UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES Laboratorio Vial LABORATORIO Nº3 Ensayo de Ductilidad Punto de Inflamación Y Punto de Ablandamiento Profesor: Rodrigo Delgadillo Integrantes: Matthias Breytmann S. Jorge Rica M. Fecha: 29/09/10 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial UTFSM CONTENIDO 2 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................. 2 3 OBJETIVOS:.................................................................................................................................................... 2 4 PROCEDIMIENTOS DE ENSAYE: ...................................................................................................................... 3 4.1 4.1.1 4.1.2 MÉTODO PARA DETERMINAR LA DUCTILIDAD (LNV 35) ........................................................................ 3 Instrumentos utilizados. ........................................................................................................................................... 3 Procedimientos. ........................................................................................................................................................ 3 4.2 MÉTODO PARA DETERMINAR LOS PUNTOS DE INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN MEDIANTE LA COPA DE CLEVELAND. (LNV 36) ........................................................................................................................................ 4 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 Instrumentos utilizados ............................................................................................................................................ 4 Procedimientos. ........................................................................................................................................................ 4 MÉTODO PARA DETERMINAR EL PUNTO DE ABLANDAMIENTO CON EL APARATO DE ANILLO BOLA. .... 5 Instrumentos utilizados ............................................................................................................................................ 5 Procedimientos. ........................................................................................................................................................ 5 5 RESULTADOS. ................................................................................................................................................ 7 6 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................. 8 1 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial 1 UTFSM INTRODUCCIÓN El asfaltos es un material bituminoso utilizado para la construcción de obras viales. Este material tiene propiedades viscoelásticas que se deben a los componentes químicos que contiene: los maltenos y los asfaltenos que dotan al asfalto de flexibilidad y rigidez respectivamente. Cabe destacar que en Chile este material es sumamente utilizado en las carreteras y obras viales por lo que un estudio adecuado de éste logrará extender su vida útil ya que dicho material está expuesto al envejecimiento provocado por la oxidación y pérdida de los compuestos volátiles. En la actualidad existen dos tipos de asfalto que son los que se utilizan usualmente en Chile para pavimentación: los cementos asfálticos y los cementos asfálticos con fluidificantes volátiles que se diferencian principalmente en los agregados con los que se mezclan para cambar la viscosidad que permitirá tener mejor trabajabilidad en algunos casos como por ejemplo a bajas temperaturas. En el presente informe se analizará probetas confeccionadas con un cemento asfáltico, con propiedades de viscosidad mayores a los 2400 [P] de tipo C.A. 24 de acuerdo al manual de carreteras. Los ensayos a realizar se basan en el procedimiento especificado en el Manual de Carreteras y permitirán determinar las propiedades de ductilidad, punto de inflamación y punto de ablandamiento. 2 OBJETIVOS: El presente trabajo y ensayos de laboratorio tienen por objeto los siguientes puntos de importancia: Verificar que los resultados de los ensayos correspondan a un cemento asfáltico de tipo C.A. 24 , se buscan resultados coherentes con la especificación del asfalto por lo que se debe considerar un cierto rango en cuanto a las diferencias que se pueden presentar en el ensayo respecto de la especificación y de ésta forma se podrá certificar que el cemento asfáltico en cuestión se puede utilizar para lo que estaba destinado en el diseño del pavimento. Realizar ensayos que permitan aracterizar los pavimentos asfálticos, tanto para diseño y control. Conocer la metodología de ensayo y su aplicación en obras viales. 2 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial 3 UTFSM PROCEDIMIENTOS DE ENSAYE: En este informe se presentarán tres ensayos, los que son Ductilidad, Punto de Inflamación y Punto de Ablandamiento y se realizará una breve descripción del procedimiento y de los instrumentos utilizados en cada uno de estos ensayos. 3.1 MÉTODO PARA DETERMINAR LA DUCTILIDAD (LNV 35) La ductilidad del material corresponde a la longitud medida en centímetros a la cual se alarga el material bituminoso ante una carga axial de tracción. El método se especifica en forma más detallada en el capítulo 8.302.8. del Manual de Carreteras, pero en este informe se citan los puntos importantes: 3.1.1 Instrumentos utilizados. Moldes Baño de agua Ductilímetro Termómetro 3.1.2 Procedimientos. a. Preparación del Molde: Preparar el molde, armándolo sobre la placa base, cubriendo la placa y las superficies interiores del molde con una película delgada de desmoldante para evitar que el material a ensayar se adhiera a éste. Se debe procurar que en todo momento la placa donde se coloca el molde este plana y a nivel, de modo que la superficie inferior del molde este completamente en contacto. b. Moldeo de las muestras para el ensaye: Calentar la muestra con cuidado, previniendo calentamientos locales, hasta que esta fluya perfectamente para ser vertida. Hay que tener cuidado también de no superar la temperatura de ablandamiento en 80 a 110 ºC mientras es calentada. Se debe tamizar la muestra fundida a través del tamiz nº 50, luego seguir revolviendo y finalmente verter con un chorro delgado hacia delatante y hacia atrás hasta sobrepasar el nivel de llenado, cuidando de no mover el molde. Dejar enfriar la muestra a temperatura ambiente por un periodo de 30 a 40 minutos. Luego introducir la muestra en el baño de agua a una temperatura de 25 +/- 0,5 ºC, se debe conservar esta temperatura en el baño de agua durante todo el ensayo, por 30 minutos, para finalizar el proceso de preparación de la muestra enrasándola con un espátula o cuchillo. c. Conservación de las muestras a la temperatura de ensaye: Tener la briqueta con su molde y la placa soportante por un periodo de 85 a 95 minutos a la temperatura especificada para el baño. Para el ensaye se deben retirar las piezas laterales del molde. d. Ensaye: Enganchar los anillos de cada extremo de los clips a las clavijas del ductilímetro y comenzar a separarlos a una velocidad uniforme de 5 [cm/min] con una tolerancia del 5%, se debe medir la distancia en centímetros entre los clips traccionados en el momento antes de que la briqueta se rompa. Durante el desarrollo del ensayo se debe procurar que la briqueta nunca este a una distancia menor a los 2,5 centímetros medida desde la superficie del agua. 3 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial 3.2 UTFSM MÉTODO PARA DETERMINAR LOS PUNTOS DE INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN MEDIANTE LA COPA DE CLEVELAND. (LNV 36) De acuerdo al Manual de Carreteras, el Punto de Inflamación corresponde a la menor temperatura a la cual al pasar una pequeña llama de prueba causa la inflamación de vapores por encima de la superficie del líquido. Además, se define como Punto de Combustión a la menor temperatura a la cual la llama de prueba causa la inflamación del asfalto por lo menos por 5 segundos. Cabe destacar que este último no se realizó durante el laboratorio. El alcance del ensayo de copa abierta de Cleveland para determinar el punto de inflamación se aplica a aceites combustibles y materiales que tienen un punto de inflamación bajo los 79 ºC determinado por este ensaye. La sección 8.302.09 del Manual de Carreteras explica en forma más detallada el procedimiento a realizar, por lo que aquí se citan los puntos importantes. 3.2.1 Instrumentos utilizados Copa abierta de Cleveland Protector Termómetro 3.2.2 Procedimientos. El primer paso a realizar corresponda a la preparación del ensayo y se debe armar la copa sobre una mesa nivelada en una pieza sin corriente de aire, ubicando el protector alrededor del aparato encendido, permitiendo que se permita ver claramente la lectura del punto de inflamación y combustión. La copa debe estar completamente limpia, para aquello se debe lavar con un solvente apropiado, quitando cualquier aceite o vestigios pegados de ensayos anteriores. De existir residuos de carbón en la copa deben ser removidos con una esponja de acero. Luego hay que lavar la copa bajo un choro de agua fría y se debe dejar secar por unos pocos minutos bajo la llama, placa caliente o en un horno. Finalmente se debe enfriar por lo menos a 55 ºC por debajo del punto de inflamación antes de ser usada. El termómetro se debe mantener siempre en posición vertical con el bulbo a una distancia de 6,5 mm del fondo de la copa y localizada en el punto medio del trecho entre el centro de prueba y el borde de la copa, en un diámetro perpendicular al arco o línea de recorrido de la llama de prueba y en lado opuesto de la llama del quemador. En este punto, se deberá llenar la copa a una temperatura conveniente, no excediendo 100 ºC por encima del punto de ablandamiento, hasta la línea de llenado, de superar dicho nivel se deberá retirar el exceso de muestra, quitándolo con una pipeta u otro aparato adecuado. Se debe eliminar también cualquier burbuja de aire sobre la superficie de la muestra. La luz de la llama de prueba se debe ajustar a un diámetro de 3,0 a 5,0 mm y se compara con el tamaño del cabezal. Ahora se debe comenzar a aplicar calor de modo que la temperatura de la muestra suba a una velocidad entre 14 y 17 ºC por minuto. Cuando la temperatura de la muestra se aproxime a los 55 ºC por debajo del punto de inflamación esperado (232 ºC), se debe disminuir el calor de modo que la velocidad de aumento de la temperatura sea de 5 a 6 ºC por minuto. 4 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial UTFSM Comenzando, al menos 28 ºC por debajo del Punto de inflamación, aplicar la llama de prueba cada 2 ºC sucesivos leídos en el termómetro, consumiendo un segundo en pasar la llama por encima de la copa de Cleveland. Se debe seguir así hasta detectar la temperatura de punto de inflación como se menciono anteriormente, para luego seguir calentando la muestra, determinado así el punto de combustión de la muestra. Es importante mencionar además que si el ensaye se lleva a cabo con una presión barométrica menor que 715 [mmHg], se debe hacer una corrección en los valores de temperatura obtenidos por medio de la siguiente tabla: Luego del ensayo se informan los resultados de las temperaturas a la cual el material presenta la primera llama y a la cual se inflama por más de 5 segundos. 3.3 MÉTODO PARA DETERMINAR EL PUNTO DE ABLANDAMIENTO CON EL APARATO DE ANILLO BOLA. Respecto del ensayo de Punto de Ablandamiento cabe destacar que materiales como el asfalto presentan propiedades y un comportamiento diferente a distintas temperaturas. Por lo que en este ensayo permite determinar la temperatura en que el asfalto pasa de un estado sólido a líquido y menos viscoso. De acuerdo al Manual de Carreteras se define Punto de Ablandamiento como la menor temperatura a la que la muestra, suspendida en un anillo de dimensiones especificas, es forzada a descender 25 [mm] por efecto del peso de una bola de acero, cuando se calienta mediante incrementos a una velocidad determinada, en un baño de agua o glicerina. Ensaye descrito en el inciso 8.302.16 del manual de carretera vigente. 3.3.1 Instrumentos utilizados Equipo normal Baño Soporte de anillo Termómetros 3.3.2 Procedimientos. El procedimiento de ensayo consiste en primer lugar en preparar la muestra calentándola y agitándola continuamente para prevenir que se sobrecaliente, hasta que ésta esté suficientemente fluida para verterla. Cuidando de no superar en ningún instante los 110 ºC por encima del punto de ablandamiento y tratando de eliminar al final las burbujas incorporadas a la mezcla mediante la agitación continua. La muestra se debe calentar a la temperatura de vertido en un tiempo no superior a los 240 minutos, una vez lista se procede a verter la muestra caliente dentro de los dos anillos, precalentados a aproximadamente a la temperatura de vertido. Mientas se lleva a cabo el llenado, los anillos se deben 5 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial UTFSM apoyar sobre una placa de bronce, previamente cubierta con un agente desmoldante, para prevenir que el material bituminoso se adhiera a la placa. Luego se deja enfriar al menos 30 minutos a una temperatura mínima de 8 ºC por debajo del Punto de Ablandamiento, y no dejando transcurrir más de 4 horas antes de terminar el ensaye. 3.3.2.1 Procedimiento para materiales con Punto de Ablandamiento igual o menor a 80 ºC se debe: Ensamblar el aparato con los anillos, el termómetro y la guía para centrar las bolas en posición y llenar el baño con agua fresca destilada a 5 +/- 1 ºC a una profundidad no menor de 100 [mm] ni mayor a 110[mm]. Se debe mantener la temperatura del baño a 5 ºC durante 15 minutos, colocando el recipiente del ensaye en agua helada, de ser necesario. Utilizando unas pinzas, colocar una bola previamente ajustada a la misma temperatura del baño, en cada una de las guías de centraje de las bolas. Se debe aplicar calor de tal manera que la temperatura del líquido aumente con una velocidad de 5 ºC por minuto, la cual debe ser constante y homogénea durante todo el ensaye, evitando las corrientes de aire, utilizando protectores de ser necesario. Anotar por cada anillo y bola la temperatura indicada por el termómetro, en el instante en que la muestra que rodea la bola, toque la placa inferior. 3.3.2.2 Procedimiento para materiales con Punto de Ablandamiento mayor a 80 ºC, se debe: Utilizar el mismo procedimiento anterior pero ahora con un baño de glicerina y una temperatura inicial del baño de 32 ºC. La temperatura de ablandamiento del material será la temperatura promedio de los valores de temperatura registradas y generalmente es mayor a la que se obtiene mediante el ensayo para materiales con Punto de Ablandamiento menores de 80ºC. 6 Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial 4 UTFSM RESULTADOS. Los resultados obtenidos en los ensayes de laboratorio realizados el día lunes 24 de agosto, son representados en la siguiente tabla: Ensaye Ductilidad Punto de inflamación Punto de ablandamiento Bola 1 Bola 2 Estos datos se comparan con los valores de la siguiente tabla: 7 Resultado + 100 [cm] 338 °C 51,5 °C 52 °C Laboratorio Nº3 – Laboratorio Vial 5 UTFSM CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en el ensaye se comparan con la tabla 8.301.1.A, para ver si cumplen con los requisitos para clasificarse como CA 24. Ductilidad La tabla establece que es necesario tener un alargamiento mayor a 100 cm, lo que se cumple, por lo que está dentro del rango. Punto de inflamación En el ensaye de punto de inflación se obtuvo una temperatura de 238 °C, por lo que cumple, ya que es necesario que está temperatura supere los 232 °C. Punto de ablandamiento Se obtuvo una temperatura de 51,5 °C y 52 °C para cada bola, por lo que se concluye que el material ensayado cumple con los requisitos establecidos en la tabla. Por lo tanto, se puede concluir que los resultados obtenidos en el ensayo responden fielmente a lo esperado para un cemento asfaltico C.A. 24, pudiendo ser usado para lo especificado en el diseño del pavimento. 8