GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MATERIALES ASFALTICOS SÓLIDOS Y SEMISÓ LIDOS MÉTODO DEL PICNOMETRO I.N.V. E
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- Pascual Carrizo Olivera
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1 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MATERIALES ASFALTICOS SÓLIDOS Y SEMISÓ LIDOS MÉTODO DEL PICNOMETRO I.N.V. E OBJETO 1.1 Esta norma describe los procedimientos que se deben seguir para la determinación de la Densidad y Gravedad Especifica de materiales asfálticos sólidos y semisólidos y de alquitranes blandos, mediante el empleo de un picnómetro (Nota 1). Nota 1.- Un método alternativo para determinar la densidad se describe en la norma ASTM D Cuando los materiales son muy fluidos se puede usar el método descrito en la norma ASTM D Los valores dados en unidades SI, deben ser tomados como norma. Los valores en paréntesis son de información solamente. 1.3 Esta norma no involucra las debidas precauciones de seguridad que se deben tomar para la manipulación de materiales y equipos aquí descritos, ni establece pautas al respecto para el desarrollo de cada proceso en términos de riesgo y seguridad industrial. Es responsabilidad del usuario, establecer las normas apropiadas con el fin de minimizar los riesgos en la salud e integridad física, que se puedan generar debidos a la ejecución de la presente norma y determinar las limitaciones que regulen su uso. 2. DEFINICIONES 2.1 Gravedad específica Es la relación entre el peso de un volumen dado del material a 25 C (77 F) o a 15.6 C (60 F) y la masa de un volumen igual de agua a la misma temperatura, y se expresa en la siguiente forma: Gravedad específica, 25/25 C (77/77 F) o 15.6/15.6 C (60/60 F) 2.2 Densidad Es la masa por unidad de volumen y se expresa así: Densidad, 25 C (77 F) g/cm 3, o 15.6 C (60 F) g/cm 3 3. RESUMEN DEL MÉTODO La muestra es colocada en un picnómetro calibrado. El picnómetro y la muestra son pesados, luego queda un remanente de volumen (si se trata de materiales sólidos o semisólidos, en caso contrario no hay remanente) el cual es completado con agua. El picnómetro lleno es colocado en un baño a
2 temperatura y se le determina su masa. La densidad de la muestra se calcula considerando la masa de la muestra y la masa del agua desalojada por la muestra en el picnómetro lleno. 4. USO Y SIGNIFICADO Los valores de densidad son usados para realizar conversiones de unidades de volumen a masa y para realizar correcciones en las medidas de volumen cuando la temperatura de medida de ensayo difiere de la temperatura de ejecución del mismo. 5. EQUIPO Y MATERIALES 5.1 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, en el centro del cual llevará 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 del picnómetro, el cual tendrá una capacidad de 24 a 30 ml y una masa, incluido el tapón, no superior a 40 g. La altura de la sección cóncava deberá ser de 4.0 a 6.0 mm en el centro. En la Figura 1 se incluyen algunos modelos de picnómetros adecuados. La Figura 1 a) detalla la forma y dimensiones del picnómetro de Gay-Lussac, apropiado para líquidos no volátiles, excepto los de alta viscosidad; su capacidad será de 10 a 25 ml. Las Figuras 1 b) y c) detallan la forma y dimensiones de los picnómetros de boca ancha denominados de Hubbard, adecuados para líquidos viscosos y materiales semisólidos y sólidos; su capacidad es de 24 a 30 ml. 5.2 Baño de agua Un baño de agua provisto de termostato que pueda regular la temperatura del ensayo con una precisión de ±0.1 C (0.2 F) 5.3 Termómetros Calibrados y con liquido de vidrio transparente de inmersión total, del rango apropiado con gradaciones, por lo menos, cada 0.1 C (0.2 F) y un error máximo de escala de 0.1 C (0.2 F) de acuerdo con la especificación E1 de la ASTM. Los termómetros generalmente utilizados son de 63 C pero se puede emplear cualquier otro termómetro con precisión igual. 5.4 Recipiente o vaso de vidrio De forma baja y de boca ancha de 600 ml de capacidad. 5.5 Balanza Con capacidad mínima de 150 g y precisión de ± 0.1 mg. 5.6 Soporte del picnómetro Es conveniente disponer de soportes adecuados que mantengan los picnómetros verticales y a la profundidad correcta. E 707-2
3 Figura 1. Picnómetros E 707-3
4 5.7 Agua destilada o desionizada Para llenar del picnómetro y el vaso; se deberá disponer de agua desionizada o agua destilada recién hervida y enfriada. 5.8 Acetona líquida de limpieza - Para la limpieza completa de los picnómetros, se deberá utilizar cualquier producto detergente adecuado, no se recomienda el empleo de mezcla crómica, por los riesgos que implica su utilización. 6. PREPARACIÓN DEL EQUIPO 6.1 Se llena parcialmente el vaso de vidrio de boca ancha con agua preparada según la Sección 5.7 hasta un nivel tal, que cuando se sumerja el picnómetro, la parte superior de éste diste más de 40 mm de la superficie. 6.2 Una vez ajusta da la temperatura del baño a la del ensayo con la precisión de ± 0.1 C (0.2 F), se sumerge parcialmente el vaso en el baño, debiendo quedar su boca por encima de la superficie y su fondo a una profundidad no menor de 100 mm, sujetándolo firmemente en esta posición. 7. CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO 7.1 Se limpia perfectamente el picnómetro y su tapón con el líquido de limpieza, enjuagándolo a continuación con agua destilada, después con acetona y secándolo finalmente, utilizando si fuera preciso, una corriente filtrada de aire. Esta operación de limpieza se debe realizar antes de cada calibración, o bien cuando se observe cualquier falla en el escurrimiento uniforme de los líquidos, en las paredes interiores del picnómetro o en el capilar del tapón. Normalmente, basta limpiar bien el picnómetro entre cada determinación con algún disolvente adecuado, como éter de petróleo, seguido de un secado al vacío. 7.2 Después de secado, se deja que el picnómetro alcance la temperatura ambiente y se determina su masa con aproximación de 1 mg. La masa del picnómetro vacío, se designa por A. 7.3 Se saca el vaso del baño y se llena el picnómetro con agua destilada o desionizada, a la temperatura de ensayo, colocando suavemente el tapón, sin apretarlo. Se sumerge completamente el picnómetro en el vaso y se aprieta, entonces, el tapón, no debiendo quedar burbujas de aire ocluidas en el picnómetro en esta operación. El vaso con el picnómetro se vuelve a colocar en el baño de agua. Es recomendable que el agua o la muestra en el picnómetro tenga una temperatura ligeramente inferior a la de ensayo antes de sumergir el picnómetro en el vaso. Si la temperatura de ensayo es inferior a la ambiente, se utiliza un baño auxiliar a menor temperatura. Es importante que no queden burbujas de aire en el líquido, y será necesario esperar hasta cuando éstas alcancen la superficie, para colocar el tapón. E 707-4
5 7.4 Se deja el picnómetro en el interior del vaso por un mínimo de 30 minutos, se saca del agua e inmediatamente se seca la superficie superior del tapón pasa ndo un paño seco suavemente y una sola vez, a continuación, se seca rápidamente el resto del picnómetro y se determina su masa con aproximación de 0.1 mg. La masa del picnómetro lleno de agua, se designa por B. En ningún caso se volverá a secar la parte superior del tapón aunque se forme una pequeña gota de agua a través del orificio, debido a la expansión. Si durante la determinación de la masa se condensa humedad en el picnómetro, se secará su parte exterior rápidamente excluyendo el tapón, antes de pesarlo. Si la temperatura de ensayo es más alta que la ambiente, se deberá esperar hasta cuando el picnómetro alcance ésta antes de que su masa sea determinada. 7.5 Si se va a determinar la densidad específica referida al agua, a una temperatura distinta de 25 C (77 F), o si se desea la masa unitaria a una temperatura que no sea la de 25 C (77 F), se deberá volver a calibrar el picnómetro a dicha temperatura. 8. PROCEDIMIENTO 8.1 Preparación de la muestra Se calienta con cuidado la muestra, agitándola para evitar sobrecalentamientos locales hasta que llegue a ser suficientemente fluida para que pueda ser vertida. En ningún caso se deberá elevar la temperatura a más de 56 C (100 F) por encima del punto de ablandamiento esperado, si el material es alquitrán; ni en más de 111 C (200 F) por encima del punto de ablandamiento esperado, para el asfalto. No se debe calentar por más de 60 minutos con un mechero o sobre un plato eléctrico caliente o por más de 2 horas en horno y se debe evitar que queden burbujas de aire dentro de la muestra. La muestra debe ser representativa de la existente en el laboratorio y deberá ser homogénea y no estar contaminada. 8.2 Se vierte una cantidad de muestra suficiente dentro del picnómetro Hubbard, limpio y seco previamente calentado, llenándolo hasta tres cuartos de su capacidad (Nota 2). Tomar precauciones para evitar que el material se ponga en contacto con las paredes del picnómetro por encima del nivel final y para evitar la inclusión de burbujas de aire. Se deja enfriar el picnómetro con su contenido hasta la temperatura ambiente durante un período no menor de 40 minutos y se determina la masa con el tapón puesto, con aproximación a 1 mg. La masa del picnómetro con la muestra, se designa como C. Si inadvertidamente quedaron burbujas incluidas, se remueven calentando la superficie de asfalto en el picnómetro con una llama "suave" de un mechero Bunsen. Para evitar sobrecalentamiento, no se debe permitir que permanezca la llama en contacto con el asfalto en ningún momento durante más de algunos segundos. Nota 2.- Para lígantes de consistencia liquida, si fuese necesario se calentará la muestra hasta que esté lo suficientemente fluida para que pueda ser vertida, posteriormente se deberá homogenizar y se llenar totalmente el picnómetro Gay-Lussac. E 707-5
6 8.3 Se remueve el vaso del baño de agua. Se llena el picnómetro que contiene el asfalto con agua destilada fresca hervida o desionizada a la temperatura de ensayo, colocando firmemente el tapón en el picnómetro. No se deben permitir burbujas de aire en el picnómetro. Se coloca el picnómetro en el vaso y se ajusta el tapón. Se retorna luego el vaso al baño de agua. 8.4 Se mantiene el picnómetro dentro del baño de agua durante un período no menor de 30 minutos. Se saca el picnómetro del baño. Se seca y se determina su masa empleando el mismo procedimiento y tiempo empleados en la Sección 7.4. La masa del picnómetro con la muestra y con agua, se designa como D. 9. CÁLCULOS 9.1 Se calcula la gravedad específica (densidad relativa) con aproximación a así: Gravedad Específica = C A ( B A) ( D C) donde: A = peso del picnómetro (incluido el tapón), B = peso del picnómetro con agua, C = peso del picnómetro parcialmente lleno con asfalto, y D = Peso del picnómetro con asfalto y con agua. 9.2 Se calcula la densidad con aproximación a en la siguiente forma: Densidad = GravedadEspecífica W T donde: W T = peso unitario del agua a la temperatura de ensayo en las unidades deseadas. Se pueden emplear para el agua los siguientes pesos unitarios (Sección 11.4): Temperatura d e ensayo ºC (ºF) Peso unitario del agua g/cm³ (lbs/gal) 15.6 (60) (8.337) 25 (77) (8.321) E 707-6
7 10. INFORME Se reporta la gravedad específica y la densidad con aproximación a tres decimales en g/cm³ o a 1 kg/m³, así como la temperatura del ensayo de 25/25 C (77/77 F) o de 15.6/15.6 C (60/60 F). 11. PRECISIÓN Y TOLERANCIAS 11.1 Repetibilidad Los valores encontrados para la precisión, de los ensayos realizados por un mismo operador y equipo sobre una misma muestra, han sido los siguientes: C ( F) Desviación típica (1S) a 15.6 (60) a 25.0 (77) Diferencia máxima entre 2 ensayos (D2S) Reproducibilidad Los valores de precisión hallados para los valores realizados, por distintos operadores en diferentes laboratorios y sobre una misma muestra, han sido los siguientes: C ( F) Desviación típica (1S) a 15.6 (60) a 25.0 (77) Diferencia máxima entre 2 ensayos (D2S) Los resultados de dos ensayos, correctamente ejecutados en dos laboratorios diferentes, de peso unitario sobre muestras del mismo material, no deberán diferir en más de los siguientes valores: Temperatura de Ensayo C ( F) 15.6 (60) 25.0 (77) Peso Unitario g/m³ (lbs/gal) (0.58) (0.042) 11.4 Valores de densidad del agua para temperaturas comprendidas entre 0 C y 80 C. E 707-7
8 t C g/cm³ t C g/cm³ t C g/cm³ t C g/cm³ NORMAS DE REFERENCIA ASTM D AASHTO T NLT 122 E 707-8
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