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• Doris Rincón

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TABLA DE CONTENIDO

Pág. 1. INTRODUCCIÓN

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2. OBJETIVOS

5

2.1. OBJETIVO GENERAL

5

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

5

3. MARCO TEÓRICO

6

4. EQUIPOS UTILIZADOS

8

4.1. BALANZA

8

4.2. PICNÓMETRO

8

4.3. BAÑO DE AGUA

9

4.4. TERMÓMETRO

9

4.5. ESFERAS DE BITUMEN

10

4.6. RECIPIENTE

10

5. PROCEDIMIENTO

11

5.1. MÉTODO DEL PICNÓMETRO

11

5.2. MÉTODO DE LAS ESFERAS

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6. DATOS OBTENIDOS

15

6.1. MÉTODO DEL PICNÓMETRO

15

6.2. MÉTODO DE LAS ESFERAS

15

7. CÁLCULOS Y RESULTADOS

16

7.1. MÉTODO DEL PICNÓMETRO

16

7.2. MÉTODO DE LAS ESFERAS

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8. ANÁLISIS DE RESULTADOS

19

9. CONCLUSIONES

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10. RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Balanza.

8

Figura 2. Picnómetro.

9

Figura 3. Esferas de bitumen.

10

Figura 4. Referencia.

10

Figura 5. Calibración del picnómetro.

11

Figura 6. Vertimiento de asfalto en el picnómetro.

12

Figura 7. Peso de picnómetro + asfalto + agua.

12

Figura 8. Esfera redondeada.

13

Figura 9. Peso al aire.

13

Figura 10. Peso sumergido.

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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Datos obtenidos del picnómetro.

15

Tabla 2. Datos obtenidos de las esferas.

15

Tabla 3. Cálculos obtenidos del picnómetro.

17

Tabla 4. Datos obtenidos de las esferas.

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Tabla 5. Resultados.

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Tabla 6. Densidad del asfalto en g/〖cm〗^3.

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1. INTRODUCCIÓN

Los materiales bituminosos son el pilar de los pavimentos flexibles al estar compuestos por asfaltos, estos a su vez están compuestos por derivados del petróleo los cuales se calientan a ciertas temperaturas para con la ayuda de los agregados conformar lo que conocemos como pavimentos flexibles, para poder aplicar el cemento asfaltico tanto en caliente como en frio es de vital importancia conocer sus características para que puedan tener un desempeño optimo en su vida útil. Estas características las podemos conocer mediante ensayos de laboratorio que nos muestran estas propiedades, la densidad es uno de los parámetros a tener en cuenta ya que nos permite clasificar el cemento asfaltico en las categorías expuestas por el Invias, además de que es muy útil para realizar correcciones de volumen cuando se encuentra a diferentes temperaturas y más cuando estas son muy elevadas En cuanto a la mezcla de los agregados es indispensable conocer esta propiedad pues a partir de esta se determinara la dosificación o cantidad de los materiales a usar. En este informe se evidencia el ensayo para establecer el peso específico de un material asfaltico el cual es un ensayo muy básico, a partir de la calibración del picnómetro, este instrumento es fundamental para el desarrollo de este ensayo

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2. OBJETIVOS

2.1.

OBJETIVO GENERAL

Determinar la densidad y la densidad relativa (Gs) de materiales bituminosos semisólidos, cementos asfálticos y alquitranes blandos por medio de dos métodos.

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Usar el método del picnómetro para hallar la densidad y densidad relativa.



Usar el método de las esferas para hallar la densidad y densidad relativa.

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3. MARCO TEÓRICO

Asfalto: Es un material aglomerante impermeable, durable, que se puede encontrar en estado sólido o semisólido, de color negro a pardo oscuro, utilizado en mezclas bituminosas actuando como ligante, es un componente natural que existe en forma de solución en la mayor parte de los petróleos. En estas mezclas bituminosas, el asfalto proporciona flexibilidad, ya que es una sustancia plástica resistente a la acción de la temperatura. Cemento asfaltico. Este es un asfalto refinado o una mezcla de asfalto refinado y aceite fluidificante de buena consistencia apropiada para el proceso de pavimentacion, la consistencia del asfalto es el grado 1de fluidez y plasticidad a cualquier temperatura y esta varia de acuerdo a la temperatura, se clasifican por su consistencia de acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aún en presencia de los diferentes agentes externos tales como el clima, la atura, la temperatura ambiental y condiciones severas de tráfico., se conocen 5 tipos de cemento asfaltico Peso específico del asfalto. Este es un indicador de la calidad del cemento asfaltico, el peso específico es la relación en peso para volúmenes iguales de betún y agua refinados ambos a la temperatura de 25º C. su determinación comprende una muestra de betún a la temperaturas y medio ambiente. Es deseable conocer el peso específico del betún asfáltico. Este conocimiento es útil para hacer las correcciones de volumen cuando este se mide a temperaturas elevadas. Se emplea también como uno de los factores para la determinación de los vacíos en las mezclas asfálticas para pavimentación compactadas. El peso

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específico es la relación del peso de un volumen determinado de material al peso de igual volumen de agua, estando ambos materiales a temperaturas especificadas. Todos los líquidos y la mayor parte de los sólidos sufren cambios de volumen cuando varía la temperatura. Se expande cuando se le calientan y se contraen cuando se enfrían

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4. EQUIPOS UTILIZADOS

4.1.

BALANZA

Con capacidad mínima de 150g y con exactitud de, al menos, 0.001g. Se utilizó para pesar el picnómetro y las esferas.

Figura 1. Balanza.

Fuente: Propia de los autores.

4.2.

PICNÓMETRO

Recipiente de vidrio de forma cilíndrica o cónica, con boca esmerilada en la cual debe ajustar, exactamente y sin fugas, un tapón de vidrio de 22 a 26 mm de diámetro, el cual lleva en el centro un orificio de 1.0 a 2.0 mm de diámetro. La superficie superior del tapón será plana y pulida, y la inferior tendrá forma cóncava para facilitar la expulsión del aire a través del orificio. La altura de la sección cóncava deberá ser de 4.0 a 18.0 mm en el centro. El picnómetro deberá tener una capacidad de 24 a 30 ml y una masa, incluido el tapón, no superior a 40g.1

INVIAS. Normas de ensayos de materiales para carreteras. INV E – 707. Densidad de materiales bituminosos sólidos y semi-sólidos. PICNÓMETRO. 1

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Figura 2. Picnómetro.

Fuente: Propia de los autores.

4.3.

BAÑO DE AGUA

Un baño de agua provisto de termostato que pueda regular la temperatura del ensayo con una precisión de ± 0.1° C.

4.4.

TERMÓMETRO

Calibrado y con líquido en vidrio transparente, de inmersión total, de un rango apropiado, con graduaciones por lo menos casa 0.1° C y un error máximo de escala de 0.1° C

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4.5.

ESFERAS DE BITUMEN

Figura 3. Esferas de bitumen.

Fuente: Propia de los autores.

4.6.

RECIPIENTE

Éste recipiente se utilizó para sumergir las esferas de bitumen.

Figura 4. Referencia.

Fuente: Propia de los autores.

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5. PROCEDIMIENTO

5.1.

MÉTODO DEL PICNÓMETRO

El procedimiento se inicia con la calibración del picnómetro, para esto este se debe lavar y secar muy bien para evitar cualquier impureza dentro de este y tomar valores erróneos en la calibración, a este peso se le denomino (A) luego se le agrego agua hasta llenarlo y se tomó su correspondiente peso a este se le llamo (B) con esto concluyo la calibración del picnómetro ya que la diferencia entre A y B nos dará la capacidad del picnómetro.

Figura 5. Calibración del picnómetro.

Fuente: Propia de los autores Seguidamente se agrega la muestra de tal forma que se evite que haga contacto con las paredes del picnómetro hasta a aproximadamente un ¾ del picnómetro

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Figura 6. Vertimiento de asfalto en el picnómetro.

Fuente: Propia de los autores

El picnómetro se tapa y se toma lectura del dato registrado a este peso obtenido se le llama (C),se destapo el picnómetro y se llenó este con agua 1/4 faltante de tal forma que pueda apreciar la diferencia de densidad de ambas sustancias, la cantidad de agua debe ser la justa dentro del picnómetro ya que al momento de taparlo se debe garantizar que el agua suba atreves de la tapa de este, posterior a esto se pesó y a este peso se le llamo (D).

Figura 7. Peso de picnómetro + asfalto + agua.

Fuente: Propia de los autores

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5.2.

MÉTODO DE LAS ESFERAS

Primero se formaron dos esferas de bitumen en condición sólida, con ayuda de un recipiente con agua, se moldearon las esferas de tal manera que adquirieron una forma uniformemente redondeada.

Figura 8. Esfera redondeada.

Fuente: Propia de los autores. Una vez moldeadas las esferas, se tomaron dos datos de cada una de ellas, su peso al aire en una balanza y el peso sumergido en agua respectivamente para realizar posteriores cálculos. Figura 9. Peso al aire.

Fuente: Propia de los autores.

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Figura 10. Peso sumergido.

Fuente: Propia de los autores.

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6. DATOS OBTENIDOS

6.1.

MÉTODO DEL PICNÓMETRO

Tabla 1. Datos obtenidos del picnómetro. A (g) 15,25

B (g) 40,37

C (g) 34,34

D (g) 39,50

Fuente: Propia de los autores.

Dónde: A: Masa picnómetro + tapón, g. B: Masa picnómetro + tapón + agua, g. C: Masa picnómetro + tapón + ¾ asfalto, g. D: Masa picnómetro + tapón + ¾ asfalto + ¼ agua, g.

6.2.

MÉTODO DE LAS ESFERAS

Tabla 2. Datos obtenidos de las esferas. ESFERA 1 2

B (g) 0,5 0,45

Fuente: Propia de los autores.

Dónde: A: Masa al aire de la esfera, g. B: Masa sumergida de la esfera, g.

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A (g) 26,35 28,11

7. CÁLCULOS Y RESULTADOS

7.1.

MÉTODO DEL PICNÓMETRO

7.1.1. Densidad relativa del asfalto

𝐺𝑏 =

𝐶−𝐴 (𝐵 − 𝐴) − (𝐷 − 𝐶)

Dónde: Gb: Densidad relativa del asfalto. A: Masa picnómetro + tapón, g. B: Masa picnómetro + tapón + agua, g. C: Masa picnómetro + tapón + ¾ asfalto, g. D: Masa picnómetro + tapón + ¾ asfalto + ¼ agua, g.

𝐺𝑏 =

34,34𝑔 − 15,25𝑔 (40,37𝑔 − 15,25𝑔) − (39,50𝑔 − 34,34𝑔) 𝐺𝑏 = 0,96

7.1.2. Densidad del asfalto 𝜌𝑏 = 𝐺𝑏 ∗ 𝑊𝑡 Dónde: 𝜌𝑏: Densidad, kg/𝑚3 . Gb: Densidad relativa. Wt: Densidad del agua (977 kg/𝑚3 ). 𝜌𝑏 = 𝐺𝑏 ∗ 𝑊𝑡

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𝜌𝑏 = 0,96 ∗ 977 𝜌𝑏 = 934 𝑘𝑔/𝑚3 Tabla 3. Cálculos obtenidos del picnómetro. A (g) 15,25

B (g) 40,37

C (g) 34,34

D (g) 39,50

Fuente: Propia de los autores. 7.2.

MÉTODO DE LAS ESFERAS

7.2.1. Densidad relativa del asfalto

𝐺𝑏 =

𝐴 𝐴−𝐵

Dónde: Gb: Densidad relativa. A: Masa al aire de la esfera, g. B: Masa sumergida de la esfera, g. 

Esfera 1.

𝐺𝑏 =

26,35𝑔 26,35𝑔 − 0,5𝑔

𝐺𝑏 = 1,02 

Esfera 2.

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Gb 0,96

𝜌𝑏 (kg/𝑚3) 934

𝐺𝑏 =

28,11𝑔 28,11𝑔 − 0,45𝑔 𝐺𝑏 = 1,02

7.2.2. Densidad del asfalto 𝜌𝑏 = 𝐺𝑏 ∗ 𝑊𝑡 Dónde: 𝜌𝑏: Densidad, kg/𝑚3 . Gb: Densidad relativa. Wt: Densidad del agua (977 kg/𝑚3 ). 

Esfera 1. 𝜌𝑏 = 1,02 ∗ 977 kg/𝑚3 𝜌𝑏 = 996 kg/𝑚3



Esfera 2. 𝜌𝑏 = 1,02 ∗ 977 kg/𝑚3 𝜌𝑏 = 993kg/𝑚3

Tabla 4. Datos obtenidos de las esferas. ESFERA 1 2

B (g) 0,5 0,45

A (g) 26,35 28,11

Fuente: Propia de los autores.

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Gb 1,02 1,02

𝜌𝑏 (kg/𝑚3) 996 993

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS Los datos comparados de densidades asfálticas se consignan en la siguiente tabla: Tabla 5. Resultados.

Gb

𝜌𝑏 kg/𝑚3 𝜌𝑏 g/𝑐𝑚3 Fuente: Propia de los autores.

MÉTODO PICNÓMETRO ESFERAS 0,96 1,02 1,02 934 996 993 0,934 0,996 0,993

Las densidades de referencia encontradas son las siguientes: Tabla 6. Densidad del asfalto en g/〖cm〗^3. ASFALTO 280/320 180/200 80/100 60/70 20/30

15 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05

25 1 1,01 1,02 1,03 1,04

TEMPERATURA °C 50 100 0,99 0,96 1 0,97 1,01 0,98 1,02 0,99 1,03 1

150 0,94 0,95 0,96 0,96 0,97

200 0,91 0,92 0,93 0,93 0,94

Fuente: Propiedades del asfalto. http://www.e asfalto.com/propiedades/propiedades.htm Según la tabla anterior a una temperatura de 25°C el asfalto tiene una densidad típica de 1 a 1,04, lo que indica que el método del picnómetro es poco favorable al momento de requerir resultados precisos y razonables para la obtención de la densidad del asfalto ya que el dato arrojado por el ensayo da un valor más alejado que el dato arrojado por el método de las esferas, a los datos de referencia mostrados en la tabla 6. Generalmente la densidad del asfalto se encuentra entre 0.9 y 1.1 por lo que los resultados obtenidos de ambos ensayos, se encuentran dentro de este rango.

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9. CONCLUSIONES La determinación de densidad de este tipo de materiales hace que sea un valor importante debido a que con la densidad se pueden realizar cálculos que permiten determinar otros valores como el peso específico además de que este ensayo or permite realizar correcciones en medidas d volúmenes o cuando presentamos conversiones de unidades masa- volumen cuando la temperatura difiere con la temperatura usada como referencia. Podemos concluir que el material utilizado se encuentra dentro de los parámetros expuestos (0,9-1.1) a pesar de que por el uso del material en laboratorio puede llegar a perder propiedades.

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10. RECOMENDACIONES

Se recomienda la correcta calibración del picnómetro ya que de este procedimiento dependerá la exactitud de los resultados obtenidos y una mejora en cuanto el análisis de resultados.

Se recomienda tener más esferas al momento de hallar la densidad del asfalto por el método de las esferas para así poder tener más recisión en los resultados obtenidos.

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BIBLIOGRAFÍA

REPUBLICA DE COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Especificaciones generales y normas de ensayo de construcción de carreteras. Bogotá: 2013.

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