Embed Size (px)
Citation preview
i
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA Documento
FORMATO HOJA DE RESUMEN PARA TRABAJO DE GRADO
Código
F-AC-DBL-007 Fecha
10-04-2012 Revisión
A
Dependencia
DIVISIÓN DE BIBLIOTECA Aprobado
SUBDIRECTOR ACADEMICO Pág.
i(62)
RESUMEN – TRABAJO DE GRADO
AUTORES ESTIVENSON ARLEY VERGEL GÓMEZ Y JHONJARLY
VÁSQUEZ VERGEL
FACULTAD DE INGENIERÍAS PLAN DE ESTUDIOS
TECNOLOGÍA EN OBRAS CIVILES
DIRECTOR WILLINTON HERNESTO CARRASCAL MUÑOZ TÍTULO DE LA TESIS
COMPARACIÓN Y ANÁLISIS DE ASFALTO MODIFICADO
CON LLENANTE MINERAL CON PROPIEDADES PLÁSTICAS Y
NO PLÁSTICAS.
RESUMEN (70 palabras aproximadamente)
ESTE TRABAJO SE ENFOCA EN MODIFICACIÓN DE UN ASFALTO
CONVENCIONAL 60/70 CON DOS TIPOS DE MATERIAL QUE CONFORMA EL
LLENANTE MINERAL: CON PROPIEDADES PLÁSTICAS Y NO PLÁSTICAS, CON
EL FIN DE ANALIZAR Y EVALUAR LA INCIDENCIA DE LA PLASTICIDAD EN EL
ASFALTO COMO COMPONENTE PRINCIPAL DEL CONCRETO BITUMINOSO Y
ESTABLECER SI SU USO ES EFICAZ Y EFICIENTE CON EL FIN DE MINIMIZAR
COSTOS Y DE IGUAL MANERA LOGRAR LA OPTIMIZACIÓN DE LOS
RECURSOS.
CARACTERÍSTICAS PÁGINAS:
PLANOS: ILUSTRACIONES: CD-ROM:
ii
Comparación y análisis de asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y
no plásticas.
Preparado por:
Estivenson Arley Vergel Gómez
Código: 490246
Jhonjarly Vásquez Vergel
Código: 490031
Director temático:
Willinton Hernesto Carrascal Muñoz
Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña
Facultad de Ingenierías
Tecnología en Obras Civiles
2016
iii
Comparación y análisis de asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y
no plásticas.
Informe Final presentado a la
Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña UFPSO
En Cumplimiento de los Requisitos para la
Obtención del Tecnólogo en Obras civiles
Estivenson Arley Vergel Gómez & Jhon jarly Vásquez vergel
Enero 2016
iv
v
vi
Dedicatoria
A Dios por permitirnos llegar hasta este punto y habernos dado salud para lograr
nuestros objetivos, además de su infinita bondad y amor.
A nuestros padres, por su apoyo en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la
motivación constante que me ha permitido ser personas de bien, pero más que nada, por su amor.
A nuestros docentes quienes siempre nos apoyaron con sus enseñanzas en nuestro
proceso de académico, y todos aquellos que depositaron su confianza en nosotros.
vii
Agradecimientos
Extiendo especial agradecimientos al equipo de docentes de la Universidad Francisco de
Paula Santander Ocaña por darme cada una de las cosas que he aprendido en este largo camino
de la Tecnología, por ser instrumentos de enriquecimiento personal y profesional, porque con
cada clase no solo nos instruyeron para la vida profesional sino que también incitaban a ser cada
día mejor personas.
.
viii
Tabla de contenido
Introducción ................................................................................................................................. 1
Comparación y análisis de asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y no
plásticas. ....................................................................................................................................... 3
Descripción Del Problema ........................................................................................................... 3
Formulación del Problema ........................................................................................................... 5
Justificación ................................................................................................................................. 6
Objetivos ...................................................................................................................................... 7
Objetivo General ...................................................................................................................... 7
Objetivos Específicos............................................................................................................... 7
Alcance ........................................................................................................................................ 8
Metodología De Investigación ..................................................................................................... 9
Población.................................................................................................................................. 9
Muestra. ................................................................................................................................... 9
Técnicas de Recolección e instrumentos. ................................................................................ 9
Ensayos para los suelos. .........................................................................................9
Instrumentos tde medición ..................................................................................................... 10
Marco de Referencia .................................................................................................................. 12
Marco Histórico ..................................................................................................................... 12
Marco Teórico ........................................................................................................................ 12
Cambios Dinámicos Y Mecánicos De Una Mezcla Asfáltica Densa Por Las
Propiedades Del Asfalto Y La Energía De Compactación. .................................... 15
Marco Conceptual .................................................................................................................. 16
Resistencia mecánica. ........................................................................................... 18
Deformabilidad adecuada. .................................................................................... 18
Durabilidad. .......................................................................................................... 18
Condiciones adecuadas de drenaje. ....................................................................... 18
Pavimento flexible. ............................................................................................... 19
Elementos estructurales del pavimento flexible. ................................................... 19
Sub-base. .............................................................................................................. 19
Base...................................................................................................................... 20
ix
Disminución de las deformaciones. ....................................................................... 20
Asfalto Modificado. ........................................................................................................... 20
Suelos finos. ......................................................................................................... 21
Marco Legal ........................................................................................................................... 22
Penetración de los materiales asfálticos I.N.V.E–706–13 (INVIAS, 2013). .......... 22
Punto de ablandamiento de materiales bituminosos (aparato de anillo y bola) I.N.V.
E – 712 – 13 (INVIAS, 2013) ............................................................................... 27
Puntos de ignición y de llama mediante la copa abierta Cleveland I.N.V.E–709–13
(INVIAS, 2013) .................................................................................................... 34
Técnica para prevenir la formación de costra en asfaltos en el desarrollo del ensayo de
punto de ignición y de llama mediante la copa abierta de Cleveland. (INVIAS, 2013)
............................................................................................................................. 39
Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos I.N.V.E–213–13 (INVIAS,
2013) .................................................................................................................... 40
Límite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E–126–13 (INVIAS, 2013) . 44
Resultados e Impactos................................................................................................................ 48
Cronograma................................................................................................................................ 49
Conclusiones .............................................................................................................................. 50
Bibliografía ................................................................................................................................ 51
x
Lista de tablas
Tabla 1. .................................................................................................................................................... 27
xi
Lista de figuras
Figura 1 Instituciones que realizan investigación sobre asfaltos modificados en Colombia ................... 14
1
Introducción
La actividad del diseño de mezclas asfálticas ha evolucionado si hacemos referencia al
uso de aditivos y de métodos con el fin de obtener un óptimo ligante bituminoso, para nuestro
caso la modificación de un asfalto convencional.
Las mezclas asfálticas en caliente tienen una excelente funcionalidad debido a que son
diseñadas teniendo en cuenta las propiedades que contribuyen a la buena calidad entre las que se
destacan la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la
resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento; producidas bajo los parámetros de
estándares internacionales y puestas en forma óptima buscando obtener las propiedades
deseadas.
En Colombia, la evolución investigativa en el área de asfaltos y mezclas asfálticas
modificadas ha sido numerosa en relación con el número de estructuras de pavimentos flexibles
instalados con esta tecnología.
Sabiendo que las propiedades del ligante a utilizar en la mezcla asfáltica, son
fundamentales a la hora de su respectiva evaluación, este trabajo se enfocó en comparar un
asfalto convencional 60/70, con un asfalto modificado mediante la adición de material que pasa
el tamiz N°200 especificando el análisis para llenante mineral con propiedades de plasticidad y
no plásticas, para posteriormente evaluar la incidencia de este mediante la ejecución de ensayos
2
de caracterización tales como penetración a 25ºC, punto de ablandamiento, índice de
penetración, punto de chispa, peso específico del asfalto.
3
Comparación análisis de asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas
y no plásticas.
Descripción Del Problema
Como se conoce en la actualidad los aditivos usados para asfalto tienen un alto costo; lo
que ocasiona que en algunos casos se vea estancado el mejoramiento de vías o la construcción
de las mismas; motivo por el cual es interesante e importante realizar este tipo de investigación
que sirva de base para la resolución del problema.
El usuario, constructor o diseñador de la mezcla, no siempre cuenta con el dinero
suficiente que le permita acceder a la obtención de un aditivo específico, estos en el mercado son
altamente costosos, por lo cual se tiene que plantear otros caminos que le permitan lograr los
mismos objetivos que den los aditivos pero con la materiales que cuenta en el momento.
Se encuentra en todo el territorio colombiano dicho problema debido a que el asfalto y
aditivos a utilizar son los mismos para todas las regiones colombianas; de igual forma podemos
decir que los afectados son cada una de las comunidades que residen en nuestro país a lo largo y
ancho del territorio.
Actualmente no se cuenta con estudios muy profundos que permitan ver y analizar
resultados de asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y no plásticas
que permitan minimizar los costos sin bajar la calidad.
Muchas veces en proyectos especiales este llenante es remplazado por aditivos que
cambiaran con una intención predeterminada el asfalto y a su vez el comportamiento de la
mezcla; cabe mencionar que el porcentaje del llenante es bajo, manejando órdenes del 5 al 10%
4
en la mezcla y por el tamaño de sus partículas afecta directamente las propiedades y el
comportamiento del ligante bituminoso.
5
Formulación del Problema
¿Se podría utilizar asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y
no plásticas?
6
Justificación
Debido a los altos costos de los aditivos específicos utilizados para la producción de
asfaltos hemos visto como se ha elevado el precio del mismo; el cual influye en los
constructores, diseñadores de mezclas en la complejidad de los costos, retrasando muchas veces
la ejecución de los proyectos de pavimentación en el país.
De allí surge la necesidad de realizar el presente proyecto de investigación con el fin de
generar diferentes estrategias enfocadas a la creación de nuevas mezclas asfálticas de alta calidad
donde se reemplacen los aditivos específicos por materiales minerales plásticos y no plásticos en
el llenado de asfaltos con características similares pero con bajos costos en la producción.
Siendo los resultados de laboratorio favorables se determinara un menor costo en la
realización del asfalto con llenantes minerales; lo cual elevaría la producción ya que sería mayor
la demanda del mismo favoreciendo la ejecución de distintos tipos de obras viales que se
encuentra represados por presupuestos; lo cual beneficiaria a la comunidades que hoy se
encuentran afectadas por el deterior de sus vías.
7
Objetivos
Objetivo General
Comparar y analizar asfalto modificado con llenante mineral con propiedades plásticas y
no plásticas; mediantes ensayos de laboratorio según la norma de invias 2013 que permita conocer
la viabilidad del llenante.
Objetivos Específicos
Caracterizar el llenante mineral para la modificación de la mezcla asfáltica.
Caracterizar un asfalto de referencia 60/70.
Modificar el asfalto con los porcentajes 5%, 10% del respectivo llenante mineral, plástico
y no plástico.
8
Alcance
El alcance de este proyecto es modificar asfalto convencional 60/70, con llenante mineral
de características plásticas y no plásticas, adicionando al ligante el 5, 10% del llenante, y realizar
la caracterización mediante ensayos típicos tales como peso específico, penetración, punto de
chispa, punto de ablandamiento a cada muestra modificada para el respectivo porcentaje.
Posteriormente se comparara cada muestra con las propiedades de la muestra original sin
modificar o muestra patrón y se analizará cuál de los especímenes se comporta mejor frente a las
propiedades evaluadas.
9
Metodología De Investigación
Con el fin de brindar al lector claridad en el procedimiento llevado a cabo para la
realización del proyecto en mención, se mostrará la secuencia específica involucrada con el
propósito de alcanzar los objetivos utilizando como instrumento de medición los siguientes
ensayos:
Población.
La población objeto de estudio para el presente proyecto es el asfalto convencional
existente en todo el territorio colombiano.
Muestra.
El volumen de la muestra de asfalto modificado es de (𝑉 = 0.08 𝑚3)
El volumen de la muestra de asfalto convencional es de (𝑉 = 0.08 𝑚3)
Técnicas de Recolección e instrumentos.
Se obtendrá material granular y caracterización de un asfalto original ya existente
60/70. Y se realizaran los siguientes ensayos:
Ensayos para los suelos.
Análisis granulométrico, Norma: INV E-213-13
Limite liquido e índice de plasticidad, Norma: INV E-126-13
Ensayos para el ligante asfaltico
Punto de Penetración a 25ºC, Norma: INV E-706-13
Punto de ablandamiento, Norma: INV E-712-13
10
Punto de inflamación y de combustión mediante la copa abierta cleveland, Norma: INV
E-709-13
Densidad de materiales bituminosos sólidos y semi-sólidos (picnómetro), Norma: INV E-
707.
Instrumentos de medición
Tamiz
Taras
Estufa
Gramera
Aguja de 100 gr
Anillos De bronce, de bordes cuadrados
Filtro de papel
Placa de calentamiento
Esferas de acero
Plato de base
Termómetro
Destilador
Recipientes de vidrio
Trípode
Espátula metálica
Agua destilada
11
1) Se adicionara llenante mineral del asfalto original que se obtendrá para los ensayos, como
porcentaje en peso para la caracterización. Para el llenante mineral con propiedades plásticas
y no plásticas, se adicionara al ligante el 5 y 10% en peso a la masa de asfalto.
2) Luego se realizara los ensayos aplicados al asfalto original, ahora ya asfalto modificado
por el llenante mineral a diferentes porcentajes diferenciando el material plástico del no
plástico.
3) Se analizara y se comparara los resultados de las pruebas al asfalto modificado respecto
a los resultados de la muestra del asfalto convencional.
4) Como resultado de los ensayos a realizar se determinara la influencia de la plasticidad
del llenante mineral en las propiedades físicas del asfalto modificado.
12
Marco de Referencia
Marco Histórico
En la mayoría de proyectos de asfalto se utilizan una cantidad de aditivos específicos que
además de su alto costo en ocasiones cambian el comportamiento de la mezcla; motivo por el cual
en Colombia se ha realizado investigaciones de este tipo con el fin de conocer los resultados
mesclando llenantes minerales que no sean costosos y mantengan la misma calidad.
La modificación de mezclas asfálticas en Colombia han determinado puntos clave para el
desarrollo investigativo de estas, como lo son las metodologías, los tipos de aditivos, los ensayos
a realizar, las recomendaciones e incluso las conclusiones; donde sin duda alguna se abarca un
campo extenso en el cual se pueden desprender fascinantes temas de evaluación.
La actividad del diseño de mezclas asfálticas ha avanzado si hacemos referencia al uso de
aditivos y de métodos con el fin de obtener un óptimo ligante bituminoso, para nuestro caso la
modificación de un asfalto convencional.
Marco Teórico
En este trabajo es realizada una revisión histórica de la
modificación de mezclas asfálticas tomando esta tecnología como alternativa para la
solución de problemas en las propiedades mecánicas del asfalto convencional, puesto que con el
trascurrir del tiempo, estos disminuyen su vida útil como consecuencia de su exposición a
factores como altas temperaturas, humedad y elevados niveles de tránsito, presentando
problemas de deformación, fatiga y otros.
13
Se realizó inicialmente la búsqueda de la información, de la cual se seleccionaron las
investigaciones consideradas como las más adecuadas tomando como población muestra las
investigaciones realizadas en Colombia para el tratamiento de la temática, teniendo en cuenta
que los datos presentados en ellas analizan factores económicos, ambientales
y de rendimiento. Se determinaron puntos claves del desarrollo de las
investigaciones como son objetivos, problema de investigación, tipos de aditivos,
metodología, ensayos realizados, resultados, recomendaciones y conclusiones, lo cual permitió la
conceptualización del desarrollo y evolución de los asfaltos modificados en Colombia,
además de identificar cuáles han sido los agentes modificadores más trabajados. Se concluye que
los polímeros son los modificadores más utilizados y proporcionan mejor rendimiento, lo que
garantiza mayor tiempo de vida útil y posible aplicación en la pavimentación de vías primarias,
secundarias y terciarias; a pesar de tener un valor económico superior a los convencionales.
(Maria A Perez, 2013)
En total fueron consultados 40 proyectos de investigación. En la Gráfica 1 se presentan
los valores porcentuales del número de proyectos consultados sobre mezclas asfálticas
modificadas de cada institución con respecto al total de la muestra estudiada. En la gráfica se
puede observar que de la muestra de instituciones consultadas, las que más han realizado
investigación en el área de los asfaltos modificados son la Pontificia Universidad Javeriana,
Universidad Industrial de Santander, Universidad del Cauca, Universidad de los Andes,
Universidad Militar y la Universidad Católica de Colombia. El resto de instituciones han
14
realizado un número menor de investigaciones pero con la misma importancia que las anteriores.
(Maria A Perez, 2013)
Figura 1 Instituciones que realizan investigación sobre asfaltos modificados en
Colombia
Se ha evaluado la posibilidad de mejorar la respuesta mecánica de mezclas asfálticas frías
(MAF), especificadas por dos agencias viales de Colombia, a través del reemplazo de llenante
mineral natural (i.e., polvo de roca) por cemento Portland (o cemento). En el estudio se
fabricaron probetas Marshall (con el contenido óptimo de emulsión asfáltica determinado a
través del método Marshall modificado de Illinois) con y sin reemplazo de llenante mineral
natural por cemento. Estas probetas fueron sometidas a ensayos de resistencia a tracción
indirecta, módulo resiliente y resistencia al desgaste empleando la máquina de los Ángeles.
Como resultado del estudio se determinó que las MAF fabricadas con llenante mineral natural
muestran un comportamiento mecánico pobre en comparación con el de mezclas asfálticas
fabricadas en caliente. Sin embargo, al remplazar llenante mineral natural por cemento, la
15
respuesta mecánica se incrementó a niveles similares a los de las mezclas fabricadas en caliente,
sustentando la viabilidad técnica del uso de MAF para vías de tráficos bajo y medio. Estos
resultados brindan la posibilidad de profundizar su potencial uso en el diseño y evaluación de
MAF, más aun dada su simplicidad y rapidez. (Alvarez & Valdes-Vidal, 2014)
Cambios Dinámicos Y Mecánicos De Una Mezcla Asfáltica Densa Por Las
Propiedades Del Asfalto Y La Energía De Compactación.
El objetivo de esta investigación fue determinar la influencia de tres asfaltos con
características diferentes (Penetración 60/70, Penetración 85/100 y asfalto modificado con
polímero) en las propiedades mecánicas y dinámicas de una mezcla asfáltica densa (Md-10),
usada como capa de rodadura según especificaciones del IDU. El contenido óptimo de asfalto se
determinó mediante el ensayo Marshall y la caracterización mecánica y dinámica de la mezcla se
realizó con los ensayos de compresión diametral a 15ºC, ensayo de pista en laboratorio a 900
MPa y 60ºC, módulo resiliente a 15, 20 y 30ºC y 5 Hz de frecuencia y la curva de estado de
cohesión mediante el procedimiento de Caracterización Universal de Ligantes (UCL) a 0, 10, 20,
30 y 40ºC. El estudio determinó que la mezcla construida con el asfalto 60/70 presenta mayor
valor de módulo resiliente a las temperaturas estudiadas y que la mezcla fabricada con
el asfalto modificado tiene deformaciones plásticas muy inferiores a los asfaltos convencionales.
Por último, la resistencia a tracción indirecta y la curva de estado de cohesión es mejor para
el asfalto modificado. (Reyes-Ortiz, 2009)
Se ha evaluado la posibilidad de mejorar la respuesta mecánica de mezclas asfálticas frías
(MAF), especificadas por dos agencias viales de Colombia, a través del reemplazo de llenante
16
mineral natural (i.e., polvo de roca) por cemento Portland (o cemento). En el estudio se
fabricaron probetas Marshall (con el contenido óptimo de emulsión asfáltica determinado a
través del método Marshall modificado de Illinois) con y sin reemplazo de llenante mineral
natural por cemento. Estas probetas fueron sometidas a ensayos de resistencia a tracción
indirecta, módulo resiliente y resistencia al desgaste empleando la máquina de los Ángeles.
Como resultado del estudio se determinó que las MAF fabricadas con llenante mineral natural
muestran un comportamiento mecánico pobre en comparación con el de mezclas asfálticas
fabricadas en caliente. Sin embargo, al remplazar llenante mineral natural por cemento, la
respuesta mecánica se incrementó a niveles similares a los de las mezclas fabricadas en caliente,
sustentando la viabilidad técnica del uso de MAF para vías de tráficos bajo y medio. Estos
resultados brindan la posibilidad de profundizar su potencial uso en el diseño y evaluación de
MAF, más aun dada su simplicidad y rapidez. (Alvarez & Valdes-Vidal, 2014)
Marco Conceptual
Teniendo en cuenta que en la estructura de un Pavimento bituminoso (Flexible o
semirígido), la capa de rodadura es quien le aporta el componente deformable, y que a su vez
esta propiedad está directamente relacionada con el ligante asfáltico, A continuación se
presentará los conceptos principales que conforma y argumenta el desarrollo del trabajo a
presentar:
Pavimento.
Un pavimento se encuentra constituido por una serie de capas superpuestas relativamente
horizontales, que se diseñan y construyen con materiales apropiados y adecuadamente
17
compactados. Estas capas se apoyan sobre una Subrasante de una vía, producto de un
movimiento de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir los esfuerzos que las
cargas del tránsito le transmiten durante el periodo de diseño. (Montejo Fonseca, 2002)
Características.
Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir los siguientes
requisitos:
Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito.
Ser resistente ante los agentes de intemperismo.
Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulación de
los vehículos, por cuanto tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además, debe
ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos.
Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que
permita una adecuada comodidad a los usuarios en función de las longitudes de onda de
las deformaciones y de la velocidad de circulación.
Debe ser durable.
Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje.
El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así como en el
exterior, que influye en el entorno, debe ser adecuadamente moderado.
Debe ser económico.
18
Debe poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos, y ofrecer una
adecuada seguridad al tránsito. (Montejo Fonseca, 2002)
Resistencia mecánica.
Las cargas impuestas por el tránsito deben ser soportadas por el pavimento dentro de un nivel
razonable de deterioro; su resistencia principalmente es proporcionada por los materiales que
conforman cada una de las capas; el espesor de estas hace que los esfuerzos que son trasmitidos
al terreno de soporte sean tolerables por éste. (Montejo Fonseca, 2002)
Deformabilidad adecuada.
Los estados de fallas están asociados a las deformaciones excesivas en los pavimentos;
además estas deformaciones producen que los pavimentos dejen de cumplir con sus funciones;
de esta manera el diseño de la estructura se hace para que la deformación máxima permisible se
presente al final de la vida útil prevista. (Montejo Fonseca, 2002)
Durabilidad.
Este aspecto está asociado al factor económico y social de la vía; el correcto diseño del
pavimento es fundamental en cuanto a la duración y buen comportamiento del mismo. (Montejo
Fonseca, 2002)
Condiciones adecuadas de drenaje.
Las condiciones de drenaje y subdrenaje de la vía constituyen uno de los aspectos más
importantes para la vida útil de un pavimento. (Montejo Fonseca, 2002)
19
Pavimento flexible.
Estos tipos de pavimentos están formados por una carpeta bituminosa apoyada generalmente
sobre dos capas no rígidas, la base y la sub-base. No obstante puede prescindirse de cualquiera
de estas capas dependiendo de las necesidades particulares de cada obra. (Montejo Fonseca,
2002)
Elementos estructurales del pavimento flexible.
A continuación se describen los elementos que generalmente se utilizan en la construcción
de un pavimento flexible.
Subrasante. Se llama subrasante al material más superficial de los cortes o rellenos
durante las operaciones de explanación de la vía. Su función es servir de fundación al pavimento
aportando una adecuada capacidad de soporte para recibir las cargas debidas al peso propio del
pavimento y al tránsito vehicular.
Sub-base.
Es la capa colocada sobre la subrasante y subyace a la base; está conformada por
materiales seleccionados cuya principal función es transmitir a la subrasante los esfuerzos que
el tránsito le impone a través de la base; por las características granulométricas de los
materiales puede servir como elemento de drenaje y por su peso contrarresta los cambios
volumétricos de la subrasante, debido a la presencia de materiales de naturaleza expansiva en
ésta. (Gárces Cárdenas & Garro Cossio, 1997)
20
Base.
Es una capa de materiales seleccionados colocados generalmente sobre la sub-base,
tiene como función principal transmitir las cargas recibidas del tránsito con intensidades
apropiadas a los elementos subyacentes. Contribuye al drenaje de la estructura en virtud de sus
características específicas de granulometría. (Gárces Cárdenas & Garro Cossio, 1997)
Disminución de las deformaciones.
Algunos cambios volumétricos de la capa subrasante, generalmente asociados a cambios
en su contenido de agua (expansiones), o a cambios extremos de temperatura (heladas), pueden
absorberse con la capa subbase, impidiendo que dichas deformaciones se reflejen en la
superficie de rodamiento. (Gárces Cárdenas & Garro Cossio, 1997)
La subbase debe soportar los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos a
través de las capas superiores y transmitidas a un nivel adecuado a la subrasante y el drenaje. En
muchos casos la subbase debe drenar el agua, que se introduzca a través de la carpeta o por las
bermas, así como impedir la ascensión capilar(Gárces Cárdenas & Garro Cossio, 1997)
Asfalto Modificado.
Material que se obtiene al modificar un cemento asfáltico con un polímero, resultando un ligante
de características reológicas mejoradas.
Los Agregados litológicamente, los suelos y por consiguiente los agregados, son
formaciones provenientes de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas, los cuales sufren
descomposiciones físico químicas, para adoptar variadas formas y calidades, y que a lo largo del
21
tiempo el constructor ha ido asimilando como material de construcción; estos poseen un enorme
desempeño mecánico en las estructuras que con ellos se construyen.
Suelos finos.
El símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas que son las iniciales de
los nombres ingleses de los suelos más típicos de este grupo y dando lugar a las siguientes
divisiones:
Limos Inorgánicos, de símbolo genérico M (del sueco mo y mjala)
Arcillas Inorgánicas, de símbolo genérico C (clay)
Limos y Arcillas Orgánicas, de símbolo genérico O (organic)
Cada una de estos tres tipos de suelos se dividen según su límite líquido, en dos grupos.
Si este es de menor porcentaje, es decir, si son suelos de compresibilidad baja o media,
se añade al símbolo genérico la letra L (low compressibility), obteniéndose por esta
combinación los grupos ML, CL y OL. Los suelos finos con limite liquido mayor de 50%
o sea de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H (high
compressibility), teniendo así los grupos MH, CH y OH. (Juáres badillo & Rico
Rodriguez, 2005)
Ha de notarse que las letras L y H no se refieren a baja o alta plasticidad, pues esta
propiedad del suelo, como se ha dicho, ha de expresarse en función de dos parámetros
(LL e Lp), mientras que en el caso actual solo el valor del límite liquido interviene.
Por otra parte, ya se hizo notar que la compresibilidad del suelo es una función directa del
límite líquido, de modo que un suelo es más compresible a mayor límite líquido.
22
También es preciso tener en cuenta que el termino compresibilidad como aquí se trata se
refiere a la pendiente del tramo virgen de la curva de compresibilidad y no a la condición
actual del suelo inalterado, pues este puede estar seco parcialmente o preconsolidado.
Arcilla Inorgánica de Alta Plasticidad. Corresponde a la zona arriba de la línea A de la carta
de Casagrande, definida por el LL>50%. Las arcillas formadas por descomposición química de
cenizas volcánicas tales como la bentonita o la arcilla del valle de México, con límite líquido de
hasta 500%, se encasillan en este grupo. (Juáres badillo & Rico Rodriguez, 2005)
Marco Legal
Penetración de los materiales asfálticos I.N.V.E–706–13 (INVIAS, 2013).
Objeto.
Esta norma describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la consistencia
de los materiales asfálticos sólidos o semi sólidos en los cuales el único el principal componente
es un asfalto.
Los valores establecidos en unidades SI deben ser considerados como la norma. Los
valores en paréntesis son de información, únicamente.
Esta norma no involucra las debidas precauciones de seguridad que se deben tomar para la
manipulación de materiales y equipos a aquí descritos, ni establece pautas al respecto para el
desarrollo de cada proceso en términos de riesgo y seguridad industrial. Es responsabilidad del
usuario, establecer las normas apropiadas con el fin de minimizar los riesgos en la salud e
23
integridad física, que se puedan generar debidos a la ejecución de la presente norma y
determinar las limitaciones que regulen su uso
Definiciones.
La penetración se define como la distancia, expresada en décimas de milímetro hasta la
cual una aguja normalizada penetra verticalmente en el material en condiciones de finidas de
carga, tiempo y temperatura. Normalmente, el ensayo se realiza a 25°C (77° F) durante un
tiempo de 5 segundos y con una carga móvil total, incluida la aguja, de 100 g, aunque se
pueden emplear otras condiciones previamente definidas.
Los aparatos y el procedimiento descrito en esta norma son de aplicación general en
productos asfálticos con una penetración máxima de 350; y penetración hasta500.
Uso y significado. El ensayo de penetración se usa como una medida de consistencia. Altos
valores de penetración indican consistencias más blandas.
Equipo y materiales.
Penetró metro– El aparato para la medida de las penetraciones se denomina penetró metro
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; el aparato deberá estar calibrado para dar directamente la
lectura en unidades de penetración, y debe ser capaz de indicar la profundidad de penetración
24
con una aproximación de 0.1mm .La masa del vástago será de 47.5 ±0.05 g, y la masa total del
conjunto móvil formado por el vástago juntamente con la aguja, de 50.0±0.05g.
Se deberá disponer, igualmente, de pesas individuales suplementarias de 50.0 ± 0.05g
y100.0 ± 0.05g para obtener otras cargas totales móviles de acuerdo con las condiciones del
ensayo .El penetró metro de verá estar provisto, además, de una base de apoyo para la
colocación del recipiente con la muestra, de forma plana y que forme un ángulo de 90 grados
con el sistema móvil, así como de un nivel de burbuja y tornillos de nivelación.
Este vástago se deberá poder separar fácilmente del conjunto del penetró metro para verificar y
ajustar correctamente su peso.
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 50mm (2”) de
longitud y entre 1.00 y 1.02mm (0.039 a 0.040) de diámetro, con uno de sus extremos
simétricamente Afilado hasta formar un cono de ángulo comprendido entre 8°40’y9°40’ en toda
su longitud, y cuyo eje sea coaxial con el de la aguja; la variación total axial entre
intersecciones de las superficies del cono y del cilindro, medida como proyección sobre el eje de
simetría de la aguja, no deberá exceder de 02mm (0.08”). Después de dada la conicidad, se corta
su punta para formar un cono truncado, cuya base tenga un diámetro comprendido entre
0.14y0.16 mm (0.0055 y0.0063”) y esté situado en un plano perpendicular al eje de la aguja, con
una tolerancia máxima de 2° y con sus bordes filosos y libres de rebabas.
25
La textura de la superficie cónica (filo de la superficie de la punta truncada), medida según
la norma (American National Standard B–46.1), deberá tener una rugosidad media superficial
comprendida entre 0.2 y 0.3µm (8a12µ”). La aspereza superficial del eje de la aguja debe estar
entre 0.025 y 0.125µm (1y5µ). La aguja irá montada rígida y coaxialmente en un casquillo
cilíndrico, de latóno acero inoxidable, de 3.2±0.05 (0.126±0.002”) de diámetro y 38±1 mm
(1.5±0.04”) de largo, debiendo quedar una longitud libre de aguja entre 40y45 mm (1.57
a1.77”). La excentricidad, o distancia máxima al eje del casquillo, desde cualquier punto de la
superficie de la aguja, incluida su punta no excederá de1 mm (0.04”). La masa total del conjunto
casquillo – aguja será de 2.5 ± 0.05 g, permitiéndose para su ajuste un pequeño agujero o rebaje
sobre el casquillo; igualmente, irá grabada sobre éste la identificación individual de la
aguja, no se autoriza la repetición de una misma identificación hasta pasados 3años. Las agujas
que cumplan los requisitos de control exigidos en este Sección deberán hacerlo constara sí en su
correspondiente certificado.
Recipiente o molde para la muestra. Los recipientes para las muestras serán de metal o
vidrio, de forma cilíndrica y fondo plano, y con las siguientes dimensiones interiores:
Baño de agua. Para la inmersión de los recipientes con las muestras, se dispondrá de un
baño de agua con una capacidad mínima de 10 litros y provisto de un dispositivo capaz de
mantener la temperatura especificada para el ensayo con una variación de ±0.1°C (0.2° F .El
baño irá equipado con una placa de soporte perforada, colocada a una distancia no menor de
50mm del fondo, ni mayor de 100 mm del nivel superior del líquido en el baño. Si la
penetración se va a realizar en el mismo baño de agua, éste deberá disponer, además, de una
26
plataforma resistente para soportar el penetró metro. Para ensayos de penetración abajas
temperaturas, se pueden utilizar solución salina como liquido del baño.
Nota 1.-Se recomienda agua destilada para el baño. Se debe evitar la contaminación del
agua del baño por agentes superficiales activos, agentes residuales u otros agentes químicos,
pues su presencia puede afectar los valores de penetración.
Baño auxiliar. El ensayo de penetración se puede realizar igualmente en un baño de agua
auxiliar, metálico, de vidrio o plástico, y que proporcione una base firme y estable a los
recipientes para las muestras impidiendo, además, cualquier oscilación o bascula miento de los
mismos durante el ensayo. Su capacidad deberá ser aproximadamente de 2 litros y con suficiente
profundidad para permitir que los recipientes con las muestras queden completamente
sumergidos.
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.
Penetró metros manuales. Cuando se empleen penetrómetros de este tipo, el tiempo del
ensayo se deberá medir mediante un reloj eléctrico, un cronómetro u otro instrumento cualquiera
graduado en 0.1segundos o menos, y que tenga una exactitud de ±0.1 segundos en un intervalo
de 60 segundos. Se puede utilizar igualmente un contador sonoro que emita una señal cada
0.5segundos, y en el que la cuenta de 11 señales equivalga a un tiempo total de 5 ±0.1 segundos.
27
Penetrómetros automáticos. En estos aparatos, el dispositivo medidor de tiempo estará
calibrado para proporcionar el tiempo del ensayo con exactitud de ±0.1 segundos.
Termómetros. Para controlar las temperaturas del ensayo en el baño de agua se dispondrá
de termómetros de mercurio con varilla de vidrio, de inmersión total, con subdivisiones y escala
máxima de error de 0.1º Con cualquier otro dispositivo que mida temperaturas con igual
precisión, exactitud y sensibilidad. Deben cumplir con las siguientes características principales:
Tabla 1.
Temperatura, precisión, exactitud y sensibilidad del ensayo de penetración.
Temperatura
del ensayo
ºC(ºF)
Referencia
ASTM
Escala
ºC(ºF)
Graduación
ºC(ºF)
Longitud total
Mm
Error máximo
ºC(ºF)
25
(77)
0y4 (32y39.2)
46.1
(115)
17C
63C
64C
19a27(66a80
)
-8 a32(18a89)
25 a55
(77a131)
0.1 (0.2)
0.1 (0.2)
0.1 (0.2)
2
7
5
3
79
3
7
9
0.1 (0.2)
0.1 (0.2)
0.1 (0.2)
Tomado de Normas de ensayos para carreteras INVIAS 2013
Punto de ablandamiento de materiales bituminosos (aparato de anillo y bola) I.N.V.E
– 712– 13 (INVIAS, 2013)
Objeto.
Este método cubre la determinación del punto de ablandamiento de productos
bituminosos en el intervalo de 30° a 157° C (86° a 315° F), utilizando el aparato de anillo
28
y bola, sumergido en agua destilada (30 ° a 80° C), glicerina USP (encima de 80 ° a 157° C), o
glicol etileno (30° a 110° C).
Los valores dados en unidades SI, deben ser tomados como norma. Los valores en
paréntesis son de información solamente.
Esta norma no involucra las debidas precauciones de seguridad que se deben tomar
para la manipulación de materiales y equipos aquí descritos, ni establece pautas al respecto para
el desarrollo de cada proceso en términos de riesgo y seguridad industrial. Es responsabilidad
del usuario, establecer las normas apropiadas con el fin de minimizar los riesgos en la salud
e integridad física, que se puedan generar debidos a la ejecución de la presente
norma y determinar las limitaciones que regulen su uso.
Resumen del método.
Dos discos horizontales de material bituminoso, fundidos entre anillos de bronce,
se calientan a una temperatura controlada en un baño líquido, mientras cada uno de ellos
soporta una bola de acero. El punto de ablandamiento se considera como el valor promedio de
las temperaturas, a la cuales los dos discos se ablandan lo suficiente, para permitir que
cada bola envuelta en material bituminoso, caiga desde una distancia de 25 mm (1”)
Uso y significado.
Los productos bituminosos son materiales visco elásticos y no cambian del estado
sólido al estado líquido a una temperatura definida, sino que gradualmente se tornan
más blandos y menos viscosos cuando la temperatura se eleva. Por esta razón, el punto de
29
ablandamiento se debe determinar por medio de un método arbitrario fijo, pero definido que
produzca resultados reproducibles y comparables.
El punto de ablandamiento es útil para clasificar productos bituminosos y es un valor
índice de la tendencia del material a fluir cuando está sometido a temperaturas elevadas, durante
su vida de servicio. También, puede servir para establecer la uniformidad de los embarques o
fuentes de abastecimiento.
Equipo y materiales Anillos – De bronce, de bordes cuadrados.
Platos de base. Hechos de material no absorbente, con espesor suficiente para prevenir la
deformación y de tamaño adecuado (50 x 75 mm (2 x 3”)) para mantener dos o más
anillos. Los platos serán planos.
Bolas. Esferas de acero, de 9.5 mm de diámetro (3/8”), pesando cada una 3.5
± 0.05 g.
Baño. Recipiente de vidrio que se pueda calentar, con un diámetro interno no menor de
85 mm, y altura entre la base y el borde de 120 mm como mínimo, con capacidad de 800 ml.
Soporte de anillos y montaje completo. Un soporte de bronce diseñado, para sostener los
dos anillos en posición horizontal La base de los anillos colocada 25 mm (1”) por encima de la
superficie superior del plato de base. La superficie inferior de este último deberá estar 16 ±
3 mm (5/8 ± 1/8”) por encima del fondo del baño.
Termómetros – Serán de dos tipos, con las características definidas
30
Termómetro Intervalo de temperaturas 15C ó 15F 16C ó 16F - 2° a + 80°C (30 ° a 180°F)
30° a 200°C (85° a 392°F)
El termómetro adecuado se colocará en el montaje con cuidando que el extremo del bulbo
esté a nivel con el fondo de los anillos y dentro de los 13 mm (0.5”) alrededor de ellos, pero sin
tocar los anillos ni el soporte.
Líquido para el baño. Agua destilada recién hervida, para evitar la formación de
burbujas sobre la superficie del espécimen. Glicerina USP; se debe tener mucho cuidado porque
su punto de ignición es de 160° C (320° F).
Notas: 1. Este diámetro es ligeramente mayor que la dimensión “C” (aprox. 0 .05 mm
(0.002”)) para permitir la inserción del anillo. En el montaje final, el bulbo del termómetro
deberá estar metido 12.7 mm (0.5”), pero no en contacto, en la guía para centrar la esfera.
2. La forma del sujetador del anillo, no influye en el resultado de la prueba, por lo tanto,
cualquier forma es aceptable siempre que tenga una forma adecuada para soportar el aparato de
prueba.
3. Este diámetro es ligeramente mayor que la dimensión “A” (aprox. 0.05 mm (0.002”)),
para poder deslizar sobre el anillo.
4. Este diámetro es ligeramente mayor que 3.6 mm (0.38”) (aprox. 0.05 mm (0.002”))
para permitir colocar y centrar la esfera de acero.
31
Glicol etileno, con punto de ebullición entre 195° y 197° C (383° y 387° F). Se deben
tomar precauciones porque esta sustancia es tóxica cuando se ingiere o sus vapores son
inhalados. Su contacto prolongado con la piel es dañino. Su punto de ignición es 115° C (239°
F). Cuando se usa este líquido en el baño, el ensayo deberá efectuarse en un laboratorio ventilado
y con campana extractora de vapores, con capacidad para asegurar la remoción de los gases
tóxicos.
Agentes aislantes – Consisten en aceites o grasas con siliconas que se usan para
evitar la adherencia del producto bituminoso sobre el plato de base, cuando se hacen los
discos. Se coloca en una ligera capa sobre la superficie que se quiere proteger. También se
pueden usar mezclas de glicerina con talco, dextrin o arcilla china. Cuando se usen
siliconas, se debe evitar la contaminación de otros elementos del equipo de ensayo, pues
puede producir errores en las determinaciones de penetración o punto de ignición. En
estos casos, se deben emplear guantes desechables de caucho.
Preparación de especímenes.
Antes de iniciar labores se debe verificar que todo haya sido planeado
(equipos, materiales, etc.) Para terminar el ensayo dentro de 6 horas. Se calienta la
muestra de material bituminoso en forma cuidadosa, se agita frecuentemente para evitar
sobrecalentamientos localizados, hasta asegurar que esté suficientemente fluida para poderla
verter. Al agitarse, se deberá evitar la formación de burbujas. El calentamiento de la muestra
no debe tomar más de 2 horas; y, en ningún caso, la temperatura será mayor que 110° C (200°
32
F) por encima del punto de ablandamiento esperado. Si el ensayo se debe repetir, no se
recalentará la muestra, sino que se deberá utilizar una muestra fresca.
Se calientan los dos anillos de bronce sin el plato de base, aproximadamente a la misma
temperatura del producto asfáltico, y se colocan sobre el plato de base, tratado con un agente
aislante.
Se vierte, con un ligero exceso, el producto bituminoso dentro de los anillos y se deja
enfriar a temperatura ambiente durante 30 minutos. Para materiales que estén blandos a la
temperatura ambiente, se enfrían los especímenes, al menos durante 30 minutos a una
temperatura inferior, 10° C (18° F) por debajo del punto de ablandamiento esperado. Desde el
momento en que se forman los discos, no deberán transcurrir más de 240 minutos hasta la
terminación del ensayo.
Cuando los especímenes estén fríos, se corta el exceso de material de la parte superior,
con un cuchillo o espátula precalentada , para que la superficie del disco coincida con el
nivel superior del anillo.
Procedimiento.
Se escoge, dependiendo del punto de ablandamiento esperado, el baño líquido y el
termómetro adecuado, entre los siguientes casos:
33
Baño con agua destilada recién hervida, para ablandamiento esperado entre 30 ° y 80° C
(86 ° y 176° F); se debe usar un termómetro 15C (ó 15F) . La temperatura, al comenzar
el baño, deberá ser de 5° ± 1° C (41° ± 2° F).
Baño con glicerina USP, para obtener ablandamientos por encima de 80° C (176°
F) y hasta 157° C (315° F); se debe usar un termómetro 16C (ó 16F). La temperatura de
iniciación del baño deberá ser de 30° ± 1° C (86 ° ± 2° F).
Baño con glicol etileno para ablandamiento entre 30° C (86° F) y 110° C (230° F); se
debe usar un termómetro 16C (ó 16F). La temperatura de iniciación del baño deberá ser de 5° ±
1° C (41° ±2° F).
Se hace el montaje de los aparatos en un laboratorio ventilado, colocando los anillos
con los especímenes, las guías para las bolas y los termómetros en posición, y se llena el
baño con el líquido apropiado hasta una altura de 105 ± 3 mm (4 1/8” ± 1/8”). Si se usa
glicol etileno, se debe asegurar que el ventilador de la campana extractora esté
funcionando antes de depositar el líquido. Usando unas tenazas apropiadas, se colocan las dos
bolas en el fondo del baño para que adquieran la misma temperatura de iniciación que el
resto del montaje.
Se coloca todo el conjunto del baño, en agua con hielo o se calienta muy
suavemente, para alcanzar y mantener durante 15 minutos la temperatura de iniciación
apropiada. Se debe cuidar de no contaminar el líquido del baño.
Usando otra vez las tenazas, se coloca cada una de las bolas en la guía para su centrado.
34
Se calienta el baño en forma pausada (Nota 1) , para asegurar que la rata de
elevación de la temperatura sea constante a 5° C /min (9° F/minuto). Se protege el baño
de corrientes de aire usando pantallas, si es necesario. No se debe promediar la rata de
elevación de la temperatura durante el período del ensayo. La máxima variación permitida
para un período de 1 minuto, después de transcurridos los 3 primeros minutos, será de ±
0.5° C (± 1° F). Se repite cualquier ensayo en el cual la rata de elevación de la
temperatura no caiga dentro de estos límites. Para el ensayo usando glicerina, el control de
temperatura se puede establecer a partir de los 32° C, luego se continúa el procedimiento
controlando la aplicación de temperatura tal como se describe en la Sección 6.5
Nota 1. – Par al calentamiento se permite el uso de un mechero de gas o un plato
caliente eléctrico; sin embargo el plato eléctrico precisa tener un sistema para
incrementar la temperatura sin demora, y mantener la velocidad de calentamiento.
Se anota para cada anillo y bola, la temperatura indicada por el termómetro en el
momento en que el producto bituminoso que rodea la bola, toque el fondo del plato de base.
No se debe hacer corrección por la parte emergente del termómetro. Si la diferencia entre
las dos temperaturas excede de 1° C (2° F), se repite el ensayo.
Puntos de ignición y de llama mediante la copa abierta Cleveland I.N.V.E–709–13
(INVIAS, 2013)
Objeto.
35
Este ensayo tiene por objeto determinar los puntos de ignición y de llama, mediante la
copa abierta de Cleveland de productos de petróleo y de otros líquidos con excepción de los
aceites combustibles y de los materiales que tienen un punto de ignición, en copa abierta de
Cleveland por debajo de 79°C (175°F), empleando el equipo manual o el equipo automático.
Esta norma se deberá emplear para medir y describir las Propiedades de materiales,
productos o sistemas, en respuesta al calor y a la llama bajo condiciones de laboratorio
controladas y no se deberá considerar ni emplear para la descripción o para la apreciación de
materiales, productos o sistemas, que presenten riesgo de incendio bajo condiciones reales.
Los valores dados en unidades SI, deben ser tomados como norma. Los valores en
paréntesis son de información solamente. Esta norma no involucra las debidas precauciones de
seguridad que se deben tomar para la manipulación de materiales y equipos aquí descritos, ni
establece pautas al respecto para el desarrollo de cada proceso en términos de riesgo y seguridad
industrial. Es responsabilidad del usuario, establece las normas apropiadas con el fin de
minimizar los riesgos en la salud e integridad física, que se puedan generar debidos a la
ejecución de la presente norma y determinar las limitaciones que regulen su uso.
Resumen del método.
La copa del ensayo se llena con la muestra hasta un nivel especificado. Se aumenta
rápidamente la temperatura inicial de la muestra y luego a una tara constante y lenta, a medida
que se aproxima al punto de ignición .A intervalos de tiempo especificados se pasa una pequeña
llama de ensayo a través de la copa. La temperatura más baja a la cual la aplicación de la llama
36
de ensayo haga que se incendien los vapores que se encuentran por encima de la superficie
del líquido, se toma como el punto de ignición. Para determinar el punto de llama, se continúa la
aplicación de la llama de ensayo hasta cuando ésta haga que el aceite se queme por lo menos
durante 5 segundos.
Equipos.
Aparato de copa abierta Cleveland (de operación automática) – Este aparato es un
instrumento de punto de ignición automático que se puede usar para el desarrollo del ensayo, de
la presente norma de procedimiento. Este aparato puede ser usado en el ensayo de copa abierta
de Cleveland de acuerdo a las dimensiones y especificaciones establecidas. Estos equipos
presentan ciertas ventajas en comparación con los equipos manuales, y a que ahorran tiempo de
ejecución del ensayo, permiten el empleo de muestras más pequeñas entre otras ventajas que
justifican su uso. Si se utilizan estos equipos el usuario debe asegurar que se cumplan todas las
instrucciones del fabricante, en cuanto a la calibración, ajuste y operación de los mismos. En
casos de disputa, el punto de ignición determinado manualmente se considera como el de
referencia.
Placa de calentamiento – Se compondrá de dos platinas, una metálica, de bronce, hierro
dulce o de acero, y la otra de asbesto duro. La platina metálica deberá tener un orificio en el
centro y un área de depresión plana alrededor del orificio, a manera de escalón, en la cual se
soporta la copa. La platina de asbesto también tendrá un orificio en el centro, pero de diámetro
mayor, de tal forma que al colocarla sobre la platina metálica, no cubra el escalón de ésta.
37
Aplicador de la llama de ensayo –Deberá ser de cualquier diseño adecuado, pero la
boquilla de verá ser de1 0.6 ± 0.05mm (1/16”) de diámetro en el extremo y el orificio deberá
tener un diámetro aproximado de 0.8 ± 0.05mm (1/32”). Deberá estar montado de tal forma que
permita la repetición automática del barrido de la llama de ensayo sobre la muestra, el cual se
puede hacer girando el orificio de la boquilla en un arco de circunferencia con un radio no menor
de 150 mm (6”). El centro del orificio se moverá siempre en un plano horizontal que esté a no
más de 2.5mm (0.10“) por encima de la copa. Es conveniente que se monte una pequeña
esfera patrón que tenga un diámetro de 3.8a5.4mm (0.15a0.21”) en una posición tal que la
llama pueda compararse con ésta.
Calentador–Puede ser sustituido por cualquier fuente conveniente, el uso de un quemador
de gas o una lámpara de alcohol están permitidos, pero bajo ninguna circunstancia debe
usarse una llama, para productos altamente combustibles. Es preferible que el calentador
sea controlado por un transformador de voltaje variable; la fuente de calor será colocada en el
centro bajo la abertura de la placa caliente evitando sobrecalentamientos lo cales. El calentador
de llama se debe proteger de las corrientes excesivas de aire o de radiaciones a través de
cualquier protector adecuado, por encima del nivel superficial más alto de la placa de
calentamiento.
Preparación del equipo Se apoya el aparato de copa abierta de Cleveland sobre una mesa
firme, a nivel, en un cuarto o compartimiento, libre de corrientes de aire. Se protege de la luz
fuerte la parte superior del aparato, empleando cualquier medio adecuado para detectar
38
fácilmente el punto de ignición. No son confiables aquellos ensayos efectuados en sitios
donde existan corrientes de aire.
Nota 1.-Paraalgunas muestras cuyos vapores o productos de la 38 irolisisson objetables, es
permisible colocar el aparato con un protector en una cámara aislante, cuyo escape debe ser
ajustable de tal manera que se puedan extraer los vapores sin que se produzcan corrientes de aire
sobre la copa de ensayo durante los últimos 56° C (100° F) de elevación de la
temperatura, antes del punto de ignición.
Se lava la copa de ensayo con un disolvente apropiado para remover cualquier aceite, trazas
de goma o residuo remanente de algún ensayo previo. Cualquier clase de residuo de carbón se
deberá remover con una esponjilla metálica. Se lava ahora la copa con agua fría y se seca por
unos pocos minutos sobre una llama abierta o sobre un calentador para remover los últimos
restos de solvente y agua. Antes de su empleo, se en fría la copa hasta por lo menos 56°C(100°
F) por debajo del punto de ignición esperado. Se sostiene el termómetro en una posición vertical,
con su extremo inferior a6.4± 0.1 mm (1/4 ± 1/50“) del fondo de la copa y localizado en un
punto medio entre el centro y la pared de la misma, sobre el diámetro perpendicular a larco
(olínea) de barrido de la llama de ensayo y del lado opuesto al brazo del aplicador de la misma.
Nota 2.- Cuando el termómetro esté en posición, la línea de inmersión grabada en él deberá
estar 2 ± 0.1 mm (5/64 ± 1/50”) por debajo del nivel del borde de la copa. Igualmente en equipos
automáticos, la posición del medidor de temperatura se hará automáticamente (refiérase al
instructivo de instalación y operación del equipo).
39
Medidas de seguridad. El operador deberá tomar la medidas de seguridad apropiadas
durante el ensayo, sobre todo las primeras veces que se aplica la llama de ensayo, pues en tales
ocasiones algunas muestras pueden producir llamas anormales.
Técnica para prevenir la formación de costra en asfaltos en el desarrollo del ensayo
de punto de ignición y de llama mediante la copa abierta de Cleveland. (INVIAS,
2013)
Materiales Filtro de papel–No.47 osuequivalentede7.5cmdediámetro.
Anillo de restricción de tensión – Debe ser de alambre metálico, de forma circular, pero
con dobleces interiores rectos de longitud 15mm y para le los uno a otro. Las dimensiones son:
alambre metálico de 2mm de espesor, de 62 a 63 mm de diámetro exterior con recodos se para
dos y segmentos rectos de 15mm de longitud des del inicio de la circunferencia del anillo. La
longitud total del anillo es de 210mm.
Taladro o punzón– Capaz de perforar en el centro del papel filtro un agujero de 6mm de
diámetro.
Procedimiento.
Se determina el centro del papel filtro mediante una regla; con el taladro o punzón se
perfora un orificio de 6mm de diámetro.
Se doblan los bordes del papel filtro, cerca de 6mm por todo su alrededor y se lo coloca en
la base de la copa de Cleveland del ensayo de punto de ignición, con los 6mm de los bordes
40
doblados hacia arriba Técnica para prevenir la formación de costra en asfaltos en el desarrollo
del ensayo de punto de ignición según el método de la ASTMD-92
Se coloca el anillo de restricción de tensión sobre la parte curvada del papel filtro en la base
de la capa (el anillo de tensión previene que el papel filtro se mueva hacia arriba durante el
ensayo).
Se llena la copa con la muestra, hasta 4 a 5mm por debajo de la marca de llenado (esto es
compensado por la muestra que es absorbida por el papel filtro, cuando éste extraído durante el
ensayo). Se debe tener en cuenta la siguiente precaución: El llenado hasta la línea marcada
puede producir resultados prematuros en la determinación del punto de ignición.
Se inicia el ensayo, usando y asea un aparato manual o uno automático y, se determina el
punto de ignición.
Se reporta el punto de ignición corregido por la presión barométrica con aproximación
a1°C.
Nota A.1.–El uso de esta técnica alternativa puede causar burbujeo en algunas muestras y
este a su vez puede interferir con la detección del punto de ignición en un aparato automático, y
así mismo puede causar una baja de calentamiento en la misma muestra
Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos I.N.V.E–213–13 (INVIAS,
2013)
Objeto.
41
Este método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la distribución de los
tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices de
abertura cuadrada progresivamente de creciente. Este método también se puede aplicar
usando mallas de laboratorio de abertura redonda, y no se empleará para agregados recuperados
de mezclas asfálticas. Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad
asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de prácticas
apropiadas de seguridad.
Uso y significado.
Este método se usa principalmente para determinar la granulometría de los materiales
propuestos que serán utilizados como agregados. Los resultados se emplean para determinar el
cumplimiento de los requerimientos de las especificaciones que son aplicables y para
suministrar los datos necesarios para la producción de diferentes agregados y mezclas que
contengan agregados. Los datos pueden también servir para el desarrollo de las relaciones
referentes a la porosidad y el empaquetamiento.
La determinación exacta del material que pasa el tamiz de 75µm(No.200) no se puede
lograr mediante este ensayo. El método de ensayo que se debe emplear es el dado por la norma
INVE– “Determinación de la cantidad de material fino que pasa el tamiz de 75µm (No.200)”.
Equipos:
Balanza–Con sensibilidad de por lo menos 0.1% de la masa de la muestra que va a ser
ensayada.
42
Tamices–Se dispondrá de la serie de tamices de ensayo adecuada para obtener la
información deseada de acuerdo con las especificaciones para el material que se ensaya. Los
marcos de los tamices se deberán acoplar de forma que se evite cualquier pérdida de material
durante el proceso de tamizado.
Nota1.- Se recomienda la utilización de tamices con marcos más grandes que el estándar de
203.2 mm (8”) de diámetro, para el ensayo de agregado grueso, con el fin de reducir la
posibilidad de sobrecarga del tamiz.
Tamizadora mecánica–Una tamizadora mecánica que imparta un movimiento vertical, o
lateral y vertical a los tamices de tal forma que al producir rebotes y giros en las partículas del
agregado éstas presenten diferentes orientaciones con respecto a la superficie de los tamices. La
acción tamizadora deberá ser tal que el criterio para dar por terminado el tamizado, descrito en la
Sección 6.4, se satisfaga en un período de tiempo razonable.
Nota 2.- Se recomienda la utilización de una tamizadora mecánica cuando la cantidad de
muestra por tamizar es de20 kg o mayor. Un tiempo excesivo (más de 10 minutos) para
realizar un tamizado adecuado se puede traducir en degradación de la muestra. La misma
tamizadora mecánica puede no ser práctica para todos los tamaños de muestras, puesto que, el
área de tamizado mayor requerida para el agregado grueso de tamaño nominal grande muy
probablemente se traducirá en la pérdida de una porción de la muestra se usa para una muestra
más pequeña de agregado grueso o fino.
Horno–De tamaño adecuado, capaz de mantener una temperatura uniforme
43
de 110°±5°C(230°±9°F).
Muestra. Las muestras para el ensayo se obtendrán por medio de cuarteo, manual o
mecánico. El agregado debe estar completamente mezclado antes de cuartearlo y tener la
suficiente humedad para evitar la segregación y la pérdida de finos. La muestra para el ensayo
debe tener la masa seca aproximada.
Nota3. –Donde el análisis de tamizado incluya la determinación de material más fin o
que 75m (TamizNo.200), y ésta sea la única prueba por realizar, el tamaño de la muestra puede
ser reducido en el campo evitando el envío de cantidades excesivas de material extra al
laboratorio.
Agregado fino – Las muestras de agregado fino para el análisis
granulométrico, después de secadas, deberán tener una masa mínima de 300g.
Agregado grueso – Las muestras de agregado grueso para el análisis
granulométrico, después de secadas, deberán tener aproximadamente las siguientes masas:
Para mezclas de agregados gruesos y finos, la muestra adecuada deberá tener la misma masa
recomendad para agregados gruesos
La cantidad de muestra que se requiere con agregados de tamaño máximo nominal mayor
o igual a 50mm es tal como para imposibilitar el ensayo, a no ser que se realice con una gran
tamizadora mecánica. Sin embargo, la finalidad de éste método de ensayo se puede satisfacer
para muestras de agregados con tamaños máximos nominales mayoresde50mm, dividiéndola
muestra total en varias porciones y tamizándolas por separado, siempre que el criterio de
44
aceptación o rechazo del material esté basado en el valor medio de los resultados de las
porciones ensayadas, de modo que la masa de agregado utilizada en cada porción multiplicada
por el número de porciones iguales.
Límite plástico e índice de plasticidad de suelos I.N.V.E–126–13 (INVIAS, 2013)
Objeto.
El límite plástico de un suelo es el contenido más bajo de agua, de terminado por este
procedimiento, en el cual el suelo permanece en estado plástico. El índice de plasticidad de un
suelo es el tamaño del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa
seca de suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la
diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.
Un valor observado o calculado de un límite de un suelo debe redondearse a la “unidad
más cercana”.
El método de moldeo manual de rollos de suelo debe ser dado por el procedimiento
normativo indicado en esta norma. Se denomina límite plástico a la humedad más baja con la
cual pueden formarse rollos de suelo de unos 3mm (1/8”) de diámetro, rodando dicho suelo entre
la palma de la mano y una superficie lisa, sin que dichos rollos se desmoronen.
Equipo y materiales
Espátula – De hoja flexible, de unos 76.2 mm (3”) de longitud por 20 mm (3/4”) de
ancho.
45
Cápsula para evaporación –De porcelana, o similar, de1 15mm (41/2”) de diámetro.
Balanza–De100gde capacidad con aproximación a0.01g.
Aparato de enrollamiento –Para determinar el límite plástico, (opcional). Un aparato
acrílico de conformidad con las dimensiones que se muestran en la
Papel para el aparato de enrollamiento – Papel no satinado que no añada materias
ajenas (fibras, fragmentos de papel, etc.) al suelo durante el proceso de moldeo de rollos de
suelo. Este papel deberá adherirse a las bandejas superior e inferior del aparato ya sea usando un
pegante autoadhesivo.
Nota 1- Se debe tener especial cuidado en quitar el adhesivo que quede en el aparato
para enrollado después de llevada a cabo la prueba. Pruebas repetidas, sin retirar este pegante,
tendrán como resultado de la acumulación de adhesivo, una disminución del diámetro de los
rollos del suelo.
Recipientes – Se deben emplear recipientes apropiados, hechos de material resistente a la
corrosión y que no estén sujetos a cambios en su masa o la desintegración por repetidos
calentamientos y enfriamientos. Los recipientes deben tener tapas que cierren a presión para
prevenir pérdidas de humedad de las muestras antes de hacer la determinación inicial de masa y
para prevenir la absorción de la humedad de la atmósfera después del secado y antes de la
determinación final de la masa. Se requiere un recipiente para cada determinación de
humedad.
46
Horno–Termostáticamente controlado, regulablea110 ±5°C (230±9°F).
Tamiz–De 425µm (No.40). Superficie lisa – Para amasado y enrollamiento. Usualmente se utiliza un vidrio
grueso esmerilado.
Procedimiento.
Se secciona una porción de1 .5a2.0g de la masa de suelo tomada Con la porción
seleccionada, se forma una masa elipsoidal.
Emplear uno de los siguientes métodos para formar los rollos de masa de suelo de 3 mm
de diámetro, a razón de 80 a 90 rotaciones por minuto, contando como rotación un
movimiento completo de la mano hacia a delante y hacia atrás, regresando así, a la posición
inicial.
Dimensiones.
IW– aproximadamente100mm
L-aproximadamente200mm
T–10a15mm.Véase Nota B
T’-5mm H–3.20 + 0.25mm más el grueso total del papel sin glaseado, adherido al fondo de la
bandeja. Véase Nota C
W–Véase Nota A
47
Nota A–La tolerancia entre el ancho de la bandeja superior (W) y el ancho interior (IW)
debe ser tal, que la bandeja superior pueda deslizarse con facilidad en los rieles sin tambalearse.
Nota B- La bandeja superior debe ser lo suficientemente rígida para que el grosor de los
rollos de suelo no se vea afectado por la flexibilidad de la bandeja superior.
Nota C-El ancho de los rieles de los lados debe estar entre 3 y 6mm.
Método de Moldeo de Rollos Manual – Se rueda la masa de suelo entre la palma de la
mano o los dedos y el plato de vidrio esmerilado (o un pedazo de papel que esté sobre la
superficie horizontal y lisa) con solo la presión necesaria para formar un rollo de diámetro
uniforme en toda su longitud. El rollo se debe adelgazar más con cada rotación, hasta que su
diámetro alcance 3mm, tomándose para ello no más de dos minutos. La presión requerida de la
mano o de los dedos, variará en gran medida, dependiendo del tipo desuelo. Suelos frágiles de
baja plasticidad se enrollan mejor.
48
Resultados e Impactos
Caracterizar el llenante mineral para la modificación de la mezcla asfáltica.
Los resultados que se espera al caracterizar el llenante mineral es identificar las arcillas que es
el material que determina la plasticidad; siendo este de gran importancia para la modificación de
asfalto.
Los impactos que se esperan es mejorar la mezcla asfáltica modificándola con el llenante
mineral.
Caracterizar un asfalto de referencia 60/70.
Los resultados que se espera para un asfalto de referencia o muestra patrón es determinar de
forma clara que tanta plasticidad contiene la muestra; con el fin de conocer si es viable utilizar el
llenante mineral.
Modificar el asfalto con los porcentajes 5%, 10% del respectivo llenante mineral, plástico
y no plástico.
Los resultados esperados es cambiar el comportamiento del asfalto de forma positiva
con el fin de que la nueva muestra sea apta para ser usada en las vías del territorio Colombiano; de
igual forma se espera un impacto positivo ya que al ser apta para el uso se reducirían costos en los
aditivos y se lograra igualar la calidad a la muestra patrón.
49
Cronograma
Tiempo
Actividad
MES 1 MES 2
1 2 3 4 1 2 3 4
Caracterizar el llenante mineral para la
modificación de la mezcla asfáltica.
Caracterizar un asfalto de referencia
60/70.
Modificar el asfalto con los porcentajes
5%, 10% del respectivo llenante
mineral, plástico y no plástico.
Analizar y comparar la incidencia la
llenante mineral plástico y no plástico en
el comportamiento reológico del asfalto,
conceptuando cual llenante de acuerdo a
su plasticidad, presenta un mejor
comportamiento respecto a la muestra
patrón
Informe Final
50
Conclusiones
Con el presente trabajo se estudiara la forma de utilizar diferentes tipo de aditivos para el
asfalto modificado con minerales plásticos y no plásticos con el fin que sirva de base para que
otras personas investiguen sobre el mismo y se logre llegar a producir un asfalto modificado que
permita reducir costos pero sin bajar la calidad del producto; lo cual sería muy importante para
todos los constructores y habitantes de comunidades ya que se lograría realizar o mejorar
diferentes tipos de vías en el país.
Con el anterior trabajo se reforzó conocimientos y se amplió sobre temas como asfálto,
asfálto modificado, llenantes minerales y la aplicación de las Normas Técnicas de Invias; lo que
es muy importante para nuestra profesión con el fin de tener claridad en cada uno de los
conceptos y su aplicación en el campo laboral.
51
Bibliografía
Alvarez, A., & Valdes-Vidal, G. (2014). Evaluación mecánica de mezclas asfálticas frías
fabricads con reemplazo de llenante mineral. la serena: Inf. tecnol.
Gárces Cárdenas, C., & Garro Cossio, O. (1997). Pavimentos. Medellin: Universidad de
Medellin.
INVIAS. (2013). Instituto Nacional de Viás. Obtenido de
www.invias.gov.co/index.php/documentos-tecnicos-izq/139-documento-tecnicos/1988-
especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-y-normas-de-ensayo-para-materiales-
de-carreteras
Juáres badillo, E., & Rico Rodriguez, A. (2005). fundamentos de la mecánica de suelos. Ciudad
de Mexico: Limusa Noriega Editores.
Montejo Fonseca, A. (2002). Ingeniería de Pavimentos. Bogotá: Agora Editores.
Reyes-Ortiz, O. (2009). Cambios dinámicos y mecánicos de una mezcla asfáltica densa por las
propiedades del asfalto y la energía de compactación. Revista Cientifica Ingenieria y Desarrollo,
26.
