Ensayos de Viscosidad Para Asfalto

1. VISCOSIDAD DE
PRODUCTOS ASFALTICOS
ING. HUGO FLORENTIN RIVEROS

2. CONTENIDO DE CLASE
 Conceptos de Reología.
 Conceptos relacionados a la Viscosidad
 Distintos tipos de Viscosímetros
 Ensayo con Viscosímetro Saybolt Furol
 Ensayo con Viscosímetro Brookfield
 Nomograma de Heukelom

3. CONCEPTOS de REOLOGIA
 La Reología es la ciencia que estudia la
deformación y fluencia de la materia.
 El Cemento Asfaltico tiene un comportamiento
viscoelastico el cual varía dependiendo de la
temperatura la que se encuentra.

4. Comportamiento Viscoelástico del Cemento Asfáltico
Fuente: Asphalt Institute Manual Series No. 22
Sólido
Elástico
Líquido
Viscoso
Elástico
Viscoso

5. Comportamiento Viscoelástico del Cemento Asfáltico
Fuente: Asphalt Institute Manual Series No. 22
1 hora
1 hora 10 horas

6. 0°C 25°C 60°C 135°C
Punto de
Rotura Frass
Penetración
Punto de
Ablandamiento
(Anillo y Bola)
Viscosidad
ENSAYOS AL CEMENTO ASFALTICO A DISTINTAS TEMPERATURAS:

7. La viscosidad del asfalto a altas temperaturas se mide para
determinar si un asfalto puede ser manejado y bombeado en la
refinería, terminal o planta asfáltica.
Los valores medidos mediante los ensayos se pueden utilizar para
desarrollar diagramas temperatura-viscosidad, los que se utilizan
para estimar las temperaturas de mezclado y compactación a utilizar
durante el diseño de las mezclas asfálticas en caliente.

8. ¿PARA QUE SE QUIERE CONOCER LA VISCOSIDAD ?
 Clasificación
Clasificación de Asfaltos por Viscosidad.
 Control de Calidad
Control de recepción del material asfáltico.
 Manejo del Material:
Manejo del poder de bombeo del material asfáltico.
 Diseño de Mezcla:
Determinar la curva de viscosidad para cementos asfalticos no modificados,
y por ende temperaturas de mezcla y compactación.
 Investigación:
Modelación del comportamiento reológico del asfalto.

9. DEFINICIONES:
Viscosidad
Es la fricción interna de un fluido, causada por la atracción molecular,
que le hace resistir su tendencia a fluir.
Se denomina coeficiente de viscosidad a la razón entre el esfuerzo de corte
aplicado y la tasa de corte; es una medida de la resistencia del líquido a fluir y
comúnmente se denomina viscosidad.
En el Sistema Internacional, la unidad de viscosidad es el pascal segundo (Pa s);
en el sistema CGS, la unidad de viscosidad es el poise (dina.s/cm2) y equivale a 0,1
Pa s. Frecuentemente, se usa como unidad de viscosidad el centipoise, que equivale
a un mili pascal segundo (mPa s).

10. NEWTON Y LA VISCOSIDAD
 Newton definió la viscosidad
considerando el modelo de la
figura de la izquierda. Dos áreas
paralelas planas de fluido del
mismo tamaño “A” separados
por una distancia “dy” y
moviéndose en la misma
dirección a diferentes
velocidades “V1” y “V2”.

11. NEWTON Y LA VISCOSIDAD
 Newton supone que la
fuerza requerida para
mantener esta diferencia
en la velocidad es
proporcional a la
diferencia de velocidad a
través del fluido, es decir
al gradiente de velocidad.

12. NEWTON Y LA VISCOSIDAD
Donde:
F = Fuerza aplicada, (dinas) (g cm/seg2)
A = Área de la placa, (cm2 )
y = Distancia entre placas (espesor), (cm)
v = Velocidad de desplazamiento, (cm/seg)
η = Viscosidad
τ = Esfuerzo de corte o shear stress, dinas/cm2
dv/dy = Gradiente de velocidad o velocidad de fluir o
velocidad de cizallamiento o shear rate, (1/seg)
 La constante η es conocida como la “viscosidad”.
 Newton supone que la fuerza requerida para mantener esta diferencia en la velocidad es
proporcional a la diferencia de velocidad a través del fluido, es decir al gradiente de velocidad

13.  Los líquidos que fluyen de acuerdo a la Ley de Newton
son conocidos como NEWTONIANOS.
NO NEWTONIANO
NEWTONIANO
ESFUERZO DE
CORTE
τ
VELOCIDAD DE
FLUIR
dv/dy
NO NEWTONIANOS
NEWTONIANO
Viscosidad
η
VELOCIDAD DE
FLUIR
dv/dy
η

14. UNIDADES DE MEDIDA DE LA VISCOSIDAD
 Viscosidad absoluta se mide en Poises
 Viscosidad cinemática se mide en Stokes
Conversión de unidades:
cP (centipoise) = 0,01 Poise
cP = 0,001 Pa.seg
𝛿 → 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑

15. DISTINTOS TIPOS DE VISCOSIMETROS
 Microviscosímetro de placas deslizantes

16. DISTINTOS TIPOS DE VISCOSIMETROS
 Viscosímetros capilares:
 Absoluta: Asphalt Institute ; Cannon Manning
 Cinemática: Cannon Fenske
Cannon Fenske

17. DISTINTOS TIPOS DE VISCOSIMETROS
 Viscosímetro Saybolt Furol
 Viscosímetros Rotacionales
(BROOKFIELD)

18. MEDICIÓN DE LAVISCOSIDAD
MEDIANTE EL VISCOSÍMETRO
SAYBOLT FUROL

19. NORMAS DE ENSAYO:
ASTM D 88
Para medir la Viscosidad Saybolt Furol de materiales a
temperaturas entre 21°C y 99°C
ASTM D 102
Paramedir la Viscosidad Saybolt Furol de materiales
bituminosos a temperaturas entre 120°C y 240°C

20. DEFINICIONES:
Viscosidad Saybolt Furol es el tiempo en segundos en que 60 ml de
la muestra fluye a través del orificio Saybolt Furol a una determinada
temperatura.

21. RESUMEN DEL ENSAYO:
En el ensayo Saybolt-Furol se emplea un
viscosímetro Saybolt con orificio Furol.
Se coloca en un tubo normalizado cerrado con un
tapón, una cantidad especificada de cemento
asfáltico.
El tubo normalizado se encuentra en un baño con
algún tipo de aceite, para mantener el cemento
asfáltico a temperatura constante

22. RESUMEN DEL ENSAYO:
Cuando el asfalto ha alcanzado una
temperatura establecida, se quita el tapón y
se mide el tiempo necesario para que
pasen a través del orificio Furol 60 ml del
material, este intervalo de tiempo en
segundos es llamado Segundos Saybolt
Furol (SSF).
Cuanto más viscosos son los materiales,
más tiempo es necesario para que todo el
material pase a través del orificio.

23. EQUIPOS
:
1.Viscosímetro Saybolt. Tubo de viscosidad
con orificio Furol.
2.Frasco receptor de vidrio (60 ml)
3.Baño (Aceite SAE-40)
4.Termómetro
5.Cronómetro
6.Horno
7.Balanza
8.Solventes

24. EQUIPOS :
Tubo de viscosidad.
Acotaciones en mm

25. EQUIPOS :
Frasco receptor.

26. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA:
Calentar cerca de 450 gramos de la muestra en un recipiente,
tomando el cuidado de que no haya sobrecalentamiento de la
muestra durante el calentamiento inicial, pues de ocurrir eso,
pueden ser alterados los resultados.
Calentar la muestra 10º a 15º C encima de la temperatura del
ensayo, revolviendo de vez en cuando, y revolver en forma
continua cuando está por alcanzar la temperatura de
calentamiento.
El calentamiento no deberá pasar de dos horas.

27. PROCEDIMIENTO:
1.Realizar las determinaciones de la viscosidad en ambiente libre de
corrientes de aire y donde no haya cambios bruscos de temperatura.
2.Limpiar el tubo con un solvente (xilol o kerosene). Luego de la
limpieza del tubo con el solvente, se debe secar con un paño suave
tipo franela.
3.Después de limpio y seco el tubo, colocar el tapón de 6 a 9 mm en la
extremidad inferior de la cámara de aire en el fondo del tubo de
viscosidad.
4.Verter la muestra caliente al tubo, en una cantidad suficiente para
llenar el frasco receptor. Agitar la muestra en el tubo continuamente,
con el termómetro en movimiento circular.

28. PROCEDIMIENTO:
5. Ajustar la temperatura de la muestra en el tubo permaneciendo
constante durante un mintuo con agitación constante, retirar el
termómetro del tubo.
6.Colocar el frasco receptor en posición, retirar el tapón de
abajo y accionar simultáneamente el cronómetro. Dejar al hilo
de chorro de la muestra fluir directamente al frasco.
7.El intervalo de tiempo entre el llenado del tubo y el inicio del
ensayo no debe ser mayor a 15 minutos (900 segundos).
Parar el cronómetro cuando la muestra alcance el trazo de
referencia del frasco receptor.

29. REGISTRO DE RESULTADOS:
La viscosidad Saybolt Furol de la muestra es el tiempo en
segundos, obtenida en la temperatura en la cual el ensayo fue
realizado.
Anotar la temperatura del ensayo en ºC y la viscosidad en
segundos,
con la aproximación de 1.0 segundo.
Ejemplo:
Viscosidad Saybolt Furol = 150 seg a 135°C

30. PRECISIÓN:
Los resultados no deben diferir de la media más que los siguientes valores:
Repetibilidad: Con el mismo operador y mismo aparato, 1%
Reproductibilidad: Diferentes operadores y diferentes aparatos, 2%.

31. CALCULOS NUMERICOS:
Mediante el tiempo medido en segundos, y la constante de
calibración del viscosímetro, es posible calcular la viscosidad
cinemática del material en la unidad fundamental, cual es
centistokes.

32. DIAGRAMA DE RELACION TEMPERATURA VISCOSIDAD:

33. MEDICIÓN DE LAVISCOSIDAD
MEDIANTE EL VISCOSÍMETRO
ROTACIONAL BROOKFIELD

34. Viscosímetro Brookfield
Componentes Principales
Viscosímetro
Soporte
V
ertical
Thermosel
(recipiente
térmico)
Controlador
de
Temperatura
Spindle
(husillo – rotor)

35. Viscosímetro Brookfield
Accesorios
Cápsula para
la muestra
Porta
Cápsulas
Spindle
(husillo – rotor)
Extensión

36. Viscosímetro Brookfield - Modelos más utilizados
para asfaltos
RVDV – II+/ HBDV – II+ RVDV – III U

37. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Permite medir el torque requerido para rotar un
elemento sumergido (spindle) en un fluido.

38. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
1. Viscosidad en centipoise (cP)
2. Shear Stress en dinas/centimetro2
(D/cm2) Esfuerzo Cortante
3. Shear Rate en 1/segundos (1/SEG)
Tasa de corte
4. Torque en dinas-centimetros
(expresado como % del torque
patrón del espiral)
Shear RateSR
dy
dv
 


ShearStressSS

39. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Shear RateSR
dy
dv
 


ShearStressSS

40. NORMA DE ENSAYO:
ASTM D 4402
Este método entrega un procedimiento para medir la
viscosidad aparente de un producto bituminoso a
temperaturas desde 60 a 200°C, usando un
Viscosímetro Rotacional Brookfield equipado con el
sistema Thermosel.

41. EQUIPOS :
1.Viscosímetro rotacional
Capaz de medir el torque necesario para hacer girar un vástago sumergido en asfalto a
temperatura de ensayo fija y a una velocidad constante; el equipo debe poseer una pantalla
digital y mostrar la viscosidad en Pa.s automáticamente.
2.Vástagos o spindles
De varias medidas para ser utilizados con asfaltos de diferentes viscosidades.
3.Controlador de temperatura
Un controlador de temperatura (como el Thermosel, Brookfield), capaz de mantener la
temperatura de la muestra con una precisión de +- 0,1°C para temperaturas de ensayos de
65 a 165° C o mayores.
4.Horno
Capaz de mantener y controlar la temperatura hasta 212°C, con una precisión de +-
3°C.

42. EQUIPOS :
5.Termómetros
Para medir temperaturas desde 60 hasta 212°C con una lectura de 0,1°C.
6.Balanza
Con capacidad para 2.000 g y lectura de 0,1 g.
7.Solventes
Solventes o limpiadores desgrasantes, formulados para limpiar los
contenedores de muestras, vástagos y accesorios.

43. CALIBRACIÓN Y ESTANDARIZACIÓN :
Realice la calibración del equipo según las instrucciones dadas por el
proveedor.
La precisión del transductor rotacional del viscosímetro se verifica usando un
líquido de referencia (Liquido Newtoniano) de viscosidad conocida a varias
temperaturas. El comportamiento Newtoniano del líquido, en todo el rango
de temperaturas de ensayo, debe estar certificado. La viscosidad medida
con el viscosímetro debe estar dentro de un +- 2 % o el transductor
rotacional requiere recalibración.
La precisión de la lectura de temperatura del controlador se verifica colocando
una muestra de asfalto en la cámara hasta que la temperatura se estabilice.
La temperatura indicada debe ser verificada mediante un dispositivo NIST, tal
como se indica en la norma ASTM E1.

44. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN
DE LA MUESTRA:
Obtenga las muestras de asfalto original o modificado, de acuerdo al MÉTODO DE
MUESTREO (ASTM D 140 AASHTO T40-78).
Caliente el asfalto hasta que este suficientemente fluido para ser vertido. El calentamiento
previo al ensayo remueve asociaciones moleculares reversibles (endurecimiento esterico)
el cual puede ocurrir durante el almacenamiento a temperatura ambiente.
Nota: Se recomienda una temperatura mínima de calentamiento que produzca una
consistencia equivalente a la del aceite SAE 10W30 a temperatura ambiente. La
temperatura específica dependerá del grado asfáltico y su historia de envejecimiento
previa, si la tiene. Es deseable no calentar los asfaltos a más de 135°C, sin embargo
algunos asfaltos modificados o envejecidos pueden requerir temperaturas mayores.

45. PROCEDIMIENTO:
1.Lea y entienda la información contenida en el manual de instrucciones del fabricante del
viscosímetro rotacional antes de proceder.
2. Encienda el viscosímetro rotacional y el controlador de temperatura.
3.Precaliente el contenedor de asfalto, el soporte y el vástago seleccionado de acuerdo a las
instrucciones del fabricante.
4. Configure el controlador de temperatura a la temperatura de ensayo deseada.
5.Caliente la cantidad requerida de ligante asfáltico, según lo recomendado por el fabricante, de
acuerdo a lo descrito en “Extracción y preparación de la muestra”.
6.Cuando el controlador de temperatura indique que se ha alcanzado la temperatura de ensayo
deseada, retire el soporte de las muestras y coloque la cantidad de asfalto requerida en el contenedor
de asfalto.

46. PROCEDIMIENTO:
7. Inserte el contenedor de la muestra en la unidad controladora de temperatura.
8.Inserte un vástago previamente precalentado y únalo a la parte inferior del viscosímetro,
utilizando los accesorios de acoplamiento incluidos con el equipo. Una vez acoplado, bájelo
suavemente de modo que penetre en la muestra asfáltica hasta que el asfalto cubra la parte
cónica superior del vástago.
9. Lleve la muestra de asfalto a la temperatura de ensaye dentro de, aproximadamente,
30 min. Y permita que la temperatura se estabilice por 10 min.
10. Configure la velocidad de giro del viscosímetro y ajuste el equipo para la lectura de la
viscosidad en Pascal segundos (Pa・ s). Esto se puede realizar en forma manual o utilizando un
software especial. Si la lectura de torque desplegada por el equipo esta fuera de rango para el
vástago y velocidad de giro seleccionados, cambie el vástago o la velocidad de ensayo, de
acuerdo a las recomendaciones del fabricante y considerando las viscosidades que se cree tenga
el asfalto en estudio. Reemplace la muestra asfáltica por una nueva.

47. PROCEDIMIENTO:
11. Después que el asfalto ha alcanzado la temperatura de ensayo
especificada y una vez estabilizada, inicie el ensayo.
12. Realice tres lecturas de viscosidad a intervalos de 3 minutos.
13. Repita el procedimiento para mediciones a otras temperaturas.

48. CALCULOS:
Determine la viscosidad del asfalto como el promedio de las tres mediciones
realizadas. Si la viscosidad esta expresada en unidades de centipoise (cP),
multiplique por 0,001 para obtener pascal segundos (Pa.s).

49. --------------

50. PRECISIÓN:
Use los siguientes criterios para juzgar la aceptabilidad de resultados de
medición de viscosidad de asfaltos medidos a una temperatura de 135° C:
Precisión para un mismo operador (repetibilidad)
El coeficiente de variación de un solo operador es de 2,6%; en consecuencia,
valores obtenidos por duplicado, por un mismo operador, en un mismo
laboratorio y con los mismos equipos, no serán considerados sospechosos a
menos que difieran en mas de un 7,3% (diferencias de los promedios).
Precisión multilaboratorio (reproducibilidad)
El coeficiente de variación inter laboratorios es de 7,4%; en consecuencia los
valores reportados por dos laboratorios, sobre un mismo material, no serán
considerados sospechosos a menos que difieran en más de un 21,1%.
.

51. NOMOGRAMA DE HEUKELOM
(BITUMEN TEST DATA CHART)

52. 0°C 25°C 60°C 135°C
Punto de
Rotura Frass
Penetración
Punto de
Ablandamiento
(Anillo y Bola)
Viscosidad
BTDC – CONSOLIDA EN UN GRAFICO, RESULTADOS DE
DISTINTOS ENSAYOS A DISTINTAS TEMPERATURAS:

53. Asfaltos de Penetración 100dmm
(fabricados a partir de petróleo de distintos orígenes)

55. FRAASS (°C)
PENETRACION
(dmm)
VISCOSIDAD
(Poises)
VISCOSIDAD
(Poises)
TEMPERATURA(°C)
PUNTO DE ABLANDAMIENTO
– ANILLO Y BOLA (°C)

56. 60°C
90°C
V a 90°C = 65,5 P
V a 135°C = 3,13 P
V a 150°C = 1,58 P
Viscosidad a 60°C = 2.050 P
Frass = -14°C
Penet. a 25°C = 65 dmm
AyB= 48,5 °C
V a 60 °C = 2.050 Poises
V a 90 °C = 65,50 Poises
V a 135°C =3,13 Poises
V a 150°C = 1,58 Poises

57. V MEZCLADO = 1,7 +- 0,2 P
Frass = -14°C
Penet. a 25°C = 65 dmm
AyB= 48,5 °C
V a 60 °C = 2.050 Poises
V a 90 °C = 65,50 Poises
V a 135°C =3,13 Poises
V a 150°C = 1,58 Poises
1.9
1.5
3.1
2.5
V COMPACTACIÓN = 2,8 +- 0,3 P
MEZCLADO = 144 A 151°C
COMPACTACION = 135 A 140°C

58. MUCHAS GRACIAS