Guia Practica de Laboratorio para el Diseño Marshall

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Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera

Figura Nº 1 a) Cuarteador de Agregado Grueso b) Cuarteador de Agregado Fino

REDUCCION DE MUESTRAS DE AGREGADO A TAMAÑO DE ENSAYO

“CUARTEO DE MUESTRAS”

ASTM C 702-98 (2003)

1. OBJETIVO

 Reducir una cantidad de muestra extraída de campo a un tamaño adecuado para el ensayo. Nota: Este método establece dos procedimientos, uno manual y otro mecánico, para la reducción de muestras

2. METODOS DE CUARTEO

2.1 MÉTODO A – CUARTEADOR MECÁNICO 2.1.1 EQUIPO

 Cuarteador de muestra

El cuarteador de muestras debe tener un número igual de conductos, pero no menos de un total de ocho para agregado grueso, o doce para agregado fino, el cual descarga alternadamente para cada lado del cuarteador.

Fuente: Elaboración Propia

Para agregado grueso y mezclas de agregados, el ancho mínimo del conducto individual será de aproximadamente 50% mayor que el tamaño máximo de las partículas de la muestra a ser cuarteada.

Para. Agregado fino seco, en el cual la muestra entera pasa el tamiz de 9.5 mm (3/8”) el ancho mínimo de los conductos individuales será de 50 % mayor que las partículas más grandes en la muestra y el ancho máximo será de 19 mm (3/4”).

El equipo cuarteador estará acondicionado con dos receptáculos para recibir las dos mitades de la muestra, para continuar con el cuarteo.

Además, estará equipado con una caja o cucharón con fondo plano y borde recto que tenga un ancho igual o ligeramente menor que el ancho total de los conductos para que la muestra pueda ser alimentado a una razón controlada.

El cuarteador y los accesorios serán diseñados para que la muestra fluya libremente sin restricción o pérdida de material.

2.1.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 Coloque la muestra original en la tolva o cucharón alimentador distribuyéndola uniformemente de lado a lado, de tal forma que fluyan en los conductos, cantidades aproximadamente iguales.  La tasa a la cual la muestra se introduce debe ser tal, que permita un flujo libre y continuo a

través de los conductos hacia los receptáculos inferiores.

 Vuelva a introducir la porción de la muestra de uno de los receptáculos en el cuarteador cuantas veces sea necesario para reducir la muestra al tamaño de ensayo especificado.

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Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera Figura Nº 2 Procedimiento de Cuarteo de Muestra Figura Nº 3 a) Regla b) Cucharon c) Pala d) Brocha

 La porción del material retenido en el otro receptáculo puede ser reservada para la reducción en tamaño para otros ensayos.

2.2

MÉTODO B – CUARTEO MANUAL

2.2.1 EQUIPO



El equipo consistirá de una regla, un cucharón de fondo plano y borde recto, pala o cuchara de albañil, una escoba o brocha y una lona de aproximadamente 2 x 2.5 m.

Fuente: Elaboración Propia 2.2.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 Coloque la muestra original en una superficie dura, limpia y nivelada donde no se produzcan pérdidas de material ni adición accidental de material extraño.

 Mezcle el material completamente, traspaleando la muestra entera al menos tres veces. En el último traspaleo forme con la muestra un apilamiento cónico, depositando cada palada en la parte superior del apilamiento.

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Figura Nº 4 Traspalee y forme un apilamento conico

Figura Nº 5 Cuarteo Manual:

a) Aplane,el espesor debe de ser de 4 a 8 veces el diametro maximo del agregado. b) Con una Regla divida la primera mitad.

c) Con la Pala separe el Agregado.

d) Con la Brocha divida los Finos hacia los extremos.

Fuente: Elaboración Propia  Aplane cuidadosamente el apilamiento presionado con una pala la parte superior del cono hasta

obtener un espesor y diámetro uniforme, de tal forma, que se divida en cuatro partes, de manera que cada cuarto del apilamiento contenga el material que originalmente se encontraba en el.  El diámetro deberá ser aproximadamente de cuatro a ocho veces el espesor. Ya sea con una pala

o cuchara, divida en cuatro partes iguales la masa aplanada y remueva los cuartos

diagonalmente opuestos, incluyendo todo el material fino que se encuentre entre los espacios divididos, limpiando con un cepillo.

 Mezcle sucesivamente formando el cono y divida en cuartos el material restante hasta que la muestra se reduzca al tamaño deseado (Igual que lo anteriormente).

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Figura Nº 6 Cuarteo Manual:

e) Con la Pala divida la otra mitad formando asi los cuartos. f) Cuartas partes del Agregado Iguales.

g) Recolectando el cuarto derecho inferior. h) Recolectando el cuarto izquierdo superior. i) Retire completamente los cuartos extremos.

j) Recolecte las muestras y cuarte para mayor reducción.

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Figura Nº 1 Horno Electrico

Figura Nº 2 Balanza Electrica

GRANULOMETRIA DE AGREGADOS

ASTM C136-01 , AASHTO T27-99

COMBINACION DE AGREGADOS

3. OBJETIVO

 Determinar la distribución de tamaño de las partículas de agregado fino y grueso mayores a 0.075 mm. por medio de un proceso de tamizado

 Determinar la combinación granulométrica para la dosificación de las briquetas (probetas) de mezcla asfáltica de tal forma que la combinación granulométrica este dentro de los límites granulométricos establecidos.

4. EQUIPO Y MATERIALES

 Horno

Provisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones de ensayo.

Fuente: Elaboración Propia  Balanza Eléctrica

De 0.01 gr de precisión para muestras de hasta 200 gr de masa De 0.1 gr de precisión para muestras de más de 200 gr de masa.

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Figura Nº 3 Juego de Tamices

Figura Nº 4 Herramientas y Accesorios Tabla Nº 1 Tamices tipicos usados para agregados

gruesoso y finos

 Juego de Tamices

Fuente: Elaboración Propia  Herramientas y accesorios

Espátula, brochas, recipientes para secado, recipientes para pesaje, etc.

Designación de Tamices para Agregados Gruesos

Designación de Tamices para Agregados Finos Sistema Métrico Sistema Habitual Norteamericano Sistema Métrico Sistema Habitual Norteamericano 63 mm 2 ½” 2.36 mm Nº 8 50 mm 2” 1.18 mm Nº 16 37.5 mm 1 ½” 0.60 mm Nº 30 25 mm 1” 0.30 mm Nº 50 19 mm 3/4” 0.15 mm Nº 100 12.5 mm 1/2” 0.075 mm Nº 200 9.5 mm 3/8” 4.75 mm Nº 4 Tamices Gruesos Tapa Tamiz Nº 200 Bandeja Tamices Intermedios

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Tabla Nº 2 Tamaño de muestra requerida 5. MUESTRA A ENSAYAR

Seleccionar una cantidad de muestra representativa, ya sea por cuarteo o por una selección aleatoria mezclando regularmente el material antes de obtener la muestra requerida.

Fuente: ASTM C136-01 “Volumen 04.02 Concrete and Aggregates” 6. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 Antes de realizar el ensayo se deberán de eliminar todas impurezas de los agregados como ser materia orgánica y/o partículas finas menores al tamiz de 0.075 mm. (Lavar debidamente los agregados).

 Se realizara un cuarteo antes de realizar el ensayo para así poder determinar una cantidad de muestra representativa conforme a la tabla del punto tres.

 Verificar que el juego de tamices y la bandeja se encuentren limpios y libres de partículas retenidas entre la malla y estén debidamente ordenados.

 Colocar la muestra a ensayar en la maquina tamizadora para proceder al tamizado o zarandeo.

 Una vez terminado el zarandeo se debe verter el material retenido en cada tamiz empezando por el tamiz de mayor abertura, en recipientes separados y determinar las masas de la muestra retenidas en cada tamiz utilizando la opción tara de la balanza.

 Una vez terminado de pesar toda la muestra se procederá a realizar el cálculo correspondiente para generar la curva granulométrica de cada agregado, para así determinar la combinación granulométrica deseada para la preparación de nuestra mezcla asfáltica.

7. MEMORIA DE CALCULO

 Sume y registre la masa total de las fracciones retenidas en todos los tamices y la bandeja. Esta suma no debe diferir de la masa inicial registrada en más de 3% para los áridos finos y de 0,5% para los áridos gruesos. fino agregado tamizado grueso agregado tamizado

M



0 .

97 *

;



0 .

95 *

 Cuando no se cumpla con lo especificación anterior, rechace el ensayo y efectúe otro con una muestra gemela.

 Calcular la masa retenida acumulada en cada tamiz sumando la masa retenida de cada tamiz con la masa retenida acumulada de un tamiz previo

)

(

)

1 (

i

M

i

M

_ret_acum





_ret



_ret_acum

 Calcule el porcentaje retenido en cada tamiz dividiendo la masa ret-acum total entre masa ret-acum parcial de cada tamiz

100 *

Re

%

total acum ret parcial acum ret

M

tenido

 



Tamaño máximo de las partículas (mm)

Tamiz Nº Masa de muestra mínima (kg) 4.75 o menos Nº 4 0.3 y/o 0.5 9.5 3/8” 1 12.5 1/2 2 19.0 3/4” 5 25.0 1” 10 37.5 11/2” 15 50 2” 20 63 21/2” 35

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Tabla Nº 2 Gradacion para Mezclas Asfalticas Densas Tabla Nº 1 Limites Granulometrico

para Mezclas Asfalticas

 Calcular el porcentaje que pasa en cada tamiz haciendo la diferencia de 100 entre el % retenido en cada tamiz.

t

Pasa

100 %

Re

%





 Graficar la curva granulométrica en un sistema de coordenadas ortogonales, cuya abscisa, a escala logarítmica, indica las aberturas nominales y cuya ordenada, a escala lineal, indica los valores de los porcentajes que pasan cada tamiz.

8. GRANULOMETRIA DE AGREGADOS

Nota: Insertar planilla granulométrica más su grafica correspondiente 9. COMBINACION GRANULOMETRICA

Nota: Insertar planilla granulométrica-Combinada más su grafica correspondiente

Limites Granulométricos Tamaño de

Tamiz Mínimo Máximo

25 mm 1” 100.0 100.0 19 mm 3/4” 76.0 100.0 12.5 mm 1/2” 68.0 86.0 9.5 mm 3/8” 57.0 77.0 4.75 mm Nº 4 40.0 60.0 2.36 mm Nº 8 26.0 46.0 1.18 mm Nº 16 17.0 37.0 0.60 mm Nº 30 11.0 27.0 0.30 mm Nº 50 8.0 19.0 0.15 mm Nº 100 6.0 16.0 0.075 mm Nº 200 3.0 6.0

Fuente: Diapositivas de Ing. Jaime Ayllon A. Mezclas Densas Tamaño de

Tamiz

Designación de la Mezcla Usando el Tamaño Máximo Nominal de Agregado

D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-6 D-7 D-8 D-9 50 mm (2”) 37.5 mm (1 ½”) 25 mm (1”) 19 mm (3/4”) 12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”) 4.75 mm (Nº 4) 2.36 mm (Nº 8) 1.18 mm (Nº 16) 63 mm 2 ½” 100 - - - -50 mm 2” 90 - 100 100 - - - -37.5 mm 1 ½” - 90 - 100 100 - - - -25 mm 1” 60 - 80 - 90 - 100 100 - - - - -19 mm 3/4” - 56 - 80 - 90 - 100 100 - - - -12.5 mm 1/2” 35 - 65 - 56 - 80 - 90 - 100 100 - - -9.5 mm 3/8” - - - 56 - 80 - 90 - 100 100 - -4.75 mm Nº 4 17 - 47 23 - 53 29 - 59 35 - 65 44 - 74 55 - 85 80 - 100 - 100 2.36 mm Nº 8 10 - 36 15 - 41 19 - 45 23 - 49 28 - 58 32 - 67 65 - 100 - 95 - 100 1.18 mm Nº 16 - - - 40 - 80 - 85 - 100 0.60 mm Nº 30 - - - 25 - 65 - 70 - 95 0.30 mm Nº 50 3 - 15 4 - 16 5 - 17 5 - 19 5 - 21 7 - 23 7 - 40 - 45 - 75 0.15 mm Nº 100 - - - 3 - 20 - 20 - 40 0.075 mm Nº 200 0 - 5 0 - 6 1 - 7 2 - 8 2 - 10 2 - 10 2 - 10 - 9 - 20 Cemento Asfaltico, porcentaje en peso del total de la mezcla 2 - 7 3 - 8 3 - 9 4 - 10 4 - 11 5 - 12 6 - 12 - 8 - 12

Fuente: ASTM D 3515 - 01 “Volumen 04.03 Road and Paving Materials; Vehicle-Pavement Systems” Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente.

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Tabla Nº 3.1 REQUISITO DE GRADACION PARA TIPOS DE MEZCLAS

ASFÁLTICAS

(10)

ASFÁLTICAS

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976. Pág. 203 a 210

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ANALISIS GRANULOMETRICO

ASTM C136-01 AASHTO T27-99

A. DATOS GENERALES Proyecto: Ubicación: Fecha: Descripción de la Muestra: Identificación de la muestra: B. DATOS TECNICOS

Masa del Recipiente Gr.

Masa de la Muestra Seca + Recipiente Gr.

Masa de la muestra Seca Gr.

Tamiz Nº Diámetro (mm) Masa Retenida (Gr) Masa Retenida Acumulada (Gr)

% Retenido % Que Pasa

1 1/2" 38 W1 W1=P1 (P1/∑WTOTAL)*100=K1 100-K1=A1 1" 25.000 W2 P1+W2=P2 (P2/∑WTOTAL)*100=K2 100-K2=A2 3/4" 19.000 W3 P2+W3=P3 (P3/∑WTOTAL)*100=K3 100-K3=A3 1/2" 12.500 W4 P3+W4=P4 (P4/∑WTOTAL)*100=K4 100-K4=A4 3/8" 9.500 W5 P4+W5=P5 (P5/∑WTOTAL)*100=K5 100-K5=A5 Nº 4 4.750 W6 P5+W6=P6 (P6/∑WTOTAL)*100=K6 100-K6=A6 Nº 8 2.000 W7 P6+W7=P7 (P7/∑WTOTAL)*100=K7 100-K7=A7 Nº 16 1.180 W8 P7+W8=P8 (P8/∑WTOTAL)*100=K8 100-K8=A8 Nº 30 0.600 W9 P8+W9=P9 (P9/∑WTOTAL)*100=K9 100-K9=A9 Nº 50 0.300 W10 P9+W10=P10 (P10/∑WTOTAL)*100=K10 100-K10=A10 Nº 100 0.150 W11 P10+W11=P11 (P11/∑WTOTAL)*100=K11 100-K11=A11 Nº 200 0.075 W12 P11+W12=P12 (P12/∑WTOTAL)*100=K12 100-K12=A12

Bandeja 0.000 W13±Error P12+W13=P13 (P13/∑WTOTAL)*100=K13 100-K13=A13

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ANALISIS GRANULOMETRICO

ASTM C136-01 AASHTO T27-99

Masa del Recipiente Gr.

Masa de la Muestra Seca + Recipiente Gr.

Masa de la muestra Seca Gr.

Tamiz Nº Diámetro (mm) Masa Retenida (Gr) Masa Retenida Acumulada (Gr)

% Retenido % Que Pasa

1 1/2" 38 1" 25.000 3/4" 19.000 1/2" 12.500 3/8" 9.500 Nº 4 4.750 Nº 8 2.000 Nº 16 1.180 Nº 30 0.600 Nº 50 0.300 Nº 100 0.150 Nº 200 0.075 Bandeja 0.000

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MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD

ESPECIFICA Y ABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS GRUESOS

ASTM C 127-01 AASHTO T85-91

1. OBJETIVO

 Determinar la densidad, gravedad específica y la absorción de agua en áridos gruesos.

Es aplicable a los áridos gruesos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se emplean en el análisis de suelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas.

DEFINICIONES a) Árido Grueso

Material árido retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de

2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos (según norma ABC, según norma ASTM solo el tamiz N°4). b) Huecos

Espacios vacíos entre las partículas de un material árido.

c) Poros

Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido.  Poro accesible: poro permeable o abierto.

 Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado.

d) Densidad (ρ)

Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada. Se expresa en kg/m3.

 Densidad real (ρR): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.

 Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.

 Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considera la masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.

 Densidad neta (ρN): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreo más el volumen de los poros inaccesibles.

e) Absorción de agua (α )

Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco.

f) Árido seco

Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada.

g) Gravedad Específica

Es la proporción de la masa (o el peso en el aire) entre la unidad de volumen de un material para la masa del mismo volumen de agua a una temperatura determinada. Los valores son dimensionales.

h) Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa)

Es la proporción de el peso al aire entre unidad de volumen de la porción impermeable del agregado a una temperatura determinada, para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.

i) Gravedad Especifica Bulk (Gsb)

Es la proporción de el peso en el aire entre unidad de volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables e impermeables en las partículas, pero no incluyendo los vacíos entre partículas) para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.

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Figura Nº 3 Canastillo “Porta-muestra” j) Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca de Bulk (Gsssb)

Es la proporción de la masa en el aire entre unidad de volumen de agregado, incluyendo la masa de los vacíos llenos de agua lo cual se logra sumergiendo el agregado en agua.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

 Balanza

La balanza estará equipada con un aparato adecuado para suspender el contenedor de la muestra en el agua desde el centro de la plataforma de pesado o la cazuela de la balanza.

La precisión mínima de la balanza será de 0.1 g.

 Horno

Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye.

Fuente: Elaboración Propia  Canastillo “Porta-muestra”

De alambre de acero inoxidable lo suficientemente resistente para soportar el peso de la muestra, con malla de abertura igual o inferior que 2 mm. Además, debe estar provisto de un dispositivo que permita suspenderlo de la balanza

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Figura Nº 4 Recipiente para determinar el peso sumergido de la muestra “estanque”

Figura Nº 4 Recipientes para realizar los pesajes correspondientes

 Estanque

Impermeable, inoxidable, de forma y capacidad tal que permita contener totalmente y con holgura el canastillo porta-muestra, de acuerdo con el procedimiento especificado en este método.

Fuente: Elaboración Propia  Recipientes

Deben estar limpios de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra de ensaye.

Fuente: Elaboración Propia 3. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS

3.1 Extracción de muestras

Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los métodos:

 Método para extraer y preparar muestras (ASTM D 75-03, AASHTO T 2-91)  Método para el cuarteo de muestras (ASTM C 702-98 (Reapproved 2003))

3.2 Tamaño de la muestra a ensayar

La cantidad mínima de muestra para el ensayo se determina según la Tabla Nº1, en función del tamaño máximo nominal del árido.

TABLA Nº1 CANTIDAD MÍNIMA DE MUESTRA SEGÚN TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ÁRIDO

Fuente: ASTM C 127-01 “Volume 04.02 Concrete and Aggregates” 3.3 Preparación de la muestra de ensayo

 Puede emplear el material proveniente del ensayo de tamizado, debidamente homogeneizado.

 Elimine por tamizado las partículas inferiores a 4,75 mm (Nº 4), en el caso de hormigones y suelos y las

partículas inferiores a 2,36 mm (Nº 8), en el caso de asfaltos. Tamaño máximo nominal Cantidad mínima de muestra mm ASTM kg 12.5 o menos ½” 2 19 ¾” 3 25 1” 4 37.5 1 ½” 5 50 2” 8 63 2 ½” 12

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Figura Nº 6

a) Muestra saturada después de 24 horas de inmersión. b) Seque la muestra con un paño absorbente.

c) Enrolle la muestra y seque las partículas más grandes. d) La condición saturada superficialmente seco se logra

cuando las partículas presentan un color opaco. e) Determinar la masa saturada superficialmente seca y

regístrela como Msss

Figura Nº 5 Separacion de la muestra mediante el tamizado Tamiz Nº 8 “agregado grueso y fino”

 Lave la muestra hasta remover el polvo superficial o cualquier materia extraña adherida a las partículas.  Seque la muestra hasta masa constante en un horno a 110 ± 5º C.

 Enfríe la muestra al aire a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h.  Sumerja la muestra en agua a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h.

Nota 1: Se debe tener presente que existen áridos cuya saturación no se completa en 24 h. En ese caso es necesario continuar el control de absorción hasta que dos pesadas sucesivas, separadas por una hora de inmersión, difieran en un porcentaje igual o inferior que el 0,1 % de la menor masa determinada

Fuente: Elaboración Propia 4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Efectúe las siguientes pesadas a la muestra de ensayo:

4.1 Pesada al aire ambiente del árido saturado superficialmente seco

 Retire la muestra del agua y seque superficialmente las partículas, haciéndolas rodar sobre un paño absorbente hasta que desaparezca la película visible de agua adherida. Seque individualmente las partículas mayores manteniendo el árido, ya secado superficialmente, cubierto por un paño hasta el momento de pesar. Efectúe toda la operación en el menor tiempo posible.

 Determine inmediatamente la masa del agregado saturado superficialmente seco, por pesada al aire ambiente, aproximando a 0.1 gr. y registre su valor como MSSS.

Fuente: Elaboración Propia 4.2 Pesada sumergida

 Coloque la muestra inmediatamente en el canastillo porta-muestra.

 Sumerja el canastillo en agua a 20 ± 3º C, por un período de al menos 3 min.

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Figura Nº 7

a) Colocar la muestra en el Canastillo porta-muestra. b) Enganchar el canastillo porta-muestra en la balanza.

c) Sumerja la muestra por un lapso de 3 minutos y regístrela como MSUM

Figura Nº 8

a) Retire la mustra del canastillo porta-muestra.

b) Secar la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5 ºC.

c) Enfrié la muestra a temperatura ambiente y determine la masa de la muestra seca regístrela como MS.

 Determine la masa sumergida, aproximando a 0.1 g. Registre su valor como MSUM.

Nota 2: Mantenga el canastillo y su contenido totalmente sumergidos durante la operación. Debe pr ocurarse que el elemento de suspensión del canastillo tenga la menor dimensión posible, a fin de minimizar su efecto sobre los resultados.

Fuente: Elaboración Propia 4.3 Pesada al aire ambiente del árido seco

 Retire la muestra del canastillo y vacíela completamente del recipiente, cuidando de no dejar partículas atrapadas.

 Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C.

 Enfríe la muestra hasta temperatura ambiente, en lo posible dentro de un recipiente protegido, para evitar la absorción de humedad del aire.

 Determine la masa de la muestra seca, por pesada al aire ambiente, aproximando a 0.1 g. registre su valor como MS.

a) b) c)

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Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera 5. MEMORIA DE CALCULO

Densidad real

 



_R Gravedad especifica Densidad real del pétreo saturado superficialmente

seco





_RT



W SUM SSS SSS RT

M



*





Gravedad especifica saturada superficialmente se de Bulk



G

_sssb



SUM SSS SSS W RT sssb

M

G







Densidad real del árido seco

 



_RS W SUM SSS S RS

M



*





Gravedad especifica seca Bulk

 

G

_sb

SUM SSS S W RS sb

M

G







Densidad neta

 



_N W SUM S S N

M



*





Gravedad especifica seca aparente

 

G

_sa

SUM S S W N sa

M

G







Absorción de agua

 



 

%

*

100

S S SSS

M







Dónde:

:

SUM

M

Masa del árido sumergido (gr)

:

SSS

M

Masa del árido saturado superficialmente seco (gr)

:

S

M

Masa del árido seco (gr)

(19)

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD ESPECIFICA Y

ABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS GRUESOS

ASTM C 127-01 AASHTO T85-91

Peso total de la muestra: gr Combinación de los Agregados

Grava % gr Grava % gr Grava % gr Arena % gr Filler % gr Total % gr

Peso Retenido en el Tamiz Nº 4 gr % en Masa Peso que Pasa en el Tamiz Nº 4 gr % en Masa

Agregado Grueso

Peso Seco

M

S

=

gr

Peso Sumergido

M

SUM

=

gr

Peso Saturado Superficialmente Seco

M

SSS

=

gr

C. MEMORIA DE CALCULO

Densidad Real del Pétreo Saturado Superficialmente Seco

Gravedad Especifica Saturada Superficialmente Seca de Bulk

ρ

RT

=

G

ssb

=

Densidad Real del Árido Seco Gravedad Especifica Seca de Bulk

ρ

RS

=

G

sb

=

Densidad Neta Gravedad Especifica Seca Aparente

ρ

N

=

G

sa

=

Absorción del Agua

(20)

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD

ESPECIFICA Y ABSORCIÓN DE AGUA EN ÁRIDOS FINOS

ASTM C 128-01(Reapproved 2003) AASHTO T84-00

1. OBJETIVO

 Determinar la densidad, gravedad específica y la absorción de agua en áridos finos. Es aplicable a los áridos finos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se emplean en el análisis de suelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas.

DEFINICIONES a) Árido Fino

Material árido no retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de

2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos (según norma ABC, según norma ASTM solo el tamiz N°4). b) Huecos

Espacios vacíos entre las partículas de un material árido.

c) Poros

Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido.  Poro accesible: poro permeable o abierto.

 Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado.

d) Densidad (ρ)

Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada. Se expresa en kg/m3.

 Densidad real (ρR): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.

 Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.

 Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considera la masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.

 Densidad neta (ρN): Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreo más el volumen de los poros inaccesibles.

e) Absorción de agua (α )

Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco.

f) Árido seco

Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada.

g) Gravedad Específica

Es la proporción de la masa (o el peso en el aire) entre la unidad de volumen de un material para la masa del mismo volumen de agua a una temperatura determinada. Los valores son dimensionales.

h) Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa)

Es la proporción de el peso al aire entre unidad de volumen de la porción impermeable del agregado a una temperatura determinada, para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.

i) Gravedad Especifica Bulk (Gsb)

Es la proporción de el peso en el aire entre unidad de volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables e impermeables en las partículas, pero no incluyendo los vacíos entre partículas) para el peso al aire de un volumen equivalente de agua destilada libre de gas a una temperatura determinada.

(21)

Figura Nº 3 Recipientes para realizar los pesajes correspondientes

j) Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca de Bulk (Gsssb)

Es la proporción de la masa en el aire entre unidad de volumen de agregado, incluyendo la masa de los vacíos llenos de agua lo cual se logra sumergiendo el agregado en agua.

k) EQUIPOS Y MATERIALES

 Balanza

De capacidad superior a 1 kg y una precisión mínima de 0.1 gr.

 Horno

Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensayo.

Fuente: Elaboración Propia  Recipientes

Deben estar limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra de ensaye.

(22)

Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera Figura Nº 4 a) Matraz de 500 ml b) Picnometro Figura Nº 4 Mole-Cono Figura Nº 4 a) a) Pison b) b) Pison y Cono  Matraz

Es un matraz aforado en el que se pueda introducir fácilmente la muestra de ensaye. Debe llevar una marca de calibración que indique el volumen contenido con una precisión de ± 0,1 ml.

Dicho volumen excederá a lo menos en un 50 % al volumen aparente de la muestra de pétreo fino. Se recomienda emplear un matraz de 500 cm3de capacidad. También puede emplearse un picnómetro.

Fuente: Elaboración Propia  Molde-Cono

Con forma tronco - cónica, de 40 ± 3 mm de diámetro en la parte superior, 90 ± 3 mm de diámetro en la parte inferior y 75 ± 3 mm de altura. Confeccionado con una plancha metálica de un espesor igual o superior que 0,8 mm.

Fuente: Elaboración Propia  Pisón

Es una varilla metálica, con uno de sus extremos de sección plana y circular, de 25 ± 3 mm de diámetro. Debe tener una masa de 340 ± 15 g.

b) a)

(23)

Figura Nº 5 Separando la muestra en el tamiz de referencia l) EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS

3.1 Extracción de muestras

Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los métodos:

 Método para extraer y preparar muestras (ASTM D 75-03, AASHTO T 2-91)  Método para el cuarteo de muestras (ASTM C 702-98 (Reapproved 2003))

3.2 Tamaño de la muestra a ensayar

Para cada ensayo se usará una cantidad de árido fino superior a 50 gr. e inferior a 500 gr.

3.3 Preparación de la muestra de ensayo

 Corte el material retenido en tamiz de referencia (tamiz Nº 4 para hormigón y Tamiz Nº 8 para mezclas asfálticas).

 Si la muestra de laboratorio contiene un porcentaje superior al 15 % de material retenido sobre el tamiz de referencia, considérela como un integral y determine los porcentajes de la fracción retenida y de la fracción que pasa respecto del total de dicha muestra.

 Ensaye la fracción retenida de acuerdo con la (ASTM C 127-01, AASHTO T85-91) y la fracción que pasa de acuerdo con este Método de ensayo.

 Reduzca por cuarteo de acuerdo a la (ASTM C-702), la muestra de terreno o la fracción que pasa indicada en “Preparación de la muestra de ensayo” segundo párrafo, a una cantidad de árido de aproximadamente el doble del tamaño de muestra de laboratorio requerido.

Nota 1: La muestra debe humedecerse antes de efectuar la reducción para evitar la segregación y pérdidas de polvo.

m) PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 Seque el árido en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C.

 Cubra el árido en su totalidad con el mínimo de agua a temperatura ambiente para asegurar su saturación en un período de 24 ± 4 h.

 Eliminar el exceso de agua con cuidado para evitar la pérdida de finos, extienda la muestra sobre una superficie plana comenzando la operación de desecar dirigiendo sobre ella una corriente moderada de aire caliente y remover con frecuencia para garantizar el secado homogéneo hasta llegar a su condición suelta.

 Sostenga el molde cónico firmemente contra una superficie lisa, plana y no absorbente, con su diámetro mayor hacia abajo, llénelo con el árido en condición suelta en una capa y enrase.

 Compacte suavemente con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos sobre la superficie, en cada golpe deje caer el pisón libremente desde una altura de 5 mm sobre la superficie del árido. Dicha altura debe conservarse, ajustándola a la nueva elevación de la muestra después de cada golpe.

 Remueva cuidadosamente todo material sobrante en la superficie. Levante el molde verticalmente. Si hay humedad libre la muestra conservará la forma del cono. En este caso elimine el exceso de humedad, repitiendo el procedimiento. Cuando, al retirar el molde, el árido caiga suavemente según su talud natural, será indicación que éste ha alcanzado la condición saturada superficialmente seca.

 Inmediatamente que el árido alcance la condición de saturado superficialmente seco, obtenga el tamaño de muestra de ensayo requerido, pese y registre su masa (MSSS).

(24)

Figura Nº 6

a) Colocar la muestra en el matraz con la ayuda de un embudo de papel para evitar la perdida de la muestra b) Muestra ingresando atravez del

embudo al matraz

Figura Nº 7

a) Muestra mas agua hasta la marca de calibracion.

b) Registrar la muestra mas agua como Mm.

 Coloque la muestra en el matraz y cúbrala con agua a una temperatura de 20 ± 3º C, hasta alcanzar aproximadamente 2/3 del volumen del matraz.

 Agite el matraz a fin de eliminar burbujas de aire golpeándolo ligeramente contra la palma de la mano. En caso de pétreos muy finos, se debe utilizar una bomba de vacío.

 Deje reposar durante 1 h manteniendo una temperatura de 20 ± 3 º C.

 Llene con agua a 20 ± 3º C hasta la marca de calibración, agite y deje reposar un instante.  Mida y registre la masa total del matraz con la muestra de ensayo y el agua (Mm).

 Saque la muestra del matraz, evitando pérdidas de material, y séquela hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. Déjela enfriar a temperatura ambiente. Determine y registre la masa de la muestra de ensaye en condición seca (MS).

 Llene el matraz solamente con agua a una temperatura de 20 ± 3º C hasta la marca de calibración. Mida y registre la masa del matraz con agua (Ma).

a) b)

b) a)

(25)

Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera n) MEMORIA DE CALCULO

Densidad real

 



_R Gravedad especifica Densidad real del pétreo saturado superficialmente

seco

 



_RT W m SSS a SSS RT

M



*







Gravedad especifica saturada superficialmente se de Bulk



G

_sssb



m SSS a SSS W RT sssb

M

G









Densidad real del árido seco

 



_RS W m SSS a S RS

M



*







Gravedad especifica seca Bulk

 

G

_sb m SSS a S W RS sb

M

G









Densidad neta

 



_N W m S a S N

M

_



*







Gravedad especifica seca aparente

 

G

_sa

m S a S W N sa

M

G









Absorción de agua

 



 

%

*

100

S S SSS

M







Dónde:

:

a

M

Masa del matraz con agua hasta la marca de calibración (gr)

:

m

M

Masa del matraz con la muestra más agua hasta la marca de calibración (gr)

:

SSS

M

Masa del árido saturado superficialmente seco (gr)

:

S

M

Masa del árido seco (gr)

Nota 3: Para efectos prácticos se considerará la densidad del agua como 1.000 kg/m3. En lugar del valor real a 20 ºC que es 998,20 kg/m3.

En el caso de un integral, la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos se calculan como el promedio ponderado de la densidad real, densidad neta y la absorción de agua, respectivamente, obtenidas mediante el ensaye por separado de sus dos fracciones, de acuerdo con las siguientes fórmulas:



r

*

P

r p

*

P

p



*

100

1 _

_









( )

*

%

( ) ( )

*

%

( )



*

100

1

fino arido fino arido RT grueso arido grueso arido RT RT



P



P









( )

*

%

( ) ( )

*

%

( )



*

100

1

fino arido fino arido RS grueso arido grueso arido RS RS



P



P









( )

*

%

( ) ( )

*

%

( )



*

100

1

fino arido fino arido N grueso arido grueso arido N N



P



P









r

*

P

r p

*

P

p



*

100

1 (%)









aridogrueso

*

%

P

aridogrueso aridofino

*

%

P

aridofino



*

100

1 (%)



(26)

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD, GRAVEDAD ESPECIFICA Y

ABSORCIÓN DE AGUA EN AIDOS FINOS

ASTM C 128-01 (Reapproved 2003), AASHTO T84-00

Peso total de la muestra:

gr Combinación de los Agregados

Grava % gr Grava % gr Grava % gr Arena % gr Filler % gr Total % gr

Peso Retenido en el Tamiz Nº 8 gr % en Masa Peso que Pasa en el Tamiz Nº 8 gr % en Masa

Agregado Fino

Peso Seco

M

_S

=

gr

Peso Matraz + Agua

M

_a

=

gr

Peso Matraz + Agua + Muestra

M

_m

=

gr

Peso Saturado Superficialmente Seco de la Arena

M

_SSS

=

gr

Densidad Real del Pétreo Saturado Superficialmente Seco

Gravedad Especifica Saturada Superficialmente Seca de Bulk

Densidad Real del Arido Seco Gravedad Especifica Seca de Bulk

Densidad Neta Gravedad Especifica Seca Aparente

(27)

Figura Nº 1

c) Determinar la masa de la probeta limpio y seco mas tapa “A”. d) Determinar la masa de la probeta

mas agua y tapa “B”. e)

Figura Nº 2 Vierta la muestra de asfalto en su condicion fluida en una probeta limpia y seca

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DEL ASFALTO

ASTM D70-03 AASHTO T228-04

1. OBJETO

Determinar la densidad del cemento asfaltico, mediante el uso de picnómetro a la temperatura requerida.

 Picnómetro, de 24 a 30 ml de capacidad.  Balanza Eléctrica de precisión de 0.1 gr.

 Baño termostático capaz de mantener la temperatura requerida en un rango de ± 0,1°C  Termómetro de –8 a 32°C, con una precisión de 0,1°C

 Agua destilada

3. CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO O PROBETA

 Determine la masa del picnómetro limpio y seco con su tapa, y desígnela como A, aproximando a 0,01 gr.

 Llene el picnómetro con agua destilada y ajuste firmemente la tapa girándola. Sumerja totalmente el picnómetro en un vaso con agua destilada. Coloque el vaso con el picnómetro en el baño de agua de forma que el agua del baño quede al mismo nivel que la del vaso. Manténgalos en el baño como mínimo 30 min. a la temperatura de ensaye. Retire el picnómetro y seque rápida y cuidadosamente toda humedad superficial, determine la masa y desígnela como B, aproximando a 0,01 gr.

Nota 1: Se deben tomar las precauciones necesarias para que los equipos y agua estén a la temperatura de ensaye, y para evitar derrames del picnómetro. Nota 2: La temperatura de ensaye debe ser igual a la temperatura de calibración del picnómetro.

Fuente: Elaboración Propia 4. PROCEDIMIENTO

Procedimientos para cementos asfálticos

 Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en forma suave; debe prevenir la perdida por evaporación. Una vez que la muestra este suficientemente fluida viértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad.

(28)

 Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar precauciones para evitar que el material toque las paredes del picnómetro por encima de su nivel final, y evite la inclusión de burbujas de aire, aplicando ligeramente la llama de un mechero a la superficie del picnómetro y del asfalto.  Enfrié el picnómetro y su contenido a temperatura ambiente y determine la masa con la tapa incluida. Designe

esta masa como C, aproximando a 0,01 gr .

 Termine de llenar con agua destilada, inserte la tapa firmemente, sumérjalo completamente en un vaso lleno de agua destilada y colóquelo en el baño, de acuerdo a lo indicado en el segundo párrafo (calibración del

picnómetro) a la temperatura de ensayo por unos 30 min. Retire el picnómetro del vaso y séquelo con un

panó. Determine la masa y desígnela como D, aproximando a 0,01 g.

5. MEMORIA DE CALCULO

Determine la densidad del asfalto de acuerdo a la fórmula:



 



w asfalto

C

D

A

B

A

C



*





Dónde:

:

asfalto



Densidad del asfalto a temperatura de ensayo

:

w

(29)

DENSIDAD DEL ASFALTO

ASTM D70-03 , AASHTO T228-04

A. DATOS GENERALES Proyecto: Ubicación: Fecha: Descripción de la Muestra: Identificación de la muestra: B. DATOS TECNICOS Temperatura de Ensayo

T=

_{º C}

Densidad del Agua a Temperatura de Ensayo

ρ

_w

₌

gr/cm

3

Cemento Asfaltico

Peso Picnómetro Limpio y Seco

_A=

_gr

Peso Picnómetro + Agua Destilada

B=

_gr

Peso Picnómetro + Asfalto

C=

_gr

Peso Picnómetro + Agua Destilada + Asfalto

_D=

_gr

(30)

ENSAYO DE DUCTILIDAD EN ASFALTOS

ASTM D 113-99, AASHTO T51 - 00

1. OBJETIVO

Determinar la longitud, medida en centímetros, a la cual se alarga (elonga) antes de romperse cuando dos extremos de una briqueta, se traccionan a velocidad y temperatura especificadas.

A menos que otra condición se especifique, el ensayo se efectúa a una temperatura de 25 ± 0,5 ºC y a una velocidad de 5 cm/min ± 5%. Para otras temperaturas se deberá especificarse la velocidad.

 Moldes

El molde, de bronce o zinc, debe ser similar en diseño al mostrado en la Figura Nº 1 ; los extremos b y b’ se denominan clips y las partes a y a’, lados del molde. Cuando se arme el molde se obtendrá la briqueta especificada, con las dimensiones que se indican:

A: Distancia entre los centros: 111,5 a 113,5 mm B: Largo total de la briqueta: 74,5 a 75,5 mm. C: Distancia entre clips: 29,7 a 30,3 mm. D: Borde del clip: 6,8 a 7,2 mm. E: Radio del clip: 15,75 a 16,25 mm.

F: Ancho mínimo de la sección transversal: 9,9 a 10,1 mm. G: Ancho de la boca del clip: 19,8 a 20,2 mm.

H: Distancia entre los centros de radio: 42,9 a 43,1 mm. I: Diámetro del orificio del clip: 6,5 a 6,7 mm.

J: Espesor: 9,9 a 10,1 mm

Fuente: ASTM D 113-99 Volume 04.03 Road and Paving Materials; Vehicle-Pavement Systems

Figura N°1

Moldes para el ensayo de Ductilidad

Figura N°2 El molde: a) Sujetadores de la muestra b) Lados del molde

(31)

 Baño de agua

Para que se mantenga a la temperatura de ensayo especificada, con una tolerancia de ± 0,1 ºC. El volumen mínimo de agua es de 10 l. Sumerja la muestra a una profundidad no menor que 10 cm. y apóyela sobre una bandeja perforada, ubicada a no menos que 5 cm. del fondo del baño .

 Ductilimetro

Para traccionar las briquetas de asfalto se puede usar cualquier aparato construido de modo que la muestra se mantenga continuamente sumergida en agua.

 Termómetros

El termómetro por utilizar será ASTM 63 C con un rango de temperatura entre – 8 y 32 ºC.

a) Fondo Falso b)

Figura N°3

a) Equipo de baño de agua con controlador de temperatura “baño maría”

b) Fondo falso

Figura N°4

(32)

3. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 Preparación del molde

Arme el molde sobre una placa base, cubra cuidadosamente la superficie de la placa y las superficies interiores del molde con una película delgada de desmoldante (talco y glicerina) para prevenir que el material a ensayar se adhiera.

 Moldeo de las muestras para el ensaye

Caliente la muestra con cuidado, previniendo calentamientos locales, hasta que esté suficientemente fluida para verter. Sin embargo, durante el calentamiento la temperatura no debe exceder de 80 a 110 ºC por encima del punto de ablandamiento esperado.

Tamice la muestra fundida a través del tamiz 0,3 mm (No 50); Luego continúe revolviendo y vierta el material dentro del molde. Durante el llenado cuide no tocar ni desarreglar el molde, de modo que no se distorsione la briqueta; vierta con un chorro delgado hacia atrás y hacia adelante, de extremo a extremo, hasta que el molde quede por sobre el nivel de llenado.

Deje enfriar a temperatura ambiente por un periodo de 30 a 40 min y luego coloque en el baño de agua mantenido la temperatura de ensayo especificada por 30 min. Luego recorte el exceso de ligante asfaltico con una espátula o cuchillo caliente, resistente y afilado, de modo que el molde se ajuste al nivel de llenado.

b) a)

Figura N°5

a) Molde armado o ensamblaje del molde b) Recubrimiento del molde con glicerina y talco

Figura N°6

Proceso de llenado de las muestras a) Al llenar, verter con una corriente delgada b) De un extremo y un lado a otro

c) Hasta llenar el molde

d) Prosiga con la segunda muestra e) De un extremo y al otro

f) Completando la tercera muestra

a) b) c)

(33)

 Conservación de las muestras a la temperatura de ensaye

Coloque la placa y el molde con la briqueta en el baño de agua y manténgala por un periodo de 85 a 95 min. a la temperatura especificada; luego quite la briqueta de la placa, separe las partes a y a’ e inmediatamente ensaye la briqueta.

 Ensayo

Enganche los anillos de cada extremo de los clips a las clavijas del ductilimetro y sepárelos a la velocidad uniforme especificada hasta la ruptura de la briqueta; se permite una tolerancia de ± 5 % para la velocidad especificada. Mida la distancia en cm. entre los clips traccionados en el momento de producirse la ruptura.

Durante el desarrollo del ensayo, el agua en el estanque del ductilimetro cubrirá la briqueta a lo menos 2,5 cm. y esta se antendrá continuamente a la temperatura especificada con una tolerancia de ± 0,5 ºC.

a) b) c)

d) e) f)

Figura N°7 Ensayo de las muestras a) Tensión inicial

b) A una velocidad uniforme c) De un extremo a otro d) Hasta formarse un hilo e) Continuando la tensión f) Hasta que el asfalto falle

Figura N°8

Distintas mediciones, conforme la muestra es ensayada a) Primera 107.5mm b) Segunda 125.3 c) Tercera 131.3

mm

(34)

4. MEMORIA DE CÁLCULO

DUCTILIDAD DEL ASFALTO

ASTM D 113-99, AASHTO T 51 - 00

A. DATOS GENERALES Proyecto: Ubicación: Fecha: Descripción de la Muestra: Identificación de la muestra:

B. DATOS TECNICOS O CONDICIONES DE ENSAYO

Temperatura de Ensayo T=

ºC

Velocidad de Ensayo V= cm/min

Tipo de Cemento Asfaltico "Grado de Penetración"

Numero de Lecturas Longitud de alargamiento o falla de la Muestra (cm) Velocidad de Ensayo (cm/min) Temperatura de Ensayo ºC

1º

2º

3º

4º

5º

6º

Promedio

5. ANEXOS

(35)

ENSAYO DE PENETRACIÓN EN ASFALTOS

ASTM D 5-97, AASHTO T49-97

1. OBJETIVO

 Determinar la dureza mediante la penetración de materiales bituminosos sólidos y semisólidos.

El ensayo de penetración se usa como una medida de consistencia; valores altos de penetración indican consistencias más blandas.

 Penetrometro

Cualquier equipo que permita el movimiento vertical sin fricción apreciable del vástago sostenedor de la aguja, y que sea capaz de indicar la profundidad de la penetración con una precisión de 0,1 mm.

El peso del vástago será de 47, 5 ± 0,05 g. El peso total de la aguja y el vástago será de 50, 0 ± 0,05 g.

Para cargas totales de 100 g y 200 g, dependiendo de las condiciones es en que se aplique el ensaye, se estipulan pesas de 50,0 ± 0,05g y 100,0 ± 0,05g.

La superficie sobre la que se apoya la capsula que contiene la muestra será lisa y el eje del embolo deberá estar aproximadamente a 90º de esta superficie. El vástago deberá ser fácilmente desmontable para comprobar su peso.

 Aguja de Penetración

La aguja es de acero inoxidable templado y duro, debe tener aproximadamente 50 mm de largo y un diámetro entre 1,00 y 1,02 mm.

Sera simétricamente afilada en forma cónica, con un ángulo entre 8°40´ y 9°40´ con respecto al largo total del cono, debe ser coaxial con el cuerpo recto de la aguja. La variación total axial de la intersección del cono y la superficie recta no debe exceder de 0,2 mm. La punta truncada del cono debe tener un diámetro entre 0,14 y 0,16 mm y en ángulo recto al eje de la aguja con una tolerancia de 2º.

La masa del conjunto casquete - aguja será de 2,50 ± 0,05 gr.

Figura N°1

Equipo de Penetración “Penetrometro”

Vástago

Aguja

Superficie sobre la que se Apoya la Capsula

(36)

 Capsulas

Las capsulas deben ser de metal o vidrio, de forma cilíndrica y con fondo plano. Sus dimensiones son las siguientes:  Para penetraciones menores a 200: 55 mm. de diámetro y 35 mm. de profundidad.

 Para penetraciones entre 200 y 350: 55 mm. de diámetro y 70 mm. de profundidad.

 Baño de Agua

Tendrá una capacidad mínima de 10 lts y un sistema apto para mantener la temperatura a 25 ºC, con una tolerancia de ± 0,1ºC; tendrá, además, una bandeja perforada ubicada a no menos de 50 mm del fondo, ni menos de 100 mm bajo el nivel del liquido en el baño.

Figura N°2

Aguja para el ensayo de Penetración

Aguja Casquete

Estuche y tapa

Figura N°3

Capsula de metal con dimensiones: Diámetro de 55 mm

Profundidad de 70 mm Volumen de 175 ml aprox.

Figura N°4

Baño de Agua “Baño María”

Fondo Falso

Controlador de temperatura

Nivel de Agua t=25°C

(37)

 Transportador de Capsula

Debe tener una capacidad mínima de 350 ml y una profundidad suficiente de agua que permita cubrir la altura del

contenedor de la muestra. Debe estar provisto de algún medio que asegure firmemente la capsula y evite el balanceo; para lo que tendrá tres brazos que permitan a lo menos tres puntos de contacto para sostener la capsula.

 Aparato Medidor de Tiempo

Para operar un penetrometro manual, utilice cualquier aparato que mida el tiempo, tal como un medidor de tiempo eléctrico, un cronometro o cualquier dispositivo a cuerda, que este graduado en 0,1 seg. o menos y cuya precisión este dentro de ± 0,1 s para un intervalo de 60 s.

 Termómetros

Se pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0,1 ºC, o cualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad. Los termómetros deben cumplir los requisitos de la Especificación ASTM E1.

TABLA Nº1: Tipos de Termómetros

ASTM Rango Temperatura de Ensayo

17 C 19 a 27 ºC 25 ºC

63 C -8 a +32 ºC 0 a 4 ºC

64 C 25 a 55 ºC 46 ºC

 Hornilla

Hornilla a gas o eléctrica para fundir la muestra

3. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

 Caliente la muestra cuidadosamente, previniendo calentamientos locales, hasta que llegue a fluidificarse. Entonces revuelva constantemente subiendo la temperatura de la muestra de asfalto a no más de 90 ºC por encima del punto de ablandamiento esperado.

 No caliente la muestra por más de 30 min. y evite la incorporación de burbujas en la muestra.

Figura N°5 Transportador de Capsula

Figura N°6 Hornilla Eléctrica

(38)

 Vierta la muestra en la capsula a una profundidad tal que cuando se enfrié a la temperatura de ensayo, la profundidad de la muestra sea a lo menos 10 mm mayor que la profundidad a la cual se espera que la aguja penetre. Vierta dos porciones separadas para cada variación de las condiciones de ensayo.

 Proteja la capsula contra el polvo, cubriéndola con un vaso y déjela enfriar al aire a una temperatura entre 15 y 30°C, entre 1 y 1,5 h para una capsula pequeña (90 ml) y 1,5 y 2 h, para el más grande (175 ml).

 Cuando utilice el transportador de capsula, coloque las muestras junto con este en el baño de agua, manteniéndolas a la temperatura de ensayo. Las muestras en capsulas pequeñas deben permanecer entre 1 y 1,5 h y en las más grandes, entre 1,5 y 2 h.

4. CONDICIONES DE ENSAYO

Cuando no se especifiquen las condiciones de ensayo, considere la temperatura, carga y tiempo, en 25°C, 100 g y 5 seg, respectivamente.

Otras condiciones de temperatura, carga y tiempo pueden usarse para ensayos especiales, tales como los que se muestran en la Tabla Nº 2.

TABLA Nº 2: Condiciones para Ensayos Especiales Temperatura ºC Carga gr. Tiempo Seg. 0 200 60 4 200 60 45 50 5 46.1 50 5

5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

 A menos que se especifique otra cosa, coloque el peso de 50 g sobre la aguja, obteniendo una masa total de 100 ± 0,1 gr.  Si el ensayo se hace con el penetrometro en el baño, coloque la capsula con muestra directamente sumergida sobre la superficie

de este, y deje la capsula con la muestra en el baño, completamente cubierta con agua.

 Si el ensaye se realiza con el penetrometro fuera del baño, coloque la muestra en el transportador de capsula, cúbrala completamente con agua a la temperatura del baño (constante) y ubique el transportador sobre la superficie del penetrometro.

 Posicione la aguja descendiendo lentamente hasta que la punta haga contacto con la superficie de la muestra; realice esto con la punta de la aguja haciendo contacto real con su imagen reflejada sobre la superficie de la muestra, para lo cual emplee una fuente luminosa.

 Haga un mínimo de tres penetraciones en la superficie de la muestra en puntos distanciados al menos 10 mm de la pared de la capsula y a no menos de 10 mm entre uno y otro. Si se usa el transportador de capsula, retorne la muestra y el transportador al baño de agua entre determinaciones; use una aguja limpia para cada determinación.

 Si la penetración es mayor que 200, use un mínimo de tres agujas, dejándolas en la muestra hasta completar las tres penetraciones.

Figura N°7

Esquematización del ensayo

Capsula mas Muestra Cronometro Transportador de Capsula Carga de 50 gr.

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6. MEMORIA DE CÁLCULO

PENETRACIÓN DEL ASFALTO

ASTM D 5-97, AASHTO T 49-97

A. DATOS GENERALES Proyecto: Ubicación: Fecha: Descripción de la Muestra: Identificación de la muestra: