ENSAYOS EN LOS ASFALTOS
Presentado por: ANDRES MELO GERMAN GONZALEZ
Presentado a: Ing. GUILLERMO MUÑOZ
UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL PASTO 2010 1. ENSAYOS EN LOS CEMENTOS ASFALTICOS.
1.1. METODOS PARA MEDIR VISCOSIDAD. Una de las propiedades, más importantes del asfalto es la viscosidad, que se define como la capacidad que tiene el asfalto para resistir la deformación, para medir la viscosidad existen diferentes métodos, según las normas ASTM D3265, D2171:
a. Métodos Absolutos: cuando se puede calcular la viscosidad, conociendo las dimensiones del equipo, y las fuerzas operantes, unos ensayos son con el viscosímetro de placas deslizantes, viscosidad en el cono rotativo y viscosímetros capilares.
b. Métodos Secundarios: en estos métodos se emplean aparatos, que se basan en viscosidades ya conocidas, el ensayo más conocido de este método es la viscosidad Saybolt Furol.
c. Métodos Técnicos o Empíricos: son aquellos métodos que utilizan técnicas rápidas y sencillas, como el de penetración, flotación y punto de ablandamiento.
1.1.1 VISCOSIMETRO DE PLACAS DESLIZANTES. Es utilizado para el estudio de la viscosidad a bajas temperaturas. La formula, para encontrar la viscosidad es: V a
τ =
dv dy
Donde;
τ =
dv dy
F A =
=
peso × 980
dinas = cm 2 6 dezplazamientodelapl aca( micrones)
tiempo ( seg ) × espesordel apelicula( micrones )
=
1
−
seg
Las unidades de la viscosidad, se dan en centistockes o en centipoise.
1.1.2 VISCOSIDAD EN EL CONO ROTATIVO. El aparato utilizado es el viscosímetro cono cilíndrico rotativo adecuado para medir viscosidades entre 10 3 y 108 poises. Este ensayo consta de dos conos, de
diferentes dimensiones, y en medio de estos se coloca el asfalto, conociendo las dimensiones del aparato podemos calcular la viscosidad.
Objetivo: Permite conocer los valores de la resistencia del asfalto a fluir . 1.1.3 VISCOSIMETROS CAPILARES. Los tubos capilares, varían dependiendo del tipo de viscosidad que se quiera calcular; el ensayo consiste en medir el tiempo que tarda en pasar el asfalto de una marca a otra, en el descenso o ascenso de nivel. Hay dos tipos de cálculos: 1. Cuando se hace vacio en el tubo capilar para que pueda subir el asfalto (Viscosidad absoluta). 2. Cuando no se hace vacio en el tubo, si no que fluye por el efecto de la gravedad o peso propio (Viscosidad Cinemática). V = K*t Donde; K: constante que la da el fabricante. t: tiempo que tarde en pasar de una marca a otra.
Figura 1- Ensayo de Viscosidad con el Viscosímetro Capilar.
1.1.4 VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL. El ensayo consiste en darle la temperatura adecuada a la muestra, quitar el tapón del orificio debidamente calibrado, y medir el tiempo necesario para que pasen 60
cmᵌ de asfalto. También sirve para medir la viscosidad de los asfaltos líquidos puros y emulsiones. Las unidades son: Segundos Saybolt furol. Conociendo la viscosidad saybolt furol, se puede determinar la viscosidad cinematica y por ende la absoluta. La viscosidad cinematica en función de la viscosidad saybolt furol se determina así: n = 0,0216 * F Donde: n: viscosidad cinematica en Stokes. F: viscosidad saybolt furol, en segundos saybolt furol. Las temperaturas para los ensayos de viscosidad en los cementos asfalticos son: de 135°C, por ser una temperatura aproximada a la de mezclado, o elaboración de mezclas en caliente, la de 60 °C porque se aproxima a la temperatura máxima que en ciertas regiones se puede presentar durante el verano. El viscosímetro furol se utiliza también para analizar la viscosidad de asfaltos diluidos y de emulsiones asfálticas. Para asfaltos diluidos la temperatura es de 60°C, y en las emulsiones a 50°C y a 25°C, según el rompimiento de la emulsión.
Figura 2- Ensayo de Viscosidad Saybolt Furol.
1.2 ENSAYOS PARA MEDIR CONSISTENCIA EN LOS ASFALTOS. 1.2.1 PUNTO DE ABLANDAMIENTO O ANILLIBOLA.
Este ensayo busca determinar, la temperatura a la cual se produce el ablandamiento del asfalto. El punto de ablandamiento es el valor de la temperatura, cuando la bolita pasa a través del anillo, una vez que se calienta el asfalto. El punto de ablandamiento es útil para clasificar productos bituminosos y es un valor índice de la tendencia del material a fluir cuando está sometido a temperaturas elevadas, durante su vida de servicio. Este ensayo cubre la determinación del punto de ablandamiento de productos bituminosos en el intervalo de 30 a 157°C (86 a 315°F), utilizando el aparato de anillo y bola, La elección del asfalto para una obra vial, debe de tener en cuenta la temperatura de ablandamiento, según el clima y condiciones de trabajo a la que estará sometido.
Figura 3- Ensayo de Punto de Ablandamiento o Anillo y Bola.
1.2.2 ENSAYO DE PENETRACION. El aparato con que se realiza el ensayo se llama “Penetrometro”, el cual consta de una aguja de 100 gr de peso, y exige una temperatura de 25°C. El objetivo del ensayo es medir la penetración de la aguja en un tiempo de cinco segundos. La penetración se mide en decimas de milímetro.
Figura 4- Ensayo de Penetracion.
1.2.3 ENSAYO DE DUCTILIDAD. El aparato utilizado para realizar este ensayo es el “Ductilometro”, este ensayo consiste en estirar el asfalto a velocidad constante (cinco centímetros por minuto), normalmente el ensayo se lo realiza a una temperatura de 25 °C; las especificaciones dicen que se debe de estirar como mínimo un metro. Este ensayo se lo hace porque es necesario que el asfalto tenga cierta expansión y contracción, por lo cual el asfalto será mas dúctil cuando se estira más y menos dúctil cuando se estira menos. Las unidades del ensayo son en centímetros.
Figura 5- Ensayo de Ductilidad.
1.2.4 PUNTO DE INFLAMACION, MEDIANTE LA COPA DE CLIBELAND. Este es un ensayo de seguridad contra incendios, porque el asfalto a una determinada temperatura se puede incendiar, además por medio de este ensayo se puede determinar si el asfalto está contaminado o no. Este ensayo nos permite conocer la temperatura máxima a la cual se puede someter el asfalto. Las especificaciones exigen como mínimo 250°C.
Figura 6- Ensayo de Punto de Inflamación.
1.3 PERDIDA POR CALENTAMIENTO. El ensayo tiene por objeto, conocer los cambios que se producen en los asfaltos al calentarlos a altas temperaturas, con el fin de llevarlos a la viscosidad adecuada de manejo, la pérdida de peso y consistencia.
1.3.1 PERDIDA POR CALENTAMIENTO EN PELICULA DELGADA (3mm). Este ensayo simula la perdida de las propiedades del asfalto una vez que ya es mezclado con los agregados. Para determinar la pérdida de peso, se lo debe pesar antes de meter al horno a 163 °C, durante cinco horas, una vez que se lo retira del horno se lo vuelve a pesar y la diferencia de estos dos es la pérdida de peso que sufre el asfalto. Para conocer la perdida en ductilidad, consistencia, y viscosidad, se debe realizar los ensayos antes y después de llevar al horno a 163°C, y con una simple regla de tres se calcula el porcentaje de perdida.
Figura 7- Ensayo de película delgada en horno
1.3.2 PERDIDA POR CALENTAMIENTO ROTATIVO EN PELICULA FINA. Este ensayo nos brinda los mismos datos que el de calentamiento en película delgada, con la ventaja que se lo puede realizar en un tiempo menor (85 min). Y a una temperatura de de 163°C.
1.4 ENSAYO DE OLIENSIS O DE LA MANCHA. Este ensayo fue diseñado por Oliensis, por lo cual lleva este nombre, y en el cual se analiza una mancha; si la mancha es homogénea el ensayo es negativo, no ha sido sometido al proceso cracking, pero si la mancha es heterogénea el ensayo es positivo por lo que se concluye que el asfalto si ha sido sometido al proceso cracking. Hay dos maneras de realizar el ensayo: 1. De manera Cualitativa: el objetivo de este ensayo es saber si el asfalto ha sido sometido o no al proceso cracking. 2. De Manera Cuantitativa: este ensayo nos permite conocer que tanto a sido craqueado el asfalto, que puede ser: poco, mucho, mediano.
Figura 8- Ensayo de la
1.5 PUNTO DE FRACTURA FRASS.
Este ensayo nos permite conocer la temperatura a la cual el asfalto se vuelve quebradizo, a causa de la rigidez que va adquiriendo el material al enfriarse. El ensayo se aplica a los materiales asfálticos de consistencia sólida y semisólida, y consiste en someter una película del material que recubre una placa de acero, a ciclos sucesivos de flexión a temperaturas decrecientes.
Todo asfalto que se lo somete al ensayo de penetración con la temperatura del punto de fractura frass siempre va a ser 1,25 decimas de milímetro. Lo mismo sucede con la viscosidad con una viscosidad de 4 x 10^9 poises.
Figura 9- Ensayo Punto de Fractura Frass.
2. ENSAYOS HECHOS EN LAS EMULSIONES ASFALTICAS.
2.1. ENSAYO DE ELECTROFORESIS. El ensayo está basado en la diferente carga eléctrica, negativa o positiva, que poseen las partículas bituminosas en las emulsiones aniónicas o catiónicas, y consiste en introducir en la emulsión una pareja de electrodos unidos a una fuente de alimentación de corriente continua, observando, al cabo de un tiempo, en qué electrodo se ha depositado la película de ligante. El objetivo de este ensayo es determinar si la emulsión es cationica o anionica, y a partir de estos parámetros poder clasificar las emulsiones.
Figura 10- Ensayo de Electroforesis o Carga de Partículas.
Figura 11- Identificación Microscópica de las Emulsiones.
2.2. VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL. Este ensayo es muy similar al de la viscosidad saybolt furol hecho en los cementos asfalticos, la única diferencia es que ya no es cemento asfaltico lo que pasa por medio del orificio calibrado si no emulsión asfáltica. Se mide el tiempo ml de emulsión, de esta podemos absoluta y
que tarda en pasar 60 por el orificio y a partir conocer la viscosidad cinemática.
Figura 12- Ensayo de Viscosidad Saybol Furol.
2.3. RESIDUO POR DESTILACION. Este ensayo nos permite conocer, la cantidad de asfalto y agua que tiene la emulsión. Y por tanto es un ensayo nos permite separar al asfalto del agua. El residuo por destilación sirve para establecer las características del asfalto base, al residuo se le realizan los ensayos de ductilidad y penetración descritos anteriormente. En este ensayo se destila una muestra de 200 g de la emulsión hasta una temperatura de 260°C (500°F).en aproximadamente 50 minutos.
Figura 13- Ensayo de Residuo por Destilación.
2.4. CONTENIDO DE AGUA
Este ensayo nos permite averiguar el contenido de agua de la emulsión, la cual la podemos conocer por diferencia de peso.
Figura 14- Ensayo Contenido de Agua.
2.5. ENSAYO DE ASENTAMIENTO. Este ensayo nos permite, saber si la emulsión asfáltica
está bien elaborada.
Mediante este ensayo se valora la sedimentación que se produce durante el almacenamiento de las emulsiones asfálticas.
La diferencia de pesos que se toman de los orificios se deben comparar con especificaciones, a mayor tamaño de las partículas más rápido será la sedimentación.
2.6. ENSAYO DE PARTICULAS RETENIDAS EN LA MALLA NUMERO 20. Una vez realizado el ensayo de asentamiento, se procede a pasar los glóbulos de asfalto por la malla No. 20, este ensayo nos permite conocer qué cantidad de glóbulos de asfalto quedan retenidos en la malla numero veinte; además este ensayo nos determina la cantidad de producto asfáltico mal emulsionado que hay en la emulsión. Aunque no es muy conveniente que la emulsión tanga glóbulos muy grandes porque puede obstruir el equipo en el campo y la homogeneidad de la película de emulsión asfáltica.
Figura 15- Ensayo Tamizado en la Malla # 20.
2.7. MISCIBILIDAD CON CEMENTO PORTLAND Se utiliza para saber si la emulsión es de rotura lenta (separación de las fases en mayor tiempo). Los granos de rotura lenta se usan como agregados finos y agregados polvorientos; en este ensayo se utiliza emulsiones cationicas puesto que responde al cemento portland por efecto del área superficial. Aquí se determina la cantidad de material retenido en el tamiz 1,4mm (Nº14) (en el cual también se lavo inicialmente la emulsión con asfalto).
