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Cemento Asfáltico
PARTE II
CEMENTO ASFÁLTICO
Tutor: Gioconda G. de Celis
Tesista: Yucely Albornoz
Julio 2014
LA
BO
RA
TO
RIO
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Cemento Asfáltico
38 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Cemento Asfáltico
Universidad De Los Andes 39
PARTE II
CEMENTO ASFÁLTICO
2.1. INTRODUCCIÓN
Cemento asfáltico es el material aglomerante sólido o semisólido de color negro o
pardo oscuro, que se ablanda gradualmente al calentarse y cuyos constituyentes
predominantes son hidrocarburos pesados, que se obtienen de la refinación del petróleo,
cuyo comportamiento visco-elástico se muestra en la figura N° 1.
Figura N° 1. Comportamiento Visco-elástico del Cemento Asfáltico.
2.2. PRINCIPALES CONSTITUYENTES DEL CEMENTO ASFÁLTICO:
Asfaltenos: Son compuestos de alto peso molecular, principalmente de naturaleza
aromática con pocas ramificaciones. Los asfaltenos le dan las características de dureza
al asfalto.
SOLIDO ELÁSTICO
FLUIDO VISCOSO
ELÁSTICO
VISCOSO
RESPUESTA A LA CARGA
TEMPERATURA, °C
-30 25 60 135
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Maltenos: Están constituidos por resinas y aceites. Los maltenos están ligados a las
propiedades elásticas del asfalto. En general, la presencia de parafina influye
negativamente en las propiedades reológicas del asfalto.
2.3. PROPIEDADES O CARACTERÍSTICAS DESEABLES DEL CEMENTO ASFÁLTICO:
Consistencia: Los cementos asfálticos son materiales termoplásticos, por lo que es
necesario determinar su grado de fluidez a una temperatura dada. Para poder
comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es necesario fijar una
temperatura de referencia.
Pureza: El cemento asfáltico se compone, casi enteramente de betunes, los cuales, por
definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Las impurezas, si las hay, son inertes.
Seguridad: La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por lo tanto las
normas requieren que el asfalto no forme espuma hasta temperaturas de 175°C
(347°F). El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas,
despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama.
2.4. ESPECIFICACIONES DE CALIDAD PARA LOS CEMENTOS ASFÁLTICOS:
La Norma Venezolana COVENIN 1670:1997 establece que el cemento asfaltico debe ser
homogéneo, libre de agua, y no debe formar espuma cuando se calienta a 175°C (347°F). Su
clasificación por viscosidad es en los grados CA-5, CA-10, CA-20, CA-30 y CA-40, que se
muestra en la tabla N°1. Un asfalto CA-20 significa un cemento asfáltico de viscosidad 2000
poises. Los cementos asfálticos se disponen comercialmente en varios rangos de consistencia
(grados), donde anteriormente los rangos consistían sólo en mediciones hechas con el
ensayo de penetración, se disponían de cinco (5) grados: 40-50, 60-70, 85-100, 120-150 y
200-300, que indican los rangos permitidos de penetración para cada uno. El grado 40-50 es
el más duro, con una consistencia que permite solo una leve impresión del pulgar realizada
bajo presión a temperatura ambiente. El grado 200-300 es el más blando, con una
consistencia que deja la marca del pulgar en la superficie de la muestra con apenas una
presión suave realizada a temperatura ambiente.
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Tabla N°1. Especificación COVENIN 1670-95, para Cementos Asfálticos.
PROPIEDADES
GRADO MÉTODO DE
ENSAYO A40 A30 A20 A10(85/100) A5(120/50) A2,5(200/300)
Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx.
Penetración a 25°C, 100 g, 5 s, mm/10
40 50 60 70 60 70 85 100 120 150 200 300 COVENIN
1105
Viscosidad Absoluta,60°C, P
4000 - 3000 - 2000 - 1000 - 500 - 250 - COVENIN
2053
Viscosidad Cinemática,
135°C, cSt. (3) 450 - 350 - 300 - 230 - 180 - 115 -
COVENIN 424
Punto de reblandecimiento anillo y bola (TA &B), °C
50 60 48 58 48 58 44 54 - - - - COVENIN
419
Punto de inflamación, Cleveland Copa Abierta, °C.
232 - 232 - 232 - 232 - 218 - 177 - COVENIN
372
Ductilidad a 25 °C (77 °F), 5 cm/min, cm.
100 - 100 - 100 - 100 - 100 - 100 - COVENIN
1123
Peso específico a 25 °C.
Indicar Indicar Indicar Indicar Indicar Indicar COVENIN
1386
Temperatura para obtener una viscosidad de 170 + 20 cSt, °C
Indicar Intervalo
Indicar Intervalo
Indicar Intervalo No aplica No aplica No aplica
COVENIN 424
Viscosidad cinemática a 160 °C, cSt
Reportar Reportar Reportar No aplica No aplica No aplica
Solubilidad en
tricloroetileno,%(1) 99,0 - 99,0 - 99,0 - 99,0 - 99,0 - 99,0 - COVENIN
1161
Índice de
Penetración (IP)(2) -1,5 +0,5 -1,5 +0,5 -1,5 +0,5 -1,5 +0,5 -1,5 +0,5 -1,5 +0,5
COVENIN 419 y 1105
Envejecimiento por capa fina (TFOT): pérdida de masa, %
- 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 - - COVENIN
2046
Viscosidad Absoluta a 60° después de TFOT, P
- 20 000 - 13 000 - 13 000 - 5 000 - 2 500 - 1
250 COVENIN
2053
Ductibilidad a 25°C,5cm/min, cm, después de TFOT
15 - 20 - 20 - 75 - 100 - 100 - COVENIN
1123
Reducción de Penetración, %
- 50 - 50 - 50 - 53 - 58 - 63 COVENIN
1105
NOTAS: (1) Solo requerido en asfaltos naturales no provenientes de refinación del petróleo.
(2) ( ) ( )
( )
(3) 1cSt = 1 mm2/s = 0,001 Pa.s
Fuente: Norma Venezolana COVENIN, 1670:1997, Cementos Asfálticos, 3era revisión
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En las tablas N°1 y N°2 del Anexo I, se muestran las ultimas especificaciones del
Instituto del Asfalto Americano (IDA), ya sea en función de la viscosidad original (tabla N°1,
Anexo I), o de la viscosidad después del ensayo en estufa de película delgada para los asfaltos
envejecidos en el laboratorio (tabla N°2 Anexo I), y que refleja un criterio más técnico para el
establecimiento de las propiedades de los cementos asfalticos, ya que ella representa las
condiciones del material para el momento en que comenzará a prestar su servicio sobre vía,
es decir después de haber sido trabajado en planta y mezclado con los agregados.
2.5. ENSAYOS NORMALIZADOS DE CALIDAD DEL CEMENTO ASFÁLTICO:
2.5.1. Peso específico
La determinación del peso específico del cemento asfáltico no es requisito en las
especificaciones de estos materiales, sin embargo se debe conocer debido a que el asfalto se
expande cuando es calentado y se contrae cuando es enfriado, además que el peso
específico de un asfalto es esencial en la determinación del % de vacíos en un pavimento
compactado. El procedimiento y equipos necesarios se describen más adelante.
2.5.2. Penetración
El ensayo de Penetración, permite determinar la dureza o consistencia relativa de los
cementos asfálticos. El procedimiento y equipos necesarios se describen más adelante.
2.5.3. Punto de Ablandamiento o Anillo y bola
Esta prueba se realiza para determinar el punto de reblandamiento de los asfaltos. Es
empleado fundamentalmente para conocer el grado de susceptibilidad que tiene un material
ante las variaciones de temperatura. El procedimiento y equipos necesarios se describen más
adelante.
2.5.4. Solubilidad
Esta prueba determina la pureza del Cemento Asfáltico. La parte soluble en bisulfuro de
carbono (o en tricloroetileno, es menos peligroso su manejo en el laboratorio) representa los
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constituyentes activos de cementación. El procedimiento y equipos necesarios se describen
más adelante.
2.5.5. La Mancha
Este método de ensayo consiste en una inspección visual de la mancha dejada sobre un
papel filtro, de una muestra de Cemento Asfáltico disuelto en un solvente estándar,
corrientemente nafta. El procedimiento y equipos necesarios se describen más adelante.
2.5.6. Ductilidad
Esta prueba consiste en determinar la distancia de elongación antes de la ruptura de
una muestra de cemento asfáltico. Los materiales asfálticos dúctiles tienen mejores
propiedades aglomerantes que aquellos que les falta esta característica. El procedimiento y
equipos necesarios se describen más adelante.
2.5.7. Película delgada
La finalidad del ensayo es determinar el efecto del calor y el aire sobre una película fina
de asfalto para evaluar su envejecimiento. Estas pruebas son conocidas como Ensayo de
película delgada en horno (TFO) y Ensayo de película delgada rodante en horno (RTFO). El
procedimiento y equipos necesarios se describen más adelante.
2.5.8. Viscosidad
Los ensayos de viscosidad permiten determinar el grado de fluidez de un material
asfáltico a una temperatura determinada. Puede medirse por varios ensayos, siendo los más
comunes los de Viscosidad Cinemática o Viscosidad Absoluta. El cual se describen más
adelante.
2.5.9. Punto de inflamación
El punto de inflamación en un cemento asfáltico indica la temperatura a que puede
calentarse el material sin peligro de inflamación en presencia de llama libre. Este se mide por
el ensayo en vaso abierto de Cleveland según las condiciones y procedimiento que se
describen más adelante.
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PLANILLA DE ENSAYO CEMENTO ASFÁLTICO
Cemento Asfáltico
LABORATORIO DE MECANICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
ENSAYOS FÍSICOS DEL CEMENTO ASFÁLTICO
Nombre del Proyecto:____________________________________________________________________
Procedencia Muestra: ___________________________________________________________________
Empresa:______________________________________________________________________________
Fecha de despacho en refinería:______________ Fecha de realización de Ensayos: ______________
RESUMEN DE LOS RESULTADOS
ESPECIFICACIONES
Valor del Ensayo
Peso Específico 25/25 ºC
Mínimo Máximo (METODO DEL PICNÓMETRO)
( )
( ) ( )
Peso específico 25/25 ºC Indicar A Peso del picnómetro, en gramos = ________________
B Peso del picnómetro + agua , en gramos = ________________
C Peso del picnómetro + muestra , en gramos = ________________
D Peso del picnómetro + muestra + agua , en gr = ________________ Punto de Inflamación (Vaso Abierto Cleveland ºC)
Punto de Ablandamiento, Anillo y Bola ºC
Ensayo 1 :________________
Ensayo 2 :________________
Valor Promedio:
Ensayo 1:_______ Promedio:
Ensayo 2:_______
Ductilidad a 25 ºC 5 cm/min, cm
100 +
Solubilidad
Ensayo 1:_______
Ensayo 2:_______
Ensayo 3:_______
Promedio:_________
W matraz ( 1 ) =
W matraz + muestra ( 2 ) =
B , peso muestra (2 - 1) =
Viscosidad W filtro Gooch ( 3 ) =
Saybolt-Furol (s)
W filtro Gooch+material insoluble (4) =
Cinemática a 135 ºC, (c.s.) A, material insoluble (4 - 3)
Solubilidad en CCL4 (%) % Insolubles = A / B x 100 =
Mancha NEGATIVO Penetración (Pen) 25º C 100 g 5 seg m/10
Penetración 25º C, 100 g, 5 seg (dmm) L 1 = _________________ Tolerancia:______________
Índice de Penetración (IP) 99
L 2 = _________________ Promedio:_______________
L 3 = __________________
Ensayo de Estufa de Película Delgada
Penetración
Máxima diferencia entre la mayor y menor determinación
Pérdida de masa, % p
0,5-
0 a 49 50 a 149 250 a 249 Sobre 250 Ductilidad a 25ºC, 5 cm/mín, cm
2 4 8 6
Reducción de penetración, %
IP=(20( TA&B - 25 ) - 500 ( log800 - logPen25ºC )) / (TA&B-25+50(log800-logPen25ºC))
Observaciones:________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
ENSAYADO POR:______________________ REVISADO POR:_____________________ FECHA._______________