INFORME 23 DENSIDAD DE MATERIALES BITUMINOSOS SÓLIDOS Y SEMISÓLIDOS (MÉTODO DEL PICNÓMETRO) INVE. 707-13
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 22 DENSIDAD DE MATERIALES BITUMINOSOS SÓLIDOS Y SEMISÓLIDOS (MÉTODO DEL PICNÓMETRO)
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 .....................................................................................................5 1. OBJETIVOS .......................................................... Error! Bookmark not defined. 1.1 GENERAL ...................................................... Error! Bookmark not defined. 1.2 ESPECÍFICOS................................................ Error! Bookmark not defined. 2. MARCO TEÓRICO ............................................... Error! Bookmark not defined. 3. EQUIPOS ........................................................................................................10 4. PROCEDIMIENTO ..........................................................................................12 4.1 Calibración del picnómetro ...........................................................................12 4.2 Preparación de la muestra ............................................................................12 5. DATOS OBTENIDOS ........................................................................................14 6. CALCULOS ....................................................................................................... 15 7. ANALISIS DE RIESGO Y ERRORES ...............................................................16 8. ANALISIS DE RESULTADOS...........................................................................17 9. CONCLUSIONES ..............................................................................................18 10. RECOMENDACIONES...................................................................................19 ANEXOS ...................................................................... Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIA .....................................................................................................20
LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Picnómetro ............................................................................................. 10 Figura 2 Termómetro .............................................................................................10 Figura 3 Balanza ...................................................................................................10 Figura 4 cemento asfaltico .....................................................................................11 Figura 5 agua .........................................................................................................11 Figura 6 Peso del picnómetro + agua ...................................................................12 Figura 7 Asfalto a punto de fluidez .........................................................................12 Figura 8 Vertimiento del asfalto en el picnómetro ..................................................13 Figura 9 peso de picnómetro + ¾ de asfalto + ¼ de agua .....................................13
LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Equipos utilizados en el ensayo. ............................................................10 Tabla 2 Materiales usados en el ensayo de ductilidad ..........................................11
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 esta se determinara la dosificación o cantidad de los materiales a usar. En este informe se evidencia el ensayo para establecer el peso específico de un material asfaltico el cual es un ensayo muy básico, a partir de la calibración del picnómetro, este instrumento es fundamental para el desarrollo de este ensayo
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1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la densidad y la densidad relativa (gravedad específica), de materiales bituminosos semisólidos, cementos asfálticos y alquitranes blandos, empleando un picnómetro.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFÍCOS
Calcular la densidad de la muestra a partir de la masa de la muestra y de la masa de agua desalojada por la muestra en el picnómetro lleno. Identificar las características físicas del cemento asfaltico. Estimar la calidad del cemento asfaltico a partir del peso específico y su posible uso. Establecer los parámetros que afectan el ensayo de laboratorio.
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2. MARCO TEÓRICO 2.1 CARACTERISTICAS 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 asfalto1.
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 betún
PACHECO. Carlos, 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 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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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.
2.2 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.
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 técnicas recuperado asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
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de
http://www.e-
Tabla 2 Especificaciones técnicas asfaltos diluidos
Fuente: especificaciones técnicas recuperado asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
de
http://www.e-
de
http://www.e-
Tabla 3 Especificaciones técnicas de asfalto plástico
Fuente: especificaciones técnicas recuperado asphalt.com/espectecnicas/esptecnica.htm
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1. EQUIPOS El equipo empleado durante la realización del ensayo para la determinación del peso específico del cemento asfáltico se presenta en la siguiente tabla.
Tabla 4. Equipos utilizados en el ensayo. EQUIPO
Picnómetro
CANT.
1
DESCRIPCI N Recipiente de vidrio de forma cilíndrica o cónica, con boca esmerilada con un tapón de vidrio de 22 a 26 mm de diámetro, en el centro del cual llevará un orificio de 1.0 a 2.0 mm de diámetro. el picnómetro, el cual tendrá una capacidad de 24 a 30 ml y una masa, incluido el tapón, no superior a 40 g.
IMAGEN Figura 1. Picnómetro
Fuente: autores Figura 2 Termómetro
Termómetros
Balanza
1
1
Termómetros de mercurio con vástago de vidrio, de inmersión total con subdivisiones y escala máxima de error de 0.1ºC.
Fuente: autores. Con legibilidad y exactitud de Figura 3 Balanza 0.05 % del peso de la muestra dentro del rango empleado en el ensayo, o 0.5 g, el que sea mayor.
Fuente: autores. Fuente: elaboarción propia
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Tabla 5 Materiales usados en el ensayo de ductilidad Material
Canti
Cemento asfaltico
-
Agua
-
Descripcion Imagen Mezcla de cemento Figura 4 cemento asfaltico asfaltco el cal se clasfca como 60-70 a partir de la penetracion
Fuente: autores. Para llenar el Figura 5 agua picnometro , debera ser deionizada o destilada recien hervida y enfriada
Fuente: autores. Fuente: elaboarción propia
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2. PROCEDIMIENTO 4.1 Calibración del picnómetro El conjunto del picnómetro fue debidamente pesado es decir más la tapa, este tenía que estar lo más limpio posible para evitar errores en la determinación del peso, a este peso se le llamo [A], luego se agregó la suficiente agua para llenar el picnómetro y poder determinar el peso, a este se le llamo [B], para poder hacer la calibración del picnómetro, pues la diferencia entre estos dos pesos será la capacidad del picnómetro.
Figura 6 Peso del picnómetro + agua
Fuente: Autores 4.2 Preparación de la muestra El asfalto se caliento agitándolo para evitar sobrecalentamientos esto se realizó hasta que este alcanzo el punto de fluidez a una temperatura de aproximadamente 50º C.
Figura 7 Asfalto a punto de fluidez
Fuente: Autores
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Luego se vierte una cantidad de asfalto lo suficiente para llenar ¾ de la capacidad del picnómetro, se debe evitar que el asfalto toque las paredes del orificio de entrada del picnómetro.
Figura 8 Vertimiento del asfalto en el picnómetro
Fuente: Autores El picnómetro más los ¾ de asfalto son debidamente pesados este peso incluye la tapa del picnómetro, a este peso se le llamo [c], luego de obtener ese peso se añadió ¼ de agua es decir hasta llenar la capacidad del picnómetro y este también fue debidamente pesado con la respectiva tapa del picnómetro a este peso se le llamo [D].
Figura 9 peso de picnómetro + ¾ de asfalto + ¼ de agua
Fuente: Autores
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5. DATOS OBTENIDOS Los datos que se obtuvieron para el ensayo de densidad de los materiales bituminosos sólidos y semisólidos del cemento asfaltico mediante el método del picnómetro, fueron:
Tabla No. Datos obtenidos
Fuente: Elaboración propia.
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6. CALCULOS
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7. ANALISIS DE RIESGO 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:
La calibración de los equipos es fundamental para la precisión y exactitud del ensayo. Al momento de agregar el asfalto en el picnómetro hay que cerciorarse que sean los 3/4 exactos de tal manera que se disminuyan los riesgos de tener posibles errores en la toma de datos y posteriores cálculos. Al momento de adicionar agua al picnómetro es conveniente antes de pesarlo en la balanza, secarlo debido a que muchas veces quedan gotas por fuera del picnómetro que de una u otra manera pueden afectar en el peso del mismo. Es de vital importancia, seguir cada una de las especificaciones de la norma de ensayo y su procedimiento correspondiente, en este caso la norma INV 707-13, peso específico del asfalto por el método del picnómetro, para evitar posibles errores.
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8. ANALISIS DE RESULTADOS Según lo especifica la norma en la Tabla 1 la diferencia de valores extremos entre las lecturas tomadas que estén dentro del intervalo de 50 a 149 es máximo de 12 décimas de milímetro (0.1mm), como las lecturas tomadas están dentro de este rango se hizo la respectiva diferencia, obteniendo una diferencia d e 3.1 décimas de milímetros lo cual hace que las lecturas sean permitidas según las especificaciones. A partir de 3 lecturas tomadas en promedio la penetración fue de 63.4 décimas de milímetros lo cual lo clasifica como un cemento asfaltico con grado de penetración 60-70 según lo estipulado en la tabla 2 de especificaciones del cemento asfaltico en condiciones de 25º con una carga de 100 gr durante 5 sg. Teniendo en cuenta la equivalencia entre el grado de penetración del asfalto y el cemento asfaltico tenemos que para el grado de penetración de AC 60-70 tiene una equivalencia de viscosidad tipo AC 20 según la Tabla N 4 Para evaluar la confiabilidad de los datos obtenidos se realizaron algunas medidas de tendencia central que permitirán determinar la precisión del ensayo basándonos en la Tabla N3 comparando la desviación estándar permitida con la obtenida por los datos, tenemos que los datos no son confiables en cuanto a la precisión en las especificaciones.
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9. CONCLUSIONES El nivel de consistencia dependerá del nivel de penetración a la temperatura de ensayo, en este caso la consistencia en alta debido a que la penetración es de baja a media con 63.4 décimas de milímetros, esta es una medida de calidad del cemento asfaltico, cuando no se especifica la penetración en un trabajo se asumirá que el rango aceptable esta entre AC 60-70, es decir el asfalto ensayado cumple con las especificaciones generales de carreteras del INVIAS por estar en este rango. La clasificación del cemento asfaltico fue AC 20, este puede ser utilizado en la elaboración de carpetas asfálticas de mezcla en caliente, así como para elaborar emulsiones asfálticas en carpetas y morteros de mezcla en frio, este tipo de cemento asfaltico puede ser almacenado a temperatura ambiente en periodos prolongados.
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10. RECOMENDACIONES
Se debe verificar que el picnómetro este limpio es decir que no contenga partículas que puedan influenciar en la toma del peso del picnómetro vacío. La calibración de la balanza es esencial para evitar errores que influyan en la precisión del ensayo ya que el equipo fundamental en el desarrollo del ensayo es la balanza para la toma de pesos. Al agregar el asfalto en el picnómetro es importante que se haga de la mejor manera es decir teniendo precaución ya que el asfalto no debe quedar en las paredes del picnómetro.
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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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