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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Departamento Académico de Geomática y Vialidad

LABORATORIO 3

ENSAYO MARSHALL EN LA SIERRA (MEZCLA CONVENCIONAL)

GRUPO 2

INTEGRANTES

ROJAS CAVERO, Diego Alonzo

CORDOVA VILLANUEVA, Christian Alejandro

MENDOZA LEON, Carlos Abel

BALANDRA ALARCON, Jhonatan Brayan

DOCENTE

Ing. Fanny Beatriz Eto Chero

2021 - I
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INDICE
INTRODUCCION .......................................................................................................... 3

METODOLOGIA Y NORMATIVIDAD....................................................................... 4

EQUIPO UTILIZADO ................................................................................................... 6

PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 10

ESPECIFICACIONES TECNICAS PERU .................................................................. 14

DESCRIPCION DEL CASO DE ESTUDIO ............................................................... 15

ANALISIS DE LAS GRAFICAS ................................................................................. 18

ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................... 24

CONCLUSIONES ........................................................................................................ 24

RECOMENDACIONES ............................................................................................... 25

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................... 25
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ENSAYO MARSHALL EN LA SIERRA (MEZCLA CONVENCIONAL)

INTRODUCCION

Este trabajo de laboratorio presenta la base teórica y experimental del desarrollo del

Ensayo Marshall para una muestra convencional de mezclas asfálticas en el laboratorio según las

directivas de la norma ASTM D1159, entre otras.

La importancia de realizar un ensayo Marshall para una muestra de mezcla asfáltica

convencional consiste determinar el contenido óptimo para una combinación especifica de

áridos. Este ensayo nos permite definir el diseño más adecuado en base al análisis de su

estabilidad/fluencia y densidad/vacíos.

La finalidad de este tercer laboratorio es comprender como se realiza el ensayo Marshall

para una mezcla convencional en laboratorio, es decir, conocer los materiales y equipos

utilizados, así como el muestreo realizado en un proyecto ubicado en la sierra. Además, se

pretende comprender el correcto análisis de los datos obtenidos en laboratorio en base a las

propiedades del material utilizado en obra.

Para poder explicar mejor cada uno de los procesos y conceptos implicados para el

ensayo Marshall para una mezcla convencional en la sierra, se ha establecido una serie de

apartados para una mejor compresión, tal que estos son las metodologías y la normativa que rige

este ensayo, Equipo utilizado, procedimiento, especificaciones técnicas en el Perú, Descripción

de un caso de estudio en la sierra, Análisis de gráficas y resultados, así como las respectivas

conclusiones y recomendaciones que se tendrán sobre este ensayo.

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METODOLOGIA Y NORMATIVIDAD

Metodología del Ensayo Marshall

El ensayo Marshall forma parte del método Marshall, el cual es un método de diseño de

mezcla bituminosa, que permite determinar el contenido óptimo de para una combinación

especifica de áridos. Asi mismo, la trascendencia de este ensayo radica en el control en planta

mediante la verificación de los parámetros de diseño de las mezclas. Cabe mencionar que este

ensayo del método Marshall define el diseño más adecuado en base al análisis de su

estabilidad/fluencia y densidad/vacíos.

La metodología de este ensayo consiste en un inicio en la definición de las especificaciones,

tales como tipo y grado del asfalto, tipo de agregado y las condiciones climáticas. Para luego

proceder a realizar ensayos previos al ensayo propiamente dicho, los cuales hacen referencia a

agregados, tales como granulometría, peso específico y aparente de los mismo. Posteriormente

como parte de esta metodología se procede a realizar el ensayo Marshall propiamente dicho, el

cual consiste básicamente en determinar el contenido óptimo de asfalto, para lo cual se preparan y

se compactan una serie de muestras de prueba normalizadas (probetas), las cuales poseen la misma

combinación de agregados, pero con distinto contenido de asfalto, cuyo rango de variación no será

mayor a 0.5%. Dentro del ensayo Marshall por si mismo se realizan 3 procedimientos principales

para medir las propiedades volumétricas y mecánicas, que van de acorde con las relaciones de

estabilidad/fluencia y densidad/vacíos mencionada. Estos 3 procedimientos que se siguen

corresponden a la determinación del peso específico, medición de estabilidad y fluencia de

Marshall, y Análisis de densidad y contenido de vacíos.

En la Metodología del ensayo Marshall, el primero en ser analizado es el peso específico

total de la mezcla, el cual es determinado tan pronto como las probetas recién compactadas se
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hayan enfriado a temperatura ambiente. Luego, se realiza los ensayos de estabilidad y fluencia el

cual va dirigido a medir la resistencia y la deformación de la mezcla. Finalmente, Se realiza el

análisis de densidad de las muestras y contenido de vacíos de mezcla y de agregado mineral, los

cuales se realizan una vez ya determinados los valores de paso anterior.

Finalmente, como parte culmine del método Marshall se los datos obtenidos para graficar

un conjunto de graficas de los valores determinados para las propiedades mencionadas, tales como

contenido de vacíos, densidad, estabilidad y deformación; versus el contenido de asfalto (%) que

dio como resultado tal valor. Estas graficas mencionadas servirán para determinar el porcentaje de

asfalto optimo por utilizar a fin de que en cada una de ellas se cumpla los ratios mínimos y máximos

que se especifican según el caso de estudio.

Normativa del Ensayo Marshall

La normativa que rige este ensayo es extensa, ya que se considera una serie procesos y pre-

procesos para los materiales a ser empleados asi como la normatividad del ensayo propiamente

dicha. A continuación, se menciona las principales normas que rigen esta metodología.

- ASTM D1159: Es aquella que rige el ensayo Marshall propiamente dicho que contempla el

proceso de calentar combinar y compactar la mezcla de asfalto – agregado.

- ASTM D1188: Es aquella que rige el procedimiento de determinación de peso especifico de

las mezclas asfálticas compactas utilizando parafina.

- ASTM D2726: Es aquella que rige el procedimiento de determinación de peso específico de

las mezclas asfálticas compactas mediante superficies saturadas de especímenes secos.

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- ASTM D2041: Es aquella que permite determinar el peso específico teórico máximo, el cual

se determinará para al menos 2 contenidos de asfaltos y que luego permitirá trabajar para

calcular los porcentajes de vacíos.

- ASTM C-117 Y C-136: Es aquella que permite realizar el pre ensayo de gradación de los

agregados propuestos.

- ASTM C-127 Y C-128: Es aquella que permite realizar el pre ensayo de peso específico y

absorción de agregados

EQUIPO UTILIZADO

En este apartado, se dará a conocer los principales equipos y/o aparatos utilizados para la

ejecución del ensayo Marshall para mezclas asfálticas,

Materiales

Algunos de los materiales a utilizar son filler, arena, grava, cemento asfaltico y parafina.

Para una mejor visualización ver Figura 1 donde se puede ver alguno de ellos.

Figura 1.-Materiales utilizados para la elaboración de la mezcla

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Moldes de compactación

Están constituidos por una placa base, molde y collar. El molde debe tener un diámetro

interno de 101.6 ± 0.1mm y una altura de 80mm, asi mismo la placa base y el collar se diseñan

de modo que puedan ajustarse a cualquier extremo del molde. Para una mejor visualización ver

figura 2.

Figura 2.- Molde y base del molde de compactación

Extractor

Permite sacar las probetas del molde de compactación, para lo cual debe estar provisto de

un disco desplazador de 100mm de diámetro por 10mm de espesor. Para una mejor visualización

ver figura 3.

Figura 3.- Extracto de probetas

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Martillo de compactación

Tiene una cara circular de 100mm de diámetro con un peso de 4.515kg ± 15g, asi mismo

tendrá una altura de caída de 460 ± 2mm. Para una mejor visualización ver figura 4.

Figura 4.- Martillo de compactación.

Maquina Marshall

Aparato diseñado para aplicar carga a las probetas durante al ensayo a una velocidad de

deformación de 50 ± 1mm/min. Cabe mencionar que esta equipada con un anillo de prueba

calibrado para determinar la carga aplicada con un dial graduado de 0.0025mm y un medidor de

flujo con una precisión de 0.01mm para determinar la deformación que se produce por la carga

máxima. Para una mejor visualización ver figura 5.

Figura 5.- Maquina Marshall para Ensayo

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Horno termoeléctrico

Se utiliza horno de convección forzada y placas calientes, que deben incluir un termostato

de controlar y mantener la temperatura requerida con un rango dentro ±3 °C. Para una mejor

visualización ver figura 6.

Figura 6.- Horno termoelectrico para calentar mezcla

Baño María

De a lo menos 150 mm de profundidad y que tenga control termostático que permite

mantener la temperatura en 60 ± 1 °C. Cabe mencionar que el estanque debe tener un fondo falso

perforado y un termómetro centrado y fijo. Para una mejor visualización ver figura 7.

Figura 7.- Baño Maria para sumerger muestras

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Accesorios o Misceláneos

Algunos de los equipos accesorios usados son termómetro, guantes de cuero resistente a

la temperatura, balanza, espátulas y bandejas. Para una mejor visualización de algunos de ellos

ver figura 8.

Figura 8.- Equipos accesorios para el ensayo

PROCEDIMIENTO

En el método Marshall sigue el presente procedimiento:

 Número de probetas

Prepare a lo menos 3 y de preferencia 5 probetas para cada contenido de asfalto.

 Preparación del árido

Seque el agregado hasta masa constante a una temperatura de 110 ± 5º C y sepárelo por

tamizado en seco en las siguientes fracciones: 25-19 mm; 19-12,5 mm; 12,5-9,5 mm; 9,5-

4,75 mm; 4,75-2,36 mm y bajo 2,36 mm.

 Temperatura de mezclado
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Es la temperatura a la cual debe calentarse el cemento asfáltico y el asfalto cortado para

producir una viscosidad de 170 ± 20 cSt.

 Temperatura de compactación

a) Para cementos asfálticos la temperatura de compactación debe ser aquélla a la cual el

cemento asfáltico alcanza una viscosidad de 280 ± 30 cSt.

b) Para asfaltos cortados la temperatura de compactación debe ser aquélla a la cual el

asfalto cortado alcanza una viscosidad de 280 ± 30 cSt, después de perder un 50% del

solvente original.

 Preparación de muestras

a) Pese en bandejas separadas para cada probeta de ensaye, la cantidad necesaria de cada

fracción para producir una muestra que dé como resultado una probeta compacta de una

altura aproximada de 65 mm; normalmente se requieren 1.100 g. Coloque las bandejas en

el horno o en una placa caliente y llévelas a una temperatura de aproximadamente 30 ºC

sobre la temperatura de mezclado especificada en 13 ºC para cementos asfálticos, y de 15

ºC sobre dicha temperatura para asfaltos cortados. Coloque el árido caliente en el bol de

mezclado y revuelva completamente. Forme un cráter en el árido y pese la cantidad

necesaria de cemento asfáltico o asfalto cortado e incorpórela al bol. El asfalto no debe

mantenerse a la temperatura de mezclado por más de 1 h antes de usarlo. Mezcle el árido

y asfalto tan rápido como sea posible hasta que la mezcla quede totalmente cubierta y

uniforme.

b) Terminado el mezclado, coloque las mezclas con asfaltos cortados en un horno

ventilado, mantenido a una temperatura de aproximadamente 10º C sobre la de

compactación. Continúe el curado hasta que se haya evaporado el 50% del solvente. La
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mezcla debe revolverse para acelerar el proceso de pérdida de solvente, teniendo cuidado

de no perder mezcla. Durante este proceso, pese la mezcla inicialmente en intervalos de 15

min y, cuando se aproxima a la pérdida del 50%, en intervalos menores de 10 min.

 Compactación de probetas

a) Prepare el molde y el martillo, limpiando completamente el conjunto del molde y cara

del martillo de compactación y caliéntelos durante 15 min en un baño de agua o en una

placa caliente a una temperatura próxima a la de compactación. Coloque un disco de papel

filtro, cortado a medida, en la parte inferior del molde antes de colocar la mezcla. Suavice

la parte interior del molde y la cara del martillo con un aceite grueso. Coloque el conjunto

collar, molde y base en el pedestal del compactador.

b) Llene el molde con una espátula, acomodando la mezcla 15 veces en el perímetro y 10

veces en el centro. La temperatura antes de compactar debe estar en los límites establecidos

y si no es así, descártela; en ningún caso la mezcla debe recalentarse.

c) Con el martillo de compactación aplique 75 golpes en un tiempo no superior a 90 s.

Saque la base y el collar, invierta y reensamble el molde. Aplique en la otra cara el mismo

número de golpes en un tiempo no mayor al indicado. Después de compactar, saque la base

y deje enfriar la probeta al aire. Si se desea un enfriamiento más rápido puede usar

ventiladores.

Normalmente la probeta se deja enfriar toda una noche.

Nota 1: Podrá especificarse una cantidad diferente de golpes, de acuerdo con el tránsito de

diseño.
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 Determinación de densidad y espesor

Tan pronto como la probeta se enfríe a temperatura ambiente, desmolde y determine su

espesor. Luego proceda a determinar su densidad de acuerdo con el Método A0606.

 Determinación de estabilidad y deformación

o Para probetas confeccionadas con cementos asfálticos, coloque éstas en un baño de

agua a 60 ± 1º C durante 30 a 40 min, antes de ensayar. Para probetas

confeccionadas con asfaltos cortados, colóquelas en una corriente de aire por un

lapso no inferior a 2 h; mantenga la temperatura del aire a 25 ± 1º C.

o Limpie completamente la mordaza. La temperatura de ésta debe mantenerse entre

21 y 38º C, usando un baño de agua si es necesario. Lubrique las barras guías con

una película delgada de aceite de modo que la parte superior de la mordaza deslice

suavemente. Si se usa un anillo de prueba para medir la carga aplicada, asegúrese

que el dial esté firmemente ajustado y en cero.

o Saque la probeta del agua y seque cuidadosamente la superficie. Coloque y centre

la probeta en la parte inferior de la mordaza, luego coloque la parte superior y centre

el conjunto en el aparato de carga.

o Aplique carga a la probeta a una velocidad constante de deformación de 50 ± 1

mm/min, hasta que se produzca la falla. El punto de falla queda definido por la

carga máxima obtenida. Se define la estabilidad Marshall como el número total de

newtons (N) necesarios para producir la falla de la probeta a 60º C.

o A medida que avanza el ensaye de estabilidad, sujete firmemente el medidor de

flujo sobre la barra guía. Cuando se produzca la carga máxima, tome la lectura y
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anótela. Esta lectura es el valor de la fluidez de la probeta expresada en unidades

de 0,25 mm (1/100 pulg). El procedimiento completo, estabilidad y fluencia,

comenzando desde el momento en que se retira la probeta del agua, no debe durar

más de 30 s.

ESPECIFICACIONES TECNICAS PERU

Las especificaciones para este ensayo las describen las Normas ASTM D 1559, AASHTO

T 245 y NLT 159/86. Sin embargo, para nuestro país estas han sido adaptadas nuestra realidad y

se describen en el manual de ensayo de materiales en la norma MTC E 504, la misma que

menciona: el objetivo, método, aparatos y materiales, preparación de probetas y especificaciones

para realizar el ensayo.

En concreto, la MTC E 504 resumen el método de ensayo de la siguiente manera:

 El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de 4” de diámetro y 2

½” de altura, las cuales se ensayan en la prensa Marshall y determina la estabilidad y

deformación. Asimismo, para conocer los porcentajes de vacíos de las mezclas se

determinan los peros específicos de los materiales y probetas compactadas.

 El procedimiento se inicia con la preparación de las probetas, con materiales que se

ajusten a las especificaciones granulométricas fijadas para el proyecto. Además, debe

determinarse el peso específico aparente de los agregados, peso especifico del asfalto, y

el análisis densidad-vacíos.

 Cuando se utilizan asfaltos líquidos, se preparan compactan muestras de prueba con

distintos porcentajes de asfalto líquido como en el caso del cemento asfáltico, excepto
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que la temperatura de compactación se toma con base en la viscosidad del asfalto después

del curado.

DESCRIPCION DEL CASO DE ESTUDIO

Para este ensayo, se ha evaluado el proyecto “Rehabilitación y Mejoramiento de la

Carretera Dv. Imperial – Pampas Tramo: Km 00+000 – Km 36+850”. A continuación, se

muestran las características del proyecto. Ver figura 9.

 Ubicación: Tayacaja – Huancavelica (Región Sierra)

 Altitud: 3200 – 4300 msnm

 Clima: Precipitación promedio de 600mm/año y temperatura promedio de 12°C.

 Geología: El perfil estratigráfico está conformado por suelos de moderadas a

buenas características físico-mecánicas, como gravas, arenas, limos, arcillas y

algunos suelos orgánicos.

Figura 9.- Ubicación del Proyecto.

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 Estudios de Tráfico: La carretera Dv. Imperial – Pampas, corresponde a la Ruta

Nacional PE3SC. El estudio de tráfico está dirigido a brindar información básica

para determinar los indicadores de tráfico, los cuales son composición y volumen

vehicular, de los diferentes tramos homogéneos en que se seccionó la carretera

DV. Imperial – Pampas. Los tramos homogéneos son los siguientes:

o Tramo homogéneo 1: Dv, Imperial – Dv Pazos

o Tramo homogéneo 2: Dv Pazos – Pampas

El resultado del conteo vehicular, que se realizó en diciembre del 2012, se

muestra a continuación. Ver Figura 10.

Figura 10.- Conteo vehicular (IMDA).

Para realizar el ensayo, se ha tomado una muestra de la mezcla asfáltica, donde el

porcentaje de agregados utilizados son el siguiente:

 Piedra de TM 3/4” = 15%

 Piedra de TM 1/2" = 25%

 Arena chancada = 27%

 Arena Zarandeada = 32%

 Cal (filler) = 1%
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Se utilizaron agregados gruesos chancados de TM ¾”, TM ½” y arena chancada de TM

¼” procedentes de la cantera de Roca, ubicada al lado izquierdo en el km 17+800; mientras que

el agregado fino zarandeado se obtuvo de la cantera Mantacra, ubicada a 56kms de la ruta Dv.

Imperial - Izcuchaca - La Mejorada - Mayocc.

Los agregados minerales gruesos que se emplearon en la mezcla asfáltica provienen de la

trituración del material de roca maciza y otros minerales en menores proporciones para obtener

el Huso Granulométrico del Proyecto. Por otro lado, los agregados minerales finos provienen de

una cantera de fuente coluvial. Ver figura 11.

Figura 11.- Cantera Mantacra

Para realizar el ensayo, el cemento asfáltico que se utilizó en la muestra es el PEN

85/100, cuyas propiedades se muestran a continuación. Ver Figura 12.

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Figura 12.- Propiedades del cemento asfáltico 85/100

ANALISIS DE LAS GRAFICAS

Para obtener el diseño se realizaron una serie de ensayos Marshall, para diferentes

Contenido de Asfalto para la mezcla asfáltica en caliente (MAC), obteniéndose los siguientes

resultados:
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ANALISIS DE RESULTADOS

Los ensayos Marshall fueron elaborados en el laboratorio de asfalto de la obra de

rehabilitación y mejoramiento de la Carretera Desvío Imperial Pampas. Teniendo en cuenta las

Especificaciones Técnicas del Proyecto, apoyado en la normativa de Especificaciones Generales

para la Construcción de Carreteras (EG-2013) y de Ensayo de Materiales (EM-2016).

A continuación, se adjunta los datos obtenidos para el Diseño de la Mezcla Asfáltica en

Caliente en obra Desvío Imperial – Pampas:

CONCLUSIONES

 Los agregados utilizados para el ensayo provinieron de canteras ubicadas en Huancavelica,

como son la cantera de Roca y la cantera Matacra.

 El contenido de Cemento Asfáltico en la Mezcla es de 6.6%, lo cual cumple lo recomendado

por el Manual de Carreteras (EG-2013) para climas severos, tal y como existen en la Sierra.

 Los resultados indican que la mezcla Asfáltica cumple con las especificaciones técnicas del

proyecto evaluado, la cual tiene en cuenta las Especificaciones Generales para la

Construcción de Carreteras.

 El parámetro decisivo para obtener el óptimo contenido de asfalto es el % de vacíos,

obteniendo un máximo de asfalto de 6.6% para un valor mínimo de 3%.

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RECOMENDACIONES

 Se recomiendo seguir las especificaciones de la norma MTC E 504, la cual establece los

lineamientos para la realización del ensayo, tales como: el objetivo, método, aparatos y

materiales, preparación de probetas y especificaciones.

 Se recomienda que antes de realizar en ensayo propiamente dicho se hayan definido las

propiedades de los materiales a ser utilizado teniendo en cuenta las especificaciones del

proyecto (técnicas) y de la zona, tales como el tipo de clima.

 Se recomienda tener un número mínimo de 3 probetas por cada contenido de asfalto a fin

de tener un resultado más confiable, ya que se podrá comparar valores entre ellos y

eliminar aquellos que se puedan considerar atípicos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Fajardo Mamani, W. (02 de Setiembre de 2016). SlideShare. Obtenido de

https://es.slideshare.net/WilverFajardoMamani/ensayo-marshall-65611123

Flores Yancachajlla, H. D. (15 de Diciembre de 2014). Academia. Obtenido de

https://www.academia.edu/9826713/ENSAYO_DE_MARSHALL

Val, D. M. (27 de Enero de 2016). Youtube. Obtenido de

https://www.youtube.com/watch?v=3_Wud2EO5YU

Valdés, G. (17 de Diciembre de 2020). Youtube. Obtenido de

https://www.youtube.com/watch?v=V3-vPGvvlHU