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• Fatima Romero Aracena

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Ensayo Rice (Densidad teórica máxima) 1. Resumen ejecutivo Este método cubre la determinación de la gravedad específica teórica máxima y densidad de mezclas bituminosas no compactadas a 25°C. Una muestra pesada de mezcla de pavimentos secada al horno en la condición suelta es colocada en un vaso de vacío calibrada tarada. Suficiente agua a la temperatura de 25° C, es añadida para sumergir completamente la muestra. Vacío es aplicado gradualmente para reducir la presión residual en el vaso de vacío a 4 KPa (30 mm de Hg) o menos entonces es sostenida por 15±2 min. Al final del periodo de vacío, el vacío es gradualmente retirado. El volumen de la muestra de mezcla de pavimentación se obtiene por inmersión del contenedor de vacío con la muestra en un baño de agua y pesando o llenando completamente el nivel del contenedor de vacío de agua y peso al aire. Ambas, la temperatura y la masa son medidas a su vez. A partir de esta masa y volumen medidos, la gravedad especifica o densidad a 25°C es calculada. 2. Propósito y alcance Determinación de la gravedad especifica teórica máxima y densidad de mezclas bituminosas no compactadas a 25° C. La gravedad específica teórica y densidad de mezclas bituminosas de pavimentación son propiedades fundamentales cuyos valores están influenciados por la compactación de la mezcla en términos de tipo y montos de agregados y materiales bituminosos.

3. Objetivo Este método permite determinar la densidad máxima teórica de mezclas asfálticas sin compactar, a 25°C, asi como el porcentaje de ligante absorbido por los áridos de la mezcla, de modo de cuantificar la cantidad total o efectiva de asfalto requerida por la misma. 4. Finalidad y alcance

Esta norma describe la determinación de la gravedad y densidad teórica máxima de las mezclas asfálticas no compactadas a una temperatura de 25 ° C. 5. Equipos y materiales 1. Contenedores a) Tazón de vacío Un

tazón

de metal o

plástico

con un

diámetro de

aproximadamente 180 a 260 mm y altura de tazón de al menos 160 mm deberá estar equipada con una cubierta transparente adaptado con un relleno de hule y una conexión para la línea de vacío. Ambos, el tazón y la cubierta deben ser lo suficientemente resistentes para soportar las presiones de vacío aplicada sin deformación visible. La conexión de manguera deberá estar cubierta con una pequeña pieza de malla para minimizar la perdida de algún material fino.

b) Frasco de vacío para pesado en aire solamente. Un frasco volumétrico de grueso con una capacidad de aproximadamente 400 ml, sellado con un tapón de hule con una conexión la línea de vacío.

FIGURA N˚ 128

FUENTE: (Elaboración propia) 2. Recipientes para vacío. a) Se describen cuatro tipos de recipiente para vacío, cada uno de los cuales deberá ser capaz de mantener el vacío requerido, para lo que deberá disponer de los accesorios necesarios para la aplicación del procedimiento. b) El tamaño de recipiente por usar dependerá de la cantidad mínima de muestra, de acuerdos la tabla incluida en “tamaño de la muestra de ensayo”. c) Descripción de los recipientes: d) Tipo A: matriz aforado de vidrio con capacidad aproximada de 2000 ml. e) Tipo B: picnómetro de vidrio con capacidad aproximada de 4000 ml. f) Tipo C: picnómetro de metal con tapa transparente y capacidad aproximada de 4500 ml. g) Tipo D; picnómetro plástico con capacidad mínima de 10000 ml. 3. Balanza

Capaz de tomar lecturas más cercanas 0.1 g. y conforme a los requerimientos de los ensayos. FIGURA N˚ 129

FUENTE: (Elaboración propia) 4. Bomba de vacío Capaz de producir una presión residual igual o inferior a 30 mm Hg. Cuando la bomba de vacío es usada, una trampa aceptable deberá ser instalada entre el vaso de vacío y la fuente de vacío para reducir el monto de vapor de agua ingresando a la bomba de vacío. 5. Manómetro de presión residual Capaz de medir una presión residual igual o inferior a 30 mm Hg. Este manómetro de presión deberá ser usado para confirmar la presión especificada que es aplicada al contenedor y será capaz de medir la presión residual de 30 mm Hg. Esta estará conectada al final de la línea de vacío. Conexión “T” en la parte superior del contenedor o utilizando una abertura separada (desde la línea de vacío) en la parte superior del contenedor conectada a la manguera. Evite daño, el manómetro o medidor por i miso no estará situado en la parte superior de vaso pero adyacente a este. 6. Termómetro Termómetro 8 C, conforme a la norma ASTM. El termómetro 6 C IP conforme a la especificación IP para termómetros normales.

El mercurio de este tipo de termómetro se encuentra en u bulbo reflejante y generalmente de color blanco brillante, con lo que se evita la absorción de la radiación del ambiente. Es decir, este termómetro toma la temperatura real del aire sin que la medición de esta se vea afectada por cualquier objeto del entorno que irradie calor hacia el ambiente. FIGURA N° 130

FUENTE: (Elaboración propia) 7. Baño de agua Capaz de mantener por algún medio, una temperatura constante entre 25 ± °C. el baño de agua tiene que ser aceptable para la inmersión del contenedor suspendido con su muestra desairada. FIGURA N° 131

FUENTE: (Elaboración propia) 8. Horno Horno de convección forzada: capaz de controlar y mantener la temperatura requerida dentro de ± 3° C.

FIGURA N° 132

FUENTE: (Elaboración propia) 9. Válvula de sangrado Ajustada al juego de vacío para facilitar ambos, el ajuste del vacío que este siendo aplicado al vaso de vacío y el lento de la presión de vacío. FIGURA N° 133

FUENTE: (Elaboración propia) 10. Calibración de recipientes Recipiente Tipo A y B

Consiste en determinar a 25° C la masa exacta de agua necesaria para llenarlo. Llene el picnómetro con agua destilada a 25° C. Mantenga el recipiente en un baño de agua a 25° C durante 1 hora. Seque cuidadosamente el recipiente y péselo. Designe la masa del picnómetro lleno con agua como MPa. Recipientes Tipos C y D Consiste en determinar a una temperatura entre 22 y 27° C, la masa exacta de agua necesaria para llenarlo. Asegure la cubierta y llene el picnómetro con agua destilada a 25° C hasta casi el tope (deje libre aproximadamente 50 mm). Aplique vacío por 10 min., levante el picnómetro, primero de un lado y luego del otro, y déjalo caer desde aproximadamente 10 mm sobre la superficie. Agregue agua destilada a 25° C hasta llenar completamente el picnómetro. Elimine las burbujas que queden adheridas en las paredes interiores del recipiente. Seque prolijamente el exterior del picnómetro. Pese el picnómetro lleno con agua y designe su masa como MPa. Registre la temperatura del agua. Si esta diferente del rango 22 – 27° C, repita el procedimiento de calibración. Nota 1: La calibración de los recipientes debe chequearse periódicamente. El equipo de mantenerse limpio y libre de cualquier contaminación. Se debe utilizar solventes adecuados, especialmente cuando se trate de recipientes plásticos. Los recipientes de vidrio no deben soportarse a altos niveles de vacío si se encuentran dañados. 6. Tamaño de la muestra de ensayo El tamaño de la muestra de ensayo deberá estar de acuerdo al tamaño máximo nominal (TMN) del árido, según lo indicado en la tabla: Tabla 1 Tamaño de la muestra TMN (mm)

árido Masa mínima de muestra (g)

37.5

4000

25

2500

19

2000

12,5

1500

9,5

1000

4,75

500

7. Procedimiento a. Separe manualmente las partículas de la muestra teniendo cuidado de no fracturar el árido, de modo que las partículas de la fracción de árido fino no sean mayores de 4,75 mm. Si la mezcla no está suficientemente blanda para ser separada, colóquela en un horno y caliéntela solo hasta que sea manipulable. Use una empaquetadura de papel aceitado o asbesto entre el destilador y la tapa o ensamble, apoyándolo en la tapa hermética. Asegure la abrazadera que cubre el destilador. FIGURA N° 134

FUENTE: (Elaboración propia) b. Enfrié la muestra hasta temperatura ambiente c. Pese la muestra y registre esta masa como Mn. d. Coloque la muestra en el recipiente y agregue agua destilada hasta casi el tope de este.

e. Aplique vacío por 10 min. Agitando su contenido periódicamente con el vibrador mecánico o en forma manual. f. Una vez que la muestra es secada y mientras esta todavía caliente, separe las partículas de la muestra de la mezcla de pavimentación manualmente, tomando cuidaos para evitar fracturar el agregado, de tal manera que las partículas de la porción del agregado fino no sean mayores que alrededor de 6 mm. Coloque la muestra directamente dentro del tazón tarado o frasco volumétrico. No use un contenedor dentro de un contenedor. Pese el contenedor con la muestra y designar la masa neta como (A). g. Agregue suficiente agua a una temperatura de aproximadamente 25° C para cubrir la muestra completamente. h. Coloque el contenedor con la muestra y agua en un aparato de agitación mecánica y asegure está a la superficie del aparato. Inicie el agitado e inmediatamente empiece a remover el aire atrapado en la muestra por incrementar gradualmente la presión de vacío hasta que el manómetro de la presión residual lea 3,7 ± 2 min. i.

Inmediatamente después de remover el aire atrapado, continúe con uno de los siguientes procedimientos según el tipo de recipiente a utilizar. Recipientes tipos A y B: Llene completamente el recipiente con agua destilada y colóquelo en un baño de agua a 25° C. Una vez alcanzada la temperatura de 25° C, deje el conjunto otros 10 min. dentro del baño. Seque el recipiente del baño y séquelo exteriormente. Pese el recipiente lleno con agua y mezcla registre su masa como Mpam. Recipientes tipos C y D: Llene completamente el recipiente con agua destilada a 25° C. Seque el exterior del recipiente.

Pese el recipiente lleno con agua y mezcla y registre su masa como Mpam. Registre la temperatura del agua si no está en el rango de 22 a 27° C, repita el ensayo. Nota: el tiempo empleado para llenar y secar cualquiera de los recipientes (A, B, C o D) debe ser igual al ocupado en la calibración con una tolerancia de ± 1 min. Cálculos e informe Cálculos Determine la densidad máxima de la mezcla sin compactar mediante la siguiente expresión, aproximado el entero. 𝐷𝑚𝑚 =

𝑀𝑚 ∗𝜌 𝑀𝑚 + 𝑀𝑃𝑎 − 𝑀𝑝𝑎𝑚 𝑇

Donde: 𝐷𝑚𝑚: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑀𝑚: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑦 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 + 𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑀𝑃𝑎: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔) 𝑀𝑝𝑎𝑚: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (𝑔) 𝜌𝑇 : 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 (𝑘𝑔/𝑚3 )

Procedimiento de ensayo mezclas que contienen agregados porosos no cubiertos completamente Si los poros no están totalmente sellados por una película bituminosa, se pueden saturar con agua durante el proceso de vacío. Para determinar si esto ha ocurrido, proceda como se indica a continuación, una vez terminado el procedimiento indicado en 15 a) o b), según corresponda. Drene el agua de la mezcla con extrema precaución evitando la perdida de árido (se puede utilizar un tamiz N° 200 para estos efectos).

Fracture algunas partículas de árido y examine visualmente si están bituminosas. a) Si el árido no ha absorbido agua, deseche la muestra. b) Si el árido ha absorbido agua, remueva la humedad superficial utilizando un horno con convección forzada o ventilador, revolviéndola mezcla intermitentemente. Cuando la pérdida de masa sea menor que 0,05 %, detenga el secado y registre la masa alcanzada por la muestra como Mmss. c) Calcule la densidad máxima de la mezcla con arido porosos no cubiertos completamente, de acuerdo a la siguiente expresion, aproximado al entero.

𝐷𝑚𝑚 =

𝑀𝑚 ∗𝜌 𝑀𝑚 + 𝑀𝑃𝑎 − 𝑀𝑝𝑎𝑚 𝑇

Donde: 𝐷𝑚𝑚: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑀𝑚: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑦 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 + 𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑀𝑃𝑎: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔) 𝑀𝑝𝑎𝑚: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (𝑔) 𝜌𝑇 : 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 (𝑘𝑔/𝑚3 ) Expresión de resultados El resultado del ensayo será el valor promedio de tres determinaciones, aproximado al entero. Precisión El criterio para juzgar la aceptabilidad de los resultados de los ensayos de densidad obtenidos mediante este método, es el siguiente: Tabla 2 Rango de aceptabilidad Rango de aceptabilidad para dos

resultados (kg/m3) Precisión para un operador Precisión

para

conjunto

11 de 19

laboratorios Valido para resultados de ensayo obtenidos sin hacer uso de “Procedimiento de ensayo para mezclas que contienen áridos porosos no cubiertos completamente”. Base de estimación: 3 determinaciones, 5 materiales, 5 laboratorios. Los valores anotados corresponden a las diferentes máximas permisibles para dos resultados de un mismo ensayo.