3  Ensayos a Cemento Asfáltico

3.1  Ensayo de viscosidad

Las especificaciones de los cementos asfálticos clasificados según su viscosidad se basan por lo común en los rangos de viscosidad a 60ºC (140ºF). También se especifica generalmente una viscosidad mínima a 135ºC (275ºF). El propósito es dar valores límites de consistencia a estas dos temperaturas. Se eligió la temperatura de 60ºC (140ºF) porque se aproxima a la máxima tempera­tura superficial de las calzadas en servicio pavimentadas con mezclas asfálticas en los Estados Uni­dos y en cualquier otra parte del mundo en donde la construcción de caminos progresa; y la de 135ºC (275ºF), porque se aproxima a la de mezclado y distribución de mezclas asfálticas en ca­liente para pavimentación.

Para el ensayo de viscosidad a 60ºC (140ºF) se emplea un viscosímetro de tubo capilar. Los dos tipos más comunes en uso son: el viscosímetro de vacío del Asphalt Institute (Fig. 3.47) y el viscosímetro de vacío de Cannon-Manning (Fig. 3.48). Se calibran con aceites normalizados. Para cada viscosímetro se obtiene un "factor de calibración", cuyo uso se describe luego. Generalmente, los viscosímetros vienen calibrados por el fabricante quien suministra estos factores.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El viscosímetro se monta en un baño de agua a temperatura constante, controlado termostáticamente (Fig. 3.49). Se vuelca asfalto precalentado en el tubo grande hasta que alcanza el nivel de la línea de llenado. El viscosímetro lleno se mantiene en el baño por un cierto tiempo hasta que el sistema alcance la temperatura de equilibrio de 60ºC (140ºF).

Se aplica un vacío parcial en el tubo pequeño para inducir el flujo, porque el cemento asfálti­co a esta temperatura es muy viscoso para fluir fácilmente a través de los tubos capilares del visco­símetro. En la figura 3.49 se muestra un dispositivo para el control del vacío. También se conecta al sistema una bomba de vacío.

Luego que el baño, viscosímetro y el asfalto se han estabilizado en 60ºC (140ºF), se aplica va­cío y se mide con un cronómetro el tiempo, en segundos, que tarda el cemento asfáltico en fluir entre dos de las marcas. Multiplicando este tiempo por el factor de calibración del viscosímetro se obtiene el valor de la viscosidad en poises, la unidad patrón para medir viscosidad absoluta.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El viscosímetro de vacío del Asphalt Institute tiene muchas marcas para medir el tiempo. Seleccionando el par apropiado, se puede usar para asfaltos con una amplia variación de consistencias.

Los cementos asfálticos para pavimentación son lo suficientemente fluidos a 135ºC (275ºF) para fluir a lo largo de tubos capilares bajo fuerzas gravitacionales únicamente. Por lo tanto, se usa un tipo distinto de viscosímetro, ya que no se requiere vacío. El más usado es el viscosímetro de brazos cruzados Zeitfuchs (Fig. 3.50). También se lo calibra con aceites normalizados.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Como estos ensayos se hacen a 135°C (275ºF), para el baño se requiere un aceite claro apro­piado. Se monta el viscosímetro en el baño (Fig. 3.51) y se vuelca el asfalto en la abertura mayor has­ta que llegue a la línea de llenado. Como antes, se deja que el sistema alcance la temperatura de e­quilibrio. Para que el asfalto comience a fluir por el sifón que está justo encima de la línea de llena­do, es necesario aplicar una pequeña presión en la abertura mayor o un ligero vacío en la menor. Entonces el asfalto fluirá hacia abajo en la sección vertical del tubo capilar debido a la gravedad. Cuando el asfalto alcanza la primera de las marcas se comienza a medir el tiempo hasta que alcanza la segunda. El intervalo de tiempo, multiplicado por el factor de calibración del viscosímetro, da la viscosidad cinemática en centistokes.

Es necesario destacar que las medidas de viscosidad para 135ºC (275ºF) se expresan en centis­tokes y para 60ºC (140°F), en poises. En el ensayo de viscosidad cinemática, la gravedad induce el flujo (resultados en centistokes) y la cantidad de flujo a través del tubo capilar depende de la densidad del material. En el ensayo de viscosidad absoluta, los resultados se dan en poises, y el flujo a través del tubo capilar se induce por medio de un vacío parcial, siendo los efectos gravitaciona­les despreciables. Estas unidades poises y stokes o centipoises y centistokes - pueden ser convertidas unas en otras aplicando, simplemente, un factor debido a la densidad.

 

3.2  Ensayo de Penetración

La consistencia del asfalto puede medirse con un método antiguo y empírico, como es el ensa­yo de penetración, en el cual se basó la clasificación de los cementos asfálticos en grados normali­zados. En la figura 3.52 puede verse el ensayo de penetración normal. Consiste en calentar un reci­piente con cemento asfáltico hasta la temperatura de referencia, 25ºC (77ºF), en un baño de agua a temperatura controlada. Se apoya una aguja normalizada, de 100 g de peso sobre la superficie del cemento asfáltico durante 5 segundos. La medida de la penetración es la longitud que penetró la aguja en el cemento asfáltico en unidades de 0,1 mm.

Ocasionalmente el ensayo de penetración se realiza a distinta temperatura en cuyo caso puede variarse la carga de la aguja, el tiempo de penetración, o ambos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.3   Ensayo de punto de inflamación

Cuando se calienta un asfalto, libera vapores que son combustibles. El punto de inflamación, es la temperatura a la cual puede ser calentado con seguridad un asfalto, sin que se produzca la infla­mación instantánea de los vapores liberados, en presencia de una llama libre. Esta temperatura, sin embargo, está bastante por debajo, en general, de la que el material entra en combustión perma­nente. Se la denomina punto de combustión (fire point), y es muy raro que se use en especificacio­nes para asfalto.

 

 

 

 

 

 

 

El ensayo más usado para medir el punto de inflamación del cemento asfáltico es el de "vaso abierto Cleveland" (COC), que consiste en llenar un vaso de bronce con un determinado volumen de asfalto, y calentarlo con un aumento de temperatura normalizado. Se pasa una peque­ña llama sobre la superficie del asfalto a intervalos de tiempo estipulados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual se han desprendido suficientes volátiles como para provocar una infla­mación instantánea.

 

 

 

3.4   Ensayo de película delgada en horno

Este no es en realidad un ensayo, sino un procedimiento destinado a someter a una muestra de asfalto a condiciones de endurecimiento aproximadas a aquellas que ocurren durante las operacio­nes normales de una planta de mezclado en caliente. Para medir la resistencia al endurecimiento del material bajo estas condiciones, se hacen al asfalto ensayos de penetración o de viscosidad antes y después del ensayo.

Se coloca una muestra de 50 ml de cemento asfáltico en un recipiente cilíndrico de fondo pla­no de 140 mm (5,5 pulgadas) de diámetro interno y 10 mm (3/8 pulgada) de profundidad. El es­pesor de la capa de asfalto es de 3 mm (1/8 pulgada) aproximadamente. El recipiente conteniendo a la muestra se coloca en un plato que gira alrededor de 5 a 6 revoluciones por minuto durante 5 horas dentro de un horno ventilado mantenido a 163ºC ( 325ºF). Luego se vuelca el cemen­to asfáltico en un recipiente normalizado para hacerle el ensayo de viscosidad o de penetración.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.5   Ensayo de película delgada rodante en horno

Este ensayo es una variante del anterior, desarrollado por agencias del oeste de los Estados Unidos. El propósito es el mismo pero cambian los equipos y procedimientos de ensayo.

La figura 3.55  muestra el horno usado para el ensayo de película delgada rodante y también el frasco de diseño especial para contener la muestra. Se vuelca en el frasco una determinada cantidad de cemento asfáltico y se lo coloca en un soporte que rota con cierta velocidad alrededor de un eje horizontal, con el horno mantenido a una temperatura constante de 163ºC (325ºF). Al rotar el frasco, el cemento asfáltico es expuesto constantemente en películas nuevas. En cada rotación, el orificio del frasco de la muestra pasa por un chorro de aire caliente que barre los vapores acumula­dos en el recipiente.

En este horno, se puede acomodar un mayor número de muestras que en el horno del ensayo de película delgada. El tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de endurecimiento en la muestra es también menor para este ensayo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.6   Ensayo de ductilidad

Algunos ingenieros consideran que la ductilidad es una característica importante de los cemen­tos asfálticos. Sin embargo, generalmente se considera más significativa la presencia o ausencia de la misma, que su grado real. Algunos cementos asfálticos que tienen un grado muy alto de ductili­dad son también más susceptibles a la temperatura. Es decir, que la variación de la consistencia puede ser mayor debido al cambio de temperatura.

La ductilidad de un cemento asfáltico se mide con un ensayo tipo "extensión" para el que se moldea una probeta de cemento asfáltico en condiciones y medidas normalizadas. Se la lleva a la temperatura de ensayo de la norma, generalmente 25ºC (77ºF) y se separa una parte de la probeta de la otra a cierta velocidad, normalmente 5 cm por minuto, hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra. La ductilidad del asfalto es la distancia (en cen­tímetros) a la cual se rompe dicho hilo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.7   Ensayo de solubilidad

El ensayo de solubilidad es una medida de la pureza del cemento asfáltico. La parte del mismo soluble en bisulfuro de carbono representa los constituyentes activos de cementación. Solo la ma­teria inerte, como sales, carbón libre, o contaminantes inorgánicos, no son solubles.

En este ensayo se usa generalmente tricloroetileno, que es menos peligroso que el bisulfuro de carbono y otros solventes. La mayoría de los cementos asfálticos son igualmente solubles en cual­quiera de ellos.

Rectángulo redondeado: VolverEl proceso para determinar la solubilidad es muy simple. Se disuelven aproximadamente 2 grs. de asfalto en 100 ml de solvente y se filtra la solución a través de una plancha de asbesto colocada en un crisol de porcelana (Gooch). Se pesa el material retenido por el filtro y se lo expresa como porcentaje de la muestra original, obteniéndose el porcentaje soluble en bisulfuro de carbono.