Ensayo de Penetracion y Pelicula de Lamina Delgada Del Asfalto

UNIVERSIDAD DE LA COSTA

ÁREA DE LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE ASFALTO FACULTAD DE INGENIERÍA

ENSAYO DE PENETRACION Y PELICULA DE LAMINA DELGADA DEL ASFALTO Kelly Cervantes, Dimara Escorcia, Ángela Morales, Eliana Rojas, Silvia Romero

Resumen En la práctica de laboratorio se realizó el ensayo de penetración y película de lámina delgada, el ensayo de penetración se basa en la clasificación de los cementos asfálticos en grados normalizados, para este se necesitó de un penetro metro, aguja de penetración, recipientes para la muestra, muestra de asfalto, estufa, termómetro y cronometro, siguiendo los parámetros de la norma INV E 706 para moldear el asfalto, este se calentó en la en un recipiente hasta la temperatura de 110ºC, luego se controló la temperatura hasta 25C en un baño de maría. Para iniciar la penetración se apoya una aguja normalizada, de 100 g de peso sobre la superficie de la muestra durante 5 segundos, este proceso de penetración se repitió 4 veces. De acuerdo con los promedios obtenidos del laboratorio la penetración promedio fue 78.5 mm, la cual según la clasificación es un asfalto AC-10. Para el ensayo de la película de lámina delgada se utilizó el horno, repisa giratoria, termómetro, recipiente. Para la realización de este se calienta una lámina de material asfáltico en un horno a 163° C, durante 5 horas, los efectos del calor y del aire se determinarán a partir de los cambios en las propiedades físicas, medidas antes y después del tratamiento en el horno. Este ensayo nos arrojó la penetración del asfalto envejecido 72.5 mm.

Palabras claves: asfalto, penetración, lamina delgada

Abstract The penetration test and thin film film were carried out in laboratory practice. The penetration test was based on the classification of asphalt cements in standard degrees, for which a penetration meter, penetration needle, for the sample, asphalt sample, stove, thermometer and timer, following the parameters of the standard INV E 706 to mold the asphalt, it was heated in the one in a container up to the temperature of 110 ° C, then the temperature was controlled up to 25C in a water bath. To initiate penetration, a standard needle of 100 g weight is supported on the surface of the sample for 5 seconds, this penetration process was repeated 4 times. According to the averages obtained from the laboratory the average penetration was 78.5 mm, which according to the classification is an asphalt AC-10. For the thin film film test, the oven was used, rotating shelf, thermometer, container. For the realization of this, a sheet of asphalt material is heated in a furnace at 163 ° C for 5 hours, the effects of heat and air will be determined from changes in physical properties, measured before and after treatment in the oven. This test yielded the penetration of aged asphalt 72.5 mm.

Keywords: asphalt, penetration, thin sheet

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2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1. INTRODUCCION El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro; constituido mayoritariamente por una mezcla de hidrocarburos, presenta además una consistencia variable que puede medirse con métodos antiguos y empírico como es el ensayo de penetración que es usado para medir la consistencia del cemento asfaltico a temperaturas medias, se encuentra regido bajo la norma I.N.V.E.706-07. Por otro lado está el ensayo película de lámina delgada regido por la norma I.N.V.E – 721-07 la cual se refiere a la determinación del efecto del calor y del aire sobre una película de materias asfálticas semisólidas. Los efectos de este procedimiento se determinan a partir de la medición de ciertas propiedades. Se podría decir que es esta práctica se pudo observar los diferentes cambios que tuvo el asfalto cuando sufre cambios de temperaturas, lo que es de gran importancia conocer como ingenieras civiles en formación.

ASFALTO: El asfalto es una sustancia negra y pegajosa, derivada del petróleo, que se utiliza frecuentemente en el rubro de la pavimentación de calles y carreteras, así como también para la impermeabilización de estructuras como bodegas y techos, además se lo utiliza en la fabricación de baldosas, tejas y pisos.

CARACTERISTICAS: •

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Objetivos generales •

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Determinar la consistencia de los materiales asfálticos sólidos o semisólidos en los cuales el único o el principal componente es un asfalto.

•

Determinar el efecto del calor y del aire sobre una película de materiales asfálticos semisólidos. Los efectos de este procedimiento se determinan a partir de la medición de ciertas propiedades seleccionadas del asfalto, antes y después del ensayo.

•

Consistencia: se refiere a la dureza del material, la cual depende de la temperatura. A altas temperaturas se considera el concepto de viscosidad para definirlas (mayor temperaturas, menor viscosidad). Durabilidad: capacidad para mantener sus propiedades con el paso del tiempo y la acción de agentes envejecedores. Viscosidad: es una propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Elasticidad: es una propiedad que tienen los materiales para recuperar su forma al finalizar o disminuir la carga que los modifica. Resistencia al corte: es la capacidad de resistencia a altas temperaturas, la cual se determina con un “reómetro de corte dinámico”, que

es el aparato que imprime una fuerza cortante cosenoidal con la que se miden dichas resistencias.

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ENSAYO DE PENETRACION

asfaltico, donde altos valores de la penetración indican que tiene una consistencia más blanda. Se puede obtener un valor aproximado de la penetración de los materiales bituminosos, esto se logra utilizando un recipiente convencional de 70 mm de diámetro, una aguja normalizada y una carga móvil de 50.

La penetración que tienen los materiales asfalticos se usa como una medida de consistencia. El ensayo de penetración es usado para medir la consistencia del cemento asfaltico a temperaturas medias de servicio. Normalmente, este se realiza durante un tiempo de 5 segundos y con una carga móvil total, incluida una aguja.

Grado de penetración

Este ensayo se encuentra regido bajo la norma I.N.V.E 706-07, donde nos describe el procedimiento que se debe seguir para la determinar la consistencia de los materiales asfalticos solidos o semisólidos en los cuales el único componente es el material bituminoso. La penetración se define como la distancia expresada en decimas de milímetros hasta la cual una aguja normalizada penetra verticalmente en el material bituminoso con condiciones definidas bajo tres parámetros fundamentales como el tiempo, temperatura y la carga aplicada al cemento asfaltico. Este ensayo se realiza a una temperatura de 25°C durante un tiempo de 5 segundos con una carga móvil de 100 g donde está incluida el peso de la aguja en unidades de 0,1mm.

TABLA. 1 CLASIFICACION DEL CEMENTO

ASFALTICO SEGÚN SU PENETRACION

El instituto nacional de vías ha adoptado dos grados de cemento asfaltico para pavimentos con penetraciones comprendidas dentro de los rangos 60-70 y 80-100

Este ensayo se usa para medir la consistencia y dureza del cemento

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Tabla 2. Equivalencias entre grado de de penetracion y grado de viscosidad

ENSAYO PELICULA DE LÁMINA DELGADA (INVE 721-07)

residuo que se aproxima a la condición del asfalto cuando se incorpora al

Este método se refiere a la determinación del efecto del calor y del aire sobre una película de materiales asfálticos semisólidos. Los efectos de este procedimiento se determinan a partir de la medición de ciertas propiedades seleccionadas del asfalto, antes y después del ensayo, este ensayo indica el cambio aproximado producido en las propiedades del asfalto, durante el proceso convencional de mezclado en caliente a temperaturas alrededor de 150° C (300° F), mediante la medición de la viscosidad, de la penetración o de la ductilidad. Lo anterior produce un

pavimento. Si la temperatura de mezclado difiere apreciablemente de 150° C, se presentará sobre dichas propiedades, un efecto mayor o menor.

Para la realización de este ensayo se calienta una lámina de material asfáltico en un horno a 163° C durante 5 horas. Los efectos del calor y del aire se determinarán a partir de los cambios en las propiedades físicas, medidas antes y después del tratamiento en el horno. Se presenta, además, un procedimiento alterno para determinar el cambio en la masa de la muestra.

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•

3. MATERIALES

PENETRÓMETRO El penetrómetro es un aparato que tiene como función medir las penetraciones que se le realizan a un material bituminoso, el cual está constituido por un mecanismo que permite el movimiento vertical con ausencia de rozamiento, un vástago que puede ser fijado por su parte inferior, una aguja de penetración y una base de apoyo para la colocación del recipiente con la muestra. El penetrómetro debe ser capaz de soportar cargas. Además, debe indicar las profundidades de penetración con aproximación de 0,1 mm.

RECIPIENTE

Los recipientes deben ser de metal o de vidrio, con una forma cilíndrica y de fondo plano.

•

Ilustración 2. penetración.

Recipiente para la

Fuente: Elaboración propia.

Ilustración 1 Penetrómetro

•

ASFALTO

El asfalto es un material viscoso de consistencia variable, constituido por diferentes hidrocarburos y compuesto casi en su totalidad por bitumen. Se puede definir como un material utilizado principalmente en la pavimentación de vías, este tiene como características relevantes, la consistencia, durabilidad, viscosidad y resistencia, las cuales proporcionan estabilidad y permiten la rápida aplicación de carga. Fuente: Elaboración propia.

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cuyas variaciones de volumen se leen en una escala graduada .

Ilustración 3. Asfalto

Ilustración 5. Termómetro

Fuente: Elaboración propia.

4. PROCEDIMIENTO •

CRÓNOMETRO

PENETRACION:

El cronómetro es la precisión de un reloj, es un medidor que se utiliza para medir fracciones muy pequeñas de tiempo.

•

Ilustración 4. Cronometro

•

Fuente: Elaboración propia. •

•

TERMOMETRO •

Instrumento que sirve para medir la temperatura; el más habitual consiste en un tubo capilar de vidrio cerrado y terminado en un pequeño depósito que contiene una cierta cantidad de mercurio o alcohol, el cual se dilata al aumentar la temperatura o se contrae al disminuir y

•

•

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Se separan 500 g del material y se calientan de manera uniforme agitándolos constantemente a una temperatura de 135° C, hasta que alcance la fluidez necesaria. Se llena el molde para la probeta, calentando a temperatura igual a la del material, hasta una altura superior a 10 mm de la penetración supuesta. Se preparan dos moldes por cada muestra de material. Se dejan enfriar los moldes a temperaturas de 25° C por un tiempo. Se sumergen los recipientes en baño de maría. Se comprueba que el vástago que soporta la aguja se encuentre



PROCEDIMIENTO

limpio, seco y que se deslice libremente sin rozamiento sobre el eje guía. •

•

•

•

•

1. Se coloca suficiente material para el ensayo en un recipiente adecuado y se calienta hasta que llegue a una condición fluida.

Se limpia y se seca la guja, para ser fijada en el soporte. Se colocan 50g sobre el vástago para obtener una carga de 100 ± 0,1 g.

2. Se vierte una parte de la muestra dentro de los recipientes especificados, para la medida de las propiedades originales del asfalto.

Se aproxima la aguja del penetrómetro hasta que toque superficialmente el material asfaltico.

3. Se nivelará el horno de manera que la repisa gire en un plano horizontal. La inclinación máxima durante la rotación no deberá ser mayor a 3° a partir de la horizontal.

Se coloca la lectura del penetrómetro en cero y se libera la aguja para que esta penetre por un tiempo de 5 s.

4. Se colocan los recipientes vacíos en cada uno de los sitios predeterminados en la repisa giratoria.

Se realizan cuatro (4) penetraciones en diferentes lugares la superficie del material durante el mismo tiempo de penetración.

5. Con el horno a 163°C, se colocan rápidamente los recipientes con la muestra sobre la repisa circular, se cierra el horno y se inicia la rotación del estante.

LAMINA DELGADA MATERIALES: • • • •

6. Pasadas las 5 horas se sacan del horno las muestras se dejan enfriar hasta 25°C y se procedió a la penetración de las muestras.

Horno Repisa giratoria Termómetro Recipiente

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CALCULO

5. DATOS Y CALCULOS

FORMULA:

#

PENETRACION DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS. INV E- 70613 (ASFALTO EN ESTADO ORIGINAL)

EFECTO DEL CALOR Y DEL AIRE SOBRE EL ASFALTO EN LAMINA DELGADA INV E- 721 -13 (ASFALTO ENVEJECIDO)

1 2 3 4

75 mm 81mm 80 mm 78 mm

71 mm 75 mm 73 mm 70 mm

 = ( 1   2  3  3)/4 Remplazando ➢

TABLA 1. Resultados obtenidos mediante ensayos de penetración en condición original del asfalto y envejecido.

PAO=

(+++) 

=78.5mm Donde PAO: Promedio asfalto original.

DESCRIPCION MEDIDA UNIDAD Temperatura de 25 ºC ensayo Temperatura de 135 ºC fundición 27 ºC Tiempo

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➢

PAE=

(+++) 

=72.25mm Donde PAE: Promedio asfalto envejecido.

Seg PROMEDIO 78.5 mm ASFALTO ORIGINAL PROMEDIO 72.25 mm ASFALTO ENVEJECIDO TABLA 3. Promedios obtenido de los resultados de penetración en condiciones distintas (asfalto en estado original y asfalto envejecido).

TABLA 2. Condiciones establecidas y trabajada en los ensayos.

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CALCULO DE LA VARIANZA FORMULA

➢

DAE

 = √  . 

∑( − ̅) = 

=1.98

 = .

VAO

CALCULO DE PENETRACION A 100 gr

Donde:

➢

VAO: Varianza asfalto original.

ó( 100 ) = ó( 50 ) ∗ 1,41421356  √ 2

➢

VAE



ó( 100 ) = 78.5 ∗ √ 2 = .

Donde:

ó(  )

VAE: Varianza asfalto envejecido.

= . 

CALCULO DE LA DESVIACIÒN ESTANDAR

➢

FORMULA. ➢

ó( 100 ) = ó( 50 ) ∗ 1,41421356  √ 2

ó( 100 ) = 72.25 ∗ √ 2

DAO

 = √  .

ó(  ) = .  

=2.29

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6. GRÁFICAS DE PROFUNDIDADES DE PENETRACIÓN

Figura 1. Medidas de penetración obtenidas durante el ensayo de penetración (en estado natural)

Figura 2. Medidas de penetración obtenidas durante el ensayo de penetración (asfalto envejecido)

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8. ANALISIS DE RESULTADOS

7. PARÁMETROS PARA ASEGURAR LA CONFIABILIDAD DEL ENSAYO

El ensayo presenta valores de penetraciones que no van de acuerdo con las especificaciones del asfalto utilizado, puesto que para una penetración de 111,015 mm la diferencia máxima entre los valores extremos debería ser 4, lo que no se cumple en este caso, ya que el extremo menor es 75 mm y el mayor es 81 mm del asfalto en estado natural, el del envejecido es 71mm la menor y 75 mm la mayor, con una diferencia de 4. Además, las especificaciones del asfalto (70-80) no corresponden a ninguna especificación encontrada bibliográficamente para obtener una relación con la viscosidad.

Diferencia entre los valores extremos

Tabla N° 4. Promedio de tres penetraciones. Tomado de INV. 706 − 0 7

Relación del grado de penetración con la viscosidad

Tabla N° 5. Equivalencias entre grado de penetracion y grado de viscosidad

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9. CONCLUSION

el rango de las especificaciones (asfalto original: 75mm, 81mm, 80mm y 78mm y; el asfalto envejecido: 71mm,75mm,73mm y 70mm), sin embargo, en los resultados del asfalto original uno de los valores sobre pasó el rango por 01 mm.

El asfalto trabajado en el laboratorio presenta una especificación técnica 7080 de penetración según el proveedor, con los datos obtenidos en el ensayo de penetración en el asfalto en condiciones originales y en el asfalto en estado envejecido se analizó que los datos obtenidos en cada serie se encuentra en Por otra parte, en las figuras 1 y 2. Se nota el cambio de propiedades que presenta el asfalto cuando sobre pasa la temperatura, variando sus condiciones originales y aumentando su densidad. Se evidencia que la penetración en este estado disminuye.

10. REFERENCIAS

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Penetración de los materiales asfalticos (I.N.V.E -706-07)

-

Ensayo al horno de lámina asfáltica delgada (I.N.V. E – 721 – 07)

Pudimos concluir también que el valor mayor extremo y menor extremo no corresponde a lo establecido en la norma para este tipo de penetración, arrojando el estado original una diferencia de 6 y el asfalto envejecido un valor 5, por ello podemos decir que los factores que influyeron en los posibles errores, se pudieron cometer entre esos error humano, error en las máquinas por falta de calibración.

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11. ANEXOS

Preparación de la muestra

Muestra en el horno

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