INFORME 21 PESO ESPECÍFICO ESPECÍFICO DEL CEMENTO CEMENTO ASFALTICO ASFALTICO
VICTOR HUGO BARRERA MORENO LAURA YOJANNA CHAPARRO RODRIGUEZ DEISY ANDREA HERNÁNDEZ TORRES JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES NICOLE HANEIDY REYES SIERRA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS MATERIALES PARA INGENIERIA TUNJA 2017
INFORME 21 PESO ESPECFICADO DEL CEMENTO ASFALTICO
GRUPO 1 VICTOR HUGO BARRERA MORENO
Código: 201421867
LAURA YOJANNA CHAPARRO RODRIGUEZ
Código: 201420196
DEISY ANDREA HERNÁNDEZ TORRES
Código: 201420242
JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES
Código: 201421682
NICOLE HANEIDY REYES SIERRA
Código: 201420268
Informe de laboratorio presentado a: Ingeniero M. Sc. GONZALO PEREZ BUITRAGO Monitor: BRANDON NICOLAS OLARTE RIAÑO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS MATERIALES PARA INGENIERIA TUNJA 2017
TABLA DE CONTENIDO pág. INTRODUCCION ................................................. .......................................................................... ................................................... ............................6 1. OBJETIVOS .................................................. ........................................................................... ................................................... ............................7 GENERAL .................................................... ............................................................................. ................................................... ............................... .....7 ESPECÍFICOS ................................................. .......................................................................... ................................................... ............................7 2. MARCO TEÓRICO ............................................................... ........................................................................................ ............................... ......8 2.1 CARACTERSTICAS ................................................... ............................................................................. ................................... .........8 2.1.1 Asfalto. ................................................ ......................................................................... ................................................... ............................ 8 2.1.2 Cemento asfaltico........................... asfaltico.................................................... ................................................... ............................... .....8 2.1.3 Peso específico del asfalto.................................................. .................................................................... ..................8 2.1.4 Principio de Arquímedes. .................................................... ...................................................................... ..................9 2.2 IMPORTANCIA DE D E LOS MATERIALES USADOS EN EL ENSAYO ............9 2.3 CRITERIOS COMUNES .................................. ........................................................... ............................................. ....................10 3. EQUIPOS............................................ EQUIPOS...................................................................... ................................................... ..................................... ............11 3.1 MATERIAL UTILIZADO ........................................................... ............................................................................... ....................12 4. PROCEDIMIENTO........................................... .................................................................... .................................................. .........................13 4.1 PROCEDIMIENTO DE MUESTREO .................................................... ............................................................ ........13 4.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ................................................................. .................................................................13 5. DATOS OBTENIDOS ........................................................... ..................................................................................... ............................. ...15 6. CÁLCULOS ...................................................................... ............................................................................................... ................................. ........ 16 7. ANALISIS DE RIESGOS Y ERRORES ................................................. ............................................................. ............18 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................... ............................................................... ..................................... ............19 9. CONCLUSIONES ................................................. .......................................................................... ............................................. ....................20 10. RECOMENDACIONES ....................................... ................................................................. ............................................. ................... 21 BIBLIOGRAFIA ............................................... ........................................................................ ................................................... ............................. ...22
LISTA DE TABLAS pág. Es pecificaciones técnicas de cementos asfalticos ...................................10 Tabla 1 Especificaciones ..............................................10 Tabla 2 Especificaciones técnicas asfaltos diluidos .............................................. ...........................................10 Tabla 3 Especificaciones técnicas de asfalto plástico ........................................... u tilizados en el ensayo. e nsayo. ............................................................. .............................................................11 Tabla 4. Equipos utilizados empleado s en el ensayo. ....................................................... .......................................................12 Tabla 5. Materiales empleados ...................................................... .................................................... ................................. .......15 Tabla 6. Datos obtenidos ............................ ....................................16 Tabla 7. Cálculo de la gravedad específica y la densidad. ....................................
LISTA DE FIGURAS pág. ..................................................................... ............................... .....9 Figura 1. Principio de Arquímedes ........................................... ......................................................................... .................................................. .........................11 Figura 2. Balanza ................................................ ....................................................................................... .......................................... ................11 Figura 3. Base............................................................. ........................................................................ ................................................... ............................. ... 11 Figura 4. Lastre ............................................... .............................................................................................. .........................11 Figura 5. Recipiente ..................................................................... ............................................................................... ...........12 Figura 6. Vaso de precipitado .................................................................... .................................................................................. ...............12 Figura 7. Esferas de asfalto ................................................................... .......................................................................... ................................................... ............................. ...12 Figura 8. Agua................................................. ............................................................... ................13 Figura 9. Esferas de asfalto moldeadas. ............................................... .......................................................... .......13 Figura 10. Montaje para pesaje del asfalto. ................................................... a sfalto. .................................................. ..................................................14 Figura 11. Pesaje al aire de la esfera de asfalto. ...........................................14 Figura 12. Pesaje de la esfera de asfalto sumergida. ...........................................
INTRODUCCION El proceso de construcción de las capas de rodadura, para los casos en que sea diseñado un pavimento flexible para la carretera implica conocer aspectos básicos de la composición y el estado de las condiciones del material asfáltico, pues en cada etapa constructiva es necesario procurar satisfacer la calidad y el buen funcionamiento de los mismos, a partir del cumplimiento de controles y requerimientos o especificaciones técnicas requeridas en la obra. El peso específico del asfalto es un valor que por lo general no se específica, pero que es necesario conocer pues este es muy útil para realizar correcciones de volumen cuando se encuentra a diferentes temperaturas y en especial si son muy elevadas, pues todos los líquidos y algunos solidos sufren cambios de volumen con la variación de la temperatura como por ejemplo los cambios que sufre durante el transporte si no es preparado en la obra, o durante su aplicación pues estos dos procesos no se realizan a la misma temperatura. Además dicha propiedad podrá, establecer el origen y clasificación del material asfaltico, ya sea que se trate de derivados de petróleo o de yacimientos asfálticos lacustres o del alquitrán y sus derivados, pues el valor del peso específico de estas diferentes fuentes varía una de la otra. En cuanto a la mezcla con agregados es indispensable conocer esta propiedad pues a partir de ella también dependerá la cantidad de asfalto necesario en la mezcla. En este informe se evidencia el ensayo para establecer el peso específico de un material asfaltico el cual es un ensayo muy básico, en el cual se aplica el principio de Arquímedes, para la determinación del empuje que causa el peso del material de asfalto sumergido en agua, con respecto al peso del miso material en el aire.
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1. OBJETIVOS
GENERAL Determinar el peso específico del cemento asfaltico a partir del principio de Arquímedes para una muestra de cemento asfaltico.
ESPECÍFICOS
Identificar las características físicas del cemento asfaltico. Estimar la calidad del cemento asfaltico asfaltico a partir del peso específico y su posible uso.
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2. MARCO TEÓRICO
2.1 CARACTERSTICAS 2.1.1 Asfalto. Es un material aglomerante impermeable, durable, que se puede encontrar en estado sólido o semisólido, de color negro a pardo oscuro, utilizado en mezclas bituminosas actuando como ligante, es un componente natural que existe en forma de solución en la mayor parte de los petróleos. En estas mezclas bituminosas, el asfalto proporciona flexibilidad, ya que es una sustancia plástica resistente a la acción de la temperatura. El asfalto se puede obtener de manera artificial, mediante la destilación fraccionada del petróleo; y de forma natural cuando el petróleo aflora por grietas 1
2.1.2 Cemento asfaltico. Este es un asfalto refinado o una mezcla de asfalto refinado y aceite fluidificante de buena consistencia apropiada para el proceso de pavimentacion, la consistencia del asfalto es el grado 1de fluidez y plasticidad a cualquier temperatura y esta varia de acuerdo a la temperatura, se clasifican por su consistencia de acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aún en presencia de los diferentes agentes externos tales como el clima, la atura, la temperatura ambiental y condiciones severas de tráfico., se conocen 5 tipos de cemento asfaltico 2
Asfaltos de penetracion 40-60 Asfaltos de pentreacion 60-70 Asfaltos de penetracion 85-100 Asfaltos de penetracion 120-150 Asfaltos de penetracion 200-300
Este numero indica el grado de consistencia del material, a mayor penetracion mas blando sera el asfalto 1
2.1.3 Peso específico del asfalto. Este es un indicador de la calidad del cemento asfaltico, el peso específico es la relación en peso para volúmenes iguales de
PACHECO. Carlos, comportamiento comportamiento de las mezclas de concreto asfaltico TN-12 y tipo III a diferentes temperaturas, universidad Rafael Urdaneta, escuela ingeniería civil 2010
1
2 ACOSTA.
Adriana. análisis de la correlación entre entre estabilidad y módulo de rigidez para mezclas asfálticas en caliente, empleando agregados pétreos del distrito metropolitano de quito pontificia universidad católica del ecuador escuela de ingeniería civil
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betún y agua refinados ambos a la temperatura de 25º C. su determinación comprende una muestra de betún a la temperaturas y medio ambiente La determinación del peso específico de los sólidos de las partículas del suelo se hace mediante la relación de partículas secas y el volumen que ellas desalojan.
2.1.4 Principio de Arquímedes. Afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. 33 La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figura:
El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido fluido en equilibrio equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido sólido de la misma misma forma y dimensiones
Figura 1. Principio de Arquímedes
Fuente: Fuente: principio de Arquímedes recuperado de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm
2.2 IMPORTANCIA DE LOS MATERIALES USADOS EN EL ENSAYO Es deseable conocer el peso específico del betún asfáltico. Este conocimiento es útil para hacer las correcciones de volumen cuando este se mide a temperaturas elevadas. Se emplea también como uno de los factores para la determinación de los vacíos en las mezclas asfálticas para pavimentación compactadas. El peso específico es la relación del peso de un volumen determinado de material al peso de igual volumen de agua, estando ambos materiales a temperaturas especificadas. Todos los líquidos y la mayor parte de los sólidos sufren cambios de volumen cuando varía la temperatura. Se expande cuando se le calientan y se contraen cuando se enfrían 1 3Principio
de Arquímedes. En línea http://www.sc.ehu.es/sbweb/fis, ica/fluidos/estatica/Arquímedes/arquimedes.htm septiembre 2017]
9
[
citado
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2.3 CRITERIOS COMUNES El peso específico del cemento asfáltico como subproducto de la destilación artificial del petróleo, rara vez excede de 1.04: el del alquitrán llega a 1.30 y los asfaltos naturales de los yacimientos lacustres de 1.20 a 1.40.
Tabla 1 Especificaciones técnicas de cementos asfalticos
Fuente: especificaciones especificac iones técnicas asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
recuperado
de
http://www.e-
de
http://www.ehttp://www.e -
de
http://www.ehttp://www.e -
Tabla 2 Especificaciones técnicas asfaltos diluidos
Fuente: especificaciones especificac iones técnicas asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
recuperado
Tabla 3 Especificaciones técnicas de asfalto plástico
Fuente: especificaciones especificac iones técnicas asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
recuperado
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3. EQUIPOS Los equipos requeridos durante la realización del ensayo para la determinación del peso específico del asfalto se encuentran condensados en la tabla. Tabla 4. Equipos 4. Equipos utilizados en el ensayo.
EQUIPO EQUIPO
Balanza
Base
Lastre
CANT. CANT.
1
1
1
DESCRI DESCRIPCI PCI N Con legibilidad y exactitud de 0.05 % del peso de la muestra dentro del rango empleado en el ensayo, o 0.5 g, el que sea mayor. La balanza debe estar equipada con un sistema que permita suspender el lastre. Es un apoyo con las condiciones necesarias para poner la balanza sobre este y a partir del cual se pueda suspender el lastre que tomara el peso sumergido del asfalto. Sistema que consiste en una cuerda y un dispositivo metálico, que sirve para adherir la esfera de asfalto y tomar el peso de la misma en el agua.
IMAGEN IMAGEN Figura 2. Balanza
Fuente: autores Fuente: autores Figura 3. Base 3. Base
Fuente: autores Fuente: autores Figura 4. Lastre 4. Lastre
Fuente: autores Fuente: autores Figura 5. Recipiente 5. Recipiente
Recipientes
1
De plástico, con las condiciones necesarias para ser usado para sumergir las esferas de asfalto sin someterlas a la resequedad.
Fuente: elaboración Fuente: elaboración propia.
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Fuente: autores Fuente: autores
(Tabla 1. continuación) Equipos utilizados en el ensayo. Figura 6. Vaso de precipitado
1
Vaso de precipitado
Con las condiciones de capacidad, necesarias para poder sumergir la esfera de asfalto dentro de este.
Fuente: autores Fuente: autores Fuente: elaboración Fuente: elaboración propia.
3.1 MATERIAL UTILIZADO Los materiales usados para la ejecución del ensayo de determinación del peso específico del asfalto se presentan en la tabla. Tabla 5. Materiales 5. Materiales empleados en el ensayo.
MATERIA MATERIAL L
CANT. CANT.
Esferas de asfalto
3
DESCRI DESCRIPCI PCI N Moldeadas con cemento asfaltico, con peso y geometría similar, a las cuales se determina el peso específico.
IMAGEN IMAGEN Figura 7. Esferas de asfalto
Fuente: autores Fuente: autores Figura 8. Agua 8. Agua
Agua
-
Del grifo, usada para mantener el asfalto sin resequedad, y para someterlo a la prueba del empuje.
Fuente: elaboración Fuente: elaboración propia.
12
Fuente: autores Fuente: autores
4. PROCEDIMIENTO 4.1 PROCEDIMIENTO DE MUESTREO En primer lugar antes de la realización del ensayo se moldearon tres esferas con cemento asfaltico, para luego sumergirlas en agua. Figura 9. Esferas 9. Esferas de asfalto moldeadas.
Fuente: autores. Fuente: autores.
4.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Al inicio del ensayo se hizo el montaje para p ara el pesaje p esaje de las esferas, comprendido por la balanza, la base y el lastre. Figura 10. Montaje 10. Montaje para pesaje del asfalto.
Fuente: autores. Fuente: autores.
Enseguida se tomó la primera esfera y se pesó en el aire, ósea sobre la balanza, se hizo la lectura y se retiró 13
Figura 11. Pesaje 11. Pesaje al aire de la esfera de asfalto.
. Fuente: autores. Fuente: autores.
A continuación se preparó un vaso de precipitado llenándolo de agua, se adhirió la esfera de asfalto al dispositivo suspendido en el lastre, para luego ingresarlo dentro del agua en el vaso, se tomó el peso y se retiró la esfera. Figura 12. Pesaje 12. Pesaje de la esfera de asfalto sumergida.
Fuente: autores. Fuente: autores.
Enseguida se tomaron las dos esferas restantes y se siguió el mismo procedimiento para obtener su peso en el aire y sumergido. Se anotaron los datos y se dio por finalizado el ensayo.
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5. DATOS OBTENIDOS Los datos que se obtuvieron para el ensayo de determinación del peso específico del cemento asfaltico a partir del principio de Arquímedes fueron: Tabla 6. Datos obtenidos Nº
1
2
3
29.77
27.14
26.56
9.72
9.69
9.96
MASA EN EL AIRE (A) MASA SUMERGIDA (B)
Fuente: elaboración Fuente: elaboración propia.
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6. CÁLCULOS Se calcula la gravedad específica (Gs) de las tres muestras realizadas con aproximación a 0.001, de acuerdo con la siguiente expresión:
=
−
Dónde:
Masa de la muestra al Aire: [A] en gr Masa sumergida: [B] en gr
Después, calculamos calculamos la la densidad de de con el promedio de las las gravedades específicas de las 3 muestras, por medio de la siguiente expresión:
= ∗
En donde el
w para una temperatura de 25º C es de 997 /.
Entonces, la siguiente tabla muestra los resultados obtenidos de acuerdo a los cálculos descritos anteriormente. Tabla 7. Cálculo 7. Cálculo de la gravedad específica y la densidad.
Fuente: elaboración Fuente: elaboración propia.
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Ejemplo de Cálculo de la Gs para la primera muestra:
=
29.77 29.77 29.77 − 9.72 9.72
= .
Ejemplo de Cálculo de de la densidad, realizando el promedio de la Gravedad específica. = ∗
= 1.54 .547 ∗ 997Kg 7Kg/m3 = .. Kg/ Kg/m m3
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7. ANALISIS DE RIESGOS Y ERRORES En la realización del presente ensayo se distinguen diferentes posibilidades de cometer errores que pueden afectar los resultados del mismo, estos se deben evitar en la mayor medida para que se cumplan las exigencias mínimas de las normas guía para la realización del ensayo, dichos factores se mencionan a continuación:
Al momento de de pesar las esferas de cemento asfaltico es fundamental fundamental dejar la balanza encerada para evitar la obtención de datos erróneos La calibración de los equipos es fundamental para la precisión y exactitud del ensayo.
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8. ANÁLISIS DE RESULTADOS De acuerdo a los cálculos realizados, se evidencia que el promedio para la gravedad específica de las tres muestras fue de 1.547 un valor relativamente alto, de igual manera se calculó la densidad relativa multiplicando precisamente el valor promedio obtenido de la gravedad específica con el peso unitario del agua en Kg/m3 , que para este caso se obtiene de una tabla relacionándola con la temperatura, el cual fue de 997 Kg/m3 , para una temperatura de 25º C, que fue la trabajada en el laboratorio. Al realizar el cálculo de la densidad se obtuvo un valor de 1542.056 Kg/m3.Para comparar este resultado fue necesario consultar otras especificaciones técnicas para asfaltos, debido a que las del INVÍAS no brindaban información certera respecto a este parámetro. Al comparar dicho valor con las especificaciones técnicas para los asfaltos4 , (Ver tabla 1.1), se evidencia que la densidad obtenida no cumple con los requisitos permisibles para ninguno de los tipos de asfaltos descritos en dicha tabla debido a que estos se encuentran en un rango entre 0.98 y 1.1. Lo mismo mismo ocurre para las tablas 1.2 y 1.3, donde nos muestran las especificaciones técnicas de pintura asfáltica y las especificaciones técnicas para asfaltos oxidados respectivamente en la que tampoco cumple con los rangos establecidos para ninguna de estas tablas. Es necesario realizar nuevamente el ensayo debido a que pudo haber posibles errores en algún procedimiento del mismo, lo que ocasionó que los resultados no estuvieran dentro de los rangos aceptables.
4 Asphalt
Machineries and Equipment
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9. CONCLUSIONES
Se realizaron los cálculos cálculos pertinentes para el ensayo, determinando la gravedad especifica promedio para las tres muestras y posteriormente calculando la densidad relativa, multiplicando la gravedad especifica promedio con el peso unitario del agua en Kg/m3 , que fue extraída de una tabla en la que se relacionaba con la temperatura del ensayo, que para este caso fue de 25ºC. Se compararon compararon los resultados con las especificaciones técnicas para asfaltos, asfaltos, concluyendo que los resultados obtenidos no se encuentran dentro de los rangos permisibles para ninguna de las tablas enumeradas descritas en el ítem 9. Se concluye que los datos obtenidos no se encuentran aceptables para las especificaciones, por lo que es necesario repetir nuevamente el ensayo y determinar si algún procedimiento no se realizó de la mejor manera y pudo haber afectado los resultados.
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10. RECOMENDACIONES
Las esferas moldeadas deben tener características características iguales por lo ideal es que se pueda hacer un promedio de los resultados obtenidos. La balanza debe encontrarse en las condiciones óptimas de calibración y ser manipulada de manera que ningún agente externo, afecte el peso de la esfera. Mantener las esferas de asfalto sumergidas en el agua para evitar evitar la resequedad de las mismas en el momento del pesaje. Adherir la esfera de asfalto al lastre muy bien, para para que esta no se vaya vaya a soltar durante el pesaje.
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BIBLIOGRAFIA PACHECO. Carlos, comportamiento de las mezclas de concreto asfaltico TN-12 y tipo III a diferentes temperaturas, universidad Rafael Urdaneta, escuela ingeniería civil 2010 [en línea] [citado 21 septiembre 2017] ACOSTA. Adriana. Análisis de la correlación entre estabilidad y módulo de rigidez para mezclas asfálticas en caliente, empleando agregados pétreos del distrito metropolitano de quito pontificia universidad católica del ecuador escuela de ingeniería civil [en línea] [citado 21 septiembre 2017]
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