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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA UNIDAD DE INGENIERÍA CIVIL, GEOLOGÍA Y MINAS

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA DE LOS ASFALTOS (BITÚMENES) Resumen Norma AASHTO T 201-03 ASTM D 2170-01 a PCV 2008 LVGI 212

1. ALCANCE Éste método, describe el procedimiento para determinar la viscosidad cinemática de los asfaltos líquidos, residuos de destilación de asfaltos liquidos (bitúmenes), todos a 60 °C (140 °F) y de cementos asfálticos a 135 °C (275 °F), en el rango de 6 a 100.000 mm2/s (cSt).

Termómetros.- Puede usarse termómetros calibrados de vidrio con líquido, con una precisión, después de la corrección de 0.02 °C (0.04 °F) ó cualquier otro dispositivo termométrico de igual precisión. Para viscosidades a temperatura de 60ºC (140 °F) utilice termómetro ASTM 47C y 47F y viscosidades a 135 ºC (275 °F) utilice termómetro ASTM 110C y 110F. Foto Nº 1.

2. EQUIPO Viscosímetros.- De tipo capilar, hechos de vidrio de borosilicato, como los siguientes: * Viscosímetro “Cannon-Fenske” para líquidos opacos. * Viscosímetro de brazo transversal “Zeitfuchs”. * Viscosímetro “Lantz - Zeitfuchs”. * Viscosímetro BS/IP/RF de tubo en U modificado para flujo inverso. Los viscosímetros calibrados se pueden obtener de proveedores comerciales reconocidos. Figura No 1.

Foto No 1: Termómetro LABORATORIO UTPL - UCG

Baño.- Adecuado para la inmersión del viscosímetro y tal que el reservorio de líquido o la parte superior del capilar, este al menos 20 mm por debajo del nivel superior del baño y con aditamentos para visibilidad del viscosímetro y del termómetro. Se debe proporcionar soportes firmes para el viscosímetro o este podrá ser una parte integral del baño. Nota 1. El agua destilada es un líquido adecuado para el baño, cuando se hagan determinaciones a 60 ºC (140 °F); para las determinaciones a 135 ºC (275 °F), se ha encontrado adecuado el aceite blanco USP con un punto de inflamación por encima de 215 ºC (420 ºF). Nota 2. El baño deberá ser capaz de mantener la temperatura a agua destilada a ± 0.03 ºC (± 0.05) para especificaciones de compra y a ± 0.06 ºC (±0.10 ºF) para fines de operación real.

A A S H T O T 2 0 1

A S T M D

Cronómetro.- Un dispositivo de tiempo, activado con resorte, graduado en divisiones de 0.1 s ó menos y precisión de 0.05 % cuando se prueba a intervalos no menores de 15 min. Figura No 1: Viscosímetro

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3. MUESTRA DE ENSAYO Preparación de la muestra. Para disminuir la pérdida de los constituyentes volátiles y para obtener resultados reproducibles, proceda de la siguiente manera:

Procedimiento para asfaltos líquidos y aceites para carreteras. * Deje las muestras selladas, tal como se recibieron hasta que alcancen la temperatura ambiente. * Abra el recipiente que contiene la muestra y mézclela cuidadosamente, agitándola durante 30 s, teniendo cuidado que la muestra atrape aire. Si la muestra es demasiado viscosa para agitar, coloque la muestra contenida en el recipiente sellado, en un baño u horno manteniendo a 63 ± 3 °C (145±5°F) hasta que se vuelva suficientemente líquido y permita agitarla. * Cargue inmediatamente el viscosímetro, o si el ensayo se va a realizar en un tiempo posterior viértase aproximadamente 20 mL en uno o más recipientes limpios, secos, que tengan una capacidad de aproximadamente 30 mL y séllese herméticamente. Foto Nº 2.

* Para materiales con viscosidades cinemáticas a 60 º C (140 ºF) por encima de los 800 cSt, caliéntese la muestra de 20 mL en el recipiente sellado en un horno o en un baño mantenido a 63±3 ºC (145±5 ºF) hasta que esté suficientemente líquida que permita ser vertida dentro del viscosímetro. * El calentamiento no debe exceder de 30 minutos.

Procedimiento para cementos asfálticos: * Caliéntese la muestra con cuidado para evitar sobrecalentamiento local hasta que llegue a ser suficientemente fluida para vaciarla, agitando ocasionalmente para ayudar a la transferencia del calor y asegurar la uniformidad. * Transfiérase un mínimo de 20 mL en un recipiente adecuado y caliéntese a 135±5.5 ºC (275±10ºF), agitando constantemente para evitar sobrecalentamiento local y teniendo cuidado de evitar que quede aire atrapado.

4.

PROCEDIMIENTO

Los detalles específicos del procedimiento varían para los diferentes tipos de viscosímetros. En el presente caso se ha escogido el viscosímetro Zeitfuchs de brazo transversal. * Escoja un viscosímetro limpio y seco, que dé un tiempo de flujo mayor de 60 s y precaliéntese a la temperatura de prueba. * Coloque el viscosímetro en el baño de temperatura constante manteniendo vertical el tubo. Introduzca la muestra a través del tubo N, teniendo cuidado de no humedecer los lados de dicho tubo, dentro del brazo transversal D hasta que el borde guía esté dentro de 0.5 mm de la marca de llenado G sobre el tubo sifón. Como se muestra en la figura Nº 1. A continuación se sigue el procedimiento general:

Foto Nº 2: Equipo de ensayo LABORATORIO UCG - UTPL

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* Mantenga el baño a la temperatura de prueba dentro de ± 0.01 ºC (± 0.02 ºF) para pruebas a temperaturas de 60 ºC (140 ºF) y dentro de ± 0.03 ºC (± 0.05 ºF) para pruebas a temperatura de 135 ºC (275 ºF) con tolerancia de ± 0.06 ºC (± 0.10 ºF). Aplicar las correcciones necesarias si hubiera necesidad a todas las lecturas de los temómetros.

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* Cargue el viscosímetro de la manera indicada por el diseñador del instrumento. Foto No 3

* Terminada la prueba limpie completamente el viscosímetro con varios enjuagues con un solvente apropiado completamente miscible con la muestra, seguido por un solvente volátil. Seque el tubo pasando una corriente lenta de aire seco y filtrado a través del capilar durante 2 min.

5. CÁLCULO Calcular la viscosidad cinemática con tres cifras significativas usando la siguiente ecuación:

Viscosidad cinemática, mm2/s (cSt) = C * t

Donde: C = Constante de calibración del viscosímetro, mm2/c2 (cSt/s); y, t = tiempo de flujo (s)

Foto No. 3: Cargado del Viscosímetro LABORATORIO UTPL - UCG

* Deje el viscosímetro cargado en el baño suficiente tiempo (30 minutos) hasta que la muestra haya alcanzado la temperatura de prueba. * Inicie el flujo del asfalto en el viscosímetro.

6. REPORTE Registre siempre la temperatura de prueba con el resultado, por ejemplo: Viscosidad cinemática a 60 ºC (140 ºF) = 75.6 cSt

* Mida el tiempo requerido para que el borde guía del menisco pase de la primera marca de tiempo hasta la segunda, con aproximación de 0.1 s. Si este tiempo de flujo es menor de 60 s, seleccione un viscosímetro de diámetro capilar más pequeño y repita la operación.

7. PRECISIÓN Los criterios para juzgar la aceptabilidad de los resultados de viscosidad obtenidos por este método se explican en la tabla Nº 1.

Tabla Nº 1 Resultados de Viscosidad

Material y tipo índice

Coeficiente de variación Diferencia aceptable entre dos resultados del (% de la media) ensayo (% de la media)

Precisión de un solo operario Cemento asfáltico a 135 oC (275 oF) Asfalto líquido a 60 oC (140 oF) Por debajo de 3.000 cSt De 3.000 a 6.000 cSt Por encima de 6.000 cSt

0.64

1.8

0.53 0.71 3.2

1.5 2.0 8.9

3.1

8.8

1.06 3.11 3.6

3.0 9.0 10.0

Precisión de laboratorios Asfalto sólido 135 oC (275 oF) Asfalto líquido a 60 oC (140 oF) Por debajo de 3.000 cSt De 3.000 a 6.000 cSt Por encima de 6.000 cSt

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8. CONSIDERACIONES GENERALES Verificar que el viscosímetro esté bien calibrado. Sumergir los termómetros de tal forma que sólo la columna de mercurio este cubierta por el líquido del baño y el resto este expuesto a la temperatura de laboratorio y a la presión ambiental, caso contrario podrían obtenerse mediciones inexactas y se tendría que hacer correcciones. Limpiar periódicamente el viscosímetro con una solución limpiadora de ácido crómico para remover depósitos orgánicos, luego enjuáguelo con agua destilada y acetona, séquelo con aire seco y limpio.

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Prepare una solución de ácido crómico, agregando, 800 mL de ácido sulfhídrico concentrado a una solución de 92 g. de dicromato de sodio en 458 mL de agua. Es aceptable el uso de soluciones similares limpiadoras de ácido sulfúrico comercial. El uso de soluciones limpiadoras alcalinas puede producir un cambio en la calibración del viscosímetro, por lo que no son recomendables.

El procedimiento se lo puede observar en el video Nro. 12 del CD

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