desarrollado, se tratan los siguientes puntos:
Losa armada en dos direcciones

Losas en una dirección
- Refuerzo transversal
- Ejemplo de aplicación de diseño de losas

Diseño de losa maciza

Líneas de fluencia (Positiva y negativa)
- Análisis por el método de equilibrio
- Análisis por el método de los trabajos virtuales

Losas isotrópicas y ortotrópicas

Momentos últimos en ejes no perpendiculares a las armaduras
- Ejemplo de aplicación

Efectos de esquina en líneas de fluencia
- Ejemplo de aplicación

Losas armadas en dos direcciones
- Consideraciones sobre los procedimientos de diseño
- Tipos de losas armadas en dos sentidos

Criterio para el dimensionamiento de losas armadas en dos sentidos
- Espesor mínimo de losa
- Ábacos o paneles
- Capiteles

Diseño de losas armadas en dos direcciones según Joint Comitee ASCE-ACI 1940

Método de diseño directo
- Distribución del momento estático total para un tramo extremo
- Porcentaje de momento positivo y negativo que corresponden a la franja de columna
- Requisitos para la aplicación del método
- Ejemplo de aplicación (Análisis y diseño de una losa armada en dos direcciones apoyada sobre vigas)

Método del pórtico equivalente
- Descripción del método
- Consideraciones para la aplicación del método
- Calculo del momento total en ambos sentidos de la losa

La columna equivalente (R13.7.4)

A continuación una imagen previa de la presentación titulada Análisis y Diseño de Losas:
Análisis y diseño de losas de hormigón armado

Son un total de 250 diapositivas, que contienen explicaciones y ejemplos desarrollados acerca el diseño de losas, espero les sea útil, agradecemos y damos todo el crédito al autor mencionado al principio de esta publicación, no olviden compartir los aportes y dejarnos sus comentarios...saludos a todos los ingenieros civiles que nos visitan y a todas las personas interesadas en temas de ingeniería...el aporte se encuentra al final de la publicación.

Un abrazo a tod@s

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