El Ensayo Marshall
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El Mtodo Marshallpara el Diseo de
Mezclas Asflticasen Caliente
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Aplicacin del Mtodo Marshall en los Estados Unidos, para 1995.
En Venezuela, Centro y Suramrica,se emplea exclusivamente el Marshall (2007)
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Desarrollado inicialmente para mezclas de concreto asflticodensamente gradadas con tamao mximo de 25 mm.
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19.0 mm
25.0 mm
37.5 mm
9.5 mm
4.75 mm
12.5 mm
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El Mtodo resulta en mezclas con:Suficiente estabilidad para soportar las cargas sin deformarse
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El Mtodo resulta en mezclas con:Bajo contenido de aire para desarrollar buena durabilidad
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El Mtodo resulta en mezclas con:Adecuada trabajabilidad para permitir una fcil compactacin
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Ensayos preliminares sobre los agregados:
Estructura granulomtrica Desgaste Los ngeles Arena Equivalente Partculas alargadas y planas Caras producidas por fractura Peso unitario suelto Gravedad Especfica Masiva (Bulk) Gravedad Especfica Aparente
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http://d/napa_web/Modules/4_mix_types/Images/main_pictures/RAP3.JPG -
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Recordar especialmente el ensayo de Gravedad Especfica deLos agregados: gruesos, intermedios y finos.
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Y que en los finos (Pasa tamiz 200) tiene mucha importanciala correccin por la temperatura a la cual se ejecuta el ensayo,
y que ste ensayo debe ser reportado a 23C (gruesos, intermediosy finos)
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Preparacin de las muestras para el ensayo Marshall
Fracciones recomendadas:1 3/83/8- # 4 # 4 - # 8
Pasante # 8
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Se toma cada una de las bandejas que contienen fracciones de tamaodiferente y se van pesando acumuladamente, hasta lograr un peso total
de agregados de 1.200 gramos.
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Se preparan 18 pesadas, de tal manera que cada pesada tengaexactamente la misma distribucin granulomtrica:
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Seleccin deltipo de ligante
.1
.2
.3
.5
1
10
5
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Temperature, CTemperature, C
Viscosi
ty,
Pas
Viscosi
ty,
Pas
Compaction RangeCompaction Range
M ixing RangeM ixing Range
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Pesado, mezclado y compactacin de las briquetas
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Importancia del clculo correctode la pesada de ligante
Cunto debe ser la pesada del ligante paraque represente el 5% del peso total de lamezcla?
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Cunto debe ser la pesada en gramos del
ligante para que represente el 5% del pesototal de la mezcla?
Si el ligante es el 5%, los agregados son el 95%
Por lo tanto:
Pesada del ligante = 1200 * 5 / 95 = 63,18 g
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Verificacin:
% ligante = {63,18 g / (63.18 + 1.200) }
= 5.00%
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Mezcladomecnico
enlaboratorio
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Mezcladomanual
enlaboratorio
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Cuando se est haciendo control de calidad de mezcla en planta,se toma una muestra de mezcla ya elaborada en planta, se
cuartea y se prepara la briqueta.
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Precalentar los moldes
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Precalentar los moldes
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.1
.2
.3
.5
1
10
5
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Temperature, CTemperature, C
Visc
osity,
Pas
Visc
osity,
Pas
Compaction RangeCompaction Range
M ixing RangeM ixing Range
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Compactadora
manual
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Compactadora
mecnica
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Se aplica el nmero de golpes por la cara superior de la briqueta
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Se aplica el nmero de golpes por la cara inferior de la briqueta
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Martillo 10 lbs, 18 pulg.de altura de cada
Gua para mantenerverticalidad en cada del martillo
Pedestal normalizado
Mecanismo de amarre de la briqueta
Placa superior enAcero de 1 pulg.
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Importancia de
respetar larigidez delpedestalde compactacin
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Se dejan enfriar las briquetas (pastillas)hasta que puedan ser extradas del molde
sin deformarse
No se deben enfriar conchorro de agua
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Se dejan enfriar las briquetas (pastillas)hasta que puedan ser extradas del molde
sin deformarse
No se deben enfriar conchorro de agua
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Se prepara un total de 15 briquetas
Cada grupo de 3,tiene el mismocontenido de asfalto
y forma un puntode asfalto
Entre cada punto deasfalto debe haber unadiferencia de 0.5% decontenido de ligante
4% 6%4.5% 5% 5.5%
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Se recomienda que la altura de cada briqueta sea lo mas cercano a las2.5 pulgadas, para que el factor de correccin por volumen est entre0.96 y 1.04, y as las densidades de briquetas sern similares, ante laenerga de compactacin constante del martillo Marshall.
Tabla I
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Tabla I
FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDAEN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO ELMETODO MARSHALL DE DISEO DE MEZCLAS
Volumen de labriqueta (cm3)
Altura aproximada de la briqueta Factor multiplicadorde la estabilidad
ledamm pulgadas
368 a 379 46.0 1 13/16 1.79380 a 392 47.6 1 7/8 1.67393 a 405 49.2 1 15/16 1.56406 a 420 50.8 2 1.47421 a 431 52.4 2 1/16 1.39432 a 443 54.0 2 1/8 1.32444 a 456 55.6 2 3/16 1.25457 a 470 57.2 2 1.19471 a 482 58.7 2 5/16 1.14483 a 495 60.3 2 3/8 1.09496 a 508 61.9 2 7/16 1.04509 a 522 63.5 2 1.00523 a 535 64.0 2 9/16 0.96536 a 546 65.1 2 5/8 0.93547 a 559 66.7 2 11/16 0.89560 a 573 68.3 2 0.86574 a 585 71.4 2 13/16 0.83586 a 598 73.0. 2 7/8 0.81599 a 610 74.6 2 15/16 0.78611 a 625 76.2 3 0.76
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Anlisis de densidad y vacos
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Peso de la briqueta al aire
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Peso de la briquetasumergida en agua
Se seca superficialmente la briqueta
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Y se vuelve a pesar al aire, despus de sumergida ycon superficie seca
Peso unitario de la briqueta = Peso al aire / (peso al aire sss peso sumergido)
(Gmb)
Volumen de la briqueta =
Peso al aire (sss)Peso sumergido
S fi l lt d d it i d t d f lt
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Se grafican los resultados de peso unitario para cada punto de asfalto:
El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima
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El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mximade la mezcla sin vacos
Se realiza por triplicado sobre muestras de la mezcla sin compactar,para la mezcla con el contenido de ligante que corresponda alPunto de asfalto medio del rango de diseo.
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El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima de la mezcla sin vacos
El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima de la mezcla sin vacos
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El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima de la mezcla sin vacos
El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima de la mezcla sin vacos
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El Ensayo de Rice o Gravedad Especfica Mxima de la mezcla sin vacos
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Gravedad mxima de la mezcla sin compactar y sin vacos = Gmm
Se realiza por triplicado en la mezclacon contenido de ligante igual almedio del rango de diseo
Efecto del tiempo de curado en los valores de Gmm
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2.390
2.395
2.400
2.405
2.4102.415
2.420
2.425
2.430
2.4352.440
0 1 2 3 4 5 6
Tiempo de curado de la mezcla (Horas)
DensidadMximadelamezclasinvacos
(Gmm)
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Vv = (GmmGmb) / Gmm
VAM = 100(Ps / Gmb)
Vll = (VAMVv) / VAM
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Curva de vacos totales (%) vs- contenido de ligante
C d VAM (%) t id d li t
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Curva de VAM (%) vs- contenido de ligante
C a de Va os llenados (%) s ontenido de ligante
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Curva de Vacos llenados (%) vs- contenido de ligante
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Determinacin de las propiedadesmecnicas de la mezcla:
Estabilidad(lbs)
Deformacin (flujo)(0.01 pulgadas)
Bao de temperatura constante (60C)
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Bao de temperatura constante (60 C)
Bao de temperatura constante (60C)
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Bao de temperatura constante (60 C)
Agua a 60 C
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Por qu se le llama
Bao de Mara?
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Por qu se le llamaBao de Mara?
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Nombre correcto = Bao de temperatura constante
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Estabilidad: Carga mxima antes de la rotura
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Tabla I
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FACTORES DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD MEDIDAEN BRIQUETAS ELABORADAS SIGUIENDO ELMETODO MARSHALL DE DISEO DE MEZCLAS
Volumen de la
briqueta (cm3)
Altura aproximada de la briqueta Factor multiplicador
de la estabilidadleda
mm pulgadas
368 a 379 46.0 1 13/16 1.79380 a 392 47.6 1 7/8 1.67393 a 405 49.2 1 15/16 1.56406 a 420 50.8 2 1.47421 a 431 52.4 2 1/16 1.39432 a 443 54.0 2 1/8 1.32
444 a 456 55.6 2 3/16 1.25457 a 470 57.2 2 1.19471 a 482 58.7 2 5/16 1.14483 a 495 60.3 2 3/8 1.09496 a 508 61.9 2 7/16 1.04509 a 522 63.5 2 1.00523 a 535 64.0 2 9/16 0.96536 a 546 65.1 2 5/8 0.93
547 a 559 66.7 2 11/16 0.89560 a 573 68.3 2 0.86574 a 585 71.4 2 13/16 0.83586 a 598 73.0. 2 7/8 0.81599 a 610 74.6 2 15/16 0.78611 a 625 76.2 3 0.76
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Flujo: deformacin diametral en el momento de la rotura
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Flujo: deformacin diametral en el momento de la rotura
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Estabilidad Marshall (lbs)vs- contenido de ligante
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Deformacin (flujo) Marshall (0.01 pulg)vs- contenido de ligante
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Seleccin del contenidoptimo de ligante
Cul % ligante?
Paso 1: Entrar en la curva de Vv vs- % ligante conel valor medio de las especificaciones para los Vv (3% 5%)
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el valor medio de las especificaciones para los Vv (3%-5%)
% de ligante para el 4% de Vv = 4.8%
Paso 2: Con el 4.8 de % de ligante seleccionado en el Paso 1,t d d l t 5 d d d
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se entra en cada una de las otras 5 curvas, y de cada una deellas se lee el correspondiente valor:
Peso unitario para el 4.8% de ligante = 2.425 kg/m3
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Estabilidad Marshall para el 4.8% de ligante = 3.280 lbs.
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Flujo Marshall para el 4.8% de ligante = 10.8 / 100 pulg.
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VAM para el 4.8% de ligante = 12.4 %
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Vll para el 4.8% de ligante = 67%
Resumen de propiedades para la mezcla
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con el 4.8% de contenido de ligante:
Peso unitario = 2.425 kg/m3
Estabilidad Marshall = 3.280 lbs.
Flujo Marshall = 11.8 / 100 pulg.Vacos totales = 4% (valor de entrada)
VAM = 12.4%
Vll = 67%
Paso 3: los valores obtenidos en los pasos 1&2 se comparan con los de la
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Especificacin aplicable:
Especificacin seleccionada (INVEAS 2004), para trnsito alto, y para una
Mezcla Tipo M25:
TRNSITOPropiedades
Marshall ALTO MEDIO BAJON de golpes por
cara 75 75 50% vacos totales (1) 3 - 5 3 - 5 3 - 5% vacos llenados 65-75 65-75 65-78
Estabilidad Marshall(mnima) lbs 2.200 1.800 1.600
Flujo (pulg/100) 8-14 8-14 8-16
Vacos del agregadomineral (VAM)
valor segn Tabla 8, en funcin del tamao nominalmximo del agregado y el % de vacos
(1) calculados en base a la densidad mxima terica determinada segnel ensayo de Rice (Mtodo ASTM D-2041)
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Valores Mnimos de Vacos en el Agregado Mineral (VAM), en funcin delTamao Nominal Mximo del Agregado y del % de vacos totales de la mezcla
Contenido de vacos totales en lamezcla (%)
amao nominal mximo(mm) 3.0 4.0 5.0
25.4 11 12 1319.1 12 13 1412.5 13 14 159.5 14 15 16
Nota: interpolar linealmente en caso de que el porcentaje de vacos totales seencuentre entre los valores enteros indicados
En nuestro diseo:
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Propiedad Unidad Valor Especificacin Condicin
PesoUnitario
Kg/m3 2.425 No aplica OK
Estabilidad Lbs. 3.280 > 2.200 OK
Flujo 0.01 pulg. 11.8 8 14 OK
Vv % 4.0 3 5 OK
VAM % 12.4 > 12% OK
Vll % 67 65 - 75 OK
Paso 4: Aprobacin del diseo
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En nuestro ejemplo:
Ya que la mezcla con el 4.8% (expresado como %en peso de mezcla total) de contenido de ligante
satisface todas las exigencias de laEspecificacin, ste porcentaje seselecciona como contenido ptimo de
ligante, y se pasa a la etapa de produccinen planta.
Paso 5: Produccin en planta con mezcla con el 4.8% de ligante, y granulometraIgual a la empleada en la preparacin de las briquetas de laboratorio:
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Propiedad Mezcla enlaboratorio Mezcla enplanta
Peso unitario 2.425 kg/m3 2.392 kg/m3
Estabilidad 3.280lbs.
2.850lbs.
Flujo 11.8 (0.01 pulg) 12.3 (0.01 pulg)
Vv 4.0 % 3.6 %
VAM 12.4 % 12.9 %Vll 67 % 72 %
Los resultados de la mezcla en planta
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Los resultados de la mezcla en planta sern empleados para establecer los
criterios de aceptacin y rechazo enobra, durante la etapa de produccinindustrial
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
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R2 = 0.9986
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
% de ligante
Vv
(%)
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
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0.0
1.0
2.0
3.04.0
5.0
6.0
7.0
8.09.0
4.00 4.50 5.00 5.50 6.00
Vacostotales(Vv)%
% Cemento asfltico
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
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121/138
0.0
1.0
2.0
3.04.0
5.0
6.0
7.0
8.09.0
4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00
Vacostotales(Vv)%
% Cemento asfltico
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
-
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R
2
= 0.81420
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
% de ligante
Vv(%
)
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
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R2 = 0.8970
1
2
3
4
5
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4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
% de ligante
Vv(%)
Curva potencial
Importancia de la graficacin de la curva de Vv
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0.0
1.0
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5.0
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7.0
8.0
9.0
4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00
Vacostotales(Vv)%
% Cemento asfltico
Las nuevas tendencias en el
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as ue as te de c as e eensayo de mezclas asflticas
Rotura de muestras mediantela Mordaza Lottman
La Mordaza Lottman
http://www.qcqa.com/product/product.asp?prodpid=2429 -
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Dt
P
St
2
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El compactadorGgratorio para lapreparacinde briquetasSuperpave
Resistencia a la fatiga
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El Analizador dePavimentos deAsfalto (APA)
(Cmara climatizadapara medicinde ahuellamiento)
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El Analizador dePavimentos de
Asfalto (APA)
(Cmara climatizadapara medicinde ahuellamiento)
Otras novedades en la evaluacin de mezclas:
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Otras novedades en la evaluacin de mezclas:
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El Mtodo Marshallpara el Diseo deMezclas Asflticas
en Caliente