Ensayo de Punto de Inflamación

COMANDO EN JEFE DE LAS FF. AA. DE LA NACIÓN ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA “ MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE ”

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El presente documento, está basada en el método de ensayo estándar para la determinación del Control de Calidad del Cemento Asfáltico (85/100) mediante el Ensayo de Punto de Inflamación y combustión del Cemento Asfáltico mediante la copa abierta de Cleveland ASTM D1310 AASHTO T79.

1. INTRODUCCION. El ensayo más usado para medir el punto de inflamación del cemento asfáltico es el de "vaso abierto Cleveland" (COC), que consiste en llenar un vaso de bronce con un determinado volumen de asfalto, y calentarlo con un aumento de temperatura normalizado. Se pasa una pequeña llama sobre la superficie del asfalto a intervalos de tiempo estipulados. estipulados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual se han desprendido suficientes volátiles como para provocar una inflamación instantánea. instantánea.

2. DESCRIPCION DEL TRABAJO. Consiste en colmar un vaso de bronce con un determinado volumen de asfalto, calentarlo a una proporción lenta y constante con un aumento de temperatura normalizado. La llama piloto se pasa intervalos de tiempo especificado, es decir se pasa una pequeña llama sobre el vaso de ensayo, tomándose como punto de inflamación la temperatura a la cual los vapores emitidos por la muestra muestra se inflamen por primera vez. vez. El punto de inflamación es la temperatura a la cual se han desprendido suficientes gases volátiles como para inducir una inflamación fugaz

3. PROPOSITO Y ALCANCE. El objetivo es determinar el punto de ignición mínimo del asfalto, el cual representa las temperatura critica, arriba de la misma deberá tomase precauciones, para eliminar los peligros de incendio durante durante el calentamiento y manipulación de la misma; mediante mediante la copa abierta de Cleveland.

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4. MARCO TEORICO. 4.1. PUNTO DE INFLAMACIÓN. Cuando se calienta el asfalto, libera vapores que son combustibles. El punto de inflamación, es la temperatura a la cual puede ser calentado con seguridad el asfalto, sin que se produzca la inflamación instantánea de los vapores liberados, en presencia de una llama de libre. Esta temperatura, sin embargo, está bastante por debajo, en general, de la que el material entra en combustión permanente. Se la denomina punto de combustión (fire point), y es muy raro que se use en especificaciones para asfalto.

4.2. ASFALTO. Material aglomerante de color marrón oscuro a negro, de consistencia variable, constituido principalmente por betunes. El asfalto puede ser natural u obtenido por refinación de petróleo. El asfalto es un residuo de la destilación del petróleo que sirve como material cementante que cuando se calienta lo suficiente este se ablanda y se vuelve líquido lo cual le permite cubrir las partículas de agregado durante la producción de la mezcla en caliente, razón por la cual es usado principalmente en la construcción de carreteras, así como también como impermeabilizante.

4.3. CEMENTOS ASFÁLTICOS. Los cementos asfálticos son preparados especialmente para el uso en la construcción de pavimentos asfálticos. Es un material para su aplicación en trabajos de pavimentación, pues

aparte

de

sus

propiedades conglomerantes

e

impermeabilizantes,

posee

características de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la mayoría de los ácidos, sales y álcalis.

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Los cementos asfálticos deben ser calentados a temperaturas relativamente altas (alrededor de los 150 °C) con el fin de lograr un grado de fluidez que permita su adecuado manejo en planta (bombeo y mezclado), y en obra (tendido y compactación).

4.4. CLASIFICACIÓN DE LOS ASLFATOS.

4.5. CONTROL DE CALIDAD DEL CEMENTO ASFÁLTICO. El control de calidad normalmente se refiere a los ensayos necesarios para controlar un producto y así determinar la calidad del producto que está elaborando, a través de parámetros establecidos para el efecto. 

CALIDAD. La calidad es el conjunto de acciones que permiten mantener las características prestablecidas de un producto.

4.6. PARÁMETROS DE CONTROL MÁXIMOS Y MÍNIMOS QUE DEBE CUMPLIR EL ASFALTO. En la tabla siguiente se muestra las especificaciones del Cemento Asfáltico (40/50; 60/70; 85/100 o 120/150) clasificado por penetración.

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5. MARCO PRACTICO 5.1. EQUIPO UTILIZADO COPA ABIERTA DE CLEVELAND

Consiste en una copa de ensayo, una placa de calentamiento, un aplicador de la llama, un calentador y apoyos.

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Copa de ensayo de bronce. La copa puede estar equipada con un mango.

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Placa de calentamiento de bronce, fierro fundido, fierro forjado o una placa de acero con un hueco central circundando por un área de depresión plana y una plancha de cartón de asbesto dura, que cubra la placa de metal excepto el área sobre el plano de depresión en la cual la copa de ensayo se apoya. Sin embargo, ésta puede ser cuadrada en vez de circular y el metal de la placa puede tener extensiones adecuadas para apoyar el aparato de la llama de prueba y el apoyo del termómetro. El cabezal metálico debe apoyarse sobre la placa de modo que se extienda ligeramente y por encima de un orificio pequeño y apropiado en el cartón de asbesto.

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Aplicador de la llama de prueba . El aparato para aplicar la llama de prueba puede ser de cualquier diseño adecuado, pero la punta debe tener un diámetro aproximado de 1,6 mm al final y el diámetro del orificio debe ser de aproximadamente de 0,8 mm. El aparato para aplicar la llama estará apoyado para permitir que se duplique el recorrido

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de la llama de prueba, siendo el radio de oscilación no menor que 150 mm y el centro del orificio moviéndose en un plano ubicado a una altura no mayor de 2 mm por encima del borde de la copa. Un cabezal con un diámetro de 1,3 a 5,0 mm puede colocarse en una posición conveniente sobre el aparato, de manera que el tamaño de la llama pueda ser comparado con éste.

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Calentador. El calentador puede ser sustituido por cualquier fuente conveniente. El uso de un quemador a gas o una lámpara a alcohol está permitido, pero bajo ninguna circunstancia debe usarse llama para productos altamente combustibles. Es preferible que el calentador lo controle un transformador de voltaje variable. La fuente de calor será centrada bajo la abertura de la placa caliente evitando calentamientos locales. El calentador de la llama tipo debe protegerse de las corrientes de aire o excesiva radiación por cualquier tipo de protector adecuado, por encima del nivel superficial más alto del cartón asbesto.

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Apoyo del termómetro. Cualquier aparato conveniente puede ser usado para que mantenga el termómetro en la posición especificada durante el ensayo y permita quitarlo con facilidad de la copa una vez terminado el ensayo.

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Apoyo de la placa de calentamiento . Cualquier apoyo conveniente que mantenga la placa caliente, estable y nivelada.

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Medidor del nivel de llenado. Un aparato que ayude en la regulación exacta del nivel de la muestra en la copa. Puede hacerse con un metal adecuado con al menos un resalte, pero de preferencia dos para ajustar el nivel de la muestra en la copa de ensayo entre 9 a10 mm por debajo del ribete superior de la copa. Estará provisto de un orificio de 0,8 mm de diámetro ubicado al centro del medidor a no más de 2 mm del fondo, que se usará para verificar la posición central del orificio del aplicador de la llama con respecto al borde de la copa. 7


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TERMÓMETROS. Se pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0.1 oC, o cualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad.

MECHERO.

5.2. PREPARACIÓN DEL APARATO. Para la ejecución del ensayo de Punto de inflamación se toma una muestra de cemento asfáltico en cantidad suficiente para ejecutar el ensayo.

Arme el aparato sobre una mesa nivelada en una pieza sin corrientes de aire; ubique el protector alrededor del aparato de encendido, afirmado por algún medio adecuado que permita la lectura del Punto de Inflamación. Ensayos en campanas de laboratorio o en lugares donde no existan corrientes de aire, son confiables.

Lave la copa de ensayo con un solvente apropiado y quite cualquier aceite o vestigios pegados o residuos remanentes de ensayos anteriores. Si hay depósitos de carbón remuévalos con una esponja de acero.

Limpie la copa bajo un chorro de agua fría y seque por unos pocos minutos sobre una llama, placa caliente o en un horno y elimine los últimos indicios de solvente y agua. Enfríe la copa por lo menos a 55°C por debajo del Punto de Inflamación esperado antes de usarla.

Mantenga el termómetro en posición vertical con el bulbo a una distancia de 6,5 mm del fondo de la copa y localizada en el punto medio del trecho entre el centro y el borde de la copa, en un diámetro perpendicular al arco o línea del recorrido de la llama de prueba y en el lado opuesto de la llama del quemador.

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5.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO 5.2.1. REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Llene la copa a una temperatura conveniente, no excediendo 100°C por encima de lo esperado para el Punto de Ablandamiento; de esa manera la parte superior del menisco está en la línea de llenado.

Para ayudar en esta operación use un medidor del nivel de llenado. Si un exceso de muestra se ha agregado a la copa, quítelo usando una pipeta u otro aparato adecuado.

Sin embargo, si hay muestra que esté fuera del aparato, vacíe, limpie y vuelva a llenar. Destruya cualquier burbuja de aire sobre la superficie de la muestra..

Encender el mechero de ensayo y ajustar el tamaño de la llama aun diámetro de 4,0 mm por comparación con el tamaño del cabezal.

Aplique calor inicialmente de modo que la temperatura de la muestra suba a una velocidad entre 14 y 17°C por minuto.

.

.

Cuando la temperatura de la muestra se aproxime a los 55°C por debajo del Punto de Inflamación esperado, disminuya el calor de modo que la velocidad de la temperatura para 28°C antes del Punto de Inflamación, sea de 5 a6°C por min.

Comenzando, al menos 28°C por debajo del Punto de Inflamación, aplique la llama de prueba cada 2°C sucesivos leídos en el termómetro.

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Pase la llama de prueba a través del centro de la copa, en ángulos rectos al diámetro que pasa a través del termómetro; con suavidad continúe el movimiento aplicando la llama en línea recta a lo largo de la circunferencia de un círculo que tenga un radio al menos de 150 mm..

. El centro de la llama de prueba debe moverse en un plano que diste menos de 2 mm por encima del plano del borde superior de la copa, pasando en una dirección primero y en el próximo intervalo en la dirección opuesta.

El tiempo consumido en pasar la llama a través de la copa será cercano a 1 seg. Durante los últimos 17°C, suba la temperatura previa al Punto de Inflamación.

Evite alteraciones del vapor en la c opa de ensayo poniendo atención en movimientos descuidados o en aires suaves cercanos a la copa.

Informe el Punto de Inflamación como la temperatura leída en el termómetro, cuando aparece el destello en cualquier punto de la superficie del material, pero no confunda el verdadero destello con el halo azulado que algunas veces circunda la llama de prueba. .

Para determinar el Punto de Combustión continúe calentando de modo que la temperatura de la muestra se eleve a una razón de 5 a6°C por min.

Continúe aplicando la llama a intervalos de 2°C hasta que el material se inflame y continúe quemándose como mínimo 5 seg. Informe la temperatura de este punto como el Punto de Combustión del material. 10


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5.3. RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS A continuación se muestra los resultados de las temperaturas tomadas desde el inicio del ensayo hasta el punto de inflamación y combustión.

TEMPERATURA TEMPERATURA INICIAL

42°C 118°C 180°C

COMIENZA A EBULLICIONAR

220°C 240°C

SE COMBUSTINA

6.

260°C

CONCLUSIONES Con la realización del ensayo de punto de Inflamación mediante el uso de la copa abierta de Cleveland se puedo identificar la temperatura a la cual el asfalto puede ser manejado y almacenado sin peligro que se inflame. El mismo es usado como indicador rutinario de la calidad del cemento asfáltico, ya que el calentamiento a que se ve expuesto este material durante la fabricación de la mezcla asfáltica puede altera significativamente las propiedades. De la realización del mismo se llega a concluir que el ensayo de Punto de Inflamación de un Cemento Asfáltico SHELD, la cual se empezó a calentar a una temperatura inicial de 42°C, tomando lecturas de la misma con dos tipos de termómetros para una mayor corroboración, identificando el punto en el cual comienza a ebullicionar a los 220°C, llegando a un punto final de 260°C, lo cual conforme a la Especificaciones del Cemento Asfáltico Clasificado por 11


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Penetración 85-100, se tiene que el Punto de Inflamación es de 222°C, la misma nos indica que el ensayo fue realizado de manera correcta y que el Cemento Asfáltico SHELD “CUMPLE”, con las especificaciones por Penetración 85-100..

7. RECOMENDACIONES  Para la realización de este tipo de prácticas es necesario que el estudiante asista al

laboratorio de Pavimentos con conocimientos previos, acerca de los ensayos necesarios de control de calidad de cementos asfálticos y agregados.  Las prácticas de Laboratorio de Pavimentos se las debe realizar en un ambiente adecuado

que cuente con todo el material necesario para que todos los estudiantes participen en la práctica.  Se deberá efectuar el ensayo al abrigo de corrientes de aire, y de toda perturbación de la

atmósfera en la vecindad del aparto.  El ensayo de debe realizar en una habitación o compartimiento con oscuridad suficiente

para facilitar la observación que debe hacerse y mejorar la apreciación de los puntos de inflamación y combustión.

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8. OBSERVACIONES  Por cuestiones de tiempo el material asfáltico ya se encontraba preparado.  En este ensayo las mayores causas de error tienen que ver con lo relacionado a la

temperatura ya que esta debe ser estrictamente controlada desde el inicio del ensayo.  Para mejorar las condiciones del ensayo se cambió por un mechero tipo Burk, la cual posee

un regular que facilita el proceso del ensayo, así mismo se llegó a utilizar dos tipos de Termómetros normalizados por la ASTM.

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BIBLIOGRAFÍA  Apuntes de Ingeniería del Terreno II. M. Melis (2000). ETSICCP. Universidad de A Coruña.  Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 3. K.H. Head (1988). John Wiley & Sons, Inc.

(Disponible en la biblioteca de la ETSICCP)  Soil Mechanics Laboratory Manual. B.M. Das (1992). 5 th Edition. Engineering Press. Austin,

Texas.

PAGINAS WEB  http://www.wordreference.com/definicion/escarificar  http://es.scribd.com/doc/102813345/Informe-de-Ductibilidad-Penetracion-y-Mancha

Asfalto/3279794.html  http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/nprobitumi.htm  http://ingenieriaenconstruccion-ua.blogspot.com/2008_09_01_archive.html  http://www.abc.gob.bo/ensayos  http://prezi.com/_p9aoj2to9nl/copy-of-control-de-calidad-de-cementos-asfalticos-tipo-ap-

3-mediante-ensayos-en-laboratorio/  http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/06/punto-de-inflamacion-del-betun.html  https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0808.1987.pdf  http://www.slideshare.net/UCGcertificacionvial/punto-de-inflacion-y-combustion-02

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