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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL REGIÓN XALAPA
“Manual de Prácticas de Laboratorio “
MONOGRAFIA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL PRESENTA
JUAN FRANCISCO TOLENTINO ANGELES
DIRECTOR
ING. EDGAR LEONEL MENCOS ROSALES
Xalapa Enríquez Veracruz
2012
Manual de Prácticas de Pavimentos
INDICE. 1. INTRODUCCION
2
2. PRUEBAS DE AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS
4
2.1 MASA VOLUMETRICA
7
2.2 GRANULOMETRIA DE MATERIALES PETREOS PARA MEZCLAS
13
ASFALTICAS 2.3 PARTICULAS ALARGADAS Y LAJEADAS DE MATERIALES
29
PETREOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS 2.4 DESGASTE MEDIANTE LA PRUEBA DE LOS ANGELES DE MATERIALES PETREOS PARA
40
MEZCLAS ASFALTICAS
3. PRUEBA DE MATERIALES ASFALTICOS
51
3.1 PENETRACION EN CEMENTOS Y RESIDUOS ASFALTICOS
54
3.2 DUCTILIDAD DE CEMENTOS Y RESIDUOS ASFALTICOS
64
3.3 PUNTO DE INFLAMACION CLEVELAND EN CEMENTOS
74
ASFALTICOS 3.4 VISCOSIDAD SAIBOLT-FUROL EN MATERIALES ASFALTICOS
81
3.5 ELABORACION DE PASTILLAS MARSHALL EN MATERIALES
93
ASFALTICOS 3.6 ENSAYE DE PASTILLAS MARSHALL 3.6.1 RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE DE MEZCLAS
103 103
ASFALTICAS 3.6.2 RESISTENCIA A COMPRESION DIAMETRAL (ENSAYO
108
BRASILEÑO) DE MEZCLAS ASFALTICAS 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
114
4.1 CONCLUSIONES
114
4.2 RECOMENDACIONES
114
5. BIBLIOGRAFIA
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Manual de Prácticas de Pavimentos
1. INTRODUCCIÓN. Se denomina pavimento al conjunto de materiales seleccionados y colocados en forma de capa, que recibe en forma directa las cargas del tránsito vehicular y las transmite a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe de funcionar eficientemente. Las condiciones necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes: dentro del Proyecto Geométrico: alineamiento horizontal y vertical, dentro del Proyecto Estructural: resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aún en condiciones adversas. Para que un pavimento sea considerado de buena calidad debe cumplir una serie de requisitos y especificaciones, que están dados por las normas correspondientes reguladas por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Es por esto que la experiencia educativa de Pavimentos realiza pruebas para que el alumno conozca cuales son las características de un pavimento basados en las pruebas regidas por estas normas. En el Laboratorio de Materiales, Mecánica de suelos y Pavimentos no existe un manual completo como referencia que contenga las diferentes pruebas que se realizan en la experiencia educativa de Pavimentos y que este actualizado con las normas (SCT) vigentes. Con el objetivo de que el alumno de la carrera de Ingeniería Civil campus Xalapa, al cursar la experiencia educativa de Pavimentos tenga una referencia de las pruebas y sus respectivos procedimientos que son factibles de realizar en el Laboratorio de Materiales, Mecánica de suelos y Pavimentos, se crea este manual, en el que se explican detalladamente los procedimientos de trabajo con el fin de realizar la prueba con la mayor precisión y obtener los resultados más exactos posibles de acuerdo a lo especificado en cada una de las normas.
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Para fines prácticos las pruebas de la experiencia educativa de Pavimentos las podemos clasificar en dos grupos: el primer grupo lo forman los agregados pétreos para mezclas asfálticas y el segundo los materiales asfálticos.
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2. PRUEBAS DE AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS
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2. PRUEBAS DE AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS DEFINICION DE AGREGADO PÉTREO, TIPOS Y PROPIEDADES Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos. (Smith M. R. and L. Collins, 1994). El tipo de agregado pétreo se puede determinar de acuerdo a la procedencia y a la técnica empleada para su aprovechamiento; se pueden clasificar en los siguientes tipos: a) Agregados Naturales. Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final. b) Agregados de Trituración. Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera ó de las granulometrías de rechazo de los agregados
naturales. Se incluyen todos los
materiales extraídos de canteras cuyas propiedades físicas sean adecuadas. c) Agregados Artificiales. Son los subproductos de procesos industriales, como ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones, utilizables y reciclables. d) Agregados Marginales. Los agregados marginales engloban a todos los materiales que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes. Las propiedades de los agregados se pueden conceptuar bajo dos puntos de vista: uno como elementos aislados, o individuales, y otro como conjunto. Página | 5
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Los agregados como elementos aislados tienen propiedades físicas macroscópicas: dimensión, forma, redondez, densidad, propiedades de superficie, porosidad, permeabilidad, dureza superficial, módulo elástico, conductividad térmica, dilatación, etc. Asimismo presentan unas propiedades químicas macroscópicas: solubilidad, alterabilidad, hinchamiento, etc. Las propiedades de conjunto de los agregados pétreos son sus características como un todo. La distribución de la redondez o desgaste de los agregados es una propiedad de gran interés, por cuanto va influir sobre el rozamiento entre los elementos del agregado. La forma de las partículas
del agregado grueso afecta fundamentalmente, al
esqueleto mineral. Según su forma, las partículas pueden clasificarse en redondeadas, irregulares, angulares, lajeadas, alargadas y alargadas - lajeadas. Las lajeadas y alargadas-lajeadas (agujas), pueden romperse con facilidad durante la compactación o después bajo la acción del tráfico, modificando con ello la granulometría del agregado inicial. Se deben imponer limitaciones en el contenido de partículas de mala forma. Aparte de la forma de las partículas del agregado grueso, se debe tener en cuenta su angulosidad, que influye junto a la textura superficial de las partículas, en la resistencia del esqueleto mineral, por su contribución al rozamiento interno. Los agregados pétreos más adecuados para la elaboración de mezclas asfálticas son
aquellos
con
una
alta
proporción
de
partículas
aproximadamente
equidimensionales (cuboides). Los factores intrínsecos, como la composición de la roca afectan a la forma de los agregados durante los procesos de trituración.
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2.1 MASA VOLUMÉTRICA MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES SUELOS Y MATERIALES PARA TERRACERIAS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas
Masas Volumétricas (M-MMP-1-05-08-03)
OBJETIVO
El alumno determinará la masa volumétrica seca del material en estado suelto, el cual consiste en obtener la relación entre la masa de los sólidos del material y el volumen total del mismo, una vez que la masa de la muestra ha sido corregida considerando el contenido de agua.
EQUIPO PARA REALIZAR LA PRUEBA El equipo para la ejecución de la prueba deberá estar en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. o
RECIPIENTE El cual se empleara para captar el material y a si poder medir cuanto volumen se puede depositar en el, de lámina galvanizado No. 14, de forma cilíndrica, con capacidad de 10 lts, con diámetro interior de 25 cm y de masa conocida (
) como se ve en la Figura 1.
Figura 1, recipiente de masa volumétrica
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o
BALANZA La balanza se ocupara en la prueba para el pesaje del recipiente de volumen así también como el material que estemos trabajando muy importante que se encuentre calibrada. Con capacidad mínima de 20 kg y aproximación de 5 gramos, como se muestra en la Figura 2. Siempre se utilizará la balanza con cubierta para evitarle daños
o
Figura 2, balanza electrónica
CUCHARON Este equipo es muy importante en nuestra prueba porque es con el que se colecta el material para después ser depositado en el recipiente indicado. De acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un cajón rectangular con cuatro caras, cuya cara menor tenga un mango metálico de sección circular de 13 cm de largo. NOTA: A falta de un cucharon metálico con las dimensiones mencionadas podrá hacer uso de un cucharon de plástico como se indica en la Figura 3.
Figura 3, cucharon de plástico
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o
ESCANTILLÓN Este equipo se utilizara para medir la altura del cual el material será depositado al recipiente. De 20 cm de longitud. NOTA: Si no se cuenta con el equipo especificado puede hacer uso de un flexómetro para medir la longitud deseada, como se indica en la Figura 4. Figura 4, flexómetro
o
REGLA Se ocupara para poder enrasar el material que exceda o sobresalga del recipiente, puede ser una regla metálica, de 30 cm de longitud, 6 mm de espesor, con una arista cortante. NOTA: Si no cuanta con el equipo puedo hacer uso de un flexómetro para medir la longitud deseada y podrá ocupar una varilla de punta de bala como enrasador, figura 5.
Figura 5, varilla punta de bala
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
De la muestra de material obtenida, tal como llega al laboratorio se seca, después de haberla secado, posteriormente se disgrega de forma manual aquel material que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material como se describe a continuación.
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El material se apila utilizando la pala hasta formar un cono, Figura 6.
Figura 6
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura, Figura 7.
Figura 7
Con la ayuda de la pala se divide el cono truncado, primero en dos partes iguales, Figura 8 de esas dos partes iguales se divide cada una en dos partes iguales quedando así cuatro partes iguales, figura 9.
Figura 8
Figura 9
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PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA Una vez que se tiene la muestra ya debidamente cuarteada como se indico en los puntos anteriores, se utilizarán partes opuestas, como se indica en la figura 10, empleando el cucharón se toma uno de los cuartos y se colecta el material Figura 11, y utilizando
como
referencia
el
escantillón
o
flexometro, se llena el recipiente, para lo cual se Figura 10
deja caer el material desde una altura de 20 cm,
evitando su reacomodo por movimientos indebidos Figura 12. Posteriormente se enrasa el material utilizando la regla de 30 cm quitando el exceso de material Figura 13.
Figura 11
Figura 12
Figura 13
Una vez enrasado el recipiente se pesa el recipiente con el material para obtener su masa, como se indica en la figura 14 y 15, se registra como
, en gramos.
Figura 14
Figura 15
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se calcula y reporta como resultado de la prueba, la masa volumétrica seca del material en estado suelto, mediante la siguiente expresión.
Donde:
= Peso del material en kilogramos = Volumen del recipiente en = (Peso del recipiente + Material) – (peso del recipiente)
PRECAUCIONES Para evitar incidentes durante la ejecución de la prueba, se observarán las siguientes precauciones:
Que se realice la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que provoquen la contaminación del material.
Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente el recipiente debe estar libre de residuos.
Que el llenado del recipiente se realice desde la altura específica y sin vibraciones que provoquen el acomodo indebido del material.
Que la balanza este limpia en todas sus partes y bien calibrada, colocada en una superficie horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 1 hora Página | 12
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2.2
GRANULOMETRÍA
DE
MATERIALES
PÉTREOS
PARA
MEZCLAS
ASFÁLTICAS. MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas Granulometría de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas (M-MMP-4-04-002-02)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite determinar la composición por tamaños (granulometría) de las partículas del material pétreo empleado en mezclas asfálticas, mediante su paso por una serie de mallas con aberturas determinadas. El paso del material se hace primero a través de las mallas con la abertura más grande, hasta llegar a las más cerradas, de tal forma que los tamaños mayores se van reteniendo, para así poder obtener la masa que se retiene en cada malla, calculando su porcentaje respecto al total y definir la masa que pasa.
EQUIPO PARA LA REALIZACION DE LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. o JUEGO DE MALLAS El juego de mallas servirá para determinar el tipo de material con el que contamos, consta de pasar el material seleccionado por las mallas y así recuperar el material que se retiene en cada una de ellas de acuerdo con la abertura de cada malla.
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Fabricadas con alambre de bronce o de acero inoxidable de diversos calibres, tejidos en forma de cuadricula, con abertura determinada conforme a lo indicado en la TABLA 1 y TABLA 2. El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de lamina de bronce o latón, de 206
2 mm de diámetro interior y 68
2 mm de
altura, sujetando la malla rígida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50mm del borde superior del bastidor. Para cribar las gravas también se podrán utilizar mallas con marco de 400 mm o más por lado, a fin de facilitar la operación. TABLA 1: Juego de mallas para gravas Designación
Abertura en mm
2”
50
1
”
37,5
1
”
31,5
1”
25 19 12,5 9,5 6,3
N°4
4,75
TABLA 2: Juego de mallas para arena con finos Designación
Abertura en mm
N ° 10
2
N ° 20
0,85
N ° 40
0,425
N ° 60
0,25
N ° 100
0,15
N ° 200
0,075
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o HORNO En este caso el horno se ocupara para secar el material que cuente con una humedad y así poder trabajar con una muestra seca, el horno puede ser, eléctrico o de gas, con capacidad mínima de 20
, ventilado, con
termostato capaz de mantener una temperatura constante de 110
5 °C como se muestra en la
Figura 1. Figura 1, horno eléctrico
o BALANZA Se ocupara la balanza para pesar el material retenido de cada malla así también como el total de la muestra, debe tener una capacidad de 2 kg o mas y aproximación de 0,1 g
Figura 2, balanza electrónica
o MAQUINA AGITADORA PARA LAS MALLAS ( TAMIZADOR ) Con esta máquina agitadora o tamizador nos ayudara a realizar más eficiente el cribado del material y optimizar el tiempo al realizar la prueba, la maquina es de acción mecánica, activada por un motor eléctrico o manivela de velocidad constante, mediante el cual se transmita un movimiento excéntrico controlado a un plato de soporte, sobre el que se sujeten las mallas en orden descendente, como se muestra Figura 3. Figura 3, Tamizador
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o CUCHARÓN Con el cucharon en la prueba se ocupara para depositar el material en las mallas y no desperdiciar a la hora de colocarlo, el cucharon será de acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un cajón rectangular con cuatro caras, cuya cara menor tenga un mango metálico de sección circular de 13 cm de largo.
NOTA: A falta de un cucharon metálico con las dimensiones mencionadas podrá hacer uso de un cucharon de plástico como se muestra en la Figura 4.
Figura 4, cucharon de plástico
o CHAROLAS Con las charolas se ocuparan en esta prueba para colocar la muestra con la cual se trabajara, colocándola en ella para no perder material a la hora de manejarla, las charolas deben de ser de lámina galvanizada, con forma rectangular aproximadamente 40 x 70 x 20 cm, como se muestra Figura 5.
Figura 5, charola metálica
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o BROCHA, VARILLA METÁLICA Se ocuparan para poder desprender el material que se adhiera a las malla y así no perder material a la hora de desprenderlo. Con las dimensiones y cerdas adecuadas para desprender el material que se adhiera al interior de las mallas, Figura 6. Figura 6, brocha y varilla metálica
o PALA Con la pala permitirá el acomodo del material al colectar la muestra que ocuparemos para nuestra prueba debe ser de acero, de forma cuadrada, como se muestra en la Figura 7.
Figura 7, pala
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La preparación de la muestra de materiales pétreos, obtenidas según se establece en el manual M-MMP-4-04-004, Muestreo de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas, se hace de la siguiente manera:
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o SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LA PRUEBA
Si la muestra del material envasado que se recibe en el laboratorio está saturada, se extiende sobre una superficie limpia para dejar que se escurra hasta que el contenido de agua sea constante o en condición
de
homogeneidad
y
superficialmente
seco,
para
posteriormente disgregar de forma manual aquel materia que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material como se describe en los siguientes incisos.
El material se apila utilizando la pala hasta formar un cono, Figura 8
Figura 8
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura, Figura 9.
Figura 9
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Con la ayuda de la pala se divide el cono truncado en dos partes iguales Figura 10, una vez que se tiene las dos partes iguales se divide cada una de ellas en dos partes iguales al final tendremos la muestra en cuatro partes iguales Figura 11, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para llenar el cubo de lámina previamente limpiado Figura 12, con la ayuda del cucharon se toma material y se vacía al cubo de lamina dejando caer el material en su interior desde una altura de 20 cm Figura 13. Una vez lleno el cubo se enrasa con el hilo de cáñamo, o una regla Figura 14.
NOTA: si no se cuenta en el laboratorio con un cubo de lámina podrá utilizar la cubeta de peso volumétrico.
Figura 10
Figura 13
Figura 11
Figura 12
Figura 14
En caso de exceder el volumen requerido para llenar el cubo (cubeta), se procede a reducir la cantidad de material mediante cuarteos sucesivos.
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o OBTENCIÓN DE LAS MUESTRAS DE PRUEBA
Para la realización de la muestra contenida en el cubo (cubeta) se separa las gravas de las arenas con fino, conforme al siguiente procedimiento:
Se vacía poco a poco y cuidadosamente el material sobre la malla N°4, sin sobrepasar la capacidad de la malla y recolectando el material que pasa en una charola Figura 15. Utilizando la brocha, se retiran todas las partículas que se hubieran adherido a las paredes y al fondo de cubo metálico (cubeta) y a la malla para hacerlas pasar también por dicha malla a fin de no perder ninguna porción del material. Finalmente, se coloca la porción de material retenido en la malla N°4 en otra charola.
Figura 15
Se pone en la balanza la porción que pasó la malla N°4 y se determina su masa, lo que representa la fracción de arena con finos de la muestra, registrándola como , en gramos Figura 16. De la misma
Figura 17
forma se obtiene la masa del material retenido en la malla N°4, lo que representa la grava, registrándola como
Figura 17.
Figura 16 Página | 20
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Posteriormente, cada fracción de la muestra se trata de forma distinta, de acuerdo con lo siguiente:
Para la grava
Se seca en el horno a una temperatura de 110
5 °C hasta
obtener una masa con humedad uniforme, registrándola como en gramos.
Para la arena con finos
Se seca en el horno a una temperatura de 110 masa constante, registrándola como
5 °C hasta
en gramos, como se
muestra en la Figura 18.
Figura 18
Del
material
aproximadamente
seco 500
se
preparan
gramos,
los
cuales se reducen por cuarteos Figura 19, siguiendo el procedimiento indicado en los puntos anteriores de este manual,
Figura 19
hasta obtener una masa de 200 gramos Figura 20.
Figura 20 Página | 21
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Este material se coloca en el vaso metálico donde se le agrega agua hasta sobrepasar el nivel de material, dejándolo reposar por un intervalo de 12 horas Figura 21. Figura 21
Hecho lo anterior se lava el material decantando el vaso, para lo cual se agita su contenido en forma de ochos utilizando una varilla metálica, a la vez que se vierte sobre la malla
N°200. Para
facilitar el paso y eliminación de los finos, se aplica un chorro de agua con baja presión sobre el contenido de la malla Figura 22, repitiendo esta operación Figura 22
hasta que el agua salga limpia.
Finalmente se regresa el material retenido en la malla N°200 al vaso metálico y se seca en el horno a una temperatura de 110 5 °C hasta que elimine la humedad y mantenga una masa constante, la cual se registra como
en gramos.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA o PREPARACIÓN DE LAS MALLAS Conforme a lo establecido en la norma N-CMT-4-04: Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas y dependiendo del tipo de mezcla asfáltica donde se emplearán los materiales pétreos, se determina cuales son las mallas por usar durante el cribado. Dichas mallas se preparan en dos juegos, el primero para la grava y el segundo para la arena, ensamblándolas en orden descendente de aberturas de acuerdo con lo indicado en las
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TABLAS 1 y 2 de este manual terminando con el fondo con la charola receptora. o CRIBADO
Con las muestras preparadas de acuerdo con lo indicado en los puntos anteriores y teniendo listos los juegos de mallas conforme a lo establecido en la fracción anterior, se procede a depositar sobre la malla superior (malla de mayor abertura) la fracción de grava o arena según su caso, colocando finalmente la tapa. Para efectuar el cribado de la arena se empleará el material que se obtuvo de la fracción de 200 gramos que se lavo a través de la malla N°200. A continuación se inicia el cribado del material mediante la agitación de las mallas, mediante alguno de los siguientes métodos:
Agitación con equipo mecánico
Se colocan las mallas debidamente sujetas en el agitador mecánico, haciéndolo
funcionar
(aproximadamente
8
durante
minutos)
un
Figura
tiempo 23,
suficiente
determinando
por
experiencia o por comprobación, de tal forma que se cumpla la acción.
Figura 23
Finalmente se determina y registra la masa retenida en cada malla vertiendo su contenido en la balanza, considerando que las partículas que hayan quedado atoradas en cada retícula forman
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parte del material retenido de la malla correspondiente, por lo que se reintegrara este material cepillando las mallas por el revés.
Agitación de forma manual
Se toma con ambas manos el conjunto de mallas, desde la charola de fondo y se procede a balancearlo de un lado a otro sobre una superficie rígida, haciendo este movimiento uniforme de tal modo que la agitación sea continua Figura 24. El tiempo de cribado será el suficiente, determinado por la experiencia o hasta ver que las partículas ya no pasan la malla.
Figura 24
Finalmente se determina y registra la masa retenida en cada malla vertiendo su contenido en la balanza, considerando que las partículas que hayan quedado atoradas en cada retícula forman parte del material retenido de la malla correspondiente, por lo que se reintegrará este material cepillando las mallas por el revés.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se calculan y reportan los porcentajes respecto a la masa de la muestra original, correspondientes al material retenido en la malla N°4 y al material que pasa dicha malla, utilizando las siguientes fórmulas, siguiendo rigurosamente la secuencia de fórmulas:
Donde
%SF= Por ciento de arena con finos respecto a la masa de la muestra original, (%) %G = Por ciento de grava respecto a la masa de la muestra original, (%) = Masa de la muestra original seca, (gramos) determinada como:
=
+
= masa del material seco que pasa la malla N°4 (arena con finos), (gramos) = Masa del material seco retenido en la malla N°4(grava), (gramos) o Para la grava, se calculan y reportan los porcentajes del material retenido en cada malla así como el que paso por la ultima malla, respecto a la masa total de la muestra, mediante la siguiente expresión:
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Donde:
%
= Por ciento de material retenido en la malla N respecto a la masa de la muestra original, (%) = Masa del material retenido en la malla N, (gramos)
N = Malla utilizada, perteneciente al arreglo de mallas empleado para determinar la granulometría de la fracción de grava Tiene el significado indicado en las formulas anteriores o Para la arena, se calculan y reportan los porcentajes del material retenido en cada malla, respecto a la masa total de la muestra, mediante la siguiente expresión:
Donde:
= Por ciento de material retenido en la malla N respecto a la masa de la
muestra original, (%)
= Masa del material retenido en la malla N, (gramos) = Malla utilizada, perteneciente al arreglo de mallas empleado para determinar la granulometría de la arena = tiene el significado indicado en las formulas anteriores. El numero 200 representa la masa de material que se tomo de la arena seca con finos para determinar su granulometría, de acuerdo con lo indicado en los puntos anteriores de este manual.
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o Se calcula y reporta el porcentaje de arena y de finos que pasan la malla N°200, respecto a la masa total de la muestra, mediante las siguientes expresiones:
Donde:
%S = Por cierto de arena respecto a la masa de la muestra original, (%) %F = Por cierto de finos respecto a la masa de la muestra original, (%) = Sumatoria de las masas retenidas en cada una de las mallas empleadas durante la prueba para la fracción de arena, calculadas como en los puntos anteriores.
Tiene el significado indicado en los puntos anteriores. El numero 200 representa la masa de material que se tomo de la arena seca con finos para determinar su granulometría, de acuerdo con lo indicado en los puntos anteriores. o Una vez efectuados los cálculos indicados en este punto, se grafica y reporta el porcentaje retenido acumulado de cada malla, el cual se determina sumando el porcentaje retenido parcial de cada malla mas el porcentaje retenido acumulado obtenido en la malla anterior y a si sucesivamente, comenzando con la cantidad de finos hasta llegar a la malla de mayor abertura, sumando el 100% del material.
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PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones: o Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que puedan provocar la pérdida de partículas de las muestras de pruebas. o Cuidar que las muestras estén perfectamente secas al momento de efectuar su cribado. o Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Específicamente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 2 horas de preparación, 24 horas en horno y 2 horas de cribado.
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2.3 PARTÍCULAS ALARGADAS Y LAJEADAS DE MATERIALES PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS. MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas
Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas (M-MMP-4-04-005-08)
OBJETIVO DE LA PRUEBA Esta prueba permite determinar el contenido de partículas de forma alargada y lajeada presente en los materiales pétreos empleados en mezclas asfálticas. La prueba consiste en separar el retenido en la malla N°4 de una muestra
de
materiales pétreos, para determinar la forma de cada partícula, y así tomar la decisión de si nuestra muestra es apropiada para nuestro uso o no lo es empleando calibradores de espesor y de longitud.
EQUIPO PARA REALIZAR LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. o
JUEGO DE MALLAS (CRIBAS) Las mallas nos servirán para separar las partículas de nuestra muestra por tamaños y a si poder manipularla mucho mejor para nuestra prueba. Estas mallas estarán fabricadas con alambre de bronce o de acero inoxidable de diversos calibres, tejidos en forma de cuadricula, con abertura determinada conforme a lo indicado TABLA 1. El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de lamina de bronce o latón, de 206
2 mm de
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diámetro interior y 68
2 mm de altura, sujetando la malla rígida y
firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50mm del borde superior del bastidor. TABLA 1: Juego de mallas para gravas Designación
Abertura en mm
2”
50
1
”
37,5
1
”
31,5
1”
25 19 12,5 9,5 6,3
N°4
o
4,75
BALANZA Con ella pesaremos la muestra de prueba así también como las muestras que nos quedan en cada malla son de capacidad de 20 kg y aproximación de 1,0 gramos Figura 1.
Figura 1, balanza electrónica
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o
CALIBRADOR DE ESPESORES Nos servirá para poder medir cada una de las piezas con las que contamos, una vez que las tengamos seleccionadas de acuerdo al tamaño de cada malla. Con forma y dimensiones como se muestran a continuación Figura 2.
NOTA: Junto a cada ranura estarán marcadas las designaciones de las mallas que definen la fracción de prueba correspondiente
Figura 2, Calibrador de Espesores
o
CALIBRADORES DE LONGITUDES Este equipo nos ayudara para poner las piezas de nuestra muestra junto a las placas para poder medir su longitud y saber si nos conviene ocupar ese material, con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 3.
Figura 3, Calibrador de Longitudes
NOTA: En cada claro estarán marcadas las designaciones de las mallas que definen la fracción de prueba correspondiente
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NOTA: El laboratorio no cuenta con calibrador de espesores y tampoco con calibrador de longitudes en este caso usaremos un vernier para las mediciones pertinentes de nuestra prueba Figura 4.
Figura 4
o
CUCHARÓN Con el cucharon podremos acomodar la muestra en las mallas y facilitar el llenado de cada una, sin desperdiciarla. De acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un cajón rectangular con cuatro caras, cuya cara menor tenga un mango metálico de sección circular de 13 cm de largo.
NOTA: A falta de un cucharon metálico con las dimensiones mencionadas podrá hacer uso de un cucharon de plástico Figura 5.
Figura 5
o
CHAROLAS Las charolas nos servirán para colocar la muestra y asi hacer mas fácil su manipulación sin desperdiciar material, estas serán de lámina galvanizada, con forma rectangular aproximadamente 40 x 70 x 20 cm Figura 6.
Figura 6 Página | 32
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SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LA PRUEBA
Si la muestra del material envasado que se recibe en el laboratorio está saturada, se extiende sobre una superficie limpia para dejar que se escurra hasta que el contenido de agua sea constante o en condición de homogeneidad y superficialmente seco, para posteriormente disgregar de forma manual aquel material que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material hasta obtener una muestra de 25 kg aproximadamente Figuras 7 y 8, como se describe en los siguientes puntos.
Figura 8
Figura 7
Una vez que el material este disgregado, saturado y superficialmente seco, se apila hasta formar un cono Figura 9.
Figura 9
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura Figura 10.
Figura 10
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Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para formar una muestra de aproximadamente 25 kg Figura 11; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la cantidad de material mediante cuarteos sucesivos.
Figura 11
Una vez separados los 25 kg se criba la muestra a través de la malla N°4 Figura 12, ya sea con equipo mecánico o de forma manual, colocando en una charola el material retenido y eliminando el material que pase por la malla.
Figura 12
OBTENCION DE LAS MUESTRAS DE PRUEBA
Esta prueba se realizara por duplicado, por lo cual se requiere dos muestras. Para la obtención de cada una de estas se aplicaran cuarteos sucesivos siguiendo el procedimiento indicado en los puntos anteriores Figura
Figura 13
13 y 14. No se permitirá el ajuste de la masa ni la inclusión o exclusión de tamaños para obtener la masa más próxima a la determinada,
considerando lo
siguiente: Figura 14
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Se selecciona una porción del material retenido en la malla N°4 que contenga más de 200 piezas, la cual se somete a un proceso de cribado mediante alguno de los métodos descritos en granulometría de materiales pétreos para mezclas asfálticas, considerando el arreglo de mallas en la Tabla 1 de este manual. NOTA: EL cribado del material puede ser en forma manual Figura 15 o mecánico como se muestra en las Figura 16.
Figura 15
Figura 16
Se registra el número de partículas retenido en cada malla Figura 17, verificando que al final el total de partículas retenidas por todas las mallas sea de 200 piezas como mínimo Figura 18. Si el número de piezas es menor, se repetirá el procedimiento indicado en el inciso anterior, aumentando el tamaño de la muestra hasta obtener el número de piezas mencionado.
Figura 17
Figura 18
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La masa total de cada una de las dos muestras obtenidas, se designara como y
Figura 19 respectivamente, en gramos.
Figura 19
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA o
PARA LAS PARTÍCULAS CON FORMA ALARGADA
Para cada porción clasificada de cada una de las muestras de prueba, es decir, del número de partículas retenido
en cada malla Figura 20, se
verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del calibrador de longitudes, buscando la posición tal que su dimensión mayor sea paralela al eje del calibrador.
NOTA: Las aberturas de cada malla vienen en las imágenes de los calibradores y respecto a esas medidas se realiza la prueba, abriendo el vernier a la longitud deseada Figura 21, se realiza la medición de cada una de la muestra pieza por pieza y de todas las mallas que se cuenten Figura 22.
Figura 20
Figura 21
Figura 22
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Se reúnen todas las partículas que no hayan pasado por las ranuras del calibrador de longitudes Figura 23 y se determina su masa, designándola como
, en gramos.
Figura 23
o
PARA LAS PARTÍCULAS CON FORMA DE LAJA (APLANADAS)
Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de prueba, es decir, del número de partículas retenido en cada malla, se verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del calibrador de espesores Figura 24, buscando la posición más adecuada Figura 25. NOTA: Se realiza la misma operación que en el punto anterior.
Figura 24
Figura 25
Se reúnen todas las partículas que hayan pasado por las ranuras del calibrador de espesores y se determina su masa, designándola como
,
en gramos.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se calcula el porcentaje de las partículas con forma alargada, con relación a la masa de la muestra de prueba utilizada, empleando la siguiente expresión:
Donde:
= Por ciento en masa de partículas con forma alargada, (%) =Masa de las partículas con forma alargada, determinada en cada una de las muestras
de prueba, según corresponda, (gramos)
= Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir,
o
, según corresponda, (gramos)
Se calcula el porcentaje de las partículas con forma de laja, con relación a la masa de la muestra de prueba utilizada, empleando la siguiente expresión:
Donde:
= Por ciento en masa de partículas con forma laja, (%) =Masa de las partículas con forma de laja, determinada en cada una de las muestras
de prueba, según corresponda, (gramos)
= Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir,
o
, según corresponda, (gramos).
En caso de que se presente una variación entre los cálculos del contenido de partículas con forma alargada
igual al 20 % o mayor entre una muestra y otra, Página | 38
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se considera para el cálculo del resultado de la prueba el promedio de ambas; en caso contrario se considerará el valor que resulte mayor; lo mismo se hará para el contenido de partículas en forma de laja
.
Se reportaran los contenidos de partículas alargadas
y lajeadas
,
considerando lo indicado en los puntos anteriores. Asimismo se reporta como resultado de la prueba, el por ciento en masa de partículas alargadas y lajeadas, como la suma de
+
.
PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observa las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas.
Verificar que la muestra este perfectamente seca al momento de efectuar su cribado.
Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos.
Verificar que la balanza este limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una superficie horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas. TIEMPO DE EJECUCIÓN: 2 horas
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2.4 DESGASTE MEDIANTE LA PRUEBA DE LOS ÁNGELES DE MATERIALES PÉTREOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS. MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas
Desgaste Mediante la Prueba de los Ángeles de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas (M-MMP-4-04-006-02)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
El objetivo de la prueba es determinar la resistencia a la trituración de los materiales pétreos empleados en mezclas asfálticas. La prueba consiste en colocar una muestra del material con características granulométricas especificas dentro de un cilindro giratorio, en donde es sometida al impacto de esferas metálicas durante un tiempo determinado, midiendo la variación granulométrica de la muestra como la diferencia entre la masa que pasa la malla N°12 (1,7 mm de abertura), antes y después de haber sido sometida a este tratamiento.
EQUIPO Y MATERIALES
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear serán de alta calidad, considerando siempre la fecha de su caducidad.
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o
MÁQUINA DE LOS ÁNGELES La máquina de los ángeles nos ayudara en la prueba a colocar el material que vamos a probar y así poder triturarlo y ver qué tanta resistencia tiene el material si nos conviene o no al utilizarlo. La máquina de los ángeles debe ser como se muestra en la Figura 1, constituida por un cilindro de acero, hueco y cerrado en ambos extremos, con diámetro interior de 710 largo de 510
5 mm y
5 mm, montando sobre dos soportes ubicados al centro de
sus caras paralelas, que le permitan girar sobre su eje de simetría en posición horizontal con una velocidad angular de 30 a 33 rpm. El cilindro tendrá una abertura que permita introducir la muestra de prueba y las esferas metálicas, con una tapa de cierre hermético diseñada con la misma curvatura del cilindro para que la superficie interior del mismo sea continua y uniforme; además tendrá en su parte interior una placa de acero removible de 2,5 cm (1”) de espesor, que se proyecte radialmente 8,9 cm (3 ½”) en toda la longitud del cilindro y contara con un dispositivo para registrar el número de revoluciones que dé el cilindro.
Figura 1, Máquina de los Ángeles
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o
CARGA ABRASIVA Con estas esferas metálicas, nos ayudaran a triturar el material pétreo y así poder ver que tanta
resistencia tiene nuestra muestra. Son esferas de
hierro fundido o acero, con un diámetro promedio de 47 mm y una masa comprendida entre 390 y445 g cada una Figura 2.
Figura 2, Carga Abrasiva
o
JUEGO DE MALLA (CRIBAS) Con el juego de mallas se ocupara para poder clasificar nuestro material y así saber que tipo de material tenemos, y con ayuda de las tablas poder definir en que grupo se encuentra nuestra muestra. Fabricadas con alambre de bronce o de acero inoxidable de diversos calibres, tejidos en forma de cuadricula, con abertura determinada conforme a lo indicado TABLA 1.
El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de lámina de bronce o latón, de 206
2 mm de diámetro interior y 68
2 mm de
altura, sujetando la malla rígida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50mm del borde superior del bastidor.
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Tabla 1, Juego de Mallas Designación
Abertura en mm
2”
50
1
”
37,5
1
”
31,5
1”
25 19 12,5 9,5 6,3
N°4
4,75
N ° 10
2
N°
o
[1] Esta malla solo se usara para el lavado del material posterior al tratamiento de desgaste, por lo que no se incluye en la obtención de la granulometría del material.
1,7
HORNO En este caso el horno se ocupara para secar el material que cuente con una humedad y así poder trabajar con una muestra seca, el horno puede ser eléctrico o de gas Figura 3, con capacidad mínima de 20
,
ventilado, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 110
5 °C.
Figura 3, Horno Eléctrico o
BALANZA Se ocupara la balanza para pesar el material retenido de cada malla así también como el total de la muestra, debe tener una capacidad de 2 kg o más Figura 4 y aproximación de 0,1 g
Figura 4, Balanza Electrónica Página | 43
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o
MÁQUINA AGITADORA PARA LAS MALLAS ( TAMIZADOR ) Con esta máquina agitadora o tamizador nos ayudara a realizar más eficiente el cribado del material y optimizar el tiempo al realizar la prueba, es de acción mecánica, activada por un motor eléctrico o manivela de velocidad constante, mediante el cual se transmita un movimiento excéntrico controlado a un plato de soporte, sobre el que se sujeten las mallas en orden descendente Figura 5.
Figura 5, Tamizadora
o
CUCHARÓN Con el cucharon podremos acomodar la muestra en las mallas y facilitar el llenado de cada una, sin desperdiciarla. De acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un cajón rectangular con cuatro caras, cuya cara menor tenga un mango metálico de sección circular de 13 cm de largo.
NOTA: A falta de un cucharon metálico con las dimensiones mencionadas podrá hacer uso de un cucharon de plástico Figura 6.
Figura 6, Cucharon de Plástico
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o
CHAROLAS Con las charolas se ocuparan en esta prueba para colocar la muestra con la cual se trabajara, colocándola en ella para no perder material a la hora de manejarla, las charolas deben ser de lámina galvanizada, con forma rectangular aproximadamente 40 x 70 x 20 Figura 7.
Figura 7, Charola Metálica
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Si la muestra del material envasado que se recibe en el laboratorio está saturada, se extiende sobre una superficie limpia para dejar que se escurra hasta que el contenido de agua sea constante o en condición de homogeneidad y superficialmente seco, para posteriormente disgregar de forma manual aquel materia que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea e material hasta obtener una muestra de aproximadamente 40 kg, como se describe a continuación:
Una vez que el material esta disgregado, se apila hasta formar un cono Figura 8.
Figura 8
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Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura Figura 9.
Figura 9
Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para formar una muestra de aproximadamente 20 kg Figura 10; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la cantidad del material mediante cuarteos sucesivos.
Figura 10
La muestra resultante se lava mediante un chorro de agua para eliminar el polvo adherido Figura 11 y posteriormente se seca en el horno a una temperatura de 110
5°C Figura 12 hasta masa constante.
Figura 11
Figura 12
Considerando el arreglo de mallas indicado en la tabla 1 de este manual, el material de la muestra se separa y clasifica obteniendo su granulometría Figura 13, eliminando el material que pase por la malla N°10. Figura 13
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PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
Una vez separado y clasificado el material de la muestra Figura 14, de la Tabla 2 se elige el tipo de composición que se utilizara para integrar la muestra de prueba, que mejor se asemeje a las características granulométricas obtenidas como se indica en este manual.
Figura 14
Se integra la muestra de prueba con las proporciones correspondientes a cada rango de tamaños Figura 15, de acuerdo con las cantidades indicadas en la tabla 2 de este manual.
Figura 15
Se obtiene la masa de la muestra de prueba integrada como
Figura 16 con
aproximación de 1 gr y se introduce a la máquina de los Ángeles.
Figura 16
De a cuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este manual, se define la cantidad de esferas requeridas y se verifica que su masa total cumpla con lo establecido en Página | 47
Manual de Prácticas de Pavimentos
dicha Tabla Figura 17. Hecho lo anterior, se introducen las esferas a la máquina de Los Ángeles y se hace funcionar a una velocidad angular de 30 a 33 rpm, durante 500 revoluciones.
Figura 17
Se retira el material del interior de la maquina depositándolo en una charola. Se desecha la fracción de la muestra de prueba que pase la malla N°12, para lo que se puede hacer pasar el material por todas las mallas indicadas en la Tabla 1 de este manual. Una vez desechado el material que pasa la malla N°12 se lava la muestra con un chorro de agua Figura 18 y se seca en el horno a una temperatura de 110
Figura 19
5 °C hasta masa constante Figura 19,
aproximadamente 16 horas. Figura 18
Tabla 2, Composición de la muestra de prueba y carga abrasivas Tipo de composicion de la muestra de prueba
A
B
C D
Rango de tamaños mm
Designacion
37,5 - 25 1 1/2" - 1" 25 - 19 1" - 3/4" 19 - 12,5 3/4" - 1/2" 12,5 -9,5 1/2"-3/8" Masa total de la muestra de prueba 19 - 12,5 3/4" - 1/2" 12,5 -9,5 1/2"-3/8" Masa total de la muestra de prueba 9,5 - 6,3 3/8" - 1/4" 6,3 - 4,75 1/4 - N°4 Masa total de la muestra de prueba 4,75 - 2 N°4 - N°10
Carga abrasiva Masa de la fraccion Número de Masa total g esferas g 1 250 ± 25 1 250 ± 25 1 250 ± 10 1 250 ± 10 5 000 ± 10 2 500 ± 10 2 500 ± 10 5 000 ± 10 2 500 ± 10 2 500 ± 10 5 000 ± 10 5 000 ± 10
12
5 000 ± 25
11
4 584 ± 25
8
3 330 ± 20
6
2 500 ± 15 Página | 48
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Finalmente se deja enfriar la muestra de prueba a temperatura ambiente, para determinar su masa Figura 20 con aproximación de 0,1 gr. Registrándola como .
Figura 20
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se calcula y reporta como resultado de la prueba, el desgaste por trituración, utilizando la siguiente expresión:
Donde: = Desgaste por trituración Los Ángeles, (%) = Masa inicial de la muestra de prueba, (gramos) = Masa final del material de la muestra de prueba mayor de 1,7 mm (malla N°12), gr.
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PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores
durante la ejecución de la prueba, se observaran las
siguientes precauciones: Realizar la preparación de la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas. Verificar que la muestra este perfectamente seca al momento de efectuar los cribados. Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos. Que la máquina de Los Ángeles este perfectamente limpia y libre de residuos de material en su interior, que el mecanismo de control de revoluciones trabaje correctamente y que la placa radial cumpla con las dimensiones indicadas anteriormente. Verificar que las esferas cumplan con las dimensiones y masas indicadas en la Tabla 2 Verificar que la balanza este limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una superficie horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas. Verificar que el horno este limpio y completo en todas sus partes y que su termostato trabaje correctamente. Cuidar que la muestra de prueba este conforme a alguna de las composiciones indicadas en la Tabla 2. TIEMPO DE EJECUCIÓN: 2 horas de prueba y 16 horas en horno.
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3. PRUEBAS DE MATERIALES ASFÁLTICOS
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3. PRUEBAS DE MATERIALES ASFÁLTICOS DEFINICIÓN Y GENERALIDADES DE LOS ASFALTOS Los asfaltos son una mezcla compleja de hidrocarburos de peso molecular elevado, que se presenta en forma de cuerpo viscoso más o menos elástico, no cristalino y de color negro. Son productos de la destilación natural o artificial del petróleo. Es el residuo sólido que queda una vez que se hayan extraído los componentes más ligeros y volátiles del petróleo. Aunque el asfalto puede considerarse como un desecho, también puede verse como un producto de gran calidad, sobre
el que se fundamenta gran parte de la
construcción de los firmes flexibles, denominados también firmes asfálticos o firmes bituminosos, en virtud de este dúctil, flexible y tenaz material que los constituye y caracteriza. Dentro del nombre genérico de ligantes asfálticos se incluyen materiales de distinta procedencia, los asfaltos y los alquitranes, que tienen en común su aspecto y una serie de propiedades aglomerantes. Ambos son materiales termoplásticos, viscosos, su color es negro y están formados por una mezcla compleja de hidrocarburos. Actualmente en carreteras se usa el asfalto, que puede ser de origen natural (rocas o lagos asfálticos) o artificial el cual es un producto de la refinación del petróleo crudo. Dadas sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad y durabilidad, tiene gran variedad de aplicaciones en la construcción de pavimentos flexibles como por ejemplo, mezclas asfálticas, bases estabilizadas, riegos de sello, emulsiones asfálticas, riegos de liga, riegos de impregnación, entre otros. El empleo de asfaltos naturales, tiene una limitada utilización aunque son por lo general materiales de excelente calidad, con la incorporación de este tipo de asfaltos a las mezclas asfálticas, se logran construir pavimentos muy resistentes a las deformaciones plásticas y a la vez pueden tener una alta flexibilidad.
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La mayoría de los asfaltos son semisólidos o sólidos a temperatura ambiente, su manipulación requiere su previo calentamiento, con la finalidad de reducir su consistencia a un valor admisible para la operación deseada: ya sea bombeo (en el manejo), la envuelta de agregados, riegos asfálticos, producción de mezclas asfálticas en caliente, entre otros. El calentamiento se realiza en depósitos apropiados, convenientemente protegidos y aislados, en camiones cisterna o en camiones con tanques regadores, con equipos de serpentines de aceite, quemadores o con bombas en circuito cerrado para evitar sobrecalentamientos
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3.1 PENETRACIÓN EN CEMENTOS Y RESIDUOS ASFÁLTICOS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos (M-MMP-4-05-006-00)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfalticos, así como de los residuos por destilación de las emulsiones y asfaltos rebajados, mediante la penetración vertical de una aguja en una muestra de prueba de dichos materiales bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura.
EQUIPO PARA REALIZAR LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba debe estar en condiciones optimas para uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. o
APARATO DE PENETRACIÓN O PENETRÓMETRO PARA ASFALTOS
Como se muestra en la figura 1, este aparato será capaz de sujetar una aguja, con la cual se realizaran las penetraciones en las cápsulas de prueba, como las referidas en el siguiente punto de este manual y provisto de un dispositivo para medir la profundidad de penetración de la aguja, en decimos de milímetro. También contara con un mecanismo que permita aproximar la aguja a la muestra de prueba y con pesas o lastres de 50 y 100 gramos.
Figura 1
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o
AGUJAS Con las agujas podremos hacer las penetraciones pertinentes que nos indica la prueba teniendo en cuenta que se encuentran en perfectas condiciones
son
de
acero
inoxidable,
totalmente
endurecidas
y
perfectamente pulidas, con la forma y dimensiones, que se acoplen al penetrómetro mediante un casquillo de bronce o de acero inoxidable, sobresaliendo de este ultimo entre 40 y 45 mm Figura 2. Figura 2
o
CÁPSULA DE PENETRACIÓN Con estas cápsulas nos brindara apoyo y contendrá el cemento asfáltico las cápsulas son de metal Figura 3 o de vidrio refractario, de forma cilíndrica y con el fondo plano.
Figura 3
o
BAÑO DE AGUA El baño de agua nos servirá para mantener en temperatura la muestra y así ponerla lista para su hora de ensayar. Con temperatura controlable hasta 50°C y aproximación de 0,1°C, con dimensiones y características tales que le permitan una capacidad mínima de 10 litros. Estará provisto de un entrepaño con perforaciones, colocado a no menos de 5 cm del fondo del baño y a no menos de 10 cm de la superficie libre del líquido.
NOTA: en caso de no contar el equipo de baño de agua podrá utilizar una charola circular Figura 4 y puede poner a calentar un poco de agua para cuando llene la charola de agua a temperatura ambiente si está por debajo Página | 55
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de la temperatura de los 25 °C le podrá agregar un poco de agua previamente caliente para llegar a tener el agua a la temperatura indicada de la prueba que es de 25°C.
Figura 4
o
TERMÓMETRO Nos ayudara a medir la temperatura del baño de agua o medir la temperatura del agua de la charola circular, Termómetro con rango de 0 a 50°C y aproximación de 1°C Figura 5. Figura 5
o
CRONÓMETRO Con el cronometro mediremos el tiempo de ejecución de cada penetración que se haga debe contar con aproximación de 0,2 segundos Figura 6. Figura 6
o
RECIPIENTE DE MANEJO
De metal, plástico o vidrio, de forma cilíndrica adecuada para manejar y mantener sumergida la capsula de penetración que contenga la muestra de prueba Figura 7. Figura 7
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o
MALLA N°50 Las malla nos servirá para pasar la muestra y retener todo los residuos malos que en ella contenga y hasta la capsula donde la colocaremos esto se hará cuando se prueben residuos por destilación de emulsiones asfálticas Figura 8.
Figura 8
o
ESPÁTULA DE NÍQUEL Con la ayuda de la espátula se retirara el material que exceda en la cápsula de prueba, las espátulas son de 20 cm de longitud Figura 9, cuando se prueben residuos por destilación.
Figura 9
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La muestra de prueba, según se trate de cemento asfaltico o del residuo por destilación, se prepara como se indica a continuación: o
MUESTRA DE CEMENTO ASFÁLTICO
De la muestra de cemento asfaltico, obtenida según se establece en el Manual M-MMP-4-05-001: Muestreo de Materiales Asfalticos, se toma un volumen ligeramente mayor al necesario para llenar la cápsula de penetración y se calienta en un recipiente que resista la temperatura, agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la temperatura
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uniformemente Figura 10, hasta que se adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en dicha cápsula. Todo esto se realiza cuidando que durante su calentamiento no se formen burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda de 130°C y que la operación se realice en un lapso menor de 30 min. Hecho esto, inmediatamente se llena la cápsula con la muestra de prueba Figura 11, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente Figura 12.
Figura 11
Figura 12
Figura 10
o
MUESTA DEL RESIDUO POR DESTILACIÓN DE UNA EMULSIÓN ASFÁLTICA
Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de prueba indicado en el Manual M-MMP-4-05-012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se destapa el alambique utilizado en esta prueba, se homogeniza su contenido con la espátula y se llena la cápsula de penetración vertiendo el residuo a través de la malla N°50, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
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o
MUESTRA DEL RESIDUO POR DESTILACIÓN DE UN ASFALTO REBAJADO
Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación del asfalto rebajado mediante el procedimiento de prueba indicado en el Manual MMMP-4-05-021, Destilación de Asfaltos Rebajados y tan pronto como deje de vaporizar en la cápsula metálica utilizada en esa prueba, se homogeniza con la espátula y se llena la cápsula de penetración, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
La prueba se realiza en la forma siguiente: o
Se coloca la cápsula de penetración que contiene la muestra de prueba dentro del recipiente de manejo Figura 13, para introducirlos posteriormente en el baño de agua, cuando este mantenga una temperatura de 25°C o la que se especifique para la prueba. Se sumerge dicho recipiente completamente y se mantiene así por lapso de 2 horas Figura 14, con objeto de que el producto asfáltico adquiera esa temperatura.
Figura 13
Figura 14
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o
Se coloca el penetrómetro sobre una superficie plana, firme y sensiblemente horizontal se le acopla la aguja Figura 15 y se lastra para que el elemento que se desplaza tenga una masa de 100
0,1 g o
la masa que se especifique para la prueba y finalmente se nivela perfectamente el penetrómetro Figura 15
o
Se saca del baño de agua el recipiente de manejo, el cual contiene la muestra de prueba en su cápsula de penetración, cuidando que tenga agua suficiente para cubrir completamente la cápsula. Se coloca el recipiente y la cápsula sobre la base del penetrómetro, de tal manera que la muestra quede bajo la aguja Figura 16. Se ajusta la altura de la aguja hasta que haga contacto con la superficie de la muestra, lo que se logra haciendo coincidir la punta de la aguja con la de su imagen reflejada en la superficie de la muestra Figura 17.
Figura 17 Figura 16
o
Se hace coincidir la manecilla del penetrómetro con el cero de su carátula Figura 18, hecho esto se oprime el sujetador para liberar la aguja únicamente durante 5 segundos Figura 19 o durante el tiempo que se especifique para la prueba, después de lo cual se toma la lectura registrándola en decimos de milímetro Figura 20.
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Figura 19 Figura 20
Figura 18
o
Se deben hacer por lo menos tres penetraciones sobre puntos diferentes de la superficie de la muestra Figura 21, separados entre si y de la pared de la cápsula de penetración 10mm como mínimo. Se limpiará cuidadosamente la aguja después de cada penetración sin desmontarla y, de ser necesario, para ajustar la temperatura a 25°C o a la especificada para la prueba, se regresara el recipiente de manejo con la muestra al baño de agua. Para la limpieza de la aguja se utilizara un paño humedecido con tricloroetileno o (glicerina), y después un paño seco y limpio.
Las flechas indican las penetraciones que se hicieron
Figura 21
o
Para materiales asfálticos suaves, con penetraciones mayores de 225 x mm, se tienen que emplear por lo menos tres agujas, las que se deben ir
dejando introducidas en las muestras de prueba al hacer las
penetraciones.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se reporta como resultado de la prueba, el promedio de las profundidades a las que haya entrado la aguja en por lo menos tres penetraciones, expresadas en décimos de milímetro y con aproximación a la unidad, valor conocido también como grado de penetración. Las penetraciones utilizadas para el cálculo del promedio, deben estar dentro de las diferencias permisibles mostradas en la Tabla 1, de lo contrario la prueba se repetirá. En el reporte quedarán asentados la temperatura, la masa y el tiempo de penetración con los que se realice la prueba. Tabla 1.- Diferencias permisibles entre los valores de penetración considerados para el cálculo de resultados
Tabla 1 Valor de la penetración
Diferencias permisibles
0 – 49
2
50 – 149
4
150 – 249
6
250 ó mas
8
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PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones:
Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura, masa y tiempo de penetración que se especifiquen.
Cuidar que no exista aire atrapado en la muestra de prueba.
Confirmar que la aguja este perfectamente limpia en el momento de la penetración.
Verificar que la aguja esté en contacto con la superficie de la muestra de prueba al iniciar la penetración.
Cuidar que la aguja no toque el fondo del recipiente antes de finalizar el tiempo especificado.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 2 horas
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3.2 DUCTILIDAD DE CEMENTOS Y RESIDUOS ASFÁLTICOS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas
Ductilidad de Cementos y Residuos Asfalticos (M-MMP-4-05-011-07)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite determinar la capacidad para deformarse sin romperse, de los cementos asfálticos, del residuo de la prueba de película delgada y de los residuos asfálticos obtenidos por destilación de emulsiones. La prueba consiste en medir la máxima distancia a la cual una briqueta de dichos materiales, de geometría y bajo condiciones de temperatura y velocidad de deformación específicas, puede ser estirada sin romperse.
EQUIPO Y MATERIALES PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones óptimas para su uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. Todos los materiales serán de calidad y deberán emplearse dentro de la fecha de caducidad. o
DUCTILÓMETRO Como
se
muestra
en
la
figura
1
de
este
manual
constituido
fundamentalmente por un dispositivo para estirar la briqueta de cemento asfaltico a una velocidad uniforme y sin vibraciones perjudiciales, de tal manera que durante la prueba permanezca sumergida en el agua de un tanque de material resistente a la corrosión, ubicada a no menos de 2,5 cm del nivel del agua y del fondo del tanque. Página | 64
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Figura 1
o
MOLDE (BRIQUETA) Con la briqueta se fabricara la muestra de prueba y con ayuda de ella se colocara en el ductilómetro para así poder estirar nuestra muestra, la briqueta, de latón, compuesto de dos mordazas y dos elementos laterales, con la forma que se muestra en la figura 2:
Figura 2
o
PLACA DE APOYO Con la ayuda de la placa podremos montar y realizar la briqueta de prueba para que al vertir el cemento asfáltico a la placa de apoyo este tenga una superficie lisa y plana y así fabricar nuestra muestra de prueba, la placa de apoyo debe ser plana, lisa y rígida, de latón, o bronce, como se muestra en la figura 3.
Figura 3
o
BAÑO DE AGUA
Que permita mantener la temperatura a 25
0,5 °C con una capacidad
mínima de 10 lts. Estará provisto de un entrepaño con perforaciones para
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Manual de Prácticas de Pavimentos
colocar la muestra sumergida, ubicado a no menos de 5 cm del fondo del baño y 10 cm de la superficie libre del líquido.
NOTA: en caso de no contar el equipo de baño de agua se podrá utilizar una charola circular Figura 4 y puede poner a calentar un poco de agua para cuando llene la charola de agua a temperatura ambiente si está por debajo de la temperatura de los 25 °C le podrá agregar un poco de agua previamente caliente para llegar a tener el agua a la temperatura indicada de la prueba que es de 25°C.
Figura 4
o
TERMÓMETRO Con el termómetro haremos las mediciones de la temperatura de la muestra y así también del agua que se ocupará deben tener un rango de -8 a 32 °C y aproximación de 0,1 °C Figura 5.
Figura 5
o
MALLA N°50 Con la malla se pasara el material previamente caliente y en estado líquido para así poder ocuparla como una especie de colador y se queden los residuos que en ella pudiese tener muestra Figura 6.
Figura 6
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o
CLORURO DE SODIO
Con el cloruro de sodio, lo vamos a ocupar en esta prueba para cambiar la densidad del agua y hacerla un poco más densa de lo que es, el cloruro de sodio puede ser de uso comercial Figura 7.
Figura 7
o
ANTIADHERENTE El antiadherente nos ayudara para colocarlo en las placas de apoyo y en la briqueta, así podemos estar seguros que no se pegue la muestra de prueba, el antiadherente puede ser, aceite Figura 8 o grasa de silicón; una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para impregnar la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto.
Figura 8
o
PAÑO
Para aplicar el antiadherente en la placa de apoyo Figura 9.
Figura 9
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Previamente a la preparación de la muestra, se aplica con el paño el antiadherente seleccionado en los dos elementos laterales del molde de la briqueta y en la superficie de la placa de apoyo Figura 10 para evitar que se le adhiera el asfalto. Hecho lo anterior se coloca el molde sobre la placa de apoyo y se ajusta dejándola en posición horizontal Figura 11.
Figura 10
Figura 11
La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico, del residuo de la prueba de película delgada o del residuo asfáltico obtenido por destilación de una emulsión, se prepara como se indica a continuación. o
MUESTRA DE CEMENTO ASFÁLTICO O DEL RESIDUO DE LA PRUEBA DE PELÍCULA DELGADA
De la muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M-MMP-4-05-001,Muestreo de Materiales Asfálticos o del residuo de la prueba de película delgada, obtenido como se establece en el Manual M-MMP-4-05-010, Pruebas en el Residuo de la Película Delgada de Cementos Asfálticos, según se especifique, se toma un volumen ligeramente mayor al necesario para llenar el molde de la briqueta y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma continua Figura 12 con el objeto de distribuir la temperatura uniformemente, hasta que se adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en el molde, cuidando que durante su calentamiento la temperatura no exceda los 130°C y que la Página | 68
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operación se realice en un lapso menor de 30 min. Hecho esto, inmediatamente se llena el molde previamente preparado como se indica en el punto anterior, para hacer la briqueta, pasando la muestra de prueba por la malla N°50, agitándola, perfectamente y vertiéndola cuidadosamente, mediante un chorro delgado que se mueve a lo largo del molde Figura 13, hasta rebasar ligeramente el nivel de enrase y evitando la formación de burbujas de aire Figura 14.
Figura 12
Figura 14
Figura 13
NOTA: El material que se utilizará en el laboratorio de la facultad de Ingeniería Civil campus Xalapa no es necesario pasarlo por la malla N°50 solo se vierte con cuidado a la briqueta.
Finalmente se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a 40 min hasta que alcance la temperatura ambiente Figura 15.
Figura 15
o
MUESTRA DEL RESIDUO POR DESTILACIÓN DE UNA EMULSION ASFÁLTICA
Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de prueba indicado en el Página | 69
Manual de Prácticas de Pavimentos
Manual M-MMP-4-05-012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se destapa el alambique utilizado en esa prueba, se homogeniza su contenido con la espátula y se elabora una briqueta llenando el molde previamente preparado como se indica en el punto anterior, haciendo pasar la muestra de prueba por la malla N°50, agitándola perfectamente y vertiéndola cuidadosamente mediante un chorro delgado que se mueve a lo largo del molde, hasta rebasar ligeramente el nivel de enrase y evitando la formación de burbujas de aire. Finalmente se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a 40 min. Hasta que alcance la temperatura ambiente.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
La prueba se realiza en la forma siguiente:
El molde con la placa de apoyo, conteniendo la briqueta, se coloca dentro del baño de agua Figura 16, a una temperatura de 25
0,5 °C durante 30 min; se
saca del baño Figura 17 y se enrasa la briqueta cortando el exceso de material con una espátula de borde recto previamente calentada para facilitar el corte Figura 18. Se vuelve a introducir en el baño a la misma temperatura durante 90 5 min Figura 19.
Figura 16
Figura 17
Figura 18
Figura 19
A continuación se retira la briqueta de la placa de apoyo Figuras 20 y 21 quitando los elementos laterales del molde Figura 22 y de inmediato se instala con sus mordazas en el ductilómetro Figuras 23 y 24, previamente preparado Página | 70
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con agua a 25
0,5 °C, sujetando los extremos de estas en los postes o
ganchos del aparato, debiendo quedar la cara superior de la briqueta a no menos de 2,5 cm de la superficie. Durante la prueba se mantendrá el agua a la temperatura indicada.
NOTA: Una vez preparado el ductilómetro con agua se le agrega cloruro de sodio (sal comercial) Figura 25 esto se hace para que cambie su peso el agua y se haga más densa y al momento de realizar la prueba el espécimen no toque el fondo del equipo. Figura 20
Figura 21
Figura 22
Figura 24
Figura 23
Figura 25
Se pone en marcha el mecanismo de prueba Figura 26 a una velocidad de 5 cm/min, con una variación de
5% hasta producir la ruptura de la briqueta; en
este momento se lee el desplazamiento de la mordaza Figura 27 y se registra en centímetros.
Figura 26
Figura 27 Página | 71
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NOTA: Antes de encender el equipo de ductilidad se pone en ceros la aguja que mide la deformación de nuestra prueba Figura 28 en dado caso que no se pueda poner en ceros, simplemente registrar la marca en donde se inicia nuestra prueba.
Figura 28
RESULTADOS
Se reporta como resultado de la prueba la longitud que se desplazo la mordaza para lograr la ruptura de la briqueta en centímetros Figuras 29 y 30 con aproximación a la unidad.
Figura 29 Figura 30
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PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observaran las siguientes precauciones:
Tener en especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura que se indican.
Cuidar que durante el llenado del molde de la briqueta no se generen burbujas de aire en la superficie o en el interior de la muestra de prueba.
Procurar que al estirar la briqueta esta no toque el fondo del tanque del ductilómetro o la superficie de agua, de lo contrario, se repetirá la prueba agregándole cloruro de sodio al agua del tanque para aumentar su densidad y lograr que la briqueta al ser estirada se mantenga en posición sensiblemente horizontal.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 6 horas
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3.3 PUNTO DE INFLAMACIÓN CLEVELEND EN CEMENTOS ASFÁLTICOS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas
Punto de Inflamación Cleveland en Cementos Asfalticos (M-MMP-4-05-007-00)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite determinar la temperatura mínima a la que el asfalto produce flamas instantáneas al estar en contacto con el fuego directo, así como aquella en que inicia su combustión. La prueba consiste en colocar una muestra de asfalto en una copa abierta de Cleveland, en donde se incrementa paulatinamente su temperatura hasta lograr que al pasar una flama por la superficie de la muestra se produzca en ella flamas instantáneas, la temperatura correspondiente se denomina punto de inflamación. Si se continúa elevando la temperatura de la muestra se llega al punto en que se inicia la combustión del material, la temperatura correspondiente se denomina punto de combustión.
EQUIPO El equipo para la ejecución de la prueba debe estar en condiciones optimas para su uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. El equipo necesario es el siguiente:
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o
COPA ABIERTA DE CLEVELAND Con la copa abierta de Cleveland se podrá contener el cemento asfáltico para nuestra muestra de prueba y con ella será capaz de calentarla a temperaturas altas, esta puede ser de latón, bronce o acero inoxidable, con la forma y dimensiones indicadas Figura 1.
Figura 1 Acotaciones en milímetros, con tolerancia de 0,5 mm
o
SOPORTE PARA LA COPA ABIERTA DE CLEVELAND Con el soporte será capaz de contener la copa abierta de Cleveland junto con la muestra y ella proveerá un sistema para aumentar la temperatura de modo controlada y también contara con un mechero el cual se podrá mover a voluntad del que la está utilizando, como mostrado Figura 2, provisto de una placa de apoyo metálica Figura 3 y otra de asbesto, ambas con las características indicadas en las imágenes siguientes. Montaje de equipo
Figura 2 Página | 75
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Figura 3
Placa circular de apoyo
o
TERMÓMETRO DE INMERSIÓN PARCIAL Con el termómetro nos ayudara a medir la temperatura de nuestra muestra al realizar la prueba, el termómetro debe tener un bulbo de 25 mm de longitud, con rango de -6 a 400 °C y aproximación de 2 °C Figura 4. Figura 4
o
APLICADOR
DE FLAMA
Con el aplicado de la flama lo vamos a ocupar para cuando la muestra este llegando a la temperatura indicada se pasara la flama sobre ella y se verá reaccionar los gases en una especie de flama, el aplicador debe contar con dimensiones aproximadas de 1,6 mm de diámetro en el extremo de salida y orificio de 0,8 mm de diámetro, acoplado al soporte de tal forma que le permita girar en un plano horizontal que diste 2 mm como máximo del borde superior de la copa de Cleveland Figura 5. Regulador de salida de gas
Flama
Figura 5
Conexión de gas
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o
BARÓMETRO
Para determinar la presión atmosférica del lugar en que se realiza la prueba en kPa o mm de mercurio. NOTA: No contamos con barómetro en el laboratorio así que su uso no interfiere en la prueba, pero puede consultar la presión del lugar mediante vía internet y así ocuparla como se indica en el manual.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
Se monta y sujeta el termómetro de manera que el extremo inferior del bulbo quede 6,4 mm del fondo de la copa abierta de Cleveland Figura 6, previamente colocada en la placa de apoyo, en un punto situado a la mitad de la distancia entre el centro y la pared de la copa opuesta al aplicador de fama; cuidando que el eje de giro del aplicador de flama, el centro de la copa y el eje del Figura 6
termómetro queden en el mismo plano vertical.
Se vacía lentamente en la copa abierta de Cleveland el material asfáltico preparado Figura 7, hasta que la parte superior del mecanismo coincida con la marca de aforo de la copa, destruyendo cualquier burbuja que se forme en la superficie de la muestra de prueba vertida. En caso de rebasar la marca de aforo se eliminará el exceso de asfalto utilizando cualquier medio apropiado.
Figura 7
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Se enciende el aplicador de flama Figura 8 y se ajusta esta para que tenga un diámetro aproximado de 3 a 5 mm, lo cual se verificará por comparación con una esfera de resistencia, instalada en la placa de apoyo, después de lo cual el aplicador se mantiene alejado de la copa mientras no se le requiera.
Figura 8
Se aplica calor a la muestra de prueba de manera que su temperatura aumenta a razón de 14 a 17 °C/min Figura 9, hasta que alcance una temperatura aproximada de 60 °C abajo del punto de inflamación
probable.
A
continuación,
se
reduce
gradualmente el calor aplicado a la copa de manera que al llegar la muestra a 30 °C abajo del punto de inflamación probable, el incremento de temperatura sea de 5 a 6
Figura 9
°C/min. Cuando la temperatura de la muestra de prueba sea de 30 °C abajo del punto de inflamación probable, se inicia la aplicación de la flama pasándola de lado a lado de la copa, sobre el centro de la misma y con movimiento circular uniforme de manera que la duración del paso de la flama sobre la copa sea de 1 segundo aproximadamente Figuras 10,11, 12 y que el aplicador gire lo suficiente hasta forma un ángulo recto con el diámetro de la copa que pasa por eje del termómetro. El centro de la flama de
prueba se debe mover en un plano
horizontal situado a no más de 2 mm arriba del borde superior de la copa. La flama se aplicará cada vez que la temperatura de la muestra se eleve 2 °C. Figura 10
Figura 11
Figura 12
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Manual de Prácticas de Pavimentos
Se registra como punto de inflamación
, en grados Celsius con aproximación de
2 °C, la temperatura leída en el termómetro cuando al pasar el aplicador se produzca una pequeña flama instantánea o destello en cualquier punto de la superficie de la muestra Figura 13, teniendo cuidado de no confundirla con el pequeño halo que suele tener la flama del aplicador.
NOTA:
Una
inflamación,
vez
registrado
se
baja
el
la
punto
de
temperatura,
(disminuyendo al regulador de temperatura, unos cuantos grados y se deja reposar por unos 5 min. Después se repite el procedimiento unas dos o tres veces para asegurar la temperatura
Figura 13
del punto de inflamación.
Se continúa incrementando la temperatura de la muestra de prueba a razón de 5 a 6°C /min, pasando el aplicador de flama cada incremento 2°C hasta que se produzca flamas que duren por lo menos 5 segundos, registrando en ese momento la temperatura alcanzada
, como el punto de combustión, en °C, con
aproximación de 2°C.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Si la presión barométrica del lugar donde se efectúe la prueba, es mayor a 101,3 kPa (760 mm de mercurio), se corrigen las temperaturas
y
, aplicando una
de las siguientes fórmulas:
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Donde: = Temperatura = Temperatura
o o
, corregida por presión barométrica, (°C) , registrada durante la prueba, (°C)
= Presión barométrica del lugar en que se efectúe la prueba, (kPa) P
= Presión barométrica del lugar en que se efectúe la prueba, (mm Hg)
Se reporta como punto de inflamación y punto de combustión del cemento asfaltico las temperaturas presión barométrica ( ´ y
y
, respectivamente, corregidas en su caso por
), con aproximación de 2°C.
PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observaran las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un local libre de corrientes de aire y relativamente oscuro para que se puedan identificar fácilmente las flamas. Evitar agitar los vapores que se desprendan de la copa al aplicar la flama de prueba, no haciendo moviendo bruscos ni respirando cerca de ella.
Lavar la copa con un disolvente adecuado para eliminar cualquier residuo de la prueba anterior. Si contiene partículas de carbón removerlas con fibra de acero y lavarla con agua fría, después acercarla a una flama o colocarla sobre una parrilla eléctrica para eliminar el disolvente y el agua.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 1 hora
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3.4 VISCOSIDAD SAYBOLT-FUROL EN MATERIALES ASFÁLTICOS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas
Viscosidad Saybolt-Furol en Materiales Asfálticos (M-MMP-4-05-004-00)
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite conocer la consistencia de los materiales asfálticos mediante sus características de flujo a una temperatura de 135°C para los cementos, de 25 y 50 °C para las emulsiones y de 50 y 60 °C para los asfaltos rebajados, pudiéndose hacer a otras temperaturas, con el propósito de estudiar la susceptibilidad al calor de los materiales asfalticos y determinar las viscosidades apropiadas para su utilización.
La prueba consiste en determinar el tiempo que tarda en pasar 60
del
material a probar a través de un orificio Furol, instalado en un tubo de Viscosidad Saybolt, bajo condiciones de carga y temperatura preestablecidas.
EQUIPO Y MATERIALES
El equipo para la ejecución de la prueba ha de estar en condiciones óptimas para su uso, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. Todos los materiales a emplear deben ser de primera calidad y de reciente adquisición.
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o
VISCOSÍMETRO SAYBOLT-FUROL Integrado por: Con el tubo de viscosidad Saybolt permitirá contener la muestra para poder realizar la prueba consta de un tubo de viscosidad Saybolt y boquilla con orificio Furol Figura 1, ambos de metal resistente a la corrosión, con la forma y dimensiones indicadas. El tubo estará provisto con una tuerca en su parte inferior para fijarlo en posición vertical en el recipiente del baño Figura 2 y con un tapón de corcho u otro dispositivo similar que impida el flujo del material asfaltico, que tenga un cordón o cadena para facilitar su remoción. Figura 2 Figura 1
Una tapa metálica para el tubo de viscosidad para que la temperatura de la muestra permanezca constante, consiste en una placa circular biselada Figura 3, con diámetro inferior de aproximadamente 56 mm y 7 mm de espesor, con un orificio en el centro con diámetro ligeramente mayor que el del termómetro.
Figura 3
Un baño de aceite Figura 4, acondicionado para mantener el nivel del liquido en su interior 6 mm arriba del borde de derrame del tubo de viscosidad, y adaptado para sujetar dicho tubo en posición vertical. Estará equipado con un agitador, un sistema de control de temperatura con capacidad hasta de 235 °C con aproximación de 0,2 °C y una fuente de calor alejada por lo menos 3 cm del tubo de viscosidad. Figura 4
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Manual de Prácticas de Pavimentos
o
MATRAZ DE VIDRIO Para mantener y captar la muestra a la hora de estar realizando la prueba capaz de resistir temperaturas altas, de la forma y dimensiones indicadas, con capacidad de 60
0,05
, aforado a la temperatura de 20 °C, con la
marca de aforo en el cuello Figura 5.
Figura 5
o
EQUIPO PARA FILTRADO Para pasar la muestra y se retengan las partículas que no sean de la muestra de estudio, se requiere de un embudo de la forma y dimensiones indicadas, de metal resistente a la corrosión y provisto de una malla Figura 6 N°20 cuando se prueben cementos asfálticos o N°100 para asfaltos rebajados, fijada al embudo mediante un sujetador. Cuando se trate de emulsiones asfálticas, únicamente se requiere una malla N°20 o tela de alambre con la misma abertura, montada en un marco.
Figura 6
o
TERMÓMETROS
Según el tipo de material por probar se requiere los siguientes termómetros con los cuales se tomaran las temperaturas de la prueba según sea el caso:
Cuando se prueben cementos asfálticos, un termómetro de inmersión total, con rango de 95 a 155 °C y aproximación de 0,2 °C Figura 7. Página | 83
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Cuando se prueben emulsiones asfálticas, dos termómetros de inmersión total, uno con rango de 15 a 30 °C y otro de 45 a 65 °C, ambos con aproximación de 0,1 °C Figura 7.
Cuando se prueben asfaltos rebajados, un termómetro de inmersión parcial, con rango de -7 a 110 °C y aproximación de 0,5 °C Figura 7.
Figura 7
o
PARRILLA ELÉCTRICA Para precalentar el cemento asfáltico y tenerlo a la temperatura indicada para la prueba de aproximadamente 20 cm de diámetro, con capacidad de 1200 W Figura 8. provista de control termostático.
Figura 8
o
CRONÓMETRO Para poder tomar el tiempo exacto en el que se realizara la prueba Con aproximación de 1 segundo Figura 9.
Figura 9
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o
VASO DE PRECIPITADO
Para realizar la prueba en emulsiones asfálticas, además de lo ya mencionado, se requiere de un vaso de precipitado, de vidrio refractario y 400 o
de capacidad.
LÍQUIDO PARA LLENAR EL BAÑO
Cuando se efectúen pruebas en cementos asfalticos a temperatura entre 120 y 150 °C, el líquido para llenar el baño será aceite de grado 40 (SAE) o, si las temperaturas son superiores, aceite con viscosidad saybolt-Furol de 17,5 a 18,5 seg, a 99 °C y punto de inflamación en copa abierta de Cleveland 357 °C. Cuando se prueben emulsiones asfálticas o asfaltos rebajados, el baño se llenará con agua en lugar de aceite.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La preparación de la muestra de material asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M-MMP-4-05-001 Muestreo de Materiales Asfalticos, se hace de la siguiente manera. o
DE CEMENTOS ASFÁLTICOS
Se colocan 450 g de la muestra de cemento asfáltico en un recipiente, para derretirla se calienta hasta alcanzar una temperatura superior en 15 °C a la prueba, agitándola de vez en cuando Figura 10, excepto durante los últimos 30 °C de calentamiento, cuando el agitado será continuo. El tiempo de calentamiento no será mayor de 2 horas y la muestra solamente se debe calentar una vez.
Figura 10 Página | 85
Manual de Prácticas de Pavimentos
o
DE EMULSIONES ASFÁLTICAS
La muestra de emulsión asfáltica por probar se unifica mediante agitación moderada, evitando la formación de burbujas de aire y se vierten de ella 100 o
en el vaso de precipitado.
DE ASFALTOS REBAJADOS
Se colocan 150 gramos de la muestra de asfalto rebajado en un recipiente y se calienta hasta alcanzar una temperatura superior en 2 °C a la prueba, agitándola
continuamente
para
igualar
la
temperatura
y
evitar
sobrecalentamientos locales.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA o
EN CEMENTOS ASFÁLTICOS O ASFALTOS REBAJADOS
Para realizar la prueba en cementos asfálticos o asfaltos rebajados, se procede de la siguiente manera:
Se llena el baño del viscosímetro con el aceite adecuado para la temperatura a la cual se efectuara la prueba o con agua si se trata de un asfalto rebajado Figura 11.
Figura 11
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Manual de Prácticas de Pavimentos
Se limpia el tubo de viscosidad Figura 12 con xilol o petróleo diáfano y se seca perfectamente antes de utilizarlo. Para facilitar esta limpieza, después de cada prueba el tubo de viscosidad se llena con aceite, se vacía y enseguida se limpia con xilol.
Tubo limpio y seco Figura 12
Una vez limpiado el tubo de viscosidad, se le inserta el tapón de corcho en su parte inferior Figura 13, de manera que penetre de 6 a 9 mm, cuidando que ajuste herméticamente para evitar pérdidas de la
Figura 13
muestra de prueba.
Se ajusta el baño del viscosímetro a una temperatura ligeramente inferior a la seleccionada para la prueba Figura 14; se entibian y secan el tubo de viscosidad y el embudo con la malla N° 20 cuando se trate de cemento asfáltico o N° 100 para asfalto rebajado. A continuación se vierte en el tubo de viscosidad la muestra preparada Figura 15, filtrándola a través de la malla, hasta que se derrame en la cazoleta; se coloca la tapa y se inserta el termómetro a través del orificio central de la misma. Para ajustar la temperatura, se enciende el termóstato para calentar el fluido a la temperatura necesaria
Figura 14
Termómetro del baño del viscosímetro
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Manual de Prácticas de Pavimentos
Figura 15
Se ajusta la muestra continuamente con el termómetro, dándole a este un movimiento circular y evitando movimientos verticales que pudieran provoca la formación de burbujas, teniendo cuidado de no golpear el tubo de viscosidad para no presionar el asfalto a través del orificio de la boquilla Figura 16; se ajusta la temperatura del baño hasta que la muestra alcance la temperatura de prueba y se establezca el equilibrio térmico.
Figura 16
Cuando la temperatura de la muestra permanezca constante durante 1 minuto de agitado continúo Figura 17, con una discrepancia no mayor de 0,3 °C respecto a la temperatura de prueba, se retira la tapa para verificar que la muestra dentro de la cazoleta no llegue al nivel de derrame y se vuelve a colocar la tapa. Temperatura de la muestra se tomara con un termómetro auxiliar al equipo
Figura 17
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Inmediatamente después se coloca el matraz debajo del tubo de viscosidad, se retira el tapón de corcho Figura 18 y simultáneamente se pone en marcha el cronometro Figura 19, el cual se detiene en el momento en que la muestra alcance la marca de aforo de 60
del
matraz y se registra el tiempo medido. El tiempo transcurrido desde que se inicia el llenado del tubo de viscosidad hasta que empiece el llenado del matraz no debe ser mayor de 15 minutos.
Figura 19
o
Figura 18
EN EMULSIONES ASFÁLTICAS
Para realizar la prueba en emulsiones asfálticas se procede de la siguiente manera:
Se llena el baño del viscosímetro con agua.
Se limpia el tubo de viscosidad con xilol o petróleo diáfano y se seca perfectamente antes de utilizarlo. Para facilitar esta limpieza, después de cada prueba el tubo de viscosidad se llena con aceite, se vacía y enseguida se limpia con xilol.
Una vez limpiado el tubo de viscosidad, se le inserta el tapón de corcho en su parte inferior, de manera que penetre de 6 a 9 mm, cuidando que ajuste herméticamente para evitar pérdidas de la muestra de prueba.
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Dependiendo de la temperatura a la que se realice la prueba, se calienta el baño del viscosímetro y la muestra de la emulsión asfáltica como se indica a continuación:
PARA LA PRUEBA A 25 °C
Se ajusta el baño a una temperatura de 25 °C. A continuación se coloca en este, durante 30 min, el vaso de precipitado que contiene la muestra de emulsión asfáltica de manera que su fondo quede abajo del nivel del agua aproximadamente 5 cm y se agita periódicamente su contenido, con movimiento circulares del termómetro a razón de aproximadamente 60 revoluciones por minuto, evitando la formación de burbujas. Transcurrido el lapso mencionado se procede como se indican en los puntos.
PARA LA PRUEBA A 50 °C
Se ajusta el baño a una temperatura de 60
3 °C. A
continuación se coloca en este, el vaso de precipitado que contiene la muestra de emulsión asfáltica de manera que su fondo quede abajo del nivel del agua aproximadamente 5 cm y se agita periódicamente su contenido, con movimiento circulares del termómetro a razón de aproximadamente 60 revoluciones por minuto, evitando la formación de burbujas. En las condiciones mencionadas se mantiene la muestra hasta que alcance una temperatura de 51,4
0,3 °C y se procede como se
indica en los incisos siguiente.
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Se vierte en el tubo de viscosidad la muestra de emulsión asfáltica calentada como se indica en los puntos anteriores de este Manual, filtrándola a través de la malla N°20 o la tela de alambre, previamente entibiada y seca, hasta que la emulsión asfáltica se derrame en la cazoleta; se coloca la tapa y se inserta el termómetro a través del orificio central de la misma. Se agita la muestra continuamente con el termómetro, dándole a este un movimiento circular y evitando movimientos verticales que pudieran provocar la formación de burbujas, teniendo cuidado de no golpear el fondo del tubo de viscosidad para no presionar la emulsión a través del orificio de la boquilla; se ajusta la temperatura del baño hasta que la muestra alcance la temperatura de prueba y se establezca el equilibrio térmico. Cuando la temperatura de la muestra permanezca constante durante 1 minuto de agitado continúo, con una discrepancia no mayor de 0,1 °C respecto a la temperatura de prueba, se retira la tapa para verificar que la muestra dentro de la cazoleta no llegue al nivel de derrame y se vuelve a colocar la tapa. Inmediatamente después se coloca el matraz debajo del tubo de viscosidad, se retira el tapón de corcho y simultáneamente se pone en marcha el cronómetro, el cual se detiene en el momento en que la muestra alcance la marca de aforo de 60
del matraz y se registra el
tiempo medido. El tiempo transcurrido desde que se inicia el llenado del tubo de viscosidad hasta que empiece el llenado del matraz no debe ser mayor de 15 minutos.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se reporta como viscosidad Saybolt-Furol de la muestra, el tiempo en segundos que tarda en llenarse el matraz con el material asfaltico hasta la marca de aforo, indicando también la temperatura de prueba.
NOTA: Una vez terminada la prueba se retira el matraz y se limpia perfectamente, al igual que el viscosímetro Saybolt-Furol.
PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en lugares en que no se produzcan corrientes de aire ni cambios bruscos de temperatura.
Que durante el llenado del matraz, el asfalto escurra por la pared de su cuello, para evitar la formación de espuma o burbujas de aire.
Que las paredes interiores del baño y del tubo de viscosidad no tengan carbón u otras impurezas, verificándolo periódicamente.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 3 horas
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3.5 ELABORACIÓN DE PASTILLAS MARSHALL EN MATERIALES ASFÁLTICOS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas
Elaboración de Pastillas Marshall en Materiales Asfalticos
OBJETIVO DE LA PRUEBA
Esta prueba permite conocer el porcentaje óptimo de cemento asfáltico para el tipo de agregado que se utilizará en la elaboración de la carpeta asfáltica, dependiendo del número del tránsito promedio anual que transitará en la carpeta y así poder optimizar el recurso del costo de la carpeta.
EQUIPO Y MATERIALES
El equipo para la ejecución de la prueba ha de estar en condiciones óptimas para su uso, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. Todos los materiales a emplear deben ser de primera calidad y de reciente adquisición. o
MOLDES METÁLICOS Para retener nuestra mezcla y también que soporten temperaturas altas y de materiales resistentes, tienen diámetro interior de
(101,6
0,1)
milímetros y de altura de (83,3) milímetros Figura 1.
Figura 1 Página | 93
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o
EXTENSIÓN O COLLARIN Y UNA PLACA DE BASE Con la placa de base Figura 2 se colocara el molde donde se tendrá la mezcla de prueba y la extensión Figura 3 será para evitar que el materia que exceda no se derrame del molde ambas para acoplarse indistintamente en los dos extremos de los moldes.
Figura 2 Figura 3
o
PEDESTAL DE COMPACTACIÓN
Consiste en un bloque de madera, con peso especifico relativo, llevando sujeta en su parte superior una placa metálica cuadrada de 2,5 cm y 30 cm por lado, teniendo el pedestal en su parte interior dispositivos de anclaje para fijarlo en posición vertical sobre una losa rígida de concreto, de tal manera que la placa metálica permanezca en posición horizontal, con sujetador metálico para los moldes de compactación, que permite mantener firmemente en posición sobre el centro del pedestal, los cilindros metálicos con su base y collarín Figura 4.
Figura 4
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o
PISÓN Nos ayudara a compactar la mezcla de prueba q se colocara en el molde d compactación, el pisón de compactación con superficie circular de apisonado de 98,4 milímetros, teniendo una pesa deslizante de 4,536 gramos, con altura de caída de 457,2 milímetros Figura 5.
Figura 5
o
PARRILLA O ESTUFA A GAS Para calentar y hacer la mezcla de los materiales pétreos con el cementos asfálticos, parrilla eléctrica de aproximadamente 20 cm de diámetro, con capacidad de 1200 W Figura 6, provista de control termostático. Estufa con capacidad de regular la flama de calentamiento.
Figura 6
o
CHAROLAS Y AGITADORES Charola para contener el volumen de la mezcla y que soporte altas temperaturas para su calentamiento con capacidad de 2 litros o mas Figura 7 y para agitar pueden ser espátulas, o cucharas Figura 8.
Figura 7
Figura 8
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o
HORNO Para precalentar los moldes de compactación, extensión y placa de base puede ser eléctrico Figura 9 o de gas, con capacidad mínima de 20
,
ventilado, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 200
5 °C.
Figura 9
o
BALANZA Para pesar el material pétreo que se ocupara y así también con el cemento asfaltico debe de tener una capacidad de 2 kg o mas y aproximación de 0,1 g Figura 10.
Figura 10
o
TERMÓMETRO Para tomar las temperaturas de la prueba Con bulbo de 25 mm de longitud, con rango de 0 a 100 °C y aproximación de 0,2 °C Figura 11. Figura 11
o
PAPEL FILTRO Para que no toque la mezcla con el fondo del molde y con el pisón. De forma circular con diámetro ligeramente menor que el molde de compactación Figura 12. Figura 12 Página | 96
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PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
Se determinan las temperaturas de mezclado de cada material y la de compactación de la mezcla, de acuerdo con lo siguiente:
El cemento asfáltico o los rebajados se calentarán a una temperatura adecuada para obtener una viscosidad Saybolt Furol Figura 13 de 85 seg.
10 seg. a
esta temperatura se le designa como temperatura de mezclado de los materiales.
Figura 13
La preparación de las mezclas de prueba para fines de diseño se lleva a cabo con la cantidad necesaria de material pétreo para que el espécimen tenga una altura aproximada de 63,5 milímetros y 1,100 gramos de material pétreo Figura 14. Las proporciones de cemento asfáltico que se deben utilizar para elaborar estas mezclas se definen con base al contenido óptimo aproximado que sería de 5,5 % del total del peso del espécimen.
Figura 14
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Las mezclas se prepararán por triplicado, cada una para elaborar un espécimen, con los siguientes contenidos de cemento asfaltico:
Contenido óptimo aproximado, -1,0 % Contenido óptimo aproximado, -0,5 % Contenido óptimo aproximado. Contenido óptimo aproximado, +0,5% Contenido óptimo aproximado, +1,0% Contenido óptimo aproximado, +1,5% Contenido óptimo aproximado, +2,0%
Una vez que se tiene previamente calentado el cemento asfáltico, con la ayuda de una charola se vierte el material pétreo Figura 15, debidamente pesado de acuerdo a la granulometría que se obtuvo y se pone a calentar, ya sea a fuego o una parrilla eléctrica una vez que se encuentra previamente calentado se le agrega el cemento asfáltico Figura 16, con ayuda de calor se mezcla perfectamente el agregado pétreo y el cemento asfáltico con apoyo de una espátula o cuchara
se mezcla hasta alcanzar una mezcla uniforme; La
humedad que conserve la mezcla será cercana a la óptima de compactación.
Figura 15
Figura 16
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Se limpia la placa de compactación del pisón y los moldes de compactación y junto con el collarín, la espátula y placa de base respectivos, se engrasan para evitar que se pegue algún material al realizar la prueba Figura 17.
Figura 17
Se prepara una de las mezclas de prueba de uno de los contenidos de asfalto seleccionado Figura 18, siguiendo el procedimiento anterior, se coloca un molde con su collarín y base y se arma sobre una mesa Figura 19, poniendo en el fondo una de las hojas de papel filtro circular Figura 20. Se vacía dentro del molde la mezcla asfáltica elaborada y se acomoda sin que se clasifique Figura 21; por último, se acomoda la parte superior del espécimen procurando dejarle la superficie ligeramente abombada, sobre la cual se coloca otra de las hojas de papel filtro circular Figura 22.
Figura 20
Figura 18
Figura 19
Figura 22
Figura 21
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A continuación se coloca el molde con su base y collarín montados, conteniendo la mezcla de prueba, sobre el pedestal de compactación y se ajusta el dispositivo de este que sostiene el molde Figura 23; se aplica con la pesa deslizante del pisón de compactación 50 golpes Figura 24, o bien, 75 golpes, dependiendo de lo que especifique el proyecto para el tipo de transito especificado. La altura de caída de la pesa será de 457 milímetros, debiendo mantener el eje del pisón en posición normal a la base del molde Figura 25. NOTA: Se puede ajustar el molde en el pedestal antes de vaciar la mezcla asfáltica,
una vez que se acomodo se realiza el procedimiento del
punto anterior para el acomodo de la mezcla.
Figura 23
Figura 24
Figura 25
Una vez que se tiene la mezcla en el molde y el pisón en su posición se aplica el número de golpes de compactación establecido, se libera el molde de la sujeción Figura 26 y se retira el collarín Figura 27; se invierte el molde conteniendo el espécimen (se voltea el molde) y se ajusta sobre la placa de base, se vuelve a colocar el collarín y el dispositivo que sostiene el molde Figura 28, en seguida se aplica en la otra cara del espécimen
Figura 27
el mismo número de golpes que en la cara anterior Figura 29.
Figura 26
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Figura 29
Figura 28
Se separa del molde que contiene el espécimen, la placa de base y su collarín y se deja enfriar dicho espécimen en el molde Figura 30, el tiempo necesario para que al ser extraído no sufra deformaciones, para lo cual se introduce en caso que sea necesario durante una hora, en un baño de aire o ambiente con aire acondicionado a 25 °C.
Figura 30
Utilizando el extractor de especímenes, se saca cuidadosamente el espécimen del molde Figuras 31, 32, 33,34 y se coloca sobre una superficie plana y horizontal, en donde permanecerá en reposo a la temperatura ambiente durante 24 horas Figura 35, antes de ser probado.
Figura 31
Figura 32
Figura 33
Figura 34
Figura 35
Se determina con el vernier o calibrador la altura del espécimen y se anota en milímetros Figura 36; si la altura registrada no es 63
3 milímetros, la cantidad
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de mezcla empleada en la elaboración del siguiente espécimen deberá corregirse aplicando la siguiente fórmula:
Figura 36
En donde:
= Es el peso corregido de la mezcla, para elaborar uno de los nuevos especímenes, en gramos. = Es el peso del espécimen elaborado, en gramos. = Es la altura del espécimen elaborado, en milímetros.
Se continúa con el mismo procedimiento para la elaboración de los demás especímenes que se realizaran.
PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observaran las siguientes precauciones:
Se realizara en los tiempos y temperaturas mencionados en la prueba.
Se realizara la prueba en un lugar libre de corrientes de aire y evitar que la muestra se altere. Los equipos que se utilicen estarán limpios y libres de imperfecciones y en óptimas condiciones. TIEMPO DE EJECUCIÓN: 3 horas
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3.6 ENSAYE DE PASTILLAS MARSHALL 3.6.1 RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas Ensayo de Pastillas Marshall, Resistencia a Compresión Simple de Mezclas Asfálticas
OBJETIVO DE LA PRUEBA
En esta prueba permite conocer la resistencia a compresión simple de las mezclas compactadas en caliente, utilizadas en construcción en carreteras.
EQUIPO Y MATERIALES PARA LA REALIZACION DE LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. o
MÁQUINA PARA ENSAYO Para poder aplicar la carga directa hacia las pastillas Marshall La máquina para ensayar las probetas puede ser cualquier tipo de prensa que cumpla con las condiciones de capacidad de carga y velocidad Figura 1.
Figura 1
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o
PASTILLAS MARSHALL Serán las muestras de prueba las cuales se les aplicara una carga directa sobre ella. Pastillas cilíndricas realizadas como lo indican los manuales Figura 2.
Figura 2
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico o del residuo por destilación, se prepara como se indica a continuación:
Antes de ensayar las probetas, se introducirán en un baño de aire regulado a 25
1 °C durante un tiempo mínimo de 4 horas.
NOTA: Si no se cuenta con baño de aire, se ensayaran las Pastillas Marshall a temperatura ambiente.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA La prueba se realiza en la forma siguiente:
Antes de iniciar la prueba se revisa que la prensa hidráulica este funcionando en perfectas condiciones sin ningún contratiempo. Se conecta la prensa a la corriente eléctrica Figura 3 y se encienden los diversos dispositivos de arranque de la prensa hidráulica Figuras 4, 5,6.
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6 Página | 104
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Una vez encendida la prensa hidráulica se controla con un dispositivo, este dispositivo es una palanca que cumple con las siguientes funciones como si indica a continuación Figura 7. RETRACT: En este punto el pistón, retrocede para volver a su punto de inicio.
Figura 7 FULL ADVANCE: En este punto, el pistón bajara a una velocidad rápida
HOLD: La palanca al colocarse en este punto indica que el pistón no trabaja, esta en neutro METERED ADVANCE: Al colocarse la palanca en este punto, será cuando empieces a realizar la prueba (velocidad constante o controlada)
NOTA: Al iniciar y finalizar la prueba la palanca de mando siempre debe de estar en el punto de HOLD.
Una vez que esté en funcionamiento la prensa se acomodan las calzas para que las Pastillas Marshall estén cerca del pistón de ensaye Figura 8, a una distancia de 1,5 cm.
Figura 8
Se ajusta la velocidad de ensaye, que esta especificada para esta prueba, la velocidad de ensaye debe ser de 0,05 mm/min Figura 9.
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NOTA: La velocidad para la prensa hidráulica será puesta en el número 4 de la primera vuelta Figura 10. La flecha indica el punto de la velocidad que se está utilizando
La velocidad de prueba es de 4
Figura 10 Figura 9
Se coloca la Pastilla en el plato de apoyo de la prensa hidráulica Figura 11, se ajusta el pistón a modo que esté a punto de tocar la pastilla Figura 12. Se pone el marcador en ceros y se inicia la prueba a velocidad controlada Figura 13.
Figura 11
Figura 13
SET ENTER: Este botón te sirve para cambiar las unidades de medición de la carga.
Figura 12
El botón de ZERO, sirve para antes de empezar la prueba poner el marcador en ceros
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se determina la resistencia a compresión simple de cada probeta, dividiendo la carga máxima obtenida en el ensayo por el área de su sección transversal (80,1 para las probetas de 101,6 mm de diámetro) En caso de tener más de una Pastilla de ensaye con las mismas características el valor medio de las resistencias obtenidas se tomara como resultado del ensayo a compresión simple.
Donde:
Rcs
= Resistencia a la compresión simple.
Cmax = Carga máxima obtenida en el ensayo.
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 30 minutos
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3.6.2 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL (ENSAYO BRASILEÑO) DE MEZCLAS ASFÁLTICAS. MÉTODOS DE MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES MATERIALES PARA PAVIMENTOS Materiales Asfalticos, Aditivos y Mezclas Ensayo de Pastillas Marshall, Resistencia a Compresión Diametral
(Ensayo
Brasileño) de Mezclas Asfálticas
OBJETIVO DE LA PRUEBA
En esta prueba permite conocer la resistencia a compresión diametral, tracción indirecta de mezclas asfálticas compactadas en caliente, utilizadas en construcción en carreteras.
El principio del método consiste en imponer una deformación por compresión diametral a una pastilla Marshall situada horizontalmente entre los platos de una prensa, de forma que los esfuerzos aplicados a las pastillas sean sobre dos generatrices opuestas, se pueden determinar el desplazamiento vertical y la deformación horizontal del diámetro de las pastillas Marshall.
EQUIPO Y MATERIALES PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRUEBA
El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes.
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o
MÁQUINA PARA ENSAYO Para poder aplicar la carga directa hacia las pastillas Marshall. La máquina para ensayar las probetas puede ser cualquier tipo de prensa que cumpla con las condiciones de capacidad de carga y velocidad Figura 1.
Figura 1
o
BLOQUES SÓLIDOS DE ACERO Serán ocupados para q en ellos se aplique la carga en las probetas de ensaye, el bloque superior contara con asiento esférico y el otro será un bloque rígido sencillo sobre el cual descansara el espécimen Figura 2.
Figura 2
o
PASTILLAS MARSHALL Serán las muestras de prueba las cuales se les aplicara una carga directa sobre ella. Pastillas cilíndricas realizadas como lo indican los manuales Figura 3.
Figura 3
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico o del residuo por destilación, se prepara como se indica a continuación:
Antes de ensayar las probetas, se introducirán en un baño de aire regulado a 25
1 °C durante un tiempo mínimo de 4 horas.
NOTA: Si no se cuenta con baño de aire, se ensayaran las pastillas a temperatura ambiente.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA La prueba se realiza en la forma siguiente:
Antes de iniciar la prueba se revisa que la prensa hidráulica este funcionando en perfectas condiciones sin ningún contratiempo. Se conecta la prensa a la corriente eléctrica Figura 4 y se encienden los diversos dispositivos de arranque de la prensa hidráulica Figuras 5, 6, 7.
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
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Una vez encendida la prensa hidráulica se controla con un dispositivo, este dispositivo es una palanca que cumple con las siguientes funciones como si indica a continuación Figura 8. RETRACT: En este punto el pistón, retrocede para volver a su punto de inicio.
HOLD: La palanca al colocarse en este punto indica que el pistón no trabaja, esta en neutro
Figura 8 FULL ADVANCE: En este punto, el pistón bajara a una velocidad rápida
METERED ADVANCE: Al colocarse la palanca en este punto, será cuando empieces a realizar la prueba (velocidad constante o controlada)
NOTA: Al iniciar y finalizar la prueba la palanca de mando siempre debe de estar en el punto de HOLD.
Una vez que esté en funcionamiento se acomodan las calzas para que las Pastillas Marshall estén cerca del pistón Figura 9, a una distancia de 1,5 cm.
Figura 9
Se ajusta la velocidad de ensaye, que esta especificada para esta prueba Figura 10, la velocidad de ensaye debe ser de 0,85 mm/min.
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NOTA: La velocidad para la prensa hidráulica será puesta en el número 6 de la segunda vuelta Figura 11. La flecha indica el punto de la velocidad que se está utilizando
La velocidad de prueba es de 6
Figura 11 Figura 10
Se coloca la Pastilla, junto a ella se le colocan los bloques de acero en cada generatriz Figura 12; teniendo en consideración que el lado curvo del bloque quede en la superficie de la pastilla, en el plato de apoyo de la prensa hidráulica se ajusta el pistón a modo que esté a punto de tocar los bloques de acero Figura 13. Se pone el marcador en ceros y se inicia la prueba a velocidad controlada Figura 14. Figura 13 Figura 14
Figura 12 El lado curvo del bloque de acero toca la parte de la pastilla Marshall
El botón de ZERO, sirve para antes de empezar la prueba poner el marcador en ceros
SET ENTER: Este botón te sirve para cambiar las unidades de medición de la carga.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Se determina la resistencia a compresión diametral, tracción indirecta, de cada probeta, se calcula con la fórmula siguiente, aproximado a la primera cifra decimal.
Donde:
Rt = Resistencia a la compresión diametral, (kg/
)
P = Carga máxima de rotura, N(kgf) = Constante 3,14159…. = Altura de la probeta, mm = Diametro de la probeta, mm
TIEMPO DE EJECUCIÓN: 30 minutos
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Manual de Prácticas de Pavimentos
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 4.1 CONCLUSIONES. Este manual de prácticas unifica los requerimientos de una prueba estandarizada de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y los materiales y equipos con los que se cuenta en el Laboratorio de Materiales, Mecánica de Suelos y Pavimentos de la Facultad. Este manual sirve como guía de consulta para las prácticas a realizar en la experiencia educativa de Pavimentos, con la finalidad de optimizar los recursos que tiene a su disposición el alumno; como parte de mi experiencia como alumno pude darme cuenta que existían algunos manuales en el laboratorio pero que no estaban actualizados, ni describían ampliamente el procedimiento ni el uso adecuado de los equipos que se ocupan por lo que era frecuente que se hiciera uso indebido de los mismos. Por este motivo decidí realizar el presente manual para que los estudiantes tengan una referencia de las pruebas y puedan en lo posible resolver sus dudas, incluso sin la asesoría de algún catedrático puedan ocupar el equipo y realizar las pruebas. 4.2 RECOMENDACIONES. Este manual está dirigido a estudiantes de ingeniería civil con conocimientos previos básicos de la licenciatura. Seguir las normas de seguridad del laboratorio de materiales, mecánica de suelos y pavimentos, así como las indicaciones que se expresan en este manual sobre el uso de cada equipo. Tener un extintor en caso de incendio. Leer siempre la practica antes de ingresar al Laboratorio de Materiales, Mecánica de suelos y Pavimentos.
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Manual de Prácticas de Pavimentos
Al realizar este manual me di cuenta de que el Laboratorio de Materiales, Mecánica de suelos y Pavimentos, se mencionan en las prácticas algún material con el cual el laboratorio no cuenta, así mismo me permito anexar una lista de equipos y materiales. Juego de mallas (1 ½”, 1 ¼”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, N°4, N°10, N°20, N°40, N°60, N°100, N°200) Cucharon metálico Regla metálica de 30 cm de longitud Aceite de grado 40 (SEA) para el baño del viscosímetro Estopa Petróleo diáfano Parrilla eléctrica Cronometro Papel filtro
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Manual de Prácticas de Pavimentos
5. BIBLIOGRAFIA. NORMA SCT: M-MMP-1-08/03 Masa Volumétrica M-MMP-4-04-002-02 Granulometría de
Materiales Pétreos para
Mezclas
Asfálticas M-MMP-4-04-005/02 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas M-MMP-4-04-006/02 Desgaste Mediante la Prueba de Los Ángeles de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas M-MMP-4-05-006/00 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos M-MMP-4-05-011/07 Ductilidad de Cementos y Residuos Asfálticos M-MMP-4-05-007/00 Punto de Inflación Cleveland en Cementos Asfálticos M-MMP-4-05-004/00 Viscosidad saybolt-Furol en Materiales Asfálticos Libro: MMP Métodos de Muestreo y Pruebas de Materiales. Parte: 4, Materiales para Pavimentos Titulo: 05- Materiales Asfálticos, Aditivos y Mezclas
NORMAS DEL LABORATORIO DEL TRANSPORTE (NLT) ESPAÑA: NLT-346/90 Resistencia a Compresión Diametral (ensayo brasileño) de Mezclas Bituminosas NLT-161/84 Resistencia a Compresión Simple de Mezclas Bituminosas
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