GRAVEDAD ESPECÍFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS COMPACTADAS NO ABSORBENTES EMPLEANDO ESPECIMENES

SATURADOS Y SUPERFICIE SECA

I.N.V. E – 733 – 07

1. OBJETO

1.1 Este método se refiere a la determinación de la gravedad específica bulk y densidad de especimenes de mezclas asfálticas compactadas.

1.2 Este método se deberá emplear únicamente con mezclas asfálticas compactadas

de granulometría densa o que prácticamente no sean absorbentes. No se puede utilizar en especimenes de mezclas abiertas o con vacíos intercomunicados y/o que absorban más del 2% de agua respecto al volumen, determinado en la Sección 9.4.

1.3 La gravedad específica bulk de la mezcla asfáltica en caliente compactada se

puede usar para el cálculo de masa unitaria o densidad de la mezcla.

1.4 Los valores deben expresarse en unidades SI.

1.5 Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de su empleo.

2. DEFINICIONES

2.1 Gravedad específica bulk – Es la relación entre la masa (peso en el aire) de un volumen dado de material a una determinada temperatura, generalmente a 25°C para mezclas asfálticas, y la masa de un volumen igual de agua destilada, libre de gas, a la misma temperatura.

2.2 Densidad bulk – Es la masa del material por metro cúbico (o pie cúbico) del

material a 25°C (77°F) para mezclas asfálticas. 3. RESUMEN DEL MÉTODO

3.1 El espécimen se sumerge en un baño de agua a 25°C y se anota su masa bajo el agua. Se seca rápidamente con un trapo húmedo y se pesa al aire. La diferencia entre las dos masas se emplea para medir la masa de un volumen igual de agua a 25°C. Factores de corrección son proporcionados para convertir la masa del agua a la temperatura de referencia a 25°C, si la determinación de la masa se efectuó a una temperatura diferente a ésta, en la Tabla 1 se dan los factores de corrección correspondientes.

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3.2 El método de ensayo proporciona una guía para la determinación de la masa del espécimen seco. La gravedad específica se calcula a partir de estas masas. La densidad se obtiene multiplicando gravedad específica bulk del espécimen por la densidad del agua.

4. USO Y SIGNIFICADO

4.1 Este método es útil para calcular el porcentaje de vacíos de aire como se indica en la s norma s INV E – 736 o INV E – 799 y la masa unitaria de mezclas asfálticas densas compactadas. Estos valores se pueden usar para determinar el grado relativo de compactación.

4.2 Como la gravedad específica es adimensional, es necesario convertirlo en

densidad para los cálculos que requieran unidades. Esta conversión se efectúa multiplicando la gravedad específica a una temperatura dada, por la densidad del agua a la misma temperatura.

5. MUESTRAS

5.1 Los especimenes para ensayo pueden ser mezclas moldeados en el laboratorio o mezclas de pavimentos asfálticos.

5.2 Las muestras se pueden obtener en el campo de acuerdo con la norma INV E –

731.

5.3 Los especimenes se tomaran del pavimento con barrena saca núcleos, sierra de diamante o de carborundo (carburo de silicio), o por otros medios convenientes.

6. ESPECIMENES PARA ENSAYO

6.1 Tamaño de los especimenes – Se recomienda:(1) que el diámetro de los especimenes cilíndricos moldeados o sacados de núcleos, o la longitud de los lados de especimenes cortados con sierra, sean iguales al menos a cuatro veces el tamaño máximo del agregado, y (2) que el espesor de los especimenes sea al menos de una y media veces el tamaño máximo del agregado.

6.2 Se deberá tener cuidado de evitar distorsiones, pandeos o agrietamiento de los

especime nes durante y después de su remoción de los pavimentos o del molde. Los especimenes deberán almacenarse en un sitio frío y seguro.

6.3 Los especimenes deberán estar libres de materiales extraños tales como los de

las capa de sello, o de liga, materiales de fundación, papeles u hojas. Cuando estos materiales sean evidentes se pueden quitar con sierra de acuerdo con la Sección 6.4.

6.4 Si se desea, los especimenes se pueden separar de las restantes capas de

pavimento aserrándolos o mediante otros métodos adecuados.

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MÉTODO A 7. EQUIPO

7.1 Balanza – Con capacidad adecuada y sensibilidad suficiente para que las gravedades específicas bulk puedan calcularse al menos con cuatro cifras significativas, esto es, aproximada a la tercera cifra decimal. Deberá estar provista de un dispositivo de suspensión adecuado que permita pesar el espécimen, cuando está suspendido del centro del platillo de la balanza. Para evitar lecturas erróneas por el desplazamiento excesivo, se debe usar un alambre o cuerda de pesca del tamaño práctico más pequeño para suspender el espécimen y el dispositivo sostenedor. No se deben utilizar cadenas o cordones. Balanzas con sensibilidad de 0.1 g o mayor pueden ser adecuadas.

Nota 1 . - Las gravedades específicas son un cociente, su valor no tiene más cifras significativas que el dividendo y el divisor. Para tener en su resultado por lo menos con cuatro cifras significativas, la determinación de las masas que intervienen en su cálculo se debe hacer con cuatro cifras significativas. Por ejemplo, una sensibilida d de 0.1g proporcionara cuatro cifras significativas en el rango de masa entre 100.1 y 999.9g.

7.2 Baño con agua – Para inmersión del espécimen mientras se halle suspendido

de la balanza, provisto con un rebosadero para mantener el agua a un nivel constante. El uso del rebosadero es obligatorio.

8. PROCEDIMIENTO

8.1 Para núcleos o para especimenes que contienen humedad o solventes y no se requieran para otras pruebas – Solamente los que se acaban de preparar en el laboratorio se asumen que están secos y se procede de acuerdo con lo indicado en la Sección 8.2. Para los otros se asume que tienen humedad o solventes y se procede de acuerdo con este numeral. La secuencia en esta prueba es: en agua, saturado y con superficie seca y seco.

8.1.1 Masa del espécimen en agua – Se sumerge el espécimen en un baño con agua

a 25° C (77° F) de 4 ± 1 minutos y luego se determina la masa en el agua. Se registra esta masa como C. Si la temperatura del espécimen difiere de la del baño en más de 2° C (3.6° F) el espécimen deberá sumergirse en el baño entre 10 y 15 minutos en cambio de 4 ± 1 minutos. Cada espécimen se debe sumergir y pesar individualmente.

Se mide la temperatura del agua y si fuere diferente de 25° ±1° C (77º ± 1.8°F) se deberá hacer una corrección a la gravedad específica bulk para ajustarla a 25° C de acuerdo con la Sección 9.2.

8.1.2 Masa del espécimen saturada y con superficie seca en el aire – Se seca

rápidamente la superficie del espécimen con una toalla húmeda y luego se determin a la masa pesando en el aire. Se registra esta masa como B.

8.1.3 Masa del espécimen secado al horno – Después de determinar las masas en el

agua y en condición saturado y con superficie seca, se seca el espécimen hasta masa constante en un horno aproximadamente a 110º ± 5° C (230º ± 9° F). Se

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definirá masa constante como la masa después de secado a 110º ± 5°C (230º ± 9°F). hasta que la masa no se altere por mas de 0.05% cuando se pesa en intervalos de 2 horas. Se deja enfriar el espécimen y se determina su masa en el aire. Se registra esta masa como A.

Nota 2.– El secado del espécimen a la temperatura requerida 110° C puede cambiará las características y la forma del espécimen. Esto hará que el espécimen sea inadecuado para pruebas más allá que la determinación de su masa seca. El secado a temperatura reducida de 52° C, para que permanezca intacto, no reunirá los requisitos de método .

Secado en microondas u otros métodos aprobados pueden ser usados para secar de la muestra si el espécimen no es sobrecalentado y existe documentación que demuestre que los resultados sean equivalentes a los de secado al horno El intervalo de tiempo para las mediciones de masa hasta masa constante debe ser suficiente para asegurar que todos los solventes y la humedad se han perdido. El intervalo depende del tamaño del espécimen y puede ser determinado por experimentación y confirmado mediante comparaciones de secado al horno. Debe existir documentación para validar estos intervalos.

8.1.4 Masa del espécimen seca al horno, método rápido – Este procedimiento se

puede usar para espécimen de prueba, que no se requieran después del ens ayo (no requiera ser salvados para su utilización) y que tengan un importante contendido de agua. Las muestras obtenidas con toma núcleos o sierra se pueden ensayar el mismo día por este método. La masa seca A de la muestra es determinada al final como se indica a continuación. Se coloca el espécimen en un recipiente largo, de fondo plano y de masa conocida. Se coloca el recipiente con la muestra en el horno a 110º ± 5°C (230º ± 9°F). Se deja el espécimen en el horno hasta que se pueda disgregar fácilmente hasta el punto que las porciones de agregado fino y asfalto no sean mayores de 6.4mm (¼”). Se coloca el espécimen disgregado en el horno a 110°C (230°F), se seca hasta que tenga masa constante. Se definirá masa constante como la masa después de secado a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) hasta que la masa no se altere por má s de 0.05% cuando se pesa en intervalos de 2 horas. Se deja enfriar el recipiente con la muestra disgregada seca hasta temperara ambiente a 25º ± 5°C (77º ± 9°F). Se determina la masa del recipiente con la muestra, se resta la masa del recipiente para encontrar la masa seca, y se registra como A.

8.2 Para especimenes completamente secos preparados en el laboratorio :

8.2.1 Masa en el aire del espécimen seco – Se determina la masa pesando el

espécimen después de que haya permanecido al menos durante 1 hora en el aire, a la temperatura ambiente. Se registra esta masa como A.

8.2.2 Masa del espécimen en agua – Se usa el procedimiento descrito en la Sección

8.1.1.

8.2.3 Masa en el aire del espécimen saturado y superficie seca – Se seca rápidamente la superficie del espécimen con una toalla húmeda y pésese luego en el aire. Se registra esa masa como B.

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8.3 Para núcleos o para especimenes qu e contienen humedad o solventes y se requieran para otras pruebas – La secuencia de prueba: seco, en el agua y saturado y superficie seca.

Se seca el espécimen hasta masa constante (Nota 3). Se deja enfriar hasta temperatura ambiente a 25º ± 5°C, se pesa y se registra la masa como A. Se sumerge cada espécimen en agua a 25º ± 1°C durante 4 ± 1 minutos y se determina la masa en el agua y se registra como C. Se saca el espécimen del baño y se seca rápidamente su superficie con una toalla húmeda , se determina su masa y se registra ésta como B. Cualquier agua que escurra del espécimen durante la operación de secado es considerada parte del espécimen saturado. Cada espécimen debe ser saturado y pesado individualmente.

Nota 3.– Se definirá masa const ante como la masa después de secado a 52º ± 3°C (125 º ± 5°F) hasta que la masa no se altere por mas de 0.05%, cuando se pesa en intervalos de 2 horas . Muestras saturadas con agua deben ser secadas inicialmente toda la noche a 52º ± 3°C (125º ± 5°F) y entonces se determina la masa intervalos de secado de dos horas.

Nota 4.– Si se desea se puede cambiar la secuencia de realización de la prueba para agilizar a obtención de resultados. Por ejemplo, primero se determina C, masa espécimen sumergido, después se puede determinar la masa saturada y superficie-seca B, y finalmente la masa seca A.

9. CÁLCULOS

9.1 Se calcula la gravedad específica bulk del espécimen con la siguiente expresión:

CBA

BulkEspecíficaGravedad−

=

donde:

A = masa del espécimen seco en el aire, g, B – C = masa del volumen de agua correspondiente al volumen del espécimen

a 25°C. B = masa en el aire del espécimen saturado y superficie seca, g, y C = masa del espécimen en agua, g.

9.2 La gravedad específica bulk a 25° C puede calcularse a partir del la gravedad

específica bulk del espécimen medido a cualquier otra temperatura en la siguiente forma:

atemperaturotraaBulkEspecíficaGravedadKCaBulkEspecíficaGravedad ,º25, ×=

donde:

K = es determinada de acuerdo con la Tabla 1.

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El cálculo es válido para la precisión del método de ensayo, si la tempe ratura del agua difiere de 25°C en menos de 3°C (5.4°F). Para una diferencia de temperatura mayor de 3°C (5.4°F), deberá hacérsele una corrección de la masa del agua desalojada, de acuerdo con la ecuación siguiente:

)( CBKsTCorrección −××∆=

donde:

∆T = 25°C menos la temperatura del baño de agua. Ks = 6 x 10-5 ml/ml/°C coeficiente promedio de la expansión térmica cúbica

del concreto asfáltico.

9.3 Se calcula la densidad o masa unitaria del espécimen con la siguiente ecuación:

)9970.0(0.997×= BulkEspecíficaGravedadDensidad

donde:

997.0 = densidad del agua en kg/m³ a 25°C (0.9970 g/cm³).

9.4 Se calcula el porcentaje a agua absorbida por el espécimen, respecto al

volumen, como sigue

100% ×−−

=CBAB

volumenporabsorbidaaguade

9.5 Si el porcentaje de absorción del espécimen es mayor de 2% se debe

determinar la gravedad específica con el método de la norma INV E – 734.

MÉTODO B 10. EQUIPO

10.1 Balanza – El equipo para pesado debe tener una capacidad suficiente, y una sensibilidad de 0.1% de la masa de la muestra o mejor.

10.2 Baño de agua – Controlado mediante termos tato que permita mantener la

temperatura del baño a 25 ± 5°C (77 ± 0.9°F).

10.3 Termómetro – ASTM 17C (17F), que tenga un rango de 19 a 27°C (66 a 80°F), y este graduado en subdivisiones de 0.1°C (0.2°F).

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Tabla 1. Densidad absoluta del agua y factores de co nversión K para diferentes temperaturas

Temperatura, (°C)

Densidad absoluta del agua Factor de Corrección K

10 0.999728 1.002661 11 0.999634 1.002567 12 0.999526 1.002458 13 0.999406 1.002338 14 0.999273 1.002204 15 0.999129 1.002060 16 0.998972 1.001903 17 0.998804 1.001734 18 0.998625 1.001555 19 0.998435 1.001364 20 0.998234 1.001162 21 0.998022 1.000950 22 0.997801 1.000728 23 0.997569 1.000495 24 0.997327 1.000253 25 0.997075 1.000000 26 0.996814 0.999738 27 0.996544 0.999467 28 0.996264 0.999187 29 0.995976 0.998898 30 0.995678 0.998599

10.4 Volúmetro – Calibrado de 1200 ml, o con una capacidad apropiada que depende del tamaño de la muestra de prueba. El volúmetro debe tener una tapa ahusada con una perforación capilar.

11. PROCEDIMIENTO

11.1 Se seca el espécimen hasta masa constante (véase Nota 3). Se deja enfriar el espécimen hasta temperatura ambiente de 25º ± 5°C (77º ± 0.9°F). Se pesa y se reporta esta masa como A. Se sumerge la muestra en el baño de agua y se permite que se sature por lo menos 10 minutos. Al final del período de 10 minutos, se llena al volúmetro calibrado con agua destilada a 25º ± 5°C (77º ± 0.9°F). Se retira el espécimen del baño de agua, y se seca rápidamente la superficie con una toalla húmeda se pesa y se registra la masa como B. Cualquier agua que escurra del espécimen durante la operación de secado es considerada parte de espécimen saturado.

11.2 Se coloca el espécimen en el volúmetro, se permite que permanezca por lo

menos 60 segundos, se lleva la temperatura del agua a 25º ± 5°C (77º ± 0.9°F), y se cubre el volúmetro, al tapar un poco de agua escapa a través de la perforación capilar de la tapa ahusada. Se seca el volúmetro con una tela absorbente seca, se pesa el volúmetro y su contenido (ver Nota 5). Se registra esa masa como E.

Nota 5.– Si se desea, la secuencia de las operaciones para probar el espécimen se puede cambiar para agilizar los resultados de la prueba. Por ejemplo, primero determinar la masa del espécimen saturado y superficie seca, que se registra como B. Después se puede determinar la

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masa del volúmetro que contiene el espécimen saturado y agua, que se registra como E. La masa seca del espécimen A se determine en último lugar. Nota 6 – El método B no es aceptable para especimenes que tienen más del 6% del volumen de aire.

12. CÁLCULOS

12.1 Se calcula la gravedad específica bulk del espécimen como sigue (el valor se reporta aproximado a la tercera cifra decimal más próxima):

EDBA

BulkEspecíficaGravedad−+

=

donde: A = masa del espécimen seco, g,

B = masa del espécimen saturado y superficie seca, g,

D = masa del volúmetro lleno de agua a 25º ± 5°C (77º ± 0.9°F), g, y

E = masa del volúmetro lleno con el espécimen y agua a25 ± 1°C.

12.2 Se calcula el porcentaje de agua absorbida por el espécimen, respecto al

volumen como sigue:

100% ×−+

−=

EDBAB

volumenporabsorbidaaguade

12.3 Si el porcentaje de absorción del espécimen es mayor de 2% se debe

determinar la gravedad específica con el método de la norma INV E- 734.

13. INFORME

Se deberá incluir en el informe lo siguiente :

13.1 Método utilizado (A o B)

13.2 Gravedad específica bulk de la mezcla, con tres decimales como: gravedad específica a 25°C,

13.3 Densidad de la mezcla con cuatro cifras significativas en kg/m³ como:

densidad a 25°C, 13.4 Tipo de Mezcla , 13.5 Tamaño del espécimen, y

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13.6 % de agua absorbida, %. 14. PRECISIÓN

Resultados duplicados de la gravedad específica obtenidos por un mismo ope rador, se considerarán sospechosos si difieren en más de 0.02.

15. NORMAS DE REFERENCIA

AASHTO T 166 – 05 ASTM D 2726 – 00