INFORME N°15. DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DEL ASFALTO EMPLEANDO UN VISCOSÍMETRO ROTACIONAL INV-E-717-13
JOSUE ALEJANDRO ESPITIA JOSE LUIS GIL SOSA HERMES ALEJANDRO GONZALEZ JUAN SEBASTIAN VARGAS
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL TUNJA 2017
INFORME N°15. DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DEL ASFALTO EMPLEANDO UN VISCOSÍMETRO ROTACIONAL INV-E-717-13
JOSUE ALEJANDRO ESPITIA JOSE LUIS GIL SOSA HERMES ALEJANDRO GONZALEZ JUAN SEBASTIAN VARGAS
Presentado a: Ing. MSc. GONZALO PÉREZ BUITRAGO Monitora: PAMELA HUERTAS
Asignatura: PAVIMENTOS (LABORATORIO)
Fecha de realización: 30 de octubre de 2017 Fecha de entrega: 14 de noviembre de 2017
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TUNJA 2017
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5 OBJETIVO GENERAL................................................................................................................... 5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................... 5 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS .......................................................................................................... 6 PROCEDIMIENTO........................................................................................................................... 7 DATOS Y RESULTADOS .................................................................................................................. 9 POSIBLES FUENTES DE ERROR .................................................................................................... 13 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 14 RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 15 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 16
TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Montaje para ensayo de viscosímetro rotacional .......................................... 6 Ilustración 2. Procedimiento para el uso del viscosímetro de Brookfield .......................... 8 Ilustración 3. Criterios para evaluación de precisión del ensayo ...................................... 10 Ilustración 4. Curva Viscosidad Vs Temperatura ................................................................ 11 Ilustración 5. Curva reológica ................................................................................................. 1 2
INTRODUCCIÓN
La viscosidad del asfalto es una propiedad necesaria para clasificar este material y ver el comportamiento del mismo, ante diferentes cambios de temperatura, así como el modo de aplicación y demás, este informe describe el procedimiento y obtención de la viscosidad de un asfalto, siguiendo la norma INVIAS correspondiente.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la viscosidad del asfalto a diferentes temperaturas, siguiendo los parámetros establecidos en la norma INVIAS E-717-13.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la desviación estándar de las viscosidades obtenidas.
Obtener el coeficiente de variación para cada grupo de viscosidades.
Observar la relación que existe entre la temperatura y la capacidad de fluidez que tiene un material bituminoso como el asfalto mediante la elaboración de la curva reológica.
EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
HORNO: capaz de mantener y controlar cualquier temperatura, desde la ambiente hasta 260°C, con una precisión de +/- 3°C . TERMÓMETRO: Para medir temperaturas desde 60 hasta 200°C, legibles cada
0.2°C. BALANZA : con capacidad de 2000g y lecturas de 0.1g. VÁSTAGOS CILÍNDRICOS: de varios tamaños de vástagos, para emplear con
asfaltos de diferentes viscosidades. VISCOSÍMETRO ROTACIONAL: capaz de medir el par de torsión necesario
para hacer girar el vástago sumergido en asfalto a velocidad constante y a la temperatura de ensayo fijada. El equipo debe tener una pantalla digital donde se muestre la viscosidad de la muestra en Pascales-segundo (Pa.s). UNIDAD DE CONTROL DE TEMPERATURA: dispositivo capaz de mantener la
temperatura de las muestras con una precisión de +/- 1°C, en un rango de temperaturas de ensayo comprendidas entre 60 y 165°C o más. ELEMENTOS ADICIONALES: Contenedor térmico con tapa aislante, cápsulas
para las muestras, soporte para las cápsulas, pinzas de extracción, etc.
Ilustración 1. Montaje para ensayo de viscosímetro rotacional
Fuente: normas de ensayo para materiales para carreteras INV E – 717- 13
PROCEDIMIENTO
Se realiza la preparación del viscosímetro rotacional, se nivela con la guía y ayuda de una burbuja sobre el aparato. Posteriormente se hace la calibración y normalización con un líquido newtoniano.
Se enciende el viscosímetro rotacional y la unidad de control de temperatura ajustándola a la temperatura del ensayo deseada.
Al alcanzar la temperatura de ensayo deseada se adiciona a la cápsula de la muestra la cantidad requerida de asfalto y con ayuda de las pinzas de extracción esta es colocada en el contenedor térmico.
Se alinea el contenedor térmico con el viscosímetro. Se retira del horno el vástago seleccionado y se coloca en la parte inferior del viscosímetro. Una vez acoplado el vástago, se baja suavemente de modo que penetre en la muestra asfáltica hasta que el asfalto cubra su parte cónica superior.
Luego se coloca la tapa aislante sobre el contener térmico y se lleva la muestra de asfalto a la temperatura deseada en un tiempo de aproximadamente 30 minutos, se hacen los ajustes de velocidad de rotación a 20 rpm y se ajusta el lector digital del viscosímetro para que de la lectura en (Pa.s).
Se deja que la muestra se equilibre a la temperatura deseada por un tiempo de 10 minutos, durante este periodo de equilibrio se pone a rotar el vástago y se va observando la viscosidad.
Se lee y registra el valor de la viscosidad a intervalos de un minuto por un total de tres minutos.
Ilustración 2. Procedimiento para el uso del viscosímetro de Brookfield
Fuente: Elaboración Propia.
DATOS Y RESULTADOS
Tabla N° 1. Datos ensayo viscosímetro rotacional Temperatura (°C) Velocidad de giro (RPM) Tiempo (min) Viscosidad (cP) 10 47500 11 47150 80 5 12 47050 10 7550 11 7300 100 5 12 7150 10 1525 11 1450 120 20 12 1413 10 365,7 11 366,7 140 60 12 366,7 10 167,5 11 162,5 160 100 12 160 10 85 11 82,5 180
100
12
Fuente: Elaboración propia.
Tabla N°2. Resultados viscosímetro rotacional Temperatura (°C) viscosidad (cP) 80 47233,33 100 7333,33 120 1462,67 140 366,37 160 163,33 180 82,5
Fuente: Elaboración propia.
viscosidad (Pa*s) 47,23 7,33 1,46 0,37 0,16 0,08
80
Tabla N°3. Análisis de precisión. Temperatura (°C) Velocidad de giro (RPM) Tiempo (min) Viscosidad (cP) Desviación Estándar 80
100
120
140
160
180
5
5
20
60
100
100
10
47500
11
47150
12
47050
10
7550
11
7300
12
7150
10
1525
11
1450
12
1413
10
365,7
11
366,7
12
366,7
10
167,5
11
162,5
12
160
10
85
11
82,5
12
80
CV (%)
236,2907813
0,500
202,0725942
2,756
57,06429123
3,901
0,577350269
0,158
3,818813079
2,338
2,5
3,030
Fuente: Elaboración Propia.
Como dice en las especificaciones del ensayo 717-13 de la normatividad del Instituto Nacional de Vías, en el apartado 12 sobre la precisión y sesgo para la práctica de laboratorio en cuestión; los datos tomados en el laboratorio pueden ser juzgados de acuerdo al criterio en donde se tiene en cuenta la precisión de un solo operador:
Ilustración 3. Criterios para evaluación de precisión del ensayo
Fuente: Norma INV E-717-13 De acuerdo a los criterios mostrados anteriormente la viscosidad a una temperatura de 140°C es la más precisa al presentar un coeficiente de variación
muy bajo lo cual es aceptable por la norma. Y la viscosidad menos precisa se presenta a una temperatura de 120°C. Ilustración 4. Curva Viscosidad Vs Temperatura
Curva Viscosidad Vs Temperatura 50,00 45,00 40,00 ) s * 35,00 a P ( 30,00 d a 25,00 d i s 20,00 o c s i 15,00 V 10,00 5,00 0,00 70
90
110
130
150
170
190
Temperatura (°C)
Fuente: Elaboración Propia. Como se observa en la gráfica anterior, la viscosidad disminuye a medida que aumenta la temperatura. Empezando con una viscosidad que desciende abruptamente desde una temperatura de 80°C hasta los 100°C y de esa temperatura en adelante, la disminución de la viscosidad es más gradual y moderada. A demás se presenta la gráfica reológica para este ensayo, en donde se grafica el logaritmo del logaritmo de la viscosidad en mPa*s en el eje de las ordenadas versus el logaritmo de la temperatura en grados Kelvin en el eje de las abscisas, como dice en el apartado 3 de INV E-753-13:
Ilustración 5. Curva reológica
Curva reológica 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
) ) d a d i s o c s i V ( g o L ( g o L
2,54
2,56
2,58
2,6
2,62
2,64
Log(T°)
Fuente: elaboración Propia.
2,66
2,68
POSIBLES FUENTES DE ERROR
Los posibles errores que se presentaron en este caso son netamente por la interacción del operador con el viscosímetro rotacional; esto debido a que en la práctica se deben tomar una serie de tiempos y lecturas las cuales pueden estar alejadas del valor real, puesto que al momento de tomar las medidas se presentan errores en la visualización y lectura de los valores suministrados por el viscosímetro rotacional.
CONCLUSIONES
Es posible seguir el procedimiento descrito en la norma correspondiente para medir la viscosidad de un asfalto con ayuda de un viscosímetro rotacional; estos valores obtenidos pueden ser utilizados en el análisis previo a la elaboración de la capa asfáltica que llevara una estructura de pavimento, en donde es necesario saber a qué temperatura el asfalto deberá estar para su correcto mezclado y compactación Se hace uso de la viscosidad del fluido a diferentes temperaturas para poder obtener la curva de viscosidad vs temperatura en donde se puede concluir que la capacidad a fluir del material bituminoso disminuye en cuanto aumenta su temperatura. La relación de viscosidad-temperatura puede ser representada en una gráfica donde se muestre la curva reológica del asfalto utilizado en el ensayo; la cual pues ser utilizada para conocer las viscosidades optimas y temperaturas adecuadas para la pavimentación.
RECOMENDACIONES
Se recomienda tomar las lecturas después de cada cambio en el controlador de temperatura y pasados 10 minutos, cada 3 minutos la lectura de viscosidad. Si se presentan cambios bruscos se debe repetir el procedimiento desde el cambio de temperatura para que los datos sean más coherentes, afectados tal vez por cualquier inestabilidad ambiental.
BIBLIOGRAFÍA
ALFONSO MONTECO FONSECA. Ingeniería de pavimentos para carreteras, 2da edición. SOLMINICHAC. Gestión de infraestructura vial, 1 edición, universidad de chile. LINA MERCEDES MONSALVE. Diseño de pavimentos flexible y rígido, 1 edición, 2012. EDGAR GOMEZ. Ingeniería de pavimentos, 2da edición, 2002. Norma INVIAS: DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DEL ASFALTO EMPLEANDO UN VISCOSÍMETRO ROTACIONAL INV E – 717 – 13
