ENSAYOS SOBRE
PRODUCTOS ASFALTICOS UTILIZADOS EN PAVIMENTOS.
1. GENER GENERALI ALIDA DADES DES En el trabajo realizado se
explicaran los ensayos corrientes de control
de calidad sobre cementos asfálticos.
2. ENSAYOS ENSAYOS SOBRE SOBRE CEMENTOS CEMENTOS ASFALTIC ASFALTICOS OS
2.1.
Definición
Los cementos asfálticos son hidrocarburos semisólidos que se obtiene durante la destilación petróleo luego de que los aceites lubricantes han sido removidos.
Para uso en pavimentación existen los cementos asfálticos en grado !"#!$ %!"&!$ '#"(!!$()!"(#! y )!!"*!!$ de los cuales en el pa+s ,-olombia solo se producen el %!"&! y el '#"(!!. Los valores que identifican a un cemento asfáltico indican la distancia que una aguja normalizada penetra dentro de una muestra del producto$ bajo condiciones conocidas de temperatura$ carga y tiempo.
El grado de penetración determina la dureza de un cemento asfáltico y por lo tanto$ entre más blando sea$ mayor será su penetración. El empleo de uno u otro cemento asfáltico depende principalmente trancito previsto en la v+a y las condiciones climáticas$ por ejemplo para una v+a con transito pesado y clima calido se decidirá por una de mayor dureza.
Los ensayos de control de calidad de más corriente uso para cementos asfálticos son el de penetración$ el de punto de inflamación$ el de ductilidad$ peso espec+fico y viscosidad /aybol"0urol.
2.2. 2.2.
Ens Ens!" !" #e $ene $ene%& %&c ció ión n
2.'. 2.'.
O()e O()e%" %" #e* #e* ens ens!" !"
El ensayo$ aplicable tanto a cementos asfálticos como a residuos de destilación de asfaltos l+quidos$ tiene por objeto determinar la consistencia del producto bituminoso$ mediante el procedimiento que se indica más adelante.
1
2.2.2. E+,i$" $& e* ens!" -
1na caja metálica de forma cilindrica de aproximadamente ## mm de diámetro y *# de altura.
-
1na aguja de penetración de acero$ cilindrica de l a (.!) 2m. e diámetro$ con punta tronco"cónica cuyo peso incluido al vástago de soporte debe ser (!! gramos.
-
1n aparato de penetración con una escala que permita leer el desplazamiento de la aguja en d3cimos de mil+metros
-
1n ba4o de agua con temperatura controlable.
-
-alentador$ termómetro$ cronómetro$ etc.
2.2.'. P&"ce#i-ien%" #e ens!" a
/e calienta la muestra a ensayar hasta que sea lo suficientemente fluida para poderla vaciar en la caja metálica$ teniendo cuidado en esta 5ltima operación de que no queden burbujas de aire atrapadas.
b
/e deja enfriar la muestra hasta que alcance la temperatura ambiente y se coloca luego en el ba4o de agua a )#6 - durante un lapso de una hora y media de modo que se de completamente sumergida en 3l.
c
/e lleva la caja con la muestra al aparato de penetración y se coloca all+ dentro de otro recipiente con agua a )#6 -.
d
/e pone en contacto la punta de la aguja con la superficie de la muestra y se ajusta en cero la escala del aparato.
e
/e suelta el seguro de la aguja y se permite que 3sta penetre dentro de la muestra durante # segundos$ deteniendo de nuevo la aguja y midiendo la distancia que ha penetrado en d3cimas de mil+metro
f
/e hacen otras dos medidas en otros puntos de la muestra$ separados entre s+ y del borde de la caja$ cuando menos un cent+metro. 7ntes de efectuar cada prueba$ deberá limpiarse la aguja perfectamente$ empleando alg5n disolvente.
2.2.. C/*c,*"s /e promedian las lecturas obtenidas y se reporta dicho promedio como grado de penetración del asfalto. Para efectos de cálculo$ los valores individuales de penetración no deben discrepar entre s+ más de la cantidad indicada.
2
VALORES ADMISIBLES EN LOS VALORES DE PENETRACIOM Penetración ,(8(!mm ;iferencia máxima entre la mayor y
!"9 )
#!"(9
(#!")9 %
:)#! '
la menor lectura
2.2.0. In%e&$&e%ción #e* &es,*%#" Este ensayo$ como ya se mencionó es la determinación de la consistencia del producto asfálticos y permite ante todo$ seleccionar los cementos asfálticos de acuerdo a la naturaleza del tránsito y clima que deba soportar la mezcla o tratamiento.
2.2.. C,ss #e e&&"& en e* ens!" Las más frecuentes son las siguientes< a
Presencia de aire atrapado en la masa del asfalto$ lo que trae como resultado penetraciones mayores a las reales.
b
=emperatura distinta a la especificada para el ensayo
c
>ue la aguja no este en contacto con la muestra al comenzar la prueba.
d
Peso incorrecto de la aguja.
e
>ue el tiempo de penetración sea diferente al especificado.
f
>ue la aguja no se encuentre limpia al realizar la penetración.
g
>ue la aguja toque el fondo de la caja antes de los # segundos$
lo
que se comprueba si la lectura es igual al espesor de la muestra.
2..
Ens!" #e $,n%"s #e inf*ción e inición c"n * c"$ (ie&% #e C*e3e*n#.
2.'.1. O()e%i3" #e* ens!" ;eterminar la temperatura a la cual los vapores del material asfáltico se encienden al ser sometido a calentamiento en presencia de una peque4a llama ,punto de inflamación as+ como determinar la temperatura a la cual la presencia de la llama produce el encendido del asfalto cuando menos por # segundos ,punto de ignición.
2.'.2 E+,i$" $& e* ens!" -opa abierta de -leveland provista de un soporte y un mechero de calentamiento y otro de ensayos =ermómetro con escala hasta !!6-
3
2.'.' P&"ce#i-ien%" #e $&,e( a
/e coloca el termómetro en posición vertical de modo que la parte inferior del bulbo quede ? de pulgada sobre el fondo de la copa y de manera que quede en el punto medio entre el centro y el borde de la copa y sobre un diámetro perpendicular a la l+nea de barrio de la llama de prueba
b
/e calienta la muestra que se va a ensayar hasta que sea lo suficientemente fluida para poderla vaciar en la copa hasta la marca que 3sta tiene en su interior$ cuidando que no vayan a quedar burbujas en la superficie de la muestra.
c
/e prenda el mechero de calentamiento y se aplica a la parte inferior de la copa de manera que la temperatura del asfalto se incremente entre ( y (#6 - por minuto. -uando la temperatura sea aproximadamente #%6 - por debajo del punto de inflación estimado$ se disminuye la intensidad del calentamiento de manera que el incremento sea de # a %6 - por minuto.
d
-uando la temperatura sea del orden de )'6 - por debajo de punto de inflación estimado$ se comienza a aplicar el mechero de ensayo sobre la superficie de la muestra cada vez que la temperatura suba )6 -. Este mechero debe pasarse por el centro de la copa$ no más arriba de ) mm$ sobre el borde de la misma y con un movimiento en l+nea recta o en forma circular con un radio no menor de % pulgadas y teniendo cuidado de que el barrido de la llama haga ángulo recto con el diámetro que pasa por el termómetro. El tiempo que debe permanecer la llama sobre la copa es del orden de ( segundo.
e
/e anota como punto de inflamación la temperatura que marque el termómetro cuando por primera vez se enciendan los vapores desprendidos del producto asfáltico.
f
Para determinar el punto de ignición$ se contin5a calentando la muestra a la misma velocidad$ aplicando el mechero en ensayo con la misma frecuencia$ hasta que el producto asfáltico se encienda y contin5e ardiendo por lo menos durante # segundos. La temperatura alcanzada en este instante se anota como punto de ignición.
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2.'.0 In%e&$&e%ción #e* &es,*%#" El punto de inflación indica la temperatura hasta la cual puede calentarse el producto asfáltico sin peligro para su aplicación$ mientras que el punto de ignición indica la temperatura a la cual el material arde inevitablemente en presencia de fuego.
2.'. C,ss #e e&&"& en e* ens!" a
Presencia de corriente de aire que impide la formación de chispas en los vapores del material asfáltico.
b
Pasar la llama de prueba a intervalos mayores a )6 - cuando el material se encuentra cerca de sus puntos de inflación e ignición.
2.0.
Ens!" #e #,c%i*i##
2..1 O()e%" #e* ens!" 2edir la distancia$ en cent+metros que una briqueta de cemento asfáltico o de residuo de destilación de un asfalto l+quido puede estirarse sin romperse$ cuando uno de sus extremos se desplaza con respecto al otro a una velocidad definida y a una temperatura determinada.
2..2 E+,i$" $& e* ens!" -
2oldes para la elaboración de las briquetas y láminas de cobre
-
2ercurio y ácido clorh+drico o n+trico
-
1n ba4o de agua dentro del cual debe haber un dispositivo que permita separar las mordazas de la briqueta a una velocidad de # cm8minuto.
2..' P&"ce#i-ien%" #e $&,e( a
/e amalgaman la lámina de cobre y las dos piezas removibles del molde con el que se formará la briqueta$ para evitar que se adhiera el asfalta. Para ello$ debe aplicarse con una estopa una solución formada por tres partes de ácido clorh+drico o n+trico y una de mercurio.
b
/e coloca el molde sobre la lámina de cobre en posición horizontal y luego se vac+a el producto asfáltico dentro de 3l. Este debe haber sido calentado previamente hasta una temperatura lo suficientemente elevada como para hacerlo fluido.
c
/e deja enfriar la muestra dentro del molde hasta que alcance la temperatura ambiente ,*! a ! minutos y se coloca luego dentro del ba4o de agua a )#6 - por media hora. En seguida se casa el molde del
5
ba4o y con una hora. e@ seguida se saca el molde del ba4o y con una espátula caliente se retira el exceso de asfalto. d
/e coloca de nueva el molde con la lámina dentro del ba4o de agua a )#6 - durante un lapso de 9! minutos$ retirando en seguida la lámina de cobre y las dos piezas removibles del molde$ quedando la muestra lista para el ensayo.
e
/e coloca la briqueta en el aparato de prueba$ cuidando que el nivel de agua se encuentra cuando menos ) A cm por encima del nivel superior de la muestra y se pone en marcha el aparato$ el cual comenzará a estirar la briqueta a razón de # cm por minuto
f
La distancia en cent+metros que se ha estirado la muestra en el instante en que se rompe$ se reporta como ductilidad de la muestra asfáltica ensayada.
2.. In%e&$&e%ción #e* &es,*%#" "(%eni#" /eg5n el Bntitulo del 7sfalto$ la presencia o ausencia de ductilidad tiene mayor importancia que el valor num3rico de la misma y los asfaltos con mayor ductilidad presentan mejores propiedades ligantes que aquellas a los que les falta esta caracter+stica.
@o parece$ sin embargo$ que la ductilidad pueda ser una buena medida de la adherencia$ ya que esta depende tanto del asfalto como del agregado y en especial de este 5ltimo$ el cual no interviene en el ensayo.
/e ha encontrado$ no obstante$ que los productos asfálticos de alto ductilidad tienen mayor susceptibilidad t3rmica$ por lo que tales asfaltos pueden usarse en mezclas para pavimentación$ mientras que en usos tales como inyecciones bajo losas de concreto y sellado de grietas$ la propiedad esencial del asfalto debe ser una baja susceptibilidad t3rmica.
En general$ puede considerarse que este ensayo es más de identificación que cuantitativo$ los asfaltos provenientes de destilación del petróleo al vapor o a vació$ si el proceso de refinación es por oxidación o soplado$ la ductilidad es baja.
6
2..0 C,ss #e e&&"& en e* ens!" a
Presencia de burbujas de aire dentro del asfalto de la briqueta
b
>ue el asfalto al estirarse toque el fondo del tanque de ensayo. En este caso$ la densidad del agua debe ajustarse a4adi3ndole alcohol met+lico o cloruro de sodio.
2.4 De%e&-inción #e* $es" es$ecific" #e ,n ce-en%" sf/*%ic" 5-6%"#" $"& #es$*7-ien%"8
2.4.1. O()e%" #e* ens!" 7unque el valor del peso espec+fico no hace parte de las especificaciones de calidad de los asfaltos$ su conocimiento es de utilidad para hacer las correcciones de su volumen cuando se mide a temperaturas elevadas. 7s+ mismo$ el peso espec+fico es uno de los factores para el cálculo de vac+os en mezclas compactadas para pavimentación.
El peso especifico es la relación entre el peso de un determinado volumen del material y el peso del mismo volumen de agua a igual temperatura ,generalmente se mide a )#6 -.
2.4.2 E+,i$" $& e* ens!" Calanza de precisión$ hilo$ elemento metálico de lastre$ frascos$ ba4o de agua$ termómetro$ etc.
2.4.' P&"ce#i-ien%" #e $&,e( a
/e toma una peque4a muestra del cemento asfáltico a ensayar ,entre # y )! gramos$ asegurándose que no presente agrietamiento ni otros defectos superficiales y se pesa con aproximación de miligramo,7.
b
/e coloca la balanza en una posición tal que bajo ella se puede suspender un hilo y colocarse un frasco con agua.
c
/e ata el lastre al hilo y se cuelga el conjunto del plato de la balaza de manera que el lastre quede sumergido dentro del agua a )#6 y se anoto el peso que registre la balanza. ,C ----D-
d
/e retiran los hilos y el lastre$ se adhiere la muestra al lastre y se sumerge el conjunto en un ba4o de agua a )#6- durante media hora.
e
/e lleva el conjunto a la balanza y se suspende el hilo de modo que el lastre y la muestra queden sumergidos en el agua a )#6 - y se registra el peso ,-
7
f
/e repite el procedimiento empleando otra muestra de cemento asfáltico.
2.4. C/*c,*" El peso espec+fico del cemento asfáltico se determina mediante la expresión
7 7 ,-"C
Los valores obtenidos para las dos muestras se promedian salvo que los valores individuales difieran en más de !.!!#$ caso en el cual deberán ensayarse otras dos muestras y tomarse como peso espec+fico el promedio de los tres valores mayores.
2.4.0 C,ss #e e&&"& en e* ens!"
a
Pesadas incorrectas.
b
0iguras en la muestra o presencia de burbuja en su interior
2.9. Es$ecificci"nes #e c*i## $& *"s ce-en%"s sf/*%ic"s Las especificaciones de calidad vigente para los cementos asfálticos que se produce en el pa+s ,-olombia$ son<
ESPECIFICACIONES PARA CEMENTOS ASFALTICOS E@/7FG
%!"&!
'#"(!!
"Penetración$)#H-$(!! gr.$ #seg$(8(!mm "Punto de inflamación H;uctilidad en cm.
2in. 2áx. %! &! )*) (!!
2in. 2áx. '# (!! )*) (!!
'. Ens!"s s"(&e sf*%"s *:+,i#"s
8
'.1 Definición #e sf*%" *:+,i#" /on asfaltos obtenidos al mezclar un cemento asfáltico con un destilado liviano y volátil del petróleo para volverlo liquido. Existen$ dentro de este tipo de asfalto$ los llamados de curado rápido ,I- cuyo solvente es gasolina$ los de curado medio ,2- cuyo solvente es Jerosene y los de curado lento ,/- cuyo solvente es un aceite liviano.
'.2 Ens!" #e 3isc"si## s!("*%;F,&"* '.2.1 O()e%i3" #e* ens!" ;eterminar el grado de fluidez del asfalto l+quido a cierta temperatura$ pudi3ndose estimar de este modo su grado de manejabilidad.
La viscosidad /ybolt 0urol corresponde al n5mero de segundos que necesitan %! cent+metros c5bicos del asfalto para fluir a trabes de un orificio calibrado furol bajo condiciones especificadas.
La palabra furol es en ingles la contracción de Kfuel and road oils
'.2.2. E+,i$" $& e* ens!" 1n viscos+metro /aybolt con su ba4o y un orificio 0urol. 1n matraz aforado de %! cent+metros c5bicos. 1n termómetro graduado de ! a (!!6 -. 1n cronómetro.
'.2.' P&"ce#i-ien%" #e ens!" a
/e llema el ba4o del viscos+metro con aceite y se calienta hasta una temperatura ligeramente superior a la de ensayo. Para los asfaltos 2&!$ la temperatura de ensayo es #!6 - y la máxima admisible para el ba4o es #!6 (96 -$ mientras que para el I- )#! son %! y %!$ #%6 -$ respectivamente.
b
/e coloca un tapón de corcho en el orificio inferior del aparato.
c
/e vierten aproximadamente (#! gramos del asfalto a ensayar dentro de la copa del viscos+metro a la temperatura ambiente. /i el material es demasiado viscoso para ser vertido a esta temperatura$ se colocará en su recipiente original dentro de un ba4o de agua a #!6- por unos minutos antes de llevarlos al viscos+metro.
9
-omo la temperatura de ensayo para los asfaltos producidos en le pa+s es generalmente superior a la ambiente$ se permiten temperaturas en el aparte *.).* a para le calentamiento$ pero la temperatura deberá ajustarse dentro de los limites exigidos antes del minuto final de agitado durante el cual la temperatura del asfalto debe permanecer constante ,ver le aparte siguiente. d
/e agita la muestra de asfalto hasta que su temperatura permanezca constante durante un minuto continuo y con el valor mencionado en el aparte *.).* a. /e admiten una variación no mayor a !.!*. 6-.
e
/e remueve parte del aceite del ba4o rápidamente hasta que su nivel quede ligeramente por debajo del nivel de derrame de la copa.
f
/e coloca el matraz aforado bajo la abertura inferior del viscos+metro$ se retira el corcho que lo tapa y se determina el n5mero de segundos transcurrido hasta que el fondo del menisco del asfalto alcance la marca de graduación del matraz ,%! c.c. fluyendo a trav3s del orificio 0urol
'.2. Inf"&-e El valor obtenido$ aproximado al segundo entero se reporta como viscosidad saybolt"furol del asfalto o la temperatura a la cual se ha realizado el ensayo.
'.2.0 In%e&$&e%ción #e* &es,*%#" El valor de viscosidad del asfalto sirve de gu+a para determinar sus caracter+sticas de flujo en el rango de temperatura utilizando durante la construcción.
Por otra parte$ sirve para tener una idea de la manejabilidad del producto$ pues entre varios asfaltos$ aquel cuya viscosidad se inferior a determinada temperatura es el mas manejable.
'.2. C,ss #e e&&"& en e* ens!" a
Dariaciones de temperatura durante la ejecución del ensayo.
b
Bmprecisión en la medida del tiempo o en la cantidad de asfalto ca+do en el matraz.
c
>ue la copa del viscos+metro o la abertura del orificio se encuentren sucios.
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