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PAVIMENTOS
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA”
INTRODUCCIÓN
A través de este semestre hemos podido estudiar los diferentes tipos de
materiales utilizados en la construcción. Sus características, usos y, desde luego,
su origen... Es muy interesante estudiar en este caso al ASFALTO...
Producto milenario y que gracias a la tecnología y al desarrollo de la
humanidad ha variado su forma, su manejo, e, inclusive, sus características,
haciéndolo más maleable para el hombre.
Producto viscoso cuyas características permiten utilizarlo en diferentes
ramas de la construcción, por su versatilidad y fácil manejo.
Por ejemplo..... En vialidad es utilizado como lecho de las carreteras o de las
vías por donde transitan los vehículos.... Es perfecto como aislante en las
estructuras, no el asfalto en sí, pero si un derivado o compuesto a base de este
material. En la impermeabilización de losas es magnífico, y su historia y desarrollo
comienza desde los principios de la vida cuando el asfalto era recuperado de las
lagunas naturales o conocido como brea y vertido a las losas como
impermeabilizante, que para aquel entonces eran más bien unas estructuras (las
losas) a base de ramas secas y otros elementos; hoy en día este producto es
aplicado en rollos compactos de asfalto y otros materiales que le dan ciertas
propiedades y características que lo hacen mucho más versátil en la aplicación en
obra.
En fin... es un material importantísimo para la construcción civil y el cual
debe ser tomado en cuenta siempre.
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ASFALTO
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ORIGEN DEL ASFALTO
Es muy conocido que el término "bitumen" se originó en Sanscrito, donde la
palabra "jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la creación de alquitrán, palabra
referida al alquitrán producido por resinas de algunos árboles. El equivalente en
latín fue originalmente "gwitu-men" (cercano al alquitrán) y por otros "pixtu-men"
(alquitrán burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen"
pasada luego del francés a inglés.
Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología
usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al
impermeabilizante del Arca de Noe, el cual fue preparado con y sin alquitrán y de la
aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña, pintarrajeada con lodo y con
alquitrán".
Aún más confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión
Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para mortero", la
nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedra y alquitrán
en vez de mortero". La traducción de Moffat en 1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en
vez de piedras y asfalto en vez de mortero"; así como en la nueva versión oficial de
la Biblia en español. Tampoco es desconocido que los términos bitumen, alquitrán
y asfalto son intercambiables.
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LOS PRIMEROS USOS DEL ASFALTO
En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, laminas
de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir pos fallas
geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente
depende de un numero de procesos naturales, los cuales pueden modificar las
propiedades del material. Este producto puede ser considerado un "asfalto natural",
a menudo siendo acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de
las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.
Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio
ambiente y por miles de años estos han correspondido a laminas superficiales de
asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no apreciaron rápidamente
las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que
tenía el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición
final. Por más de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado
como un impermeabilizante y/o agente ligante.
Los Sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer
uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua
particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de
este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto
"natural" sino que también el centro de las paredes tenían "nervios" de asfalto
natural.
Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales
y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto
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debido a que existe la evidencia que el usaba el producto para
impermeabilización de los techos de sus palacios y como un ingrediente en sus
caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los
antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto,
aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas.
Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten en
dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos de asfalto
natural estaban fácilmente disponibles. En consecuencia esto parece haber sido
poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue hasta el fin del siglo XIX que
alguno de los presentes mayores usos del asfalto fueron introducidos. Sin
embargo, esto parecía haber sido algún conocimiento de carpetas alternativas en
el periodo intermedio como esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1.595
proclamo el lago de asfalto que encontró en Trinidad para hacer el mejor
impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del siglo XIX se
intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse superficies de carreteras.
El mismo provenía de depósitos naturales europeos.
Así fue como se comenzaron a utilizar productos naturales que se obtenían
del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el asfalto manufacturado a
partir del crudo de petróleo. Durante el siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado
por su escasa disponibilidad, no obstante lo cual a mediados del mismo, la roca
asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y después de 1.870,
en USA . El aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo
XIX debido a dos acontecimientos casi simultáneos: la aparición del automotor con
rodado neumático -que sustituyó a la llanta maciza de caucho ideada en 1.869- y la
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explotación masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor
principal de asfaltos.
En el primer paso, el automóvil obtuvo pronto el favor del público que
reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte carretero
comercial creó la dependencia "camión-camino" exigiendo amplias carreteras para
más y mejores vehículos. En el segundo caso, el petróleo produjo importantes
volúmenes de asfaltos aptos para un directo uso vial (cementos asfálticos) y
asfaltos diluidos con las fracciones livianas (cut-back). Las emulsiones bituminosas
de tipo aniónico aparecieron por entonces (1.905) como paliativo del polvo,
mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y EE.UU.
respectivamente; en Argentina las amónicas comenzaron a producirse a mediados
de la década del '30 y las catiónicas a fines del '60. Tanta actividad volcada al
campo vial hizo que se hablara de la "era del automóvil y la construcción de
carreteras". Los primeros trabajos asfálticos en calles y caminos fueron hechos con
procesos sencillos para distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano),
apareciendo luego lanzas con pico regador y bomba manual.
El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir
costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales se mecanizaron
apareciendo: regadores de asfalto a presión, distribuidores de piedra, aplanadoras
vibrantes, rodillos con neumáticos de presión controlada, etc. Las mezclas
asfálticas en sitio cambiaron niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas
móviles o fijas. Las primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado
alrededor de 1.870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción.
Hacia 1.900 se había mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido, elevadores de
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materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para acopiar asfalto,
mezcladoras que permitían cargar vagones a camiones. Entre 1.930 y 1.940 se
incorporan cintas transportadoras, colectores de polvo y otros aditamentos, en las
décadas del 50 y 60 se desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1.970 se
introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración,
polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental: secado-
cribado-proporcionado-mezclado.
En 1.910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado en
tambor que hacia 1.930 fueron reemplazadas por las de mezclador contínuo, de
mayor producción. En 1.960 el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue
rescatado y actualmente estas plantas (tambor mezclador) producen mezclas de
gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos. Los silos para
acopio de mezcla caliente forman parte de las plantas de tambor mezclador;
también suelen encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para
independizar las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad,
dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla caliente durante
varios días conservando su trabajabilidad.
La terminadora o pavimentadora asfáltica, fue introducida por Barber Greene
en 1.937, después de siete años de experimentación, luego producidas por otras
compañías con algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo original.
En el campo de nuevos materiales ingresaron los aditivos: polímeros, fibras,
agregados livianos, betunes sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los
trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas, micro aglomerados,
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carpetas de reducido espesor, mezclas drenantes, mezclas o lechadas en color
para pisos o como seguridad vial.
USOS ACTUALES
El uso más común del asfalto es el revestimiento de pavimentos. El asfalto
se esparce de manera uniforme sobre la carretera y luego se alisa, dando a las
calles una resistencia muchísimo mayor. En su uso como material para techos, lo
más común es la utilización del denominado asfalto soplado, que se produce a
partir de los residuos que quedan del petróleo luego de ser sometido a
temperaturas de entre 204 y 316ºC.
Usos del asfalto en ingeniería civil
Cemento asfáltico se usa para hacer mezclas calientes de hormigón
asfáltico para uso en pavimentos de asfalto.
Asfaltos líquidos se usan para mantenimiento de pavimentos, sellado de
fisuras, y para hacer mezclas frías (con agregados).
Las mezclas frías se prefieren para parches, estabilización de bases y
subbases.
CEMENTOS ASFÁLTICOS
El producto que se obtiene en el fondo de la torre de destilación, posterior a
la extracción de los componentes livianos, con dicho elemento se prepara el
cemento asfáltico.
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Los procesos de refinación para la obtención de asfaltos, dependen del
rendimiento en asfalto que presenta el petróleo. En los petróleos que presentan
bajo rendimiento, se utiliza la destilación en dos etapas: una a presión atmosférica,
seguida de otra al vacío. Si el rendimiento del asfalto es alto, basta la etapa de
destilación al vacío.
El proceso más usado es el de destilación en dos etapas; pues produce
asfaltos normalmente sin necesidad de instalaciones especiales. Consiste en una
separación física de varios constituyentes del petróleo, por la diferencia de sus
puntos de ebullición y condensación.
El crudo es bombeado a una unidad, calentado convenientemente, y entra a
la torre de destilación atmosférica donde es parcialmente vaporizado. Las
fracciones más livianas se evaporan sobre la torre. La diferencia de temperatura a
lo largo de la torre, provoca la condensación de ésos vapores, formando corrientes
líquidas, las que son retiradas lateralmente como productos específicos. Las
fracciones más pesadas permanecen en estado, líquido escurriendo al fondo de la
torre, constituyendo la carga para la torre de fraccionamiento al vacío, después de
un nuevo calentamiento.
En ésta torre las condiciones de operación permiten concentrar el residuo
asfáltico y las variaciones de éstas condiciones permiten el ajuste de la penetración
del residuo.
La penetración de un asfalto procesado es baja, con un aumento de la
temperatura o vacío en la torre de fraccionamiento. Inversamente, temperaturas y
vacíos menores producen asfaltos con penetraciones más altas. El asfalto
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procesado se denomina cemento asfáltico de petróleo y se clasifica según su
penetración.
Los cementos asfálticos se utilizan principalmente en aplicaciones viales.
Son sólidos a temperatura ambiente y se clasifican por su consistencia de
acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad. En el Perú se utiliza la
clasificación por penetración a 25°C.
Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos
y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando
propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aún en presencia de los
diferentes agentes la externos tales como el clima, la atura, la temperatura
ambiental y condiciones severas de tráfico.
Los tipos de Cementos Asfálticos son:
Producto Especificación Técnica Ficha de Seguridad
Cemento Asfáltico 60/70 Cemento Asfáltico 60/70 Ficha de Seguridad
Cemento Asfáltico 85/100 Cemento Asfáltico 85/100 Ficha de Seguridad
Cemento Asfáltico 120/150 Cemento Asfáltico 120/150 Ficha de Seguridad
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ASFALTOS REBAJADOS
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ENSAYOS EN LOS ASFALTOS
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EMULSIONES ASFÁLTICAS
Las emulsiones son mezclas de cementos asfálticos con agua
emulsificantes, a su vez, estos pueden también contener:
Tipos de Emulsiones Asfálticas:
Producto Especificaciones Técnicas
Emulsión Asfáltica Catiónica Emulsión Asfáltica Catiónica
Emulsión Asfáltica Polímeros Emulsión Asfáltica Polímeros
Aplicación de las Emulsiones
> Riegos de Imprimación
Se aplica sobre superficies no asfálticas que deben prepararse para recibir otro
riego asfáltico.
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Ejecución de la imprimación
> Riegos de Liga
Se aplica sobre un riego de imprimación sobre capas asfálticas, su función
es vincular una capa con una mezcla asfáltica.
Ejecución del Riego de liga
> Riego de imprimación reforzada
Consiste en una primera imprimación simple y una vez que ha secado se
efectúa una segunda aplicación de material bituminoso.
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Proceso constructivo de la imprimación reforzada
> Arena Asfalto
Consiste en el esparcimiento y compresión de arena de una granulometría
predefinida sobre una superficie imprimida. Espesores promedios de 2.5 mm.
> Fijadores de polvo o anti polvo
Fijan el polvo suelto evitando las molestias que estos ocasionan.
> Riego de Sellado
Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una
distribución de arena, se emplea sobre superficies asfálticas (mezclas asfálticas o
suelo arena o arena emulsión).
> Tratamientos Superficial Simple
Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una
distribución de agregados pétreos.
> Tratamiento Superficial Doble
Consiste en dos aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas
seguida de una distribución del agregado pétreo, en general el tamaño nominal del
primer agregado es el doble del segundo.
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> Tratamiento Superficial Múltiple
Consiste en tres o más aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas
seguida de una distribución de agregado pétreo de menor tamaño.
> Slurry Seal o Lechadas
Son mezclas constituidas por áridos finos, filler, emulsión, agua y aditivos.
Espesores promedios de tres a seis milímetros. Su objetivo es de impermeabilizar,
tratamiento de terminado y superficial, antideslizante.
Ejecución del Slurry Seal Acabado final del Slurry Seal
> Suelos estabilizados con emulsión asfáltica
Se define como suelo estabilizado con un producto bituminoso, la mezcla
íntima, convenientemente compacta, de suelo, agua, ligante bituminoso y
eventualmente adiciones, cuyo fin es mejorar las características resistentes del
suelo, disminuyendo su capacidad de absorción de agua y/o aumentando su
cohesión, por efecto de la incorporación de ligante bituminoso.
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ASFALTOS MODIFICADOS
La Modificación De Asfalto Es Una Nueva Técnica Utilizada Para El
Aprovechamiento Efectivo De Asfaltos En La Pavimentación De Vías. Esta Técnica
Consiste En La Adición De Polímeros A Los Asfaltos Convencionales Con El Fin
De Mejorar Sus Características Mecánicas, Es Decir, Su Resistencia A Las
Deformaciones Por Factores Climatológicos Y Del Tránsito (Peso Vehicular).
Los Objetivos Que Se Persiguen Con La Modificación De Los Asfaltos Con
Polímeros, Es Contar Con Ligantes Más Viscosos A Temperaturas Elevadas
Para Reducir Las Deformaciones Permanentes (Ahuellamiento), De
Las Mezclas Que Componen Las Capas De Rodamiento, Aumentando La Rigidez.
Por Otro Lado Disminuir El Fisuramiento Por Efecto Térmico A Bajas Temperaturas
Y Por Fatiga, Aumentando Su Elasticidad. Finalmente Contar Con Un Ligante De
Mejores Características Adhesivas.
Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas
Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en proporción, sus
propiedades pueden influir de manera significativa en su comportamiento. El tipo
de mezcla será el que, en gran medida, determine la contribución hecha por el
ligante sobre todo el conjunto. Generalmente, las propiedades de las mezclas con
granulometría continua dependen del enclavamiento o trabazón de los áridos,
mientras que las preparadas con altos contenidos de mortero asfáltico dependen
más de la rigidez de la proporción de ligante, polvo mineral y arena.
A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue a
reblandecerse, facilitando la deformación de la mezcla (ahuellamiento).
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El riesgo de aparición de estas deformaciones es aún mayor en pavimentos
sometidos a la circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y sin
tener en cuenta otros factores que pueden influir, se puede disminuir la
probabilidad de aparición de estas deformaciones aumentando la rigidez del ligante
mediante el empleo de un asfalto más duro.
Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se vuelve
relativamente rígido y va perdiendo poder de resistencia a las tensiones,
volviéndose frágil y siendo susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad
a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para
absorber las solicitaciones inducidas por el tráfico. Disminuyendo la dureza del
asfalto, se minimizará el riesgo de fallo por fragilidad.
Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de buscar
comportamientos globales satisfactorios de la mezclas bituminosas, la elección del
asfalto adecuado para cada tipo de mezclas se vuelve un compromiso entre ambos
extremos; ahuellamiento a altas temperaturas y fisuramiento por fragilidad térmica
a bajas temperaturas. Donde mejorando el comportamiento a altas temperaturas,
se influye negativamente en el comportamiento a bajas temperaturas.
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Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados con polímeros.
Propiedades
Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formado por la unión
de cientos o miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos
químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman
formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que
no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos
modificadores poliméricos que han dado buenos resultados.
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Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural (monómero).
Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas. (Ejemplos: EVA, SBS)
Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su
longitud original al cesar la solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con
poca elasticidad.
Dentro de estos tenemos:
EVA: etileno-acetato de vinilo.
EMA: Etileno-acrilato de metilo
PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena resistencia
térmica, como también buen comportamiento a bajas temperaturas.
PP: (Polipropileno).
Poliestireno: no son casi usados.
Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su
posición original, es decir, son elásticos.
Dentro de estos tenemos:
Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son
ejemplos de polímeros orgánicos e inorgánicos naturales
SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico. Este es el más
utilizado de los polímeros para la modificación de los asfaltos, ya que este es el
que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica.
SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar
su adhesividad se le incorpora ácido acrílico
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EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al calor y a los
agentes químicos.
Termoendurecibles: estos tienen muchos enlaces transversales que impiden
que puedan volver a ablandarse al calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos
las resinas epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al 20%, son muy
costosas y se utilizan para casos especiales (ejemplo: playa de camiones).
Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases,
una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. En
las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz continua
de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la
proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la
fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua
corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella.
Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las
moléculas del polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del
cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros.
El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la
relación viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de
servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el
comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.
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Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto
convencional son:
Mayor intervalo de plasticidad(diferencia entre el punto de ablandamiento y el
Fraass)
Mayor cohesión.
Mejora de la respuesta elástica.
Mayor resistencia a la acción del agua.
Mayor resistencia al envejecimiento.
Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores:
Tipo y composición del polímero incorporado.
Característica y estructura coloidal del asfalto base.
Proporción relativa de asfalto y polímero.
Para que los asfaltos con polímeros consigan las prestaciones óptimas, hay
que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polímeros
sean compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la dosificación, la
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elaboración y las condiciones de almacenaje. Cada polímero tiene un tamaño de
partícula de dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por
encima de esta el polímero solo actúa como un filler; y por debajo de esta, pasan a
estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la
resistencia.
Para analizar la compatibilidad de los polímeros con el asfalto base tenemos:
a. Criterio del índice de IMAMURA.
b. Mediante tablas de solubilidad.
Los polímeros compatibles producen rápidamente un asfalto estable,
usando técnicas convencionales de preparación. Estos sistemas convencionales
de preparación de asfaltos modificados con polímeros son grandes recipientes de
mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que
favorecen la recirculación con agitadores mecánicos de corte de gran velocidad. El
polímero puede venir en polvo, en forma de pequeñas bolitas (pellets) o en grandes
panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de polímero utilizado.
En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos
especializados para la preparación de A.M.P, estas centrales producen asfaltos
modificados con polímeros que alcanzan altas prestaciones.
Especificaciones
En razón que los asfaltos presentan un comportamiento reológico de tipo
viscoelástico, la adición de un polímero incrementa su componente elástica.
Los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden
elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos
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modificados, de ahí que deba recurrirse a otros tipos de ensayos. Un método que
ha sido adoptado en muchos países de Europa, es el de "Recuperación elástica",
basado en el ensayo convencional de "Ductilidad".
Hasta el momento no se tiene conocimiento de una especificación para
asfaltos modificados con polímeros modificados por parte de instituciones oficiales.
Sí se conocen especificaciones que se ajustan a
determinados productos comerciales; en estas especificaciones se incluyen, entre
otros ensayos, el "Punto de fractura Fraass" y el ensayo de "Recuperación
elástica".
VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO
Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en
que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir
con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas para
pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o
por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del
firme, etc. Si bien los polímeros modifican las propiedades reológicas de los
asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio; los campos de aplicación más
frecuentes son:
Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de
huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido fino muy baja
(inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena cohesión para
evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada
viscosidad para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los
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áridos y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción del
agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).
Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de polímeros
en este tipo de mezclas es para aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos
tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la rapidez de aplicación, lo
que reduce al mínimo los tiempos de cortes de tráfico. Estas se utilizan para
trabajos de conservación de rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta
resistencia y con una buena textura superficial.
La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad,
elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polímeros.
La buena textura superficial para mejorar la adherencia de los vehículos se
consigue mediante una granulometría discontinua (discontinuidad 2-6mm)
En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa
subyacente (esta también influye en la durabilidad). Estas también deben ser
resistentes, para soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los áridos.
Estas mezclas son denominadas también microaglomerados y tienen
espesores menores a los 30 mm.
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Mezclas densas: Para la aplicaciones en las cuales se deban soportar tráfico
intenso la mezcla bituminosa debe ser resistente al ahuellamiento. Al
mismo tiempo, el material debe poder ser mezclado, extendido y compactado a
temperaturas normales y no se debe volver frágil cuando la temperatura del
pavimento descienda.
Muestra de mezcla asfáltica convencional.
Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.
Como puede observarse existe una gran diferencia entre los resultados
obtenidos sobre una muestra de mezcla asfáltica convencional y otra con una
mezcla asfáltica modificada con polímeros, la mezcla modificada puede hacer
frente al ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra muestra.
En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con
el fin de reducir la posibilidad de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán
asfaltos modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza elástica, para
que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.
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Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos
modificados con asfaltos modificados con polímeros son capaces de asimilar
mayores tensiones iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla
convencional.
Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los A.M.P y las
emulsiones con ellos fabricadas, son adecuados para riegos en vías de fuerte
intensidad de tráfico y/o en zonas climáticas de temperaturas extremas, porque
el ligante debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura
y una buena susceptibilidad térmica, con el fin de evitar exudación del ligante
durante el verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno.
Membrana absorbente de tensiones: estas membranas tienen
como misión retardar la propagación de fisuras de un firme a un nuevo refuerzo,
por lo que deben estar fabricadas con A.M.P para tener buena
resistencia mecánica, resiliencia y flexibilidad para absorber las tensiones
provocadas por el movimiento de las fisuras del firme.
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Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con ligantes modificados con
polímeros
En función de no contar con experiencias muy válidas en cuanto a la
durabilidad de mezclas bituminosas modificadas con polímeros, se hacen
necesarios implementar métodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a
corto y largo plazo de envejecimiento.
Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y
largo plazo se emplean los métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway
Research Program).
Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros
componentes de los asfaltos durante su funcionamiento en servicio. En general los
ensayos que se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P
recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el
calentamiento de la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la
muestra para luego ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos
polímeros y falsear los resultados.
Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos
ocurre durante los procesos de mezclado y colocación de las mezclas
(envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el pavimento
(envejecimiento a largo plazo).
Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y
RTFOT.
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Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el
envejecimiento PAV.
En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el
envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para el largo plazo el LTOA.
Se han realizado ensayos (los mencionados precedentemente) sobre
muestras de ligante y mezclas bituminosas modificadas con polímeros llegando a la
conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento más bajo que los
convencionales.
Conclusión
A manera de conclusión se pueden enumerar una serie de ventajas y
desventajas de los asfaltos modificados con polímeros.
Ventajas
1. Disminuye la suceptibilidad térmica
Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el
ahuellamiento.
Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo
el fisuramiento.
1. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su
menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad.
2. Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas.
3. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas.
4. Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla.
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5. Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del
polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado.
6. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor
los esfuerzos tangenciales, evitando la propagación de las fisuras.
7. Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante,
pues los sitios más activos del asfalto son ocupados por el polímero.
8. Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio,
demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades
características.
9. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación.
10.Fácilmente disponible en el mercado.
11.Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado.
12.Mayor resistencia al derrame de combustibles.
13.Reduce el costo de mantenimiento.
14.Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.
15.Aumenta el módulo de la mezcla.
16.Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo.
17.Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas
asfálticas.
18.Permite un mejor sellado de las fisuras.
19.Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas moderadas.
20.No requieren equipos especiales.
Desventajas
1. Alto costo del polímero.
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2. Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles con el
asfalto base (existen aditivos correctores).
3. Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la
mezcla.
4. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios.
5. La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su rápido
endurecimiento
Evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto
modificado, sin embargo, si hacemos un análisis del costo a largo plazo (es decir,
la vida útil de la vía); podemos concluir que el elevado costo inicial queda
sobradamente compensado por la reducción del mantenimiento futuro y el
alargamiento de la vida de servicio del pavimento.
ANEXO I
ENSAYOS
Ensayo de Penetración
Este ensayo se utiliza para la clasificación de los asfaltos. Este es un método
antiguo y empírico que consiste en:
Calentar un recipiente con cemento asfáltico hasta llevarlo a una temperatura de
25ºC (77ºF), en un baño de agua a temperatura controlada.
Se apoya ulna aguja normalizada, de 100 gr. Sobre la superficie del cemento
asfáltico durante 5 segundos.
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La medida de penetración es la longitud que la aguja penetró en el cemento
asfáltico (unidades de medida 0.1mm).
Existen casos excepcionales donde el ensayo de penetración se realiza para una
temperatura distinta, con lo cual cambia el peso de la aguja y el tiempo de
penetración.
Ensayo de Punto de Ablandamiento
Los asfaltos de diferentes tipos reblandecen a temperaturas diferentes. El punto de
reblandecimiento se determina usualmente por el método de ensayo arbitrario de
anillo y bola. Aunque este ensayo no se incluye en las especificiones para los
asfaltos de pavimentación, se emplea frecuentemente para caracterizar
los materiales más duros empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura
en la cual los asfaltos se hacen fluidos.
El ensayo consiste en:
Llenar de asfalto fundido un anillo de latón de dimensiones normalizadas.
La muestra se suspende en un baño de agua. Y sobre el centro de la muestra se
sitúa una bola de acero de dimensiones y pesos especificados.
A continuación se calienta el baño a una velocidad determinada
Se anota la temperatura en la cual la bola de acero toca el fondo del vaso de
cristal. Esta temperatura se denomina punto de ablandamiento del asfalto.
Los procedimientos y aparatos necesarios para la realización de este ensayo se
describen con detalle en los métodos AASHO T53 y ASTM D36.
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Ensayo de Ductilidad La ductilidad se mide en un cemento asfáltico con un
ensayo del tipo "de extensión".
El ensayo consiste en:
Se moldean probetas de asfalto en condiciones y medidas normadas.
Se la lleva a la temperatura del ensayo (generalmente 25º C)
Se separa una parte de la probeta de la otra a una velocidad de 5cm/min, hasta
que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra.
La ductilidad es la distancia en cm a la cual se rompe dicho hilo.
Ensayo de Recuperación Elástica
Este ensayo está basado en el ensayo de Ductilidad. En éste se emplea la misma
técnica para la preparación de las muestras y el mismo equipo para realizar el
ensayo.
La muestra es estirada a ulna velocidad de 5 cm/min, hasta ulna distancia de 20
cm.
El hilo se corta al medio y al cabo de 30 min. Se mide la recuperación elástica.
Se expresa la recuperación elástica como un porcentaje de la deformación
aplicada.
El ensayo de acuerdo a las distintas especificaciones, puede realizarse a ulna
temperatura de 7ºC, 13ºC y a 25ºC.
Si la rotura del hilo se produce antes de los 20 cm, se tomará esta distancia para
el cálculo de la recuperación elástica.
Punto de fractura de Fraass
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Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En
este ensayo, una lámina metálica es recubierta con una capa de 0,5 mm de
espesor de asfalto y es movida de una cierta manera. La temperatura es
gradualmente reducida, y el valor al cual se produce la rotura de la capa de asfalto
se denomina Temperatura Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del
riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones
del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con que
se obtuvo el asfalto.
ENSAYO TFOT
O ensayo de película delgada en horno. Esto no es en realidad un ensayo, sino
que es un procedimiento destinado a someter a una muestra de asfalto a
condiciones e 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.
El ensayo consiste en:
Colocar ulna muestra de 50 ml de cemento asfáltico en un recipiente cilíndrico
de fondo plano de 140 mm de diámetro interno y 10 mm de profundidad.
El espesor de la capa de asfalto debe ser de 3 mm aproximadamente.
El recipiente que contiene la muestra se coloca en un plato que gira alrededor
de 5 o 6 revoluciones por minuto durante 5 hs. Dentro de un horno mantenido a
163ºC.
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Luego se vuelca el cemento asfáltico dentro e un recipiente normalizado para
hacerle el ensayo de penetración y el de viscosidad.
ENSAYO RTFOT
O ensayo de película delgada rodate en horno. Este ensayo es una variante del
ensayo TFOT, el propósito es el mismo, pero cambian los equipos y los
procedimientos del ensayo.
El ensayo consiste en:
Se vuelca cierta cantidad de cemento asfáltico en un recipiente.
Se coloca el recipiente en un soporte que gira a cierta velocidad alrededor de un
eje horizontal en un horno mantenido a una temperatura de 163ºC.
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.
El tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de endurecimiento en
la muestra es menor que para el ensayo TFOT.
Ensayo PAV (Preassure Aging Vassel)
Este ensayo se utiliza para determinar el envejecimiento a largo plazo en asfaltos.
El ensayo consiste en:
Someter al residuo proveninte del RTFOT a un calentamiento adicional de
100ºC durante 20 horas.
Este se realiza en un recipiente a 2,1 MPa
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ENSAYO STOA (Short Term Oven Aging)
Este ensayo se utiliza para determinar el envejecimiento a corto plazo de mezclas
asfálticas. Este ensayo ha sido adoptado por el SHRP (Strategic Highway
Research Program).
Este ensayo consiste en someter a una muestra recién preparada y
en estado suelto a un calentamiento en estufa con circulación forzada de aire
mantenida a 135ºC, durante 4 horas.
ENSAYO LTOA (Long Term Oven Aging)
Este ensayo se utiliza para determinar el envejecimiento a largo plazo en mezclas
asfálticas.
El mismo consiste en moldear, con la mezcla previamente envejecida durante 4
horas a 135ºC. Probetas con el compactador giratorio y posteriormente someter a
la misma a un calentamiento en estufa con circulación forzada con aire durante 5
días a 85ºC.
ENSAYO DE HOMOGENEIDAD EN EL ALMACENAJE EN CALIENTE
La especificación desarrollada por la Sociedad de Investigaciones Viales de
Alemania12
Incluye un ensayo que permite controlar la homogeneidad del asfalto modificado
luego de un calentamiento prolongado, tratando de simular lo que ocurre en el
almacenaje en obra, verificando que no haya separación del polímero del asfalto.
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El ensayo consiste en:
Colocar la muestra de asfalto modificado en un recipiente de forma cilíndrica.
El recipiente, con la muestra, es mantenido a 180ºC. Durante tres días.
Al cabo del período se determina el punto de ablandamiento en el tercio superior
y en el tercio inferior del contenido en el recipiente.
La diferencia entre ambas determinaciones no debe ser superior a los 2ºC.
ANEXO II
ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS MODIFICADOS CON POLIMEROS
TABLA Nº1
ESPECIFICACION GUIA PROPUESTA POR SHULER Y COLABORADORES
TABLA Nº2
ESPECIFICACION Tl-BmB TEIL 1
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Los usoso a los cuales estarían destinados los distintos grados son:
Grado 45: Mástic asfáltico o capas de bases.
(NOTA: El Mástic asfáltico o pasta asfáltica es ulna mezcla de 50 a 70 partes de
asfalto de alta consistencia con polvo de roca; y es utilizado para la realización de
juntas y cubrejuntas de adoquinados).
Grado 65: carpetas de rodamiento. Capas drenantes insonorizadas. Capas de
bases y rodamientos en aeropuertos.
Grado 80: Carpetas de rodamiento finas.
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