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Penetración del cemento asfáltico
LABORATORIO TECNOLOGÍA DEL ASFALTO
ENSAYO DE PENETRACIÓN
GUTIÉRREZ DE LA ROSA ANGIE DE JESÚS
PEREIRA CANTILLO BRIAN JESÚS
FLOREZ GUERRA HUBER
TABORDA OVIEDO ANA CAROLINA
VERGARA RONCALLO ANDRÉS
QUINTERO MANOTAS DANIEL
Presentado a:
ING. LORENA DE JESÚS CABAS VASQUEZ
UNIVERSIDAD DE LA COSTA (CUC)
INGENIERÍA CIVIL
GRUPO: BD
BARRANQUILLA-ATLÁNTICO
15-ABRIL-2015
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Penetración del cemento asfáltico
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
1. OBJETIVOS 4
1.1.OBJETIVO GENERAL 4
1.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4
2. MARCO TEÓRICO 5
2.1.ENSAYO DE PENETRACIÓN 5
2.2.CEMENTOS ASFÁLTICOS 6
2.3.PENETRACIÓN 6
3. EQUIPOS Y MATERIALES 7
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 9
5. DATOS Y CALCULOS MATEMÁTICOS 11
6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 13
7. CONCLUSIONES 14
8. BIBLIOGRAFÍA 16
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Penetración del cemento asfáltico
INTRODUCCIÓN
Es necesario tener un conocimiento previo de las propiedades del cemento
asfáltico, además de realizarle una serie de ensayos de control de calidad si se
desea trabajar con este. Entre las propiedades del cemento asfáltico de estudio
más importante está la consistencia que no es más que el grado de fluidez que
tiene un cemento asfáltico a una determinada temperatura.
Entre los distintos ensayos que nos permiten determinar dicha propiedad, está el
ensayo de penetración, que consiste en la penetración con una aguja normalizada
de 100 g, la cual se introduce en un recipiente con cemento asfáltico a una
temperatura de 25°C, la penetración se mide como la distancia en decimas de
milímetros que la aguja penetra el cemento asfáltico durante un tiempo de 5
segundos.
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Penetración del cemento asfáltico
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la consistencia de los materiales asfálticos sólidos o semisólidos
en los cuales el principal componente es un asfalto.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Medir la distancia en décimas de milímetro que una aguja penetra el
cemento asfáltico durante un tiempo de cinco segundos.
Tomar los datos correspondientes a las distintas lecturas realizadas para
luego promediar y poder corroborar que tipo de cemento asfáltico tenemos
de acuerdo a su penetración.
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Penetración del cemento asfáltico
2. MARCO TEORICO
2.1. ENSAYO DE PENETRACIÓN
El ensayo de penetración es usado para medir la dureza o consistencia relativa del
cemento asfáltico a temperaturas medias de servicio, midiendo la distancia que
una aguja normalizada penetra verticalmente en una muestra del asfalto en
condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. Cuando no se
mencionan específicamente otras condiciones especificadas, se entiende que la
medida de penetración se hace a 25 °C, que la aguja está cargada con 100 g y
que la carga se aplica durante 5 segundos. La unidad penetración es la décima de
milímetro.
Es de nuestro conocimiento que cuando más blando sea el betún asfáltico se
clasifican en grados según su dureza o consistencia por medio de la penetración.
El Instituto del Asfalto ha adoptado cuatro grados de betún asfáltico para
pavimentación comprendidas dentro de los márgenes siguientes: 60–70; 85–100;
120–150 y 200–250. Además, el Instituto tiene especificaciones para un betún
asfáltico de penetración comprendida en el margen 40 – 50, que se usa en
aplicaciones especiales e industriales, los aparatos y procedimientos para realizar
el ensayo de penetración se describen en el Método ASTHO T49 y en el ASTM
D5.
Figura 1. Ensayo de penetración
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Penetración del cemento asfáltico
2.2. CEMENTOS ASFÁLTICOS
Es el residuo de destilación al vacío del crudo de petróleo de consistencia sólida o
semisólida. Son los más utilizados en pavimentación, se pueden sub-clasificar
bajo tres sistemas diferentes: viscosidad antes y después de envejecimiento y
penetración, por ejemplo: AC 70-90, AC 60-80, AC 80-100. Los números indican la
penetración en décimas de milímetro. El ensayo de penetración es uno de los
ensayos de clasificación más comunes en la caracterización del asfalto.
2.3. PENETRACIÓN
Para un material asfaltico es la distancia, expresada en decimas de milímetro, que
penetra verticalmente una aguja normalizada, cuando la muestra se ensaya en
condiciones especificadas.
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Penetración del cemento asfáltico
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Los materiales y equipos a utilizar para el ensayo de determinación del peso
específico del cemento asfáltico son:
- PENETRÓMETRO
El aparato para la medida de las penetraciones se denomina penetrómetro y, en
esencia estará constituido por un mecanismo que permita el movimiento vertical
sin rozamiento apreciable de un vástago o soporte móvil al cual se pueda fijar
firmemente por su parte inferior, la aguja de penetración; y que permita, además,
la colocación sobre el mismo, de diferentes cargas suplementarias. En términos
más simples el penetrómetro de Asfalto se utiliza para medir la consistencia de
muestras bituminosas.
Figura 2. Penetrómetro
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Penetración del cemento asfáltico
- AGUJA DE PENETRACIÓN
La aguja será de acero inoxidable endurecido y templado, (ASTM Grado 440 C ó
similar), con una dureza Rockwell HRC54 a HRC60, tendrá unos 50 mm (2") de
longitud y entre 1.00 y 1.02 mm (0.039 a 0.040) de diámetro, con uno de sus
extremos simétricamente afilado hasta formar un cono de ángulo comprendido
entre 8° 40' y 9° 40' en toda su longitud, y cuyo eje sea coaxial con el de la aguja.
- RECIPIENTE O MOLDE PARA LA MUESTRA
Los recipientes para las muestras serán de metal o vidrio, de forma cilíndrica y fondo plano.
- CEMENTO ASFALTICO
Es el residuo de destilación al vacío del crudo de petróleo de consistencia sólida o semisólida.
- DISPOSITIVO MEDIDOR DE TIEMPO
Control de precisión. La precisión de los instrumentos empleados para medir la
duración de los tiempos de carga, se deberá comprobar inmediatamente antes de
cada ensayo.
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Penetración del cemento asfáltico
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para desarrollar la práctica de manera exitosa se desarrolló la experiencia de la
siguiente manera:
1) Preparación de la muestra: Se tomarán las precauciones necesarias para
que la muestra del ensayo sea verdaderamente representativa, de aspecto
homogéneo y sin contaminación.
2) Ejecución del ensayo: Primero se comprueba que el vástago soporte de la
aguja este perfectamente limpio y seco, y que se deslice en forma suave y
sin rozamiento sobre su guía. La aguja de penetración se limpia y se seca
con un paño limpio, fijándola firmemente en su soporte.
3) Inicialmente se calienta la muestra a ensayar hasta que sea lo
suficientemente fluida teniendo cuidado de que no queden burbujas de aire
atrapadas.
4) Se deja enfriar la muestra hasta que alcance la temperatura ambiente.
5) La muestra se coloca en hielo hasta que alcance los 25 °C.
6) Se lleva la caja con la muestra al aparato de penetración.
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Penetración del cemento asfáltico
7) Se pone en contacto la punta de la aguja con la superficie de la muestra y
se ajusta en cero la escala del aparato.
8) Se suelta el seguro de la aguja y se permite que se penetre dentro de la
muestra durante 5 segundos, deteniendo de nuevo la aguja y midiendo la
distancia que ha penetrado en décimas de milímetro.
9) Se hacen otras tres medidas en otros puntos de la muestra, separados
entre sí y del borde la caja, cuando menos un centímetro. Antes de
efectuarse cada prueba, debe limpiarse la aguja perfectamente.
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Penetración del cemento asfáltico
5. DATOS Y CÁLCULOS MATEMÁTICOS
Del ensayo de penetración se obtuvieron los siguientes datos:
Temperatura de calentamiento: 100°c
Carga de la aguja: 100 g
Temperatura de penetración: 25°c
Lectura 1= 35 [dm]Lectura 1= 32 [dm]Lectura 1= 48 [dm]Lectura 1= 44 [dm]
El valor de penetración es medido directamente durante el ensayo, por lo cual no se requieren cálculos matemáticos diferentes al promedio de las lecturas tomadas:
P=35.0+32.0+48.0+44.04
=39.75 [dm]
P=39.75 [mm]
Varianza:
σ 2=∑ (X i−X P¿)2
n¿
¿¿¿
σ 2=42,2
Desviación estándar:
σ=√42.2
σ=6.45
Tara 2:
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Lectura 1: 40.0 [dm]Lectura 2: 37.0 [dm]Lectura 3: 35.0 [dm]Lectura 4: 48.0 [dm]
P=40.0+37.0+35.0+48.04
=40.0 [dm]
P=40.0[dm ]
Varianza:
σ 2=∑ (X i−X P¿)2
n¿
σ 2=24.5
Desviación estándar:
σ=√24.5
σ=4.94
6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS12
Penetración del cemento asfáltico
De acuerdo a lo establecido por el instituto nacional de vías INVIAS en el artículo
400-07 (Disposiciones generales para la ejecución de riegos de imprimación, liga y
curado, tratamientos superficiales, sellos de arena asfalto, lechadas asfálticas,
mezclas asfálticas en frío y en caliente y reciclado de pavimentos asfálticos), los
cementos asfálticos en Colombia según la temperatura y el tipo de transito deben
cumplir penetración de 60, 70, 80 y hasta 100, como lo podemos observar en la
siguiente tabla:
La prueba de penetración realizada arrojó un resultado muy por debajo de lo
requerido por las normas colombianas, por lo tanto se deben revisar los
procedimientos, incluyendo la cantidad de muestra vertida en la vasija ya que al
ser menor de lo requerido el tiempo de penetración no fue el más óptimo.
Dichos factores se hacen evidentes en el cálculo de la desviación estándar, valor
el cual le resta veracidad a la práctica realizada por los estudiantes.
7. CONCLUSIÓN
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Penetración del cemento asfáltico
El ensayo anteriormente realizado nos permite determinar la consistencia del
producto asfáltico, además nos permite seleccionar los cementos asfálticos de
acuerdo a la naturaleza del tránsito y clima que deba soportar la mezcla o
tratamiento. Debido a que el cemento asfáltico es un material termoplástico, se
puede decir que la temperatura juega un papel decisivo a la hora de penetrarlo,
dicho se endurece (viscoso) a medida que la temperatura disminuye y se ablanda
(fluido) cuando la temperatura aumenta.
Para garantizar la temperatura normalizada y la homogeneidad de la misma en
toda la muestra usada para el ensayo, es necesario sumergir la tara en hielo hasta
alcanzar la temperatura deseada (25°C).Se pudo entonces establecer que por la
condiciones del laboratorio entre otras como la forma en que fue enfriada la
muestra, ésta tenía una temperatura normalizada aparente en su superficie, pero
quizá una menor en su interior, lo que trajo consigo un menor desplazamiento de
la aguja arrojando así una penetración menor comparando con la caracterización
ya conocida de nuestro cemento asfáltico, cabe anotar que el equipo de ensayo no
se encontraba en un óptimo estado, se tuvo que recurrir a un artilugio para fijar la
aguja al penetrómetro, lo que también consideramos pudo colaborar a que los
resultados obtenidos tuvieran un margen de error considerable.
A la hora de comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es
importante y necesario fijar una temperatura de referencia.
El único cemento asfaltico producido en Colombia es con las especificaciones 60 –
70, debido a su fácil producción y viabilidad económica para este país, esta
relación indica la viscosidad y el grado de penetración permisible del C.A, para las
especificaciones de temperatura y tránsito.
Para conocer la confiabilidad de la experiencia se calcularon parámetros
estadísticos los cuales nos permiten tener una visión más detallada del ensayo,
parámetros que son los siguientes:
TARA 114
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PROMEDIO 39.75
VARIANZA 42.2
D. ESTANDAR 6.45
TARA 2
PROMEDIO 40.0
VARIANZA 24.5
D. ESTANDAR 4.94
Por ende la realización de la experiencia tiene poca confiabilidad a raíz de que los
valores de la varianza y la desviación estándar no se encuentran de dentro de los
parámetros aceptables.
8. BIBLIOGRAFÍA
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Penetración del cemento asfáltico
- Asociación de productores y pavimentadores asfálticos de colombia. CARTILLA DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO. ASOPAC
- Fernando Sanchéz Sabogal. CURSO DE LABORATORIO DE PAVIMENTOS. Universidad del cauca
- INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. PENETRACIÓN DE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS I.N.V. E – 706 – 07.
- INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Artículo 400-07: Disposiciones generales para la ejecución de riegos de imprimación, liga y curado, tratamientos superficiales, sellos de arena asfalto, lechadas asfálticas, mezclas asfálticas en frío y en caliente y reciclado de pavimentos asfálticos. El instituto. 2007. 26 pág.
- INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Normas colombianas para la presentación de trabajos de investigación. Segunda actualización. Santafé de Bogotá D.C: ICONTEC, 1996. 126 p. NTC 1307.
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