LABORATORIO N°22 PENETRACION DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS INV E-706-13
Grupo N° 4 THOMAS ANIBAL CASTILLO GUIO JORGE LUIS LLANOS ARIAS LINA JOHANA MEDRANO ALVAREZ CRISTIAN FABIAN PEREZ MURCIA PAULA CAMILA PEREZ ZORRO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS MATERIALES PARA INGENIERIA TUNJA 2017
LABORATORIO N°22 PENETRACION DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS INV E-706-13
THOMAS ANIBAL CASTILLO GUIO
Cód. 201421173
JORGE LUIS LLANOS ARIAS
Cód. 201420220
LINA JOHANA MEDRANO ALVAREZ
Cód. 201420289
CRISTIAN FABIAN PEREZ MURCIA
Cód. 201420175
PAULA CAMILA PEREZ ZORRO
Cód. 201420267
Presentado al Ingeniero: GONZALO PEREZ BUITRAGO En la asignatura de: MATERIALES PARA INGENIERIA
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. .......................................................................... .................................................... .......................... 5 INTRODUCCIÓN ................................................ ................................................................................................ .............................. .... 6 1. OBJETIVOS. ...................................................................... .............................................................................. ...................... 6 1.1. OBJETIVO GENERAL. ........................................................ ..................................................................... ............. 6 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................... ........................................................................ ........................................... .................. 7 2. MARCO TEÓRICO ............................................... .......................................................................... ................................ ...... 10 3. EQUIPOS UTILIZADOS ................................................ ................................................................... .................... 13 4. PROCEDIMIENTO REALIZADO ............................................... ......................................................................... .................................... ........... 15 5. DATOS OBTENIDOS ................................................ 5.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA .................................................. ............................................................. ........... 15 ........................................................................... .................................................. ........................ 16 6. CALCULOS ................................................. ......................................................... ....... 17 7. ANÁLISIS DE RIESGOS Y ERRORES .................................................. ..................................... 18 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES ...................................... ............................................................................ ................................ ...... 19 9. RECOMENDACIONES .................................................. ............................................................................ .................................................. ........................ 20 BIBLIOGRAFIA ..................................................
TABLA DE FIGURAS Pág. Ilustración 1. Penetrometro ............................................................... ................................................................................... .................... 10 Ilustración 2. 2 . Aguja de penetración. p enetración. .............................................. ...................................................................... ........................ 10 Ilustración 3. Recipiente para muestras ................................................ ................................................................ ................ 11 Ilustración 4. 4 . Baño María ...................................................................... ...................................................................................... ................ 11 Ilustración 5. Termómetro ................................................. .......................................................................... .................................... ........... 12 Ilustración 6. Cronometro .................................................. ........................................................................... .................................... ........... 12 Ilustración 8. Penetrómetro. ................................................................... .................................................................................. ............... 13 Ilustración 8. 8 . Aproximación Apr oximación de la aguja. ................................................ ................................................................ ................ 13 Ilustración 9. Dial en cero. ................................................. .......................................................................... .................................... ........... 14 Ilustración 10. Muestra de asfalto siendo penetrada ............................................. ............................................. 14
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Dimensiones de los recipientes ............................................... ............................................................... ................ 11 Tabla 2. Resultados de la muestra ................................................ ........................................................................ ........................ 15
INTRODUCCIÓN El ensayo de penetración determina la dureza o consistencia de los cementos asfalticos. Es de importancia ya que conociendo estos valores presentados después de haber elaborado el ensayo puede prevenirse el agrietamiento del cemento asfaltico y por lo tanto obtener un mejor diseño de asfalto. Para determinar la consistencia de algunos materiales asfalticos se hace el ensayo de penetrabilidad, este laboratorio se desarrolló en las instalaciones de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Básicamente un breve procedimiento de este es el verter en un recipiente el asfalto en estado líquido para después dejarlo enfriar por cierto tiempo y llevarlo después al baño de maría a 25 grados Celsius por 1 hora, ya con nuestro equipo procedemos a hacer las respectivas penetraciones con el penetro metro y sacar los respectivos cálculos y análisis de resultados además de los anexos que se tendrán en cuenta en el siguiente informe. No obstante queda por decir que no hubo limitantes limitantes grandes en el trabajo y que el desarrollo y procedimiento de este fue el indicado.
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1. OBJETIVOS 1.1.
Determinar la clasificación de una muestra de asfalto a través del ensayo de penetración.
1.2.
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Analizar y comprender su grado de penetración del asfalto en el ambiente. Obtener información información de este material bituminoso para sus aplicaciones en la ingeniería.
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2. MARCO TEÓRICO 2.1.
Ensayo de penetración:
Teniendo en cuenta la consistencia de los materiales asfálticos sólidos o semisólidos en los cuales el único componente es un asfalto, podemos determinar que situaciones que atentan cuenta su estructura; la penetración que tienen los materiales asfalticos se usan como una medida de consistencia. La penetración es la distancia, expresada en décimas de milímetro hasta la cual una aguja normalizada penetra verticalmente en el material en condiciones definidas de carga, tiempo y temperatura. Ej.: a 25° C (77° F) durante un tiempo de 5 segundos y con una carga móvil total, incluida la aguja, de 100 g. Para determinar la medida de las penetraciones utilizamos el penetrómetro, está constituido por un mecanismo que permita el movimiento vertical sin rozamiento apreciable de un vástago o soporte móvil al cual se pueda fijar firmemente por su parte inferior, la aguja de penetración; y que permita, además, la colocación sobre el mismo, de diferentes cargas suplementarias; el aparato deberá estar calibrado para dar directamente la lectura en unidades de pen etración, debe ser capaz de indicar la profundidad de penetración con una aproximación de 0.1 mm. Masa del vástago: 47.5 ±0.05 ±0.05 g Masa total del conjunto móvil formado por el vástago juntamente con la aguja, de 50.0 ± 0.05 g. El penetrómetro deberá estar provisto, además, de una base de apoyo para la colocación del recipiente con la muestra, de forma plana y que forme un ángulo de 90 grados con el sistema móvil, así como de un nivel de burbuja y tornillos de nivelación. Con uno de sus extremos simétricamente afilado hasta formar un cono de ángulo comprendido entre 8° 40' y 9° 9 ° 40' en toda su longitud, y cuyo eje sea coaxial con el de la aguja la variación total axial entre las intersecciones de las superficies del cono y del cilindro, medida como proyección sobre el eje de simetría de la aguja, no deberá exceder de 0.02 mm (0.08"). Después se formar un cono truncado, cuya base tenga un diámetro comprendido entre 0.14 y 0.16mm (0.0055 y 0.0063") y esté situado en un plano perpendicular al eje de la aguja, con una tolerancia máxima de 2° y con sus bordes filosos y libres de rebabas. La textura de la superficie cónica (filo de la superficie de la punta truncada), medida según la norma (American National Standard B-46.1), deberá tener una rugosidad media superficial comprendida entre 0.2 y 0.3 μm (8 a 12 μ"). La aspereza superficial del eje de la aguja debe estar entre 0.025 y 0.125 μm (1 y5μ).
2.2.
Asfalto:
El Asfalto es un producto natural o compuesto que proviene de la destilación seca de productos orgánicos vegetales. Es una mezcla de Betún con productos 7
materiales inertes tales como Sílice, Arena, Arcilla, etc. El Asfalto se utiliza principalmente en la pavimentación de viales. Láminas asfálticas: Formadas por dos capas de Betún asfáltico entre las que se dispone un filtro (Plástico, Fibra de Vidrio, etc.) Hormigón asfáltico: Mezcla de Áridos y Betún asfáltico.
2.3.
Cementos asfálticos:
Los cementos asfálticos asfálticos se utilizan utilizan principalmente en en aplicaciones viales. viales. Son sólidos a temperatura ambiente y 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 d emás 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 la externos tales como el clima, la atura, la temperatura ambiental y condiciones severas de tráfico.
2.4.
Tipos de cementos asfalticos:
Entre la variada gama de tipos de asfalto, podemos nombrar los siguientes: Asfaltos Oxidados o Soplados Estos son asfaltos que han sido sometidos a un proceso de des hidrogenación y posteriormente a un proceso de polimeración. Este asfalto es expuesto a una elevada temperatura pasándole una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y ser empleado en aplicaciones más especializadas. El proceso de oxidación en los asfaltos presenta las siguientes modificaciones físicas: · Aumento del peso específico · Aumento de la viscosidad · Disminución de la susceptibilidad térmica Asfaltos Sólidos o Duros Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10. Además de ser aglutinante e impermeabilizante, se caracteriza por su flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes. Fluxante o Aceite Fluxante Fracción de petróleo relativamente poco volátil empleada en ocasiones para ablandar el asfalto hasta la consistencia deseada; frecuentemente se emplea como producto básico para la fabricación de materiales asfálticos para revestimientos de cubiertas. Asfaltos Fillerizados Asfaltos en cuya composición hay materias minerales finamente molidas que pasan por el tamiz # 200. Asfaltos Líquidos Son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida, por ello no se incluyen en el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300 También se los denomina asfaltos rebajados o cutbacks. Se componen por una fase asfáltica y un fluidificante volátil, que puede ser bencina, queroseno queros eno o aceite. Los fluidificantes se evaporan (proceso de curado), quedando el residuo asfáltico el cual envuelve y cohesiona las partículas del agregado. Asfalto de curado rápido: Es aquel cuyo disolvente es del tipo de la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de curado rápido y se designan con las letras RC (Rapid Curing). 8
2.5.
Control de calidad del cemento asfáltico:
El control de calidad normalmente se refiere a los ensayos necesarios para controlar un producto y así determinar la calidad del producto que está elaborando, a través de parámetros establecidos. Para este ensayo se tiene un rango de peso específico del cemento de 1 a 1.04Kg/litros 4.6.
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3. EQUIPOS UTILIZADOS
PENETROMETRO: Herramienta con la cual se prueba el nivel de compactación y labrado de su suelo. El Penetrómetro mide la resistencia del suelo que da una indicación de que tan compactado está el suelo.
Ilustración 1. Penetrometro
Fuente: Elaboración propia
AGUJA DE PENETRACION: Debe ser de acero inoxidable endurecido y templado, perfectamente pulida.
Ilustración 2. Aguja de penetración.
Fuente: Elaboración propia RECIPIENTE PARA MUESTRAS: De fondo plano, cilíndrico de vidrio o metal con c on las siguientes dimensiones: 10
Tabla 1. Dimensiones de los recipientes
Fuente: https://es.slideshare.net/UCGcertificacionvial/mtodo-estandar-parapenetracion-de-materiales-bituminosos-02 Ilustración 3. Recipiente para muestras
Fuente: Elaboración Propia
BAÑO DE AGUA: Un baño que tenga la capacidad mínima de 10 litros, que permita mantener una temperatura de 25 0.1 o cualquier otra temperatura de prueba con aproximación de 0.1ºC
Ilustración 4. Baño María
Fuente: Elaboración Propia 11
TERMÓMETRO: Líquidos de vidrio calibrados de un rango aceptable y error máximo de medición de 0.1 ºC (0.2 ºF).
Ilustración 5. Termómetro
Fuente: Elaboración Propia
CRONOMETRO: Para lecturas de minutos y segundos.
Ilustración 6. Cronometro
Fuente: Elaboración Propia
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4. PROCEDIMIENTO REALIZADO
Se comprueba que el casquillo de la aguja este limpio y se deslice suavemente. Limpie la aguja de penetración con tolueno, séquela con un paño limpio e insértela dentro del penetrómetro, si se especifica lo contrario, colocara los 50 gr. de peso por encima de la aguja, haciendo un peso total (100 0.1g). El ensayo puede realizarse directamente en el baño de agua, colocando el penetrómetro sobre la plataforma y sobre la base del penetrómetro, el cual debe quedar perfectamente sumergido.
Ilustración 7. Penetrómetro.
Fuente: Elaboración Propia
Se aproxima la aguja hasta que la punta toque la superficie de la muestra, sin que penetre. Esto se logra aproximando la punta de la aguja y su imagen reflejada en la superficie de la muestra.
Ilustración 8. Aproximación de la aguja.
Fuente: Elaboración Propia
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Colocar el dial del penetrómetro en cero y soltar el mecanismo que libera la aguja. Lea y registre la distancia de penetración, expresada en decimas de milímetros.
Ilustración 9. Dial en cero.
Fuente: Elaboración Propia
Realizar por lo menos tres penetraciones en puntos de la superficie de la muestra, a no menos de 10 mm de los bordes del recipiente y separados no más de 10 mm.
Ilustración 10. Muestra de asfalto siendo penetrada
Fuente: Elaboración Propia
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5. DATOS OBTENIDOS 5.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA La muestra experimentada tiene una estructura arrugad a de color gris, su condición de humedad es seca al tacto. En la tabla 2 se muestra la altura en milímetros de la penetración en el ensayo. Tabla 2. Resultados de la muestra
Prueba
Penetración (mm)
1
64.5
2
61.4
3
64.3
Promedio
63.4
Fuente: Elaboración propia.
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6. CALCULOS
TOLERANCIA: La tolerancia se calculará con la siguiente formula:
+ + 3 = 63.4
=
Se calcula la tolerancia (T):
+1 100 = 1.634
=
PRECISION: Varianza:
∑( − ) = (64.5 64.5 − 63.4 63.4) + (61.4 1.4 − 63.4 3.4) + (64 (64.3 − 63.4 63.4)) = 3
= 2.006 Desviación estándar:
= √ 2.006 2.006 = 1.416
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7. ANÁLISIS DE RIESGOS RIESGOS Y ERRORES
Se puede decir que que una de las causas de que la desviación estándar diese distinta fue a que el ensayo de la probeta fue realizado la misma persona, y las condiciones ambientales pudieron influir en el procedimiento realizado de las mismas. Al realizar este ensayo de forma incorrecta, puede haber fallas no establecidas previamente en la capa asfáltica, base, sub-bases o terraplenes. Al momento de la realización pudieron existir existir algunas pequeñas vibraciones, y esto pudo influir en las lecturas de pentrometro.
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8. ANÁLISIS DE RESULTADOS RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Por las mediciones este asfalto es de tipo 60/70, esa es su clasificación por el ensayo de penetración. Como la tolerancia tolerancia que se halló no excedió lo dicho en la norma, los resultados de este ensayo no se anulan, y se pueden dar por verídicos. El rango aceptable de dos resultados obtenidos es de 6 ya que al multiplicar la desviación estándar por 2.83 (numero especificado en la norma) se obtiene 5.676 y este se redondea al número entero más cercano. Al concluir el trabajo no sólo se tiene un mayor conocimiento sobre que es el asfalto y usos que tiene, sabemos que las averías de las calles y carreteras se dan por un gran número de razones, así es que antes de criticar un hueco se debe pensar cuales son las condiciones ambientales, que tipo de mezcla se usó, el peso de la carga que soporta.
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9. RECOMENDACIONES
El material material utilizado utilizado para para el ensayo no se pasó pasó por ningún tamiz. tamiz. En el momento de calentar el asfalto asfalto se observó que este tenía pequeñas burbujas en su superficie, y esto no está permitido en la norma. El material de muestra no era el indicado porque este ya ya tenía varias veces de ser ensayado, es decir un asfalto recalentado. Llenar los los respectivos formatos o cuadros realizados previamente, con los datos obtenidos para facilitar cálculos del ensayo.
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BIBLIOGRAFIA INVIAS, Especificaciones Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras, en línea 21/08/17, disponible en: https://www.invias.gov.co/index.php/documentos-tecnicos-izq/139documento-tecnicos/1988-especificaciones-generales-de-construccion-decarreteras-y-normas-de-ensayo-para-materiales-de-carreteras. INVIAS, artículo 100, 2013. DGCF, MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES, en línea 03/09/17, disponible en: https://www.mtc.gob.pe/transportes/caminos/normas_carreteras/documento s/manuales/EM-2000/seccion-02/mtc210.pdf INVIAS; ARTÍCULO 300 – 07; DISPOSICIONES DISPOSICIONES GENERALES PARA LA LA EJECUCIÓN DE AFIRMADOS, SUBBASES GRANULARES Y BASES GRANULARES Y ESTABILIZADAS; TABLA 300.1
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