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LA IMPORTANCIA DEL POLÍMERO EN EL ASFALTADO DE CARRETERAS DEL PERÚThe importance of the polymer in the
asphalting of roads of Peru
CADILLO YUNCA WILDER EZEQUIEL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH“Santiago Antúnez de Mayolo”FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
1. Resumen
Es de trascendencia la mejora de tecnología, como en el caso del pavimento
asfaltico (asfalto modificado),con el aumento de la población se ha ido aumentado
el tipo de tráfico, la continuidad del trafico así como también la carga del vehículo
es decir mayor exigencia al pavimento, por ello los insumos utilizados en la
producción de estos pavimentos son con mayores exigencias.
El cemento asfaltico virgen tiene un comportamiento, en temperaturas bajas zonas
de mucho frio el cemento asfaltico se vuelve rígido, frágil, son muy susceptibles al
fisuramiento, una forma de remediar esto sería tratando de utilizar un cemento
asfaltico blando, por otro lado en temperaturas de servicio son altas como en la
selva el cemento asfalto se torna muy dúctil de tal forma que ante una carga pesada
empieza a deformarse debido a que el pavimento absorbe esta temperatura. Hay
zonas en que en la noche estamos a cero grados y de día a 30 grados centígrados
por ello se adiciona polímeros SBS esto hace que por cuestiones físicos químicos
varia la relación viscosidad-temperatura, haciendo que en zonas de mucho calor
sea lo suficientemente estable como para poder asumir las cargas y en zonas de
bajas temperaturas sea lo suficientemente dúctil para no ser susceptibles al
fisuramiento.
2. Abstract con key words
It is of importance to the improvement of technology, as in the case of asphalt
pavements (modified asphalt) ,with the increase in population was steadily
increased the type of traffic, the continuity of the traffic as well as the load on the
vehicle that is more demanding to the pavement, therefore inputs used in the
production of these pavements are with greater demands.
The virgin asphalt cement has a behavior, at low temperatures much cold areas of
the asphalt cement it becomes rigid, fragile, are very susceptible to the rifting, a
way to remedy this would be trying to use a soft asphalt cement, on the other hand
in service temperatures are high as in the jungle the asphalt cement becomes very
ductile in such a way that before a heavy load begins to deform due to the fact that
the pavement Absorbs this temperature. There are areas in which the night we are
at zero degrees and day to 30 degrees celsius therefore SBS polymer is added this
makes physical chemical issues varies the relation viscosity-temperature, making
in areas of great heat is stable enough to be able to take the loads and in areas with
low temperatures is sufficiently ductile to not be susceptible to rifting.
3. Introducción:
3.1 antecedentes:
Generalidades de los asfaltos.
El Asfalto es un producto natural o compuesto que proviene de la destilación seca
de productos orgánicos vegetales. Es una mezcla de Betún con productos
materiales inertes tales como Sílice, Arena, Arcilla, etc. El Asfalto se utiliza
principalmente en la pavimentación. El asfalto es uno de los componentes
ingenieriles más arcaico utilizado desde los inicios del hombre para la
construcción. Fue en Egipto, aproximadamente en el año 2500 a.c. que el asfalto
fue descubierto; es una palabra cuyo vocablo que deriva del acadio “Sphalto” que
significa “que deja caer”, este término se utilizaba en Asiria entre los años 1400 y
600 a.c., tiempo después esta palabra fue adoptada por los griegos, quienes le
otorgaron el significado de “que rigidiza o estabiliza, y finalmente evolucionó al
latín y después al francés (Asphalte) y al español (Asfalto), hasta llegar al inglés
(Asphalt).
En el antiguo mundo el asfalto era utilizado como mortero para la pega de bloques
en la construcción, en la realización de pavimentos interiores y como
impermeabilizante en la industria naval y numerosas aplicaciones más. Como
ejemplos históricos de ello se encuentran: la industria naval que producía y
utilizaba el asfalto en Sumeria cerca de los 6000 a.c., el uso del asfalto como
mortero en la construcción de las Torres de Babel y la utilización como material
impermeable que le daban los egipcios al igual que como material de relleno del
cuerpo humano en el proceso de momificación.
En aquel entonces era común encontrar asfalto natural depositado en estanques
y lagos de asfalto, así como en piedras porosas como la caliza y la arenisca
(piedras conocidas también como “piedras asfálticas”). Esto se explica debido a
las fuerzas geológicas que provocaron el ascenso del asfalto a la superficie y al
hacer contacto este con los elementos de la atmósfera provocaban su
endurecimiento, ejemplo de esto son los depósitos del lago de asfalto de Trinidad,
el cual se encuentra en la isla del mismo nombre en la Costa Septentrional de
Venezuela. Sin embargo, en la actualidad el asfalto que se utiliza es artificial y se
deriva del petróleo.
El asfalto refinado comenzó a utilizarse hace casi doscientos años como sustituto
del asfalto natural debido a que este último sólo se encontraba en lugares
apartados y su reología no era tan buena, ya que su contenido malténico al
calentarse se evaporaba con rapidez y se endurecía con mucha facilidad. Al mismo
tiempo, la industria automotriz empezó a expandirse por lo que una nueva
industria llegó para mejorar las condiciones de las carreteras proporcionándoles
texturas más suaves y diseños más modernos, por lo que el asfalto comenzó a
verse como un producto industrial barato e inagotable; fue así como se inició el
uso del asfalto en la construcción de las carreteras.
A principios del siglo XIX, sus aplicaciones se enfocaron en el ámbito de las vías
terrestres, por lo que fue en 1802 cuando se utilizaron por primera vez en Francia
rocas asfálticas como material para la construcción de banquetas, y en Filadelfia
se utilizaron en 1838, pero la evolución del asfalto y su aplicación en las vías
terrestres se dio en 1870 en Newark, New Jersey, cuando se construyó el primer
pavimento de asfalto en el mundo.
Conforme la industria de las mezclas asfálticas iba en ascenso, comenzaron a
surgir nuevas investigaciones para conocer el comportamiento de los asfaltos por
medio numerosas pruebas que fueron desarrollándose. En 1925, Prevost Hubbard
desarrolló uno de los primeros métodos de evaluación para determinar el Gmb
(Propiedad física de una mezcla asfáltica compactada) con el fin de simular el
comportamiento de ésta en campo.
Cinco años más tarde, Francis Hveem desarrolló un método de evaluación para
evitar el sangrado por exceso de asfalto en una mezcla asfáltica compactada y
también obtener una mezcla más estable. Al mismo tiempo, Bruce Marshall
desarrolló uno de los métodos más importantes de la historia, el cual determina la
cantidad óptima de asfalto y de densidad que debe tener una mezcla asfáltica
compactada para resistir las cargas transmitidas por los vehículos hacia la
estructura.
Como se muestra en la Figura, la estructura típica de un pavimento asfáltico
(firme), desde la superficie de la subrasante (explanada) y la superficie de
rodadura, consiste en una sub-base, una base, un riego asfáltico de impregnación,
la carpeta asfáltica que tiene capacidad estructural para resistir las cargas del
tránsito y una capa asfáltica de rodadura, cuya finalidad principal es mejorar la
seguridad y comodidad en la circulación de los vehículos.
La idea básica para la construcción de una ruta o un área de estacionamiento en
todas las condiciones utilizadas por vehículos es preparar una adecuada sub-base
ó fundación, proveer un necesario drenaje, y construir un pavimento que:
Tendrá un espesor total suficiente y resistencia interna para soportar
cargas de tráfico esperadas.
Tendrá una adecuada compactación para prevenir la penetración ó la
acumulación interna de humedad.
Tendrá una superficie final suave, resistencia al deslizamiento, resistente
al rozamiento, distorsión y resistente al deterioro por la acción de
químicos anticongelantes.
La estructura de pavimento modificado está compuesta por dos capas de material.
Cada capa recibe las cargas por encima de la capa, se extiende en ella, entonces
pasa a estas cargas a la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa más abajo en
la estructura del pavimento, recibe menos carga.
Con el fin aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son generalmente
dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa
superior será la que posee la mayor capacidad de carga de material (y la más
cara) y la de más baja capacidad de carga de material (y más barata) ira en la
parte inferior.
El espesor de la carpeta asfáltica, ya compactada, será de 3 a 5 cm de acuerdo a lo
indicado en proyecto. En las bases y sub-bases se construirá la subbase con
tepetate o material limo-arenoso o arcilla-arenosa y directamente sobre la
subrasante previamente compactada. El espesor de la sub-base para tránsito
pesado será de 40 cm, en tanto que para tránsito ligero será de 30 cm. El espesor
total de la base para tránsito pesado será de 20 cm, en tanto que para tránsito
ligero será de 15 cm o de acuerdo a lo indicado en proyecto, como se muestra en
la figura
Cemento Asfáltico
La ASTM define al asfalto o cemento asfáltico como “un cementante de color
marrón oscuro a negro en el que sus componentes predominantes son los
asfáltenos que pueden ser naturales u obtenidos como residuo en la refinación del
petróleo crudo”.
El asfalto posee características tanto químicas como físicas, que son los elementos
que le proveen todas sus particularidades y hacen de éste el producto esencial que
es hoy en la industria de la construcción. Este cementante contiene tres
importantes propiedades químicas: consistencia, pureza y seguridad, donde la
primera se debe a su habilidad para fluir a diferentes temperaturas, esto en razón
a que el asfalto es un material termoplástico, es decir, se fluidifica a altas
temperaturas. La segunda define la composición química del asfalto, donde las
impurezas de éste, son prácticamente inertes. La tercera precisa el
comportamiento de afinidad química con las diferentes cargas eléctricas. De la
misma manera, dentro de su composición química contiene características de
aglutinación, esto debido a su constitución principalmente de asfáltenos y
máltenos, que son los elementos que le proporcionan dichas particularidades; este
último define la capacidad del asfalto para ser manejado a altas temperaturas con
seguridad.
Así mismo, el asfalto posee las siguientes propiedades de reología físicomecánicas,
mismas que son determinantes para calificar la capacidad de un asfalto:
1. Viscosidad: Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le
aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan mayor resistencia a fluir
en comparación de un fluido con baja viscosidad que fluye con facilidad. Es
importante mencionar que la viscosidad es inversamente proporcional a la
temperatura; a mayor temperatura, menor viscosidad.
2. Elasticidad: Propiedad que tienen los materiales para recuperar su forma al
finalizar o disminuir la carga que los modifica.
3. Resistencia al corte: Es la capacidad de resistencia a altas temperaturas, la cual se
determina con un “reómetro de corte dinámico”, que es el aparato que imprime
una fuerza cortante cosenoidal con la que se miden dichas resistencias.
4. Ductilidad: Es la capacidad de disipación de energía que tiene un material dentro
de su rango plástico. La rotura del material es dependiente de la deformación del
mismo. En el caso del asfalto, la ductilidad le permite normalmente tener mejores
propiedades aglomerantes, y los asfaltos con una ductilidad muy elevada son
usualmente susceptibles a los cambios de temperatura.
5. Pérdida de masa: Es la pérdida de solventes o ligeros.
Los asfaltos son ligantes que se encuentran de diversas maneras en la naturaleza o se
pueden producir por el hombre a partir del proceso de destilación del petróleo en una
planta de refinación. En la naturaleza se pueden encontrar en estado puro o con una
matriz de agregados pétreos gruesos o finos. Otra posibilidad de obtener asfalto es a
partir de la refinación del petróleo.
Composición del asfalto
Los asfaltos están compuestos fundamentalmente por asfáltenos que
proporcionan las características estructurales y dureza del asfalto, por resinas que
asumen las propiedades cementantes o aglutinantes, y por aceites que aportan la
consistencia para mejor trabajabilidad.
Los asfaltos tienen propiedades ligantes y aglutinantes, compuestos en gran parte
por hidrocarburos de consistencia semisólida a temperatura ambiente, pero
pueden ser más fluidos en la medida en que se les incrementa la temperatura.
Uno de los aspectos que dificulta el estudio del comportamiento de los asfaltos es
su condición termoplástica, es decir, que al incrementarse la temperatura
presenta las características de un flujo newtoniano, esto es, la velocidad de
desplazamiento es proporcional al esfuerzo de corte aplicado. En este caso la
viscosidad es el coeficiente de proporcionalidad a esa temperatura, o sea, es
independiente del tiempo de carga aplicado. Así mismo, al disminuir la
temperatura se comporta como un flujo no newtoniano, o lo que es igual, como
un flujo visco elástico cuando ha sufrido envejecimiento o se ha sometido a baja
temperatura (Arenas, 2000). En este caso la viscosidad depende de los cambios
que se producen en el esfuerzo aplicado. Esta condición se llama “susceptibilidadal
corte” o “índice de corte”, el cual aumenta a medida que el asfalto se envejece.
Otros aspectos que se deben controlar son los del comportamiento y la viscosidad
del asfalto durante la elaboración de las mezclas asfálticas en caliente, debido a
que pueden presentar problemas con la temperatura de mezclado.
Se ha de garantizar la viscosidad obtenida en el laboratorio a 135 °C. Una baja
viscosidad a altas temperaturas de servicio genera ahuellamiento y una alta
viscosidad, a baja temperatura de servicio lo rigidiza y se presentan fisuras.
GENERALIDADES POLÍMEROS.
En el siglo XVI con el descubrimiento de América, españoles y portugueses
tuvieron el primer contacto con un material extraído del árbol nativo (Vahea
Brasiliensis), este era producto de la coagulación del caucho, el cual presentaba
características de gran elasticidad y flexibilidad desconocidas en ese entonces, al
ser llevado a Europa adquiere el nombre de hule o caucho.
En 1846 Christian Schónbien (químico alemán) mezcla algodón con acido nítrico dando
origen a la nitrocelulosa que fue el primer polímero semi-sintético.
Años más tarde, (1862) Alexander Parker (ingles) patenta la nitrocelulosa, también
conocida como parquetina.
El primer polímero sintético fue producido por Leo Baekeland en 1912 a partir de la
reacción entre fenol y formaldehido, dando origen a un producto sólido (resina
fenólica) conocido como baquelita. Todos estos compuestos fueron tratados como
macromoléculas y en 1953 el creador de esta teoría el científico alemán Hermann
Staundinger obtuvo el Premio Nobel de Química.
En Norteamérica, (1910) los laboratorios de la casa Du Pont, el químico W. H.Carothers
descubre por medio de reacciones de condensación de poliamidas un polímero al que
bautiza con el nombre de Nylon. Con la segunda guerra mundial (1939 – 1945) hubo
un gran auge en el campo de investigación de los polímeros sintéticos, un ejemplo es el
descubrimiento del hule sintético (SBR) en Alemania.
Haciendo un poco de historia, los asfaltos modificados se utilizaron primero en las
emulsiones para impermeabilizantes y después se empezaron a utilizar en la
pavimentación; en riegos como tratamientos superficiales en frío, y posteriormente se
empezó a modificar el cemento asfáltico para utilizarse cuando se requería un asfalto
de mejor calidad o mayor resistencia que la que ofrecía un cemento asfáltico normal.
Hoy en día, el uso de los polímeros se ha expandido a varias aplicaciones debido a su
baja densidad, alta resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica y otras
propiedades importantes.
La utilización comercial de un nuevo producto como el caso de los polímeros depende
del costo y sus propiedades. El costo, depende básicamente de su proceso de
polimerización y la disponibilidad de los monómeros. Así, las principales fuentes de
materia prima para la producción de monómeros son:
• Productos Naturales.
• Hulla o Carbón Mineral.
• Petróleo
Productos naturales:
En un principio esta fue la fuente utilizada para la producción de polímeros
comerciales. La primera macromolécula modificada fue la celulosa, la cual se encuentra
en la mayoría de los vegetales y presenta una estructura química constituida por
unidades de glucosa enlazadas por átomos de oxigeno formando largas cadenas.
Cuando son eliminados los grupos hidroxilos por diferentes reacciones, se obtienen
derivados de la celulosa.
Cuando esta reacciona con ácido nítrico da origen a la nitrocelulosa, de igual forma se
puede obtener el acetato de celulosa.
De todos los productos naturales, el petróleo es el más importante.
A través de la destilación fraccionada del crudo, se pueden obtener varios productos
(naftas, gasolina, kerosina, diesel, grasas parafinitas, aceites lubricantes, etc.). La
fracción de donde se obtienen los polímeros es la nafta, la cual al ser procesada genera
varias partes gaseosas con moléculas saturadas e insaturadas. Las moléculas
insaturadas (etileno, propileno, butadieno, butano, isobutileno) son separadas y
aprovechadas para la producción de polímeros.
Hulla o carbón mineral:
Al ser sometida a un proceso de destilación en seco, se pueden obtener gas de hulla,
amonio, alquitrán de hulla o coque. Del gas de hulla es posible separar el etileno (para
posteriormente producir polietileno), metano (que por medio de oxidación produce
formaldehido, materia básica para la formación de resinas de tipo fenol- formaldehido,
urea formaldehido) y finalmente, el amonio que es utilizado para producir urea y
aminas para resinas epóxicas.
El alquitrán de hulla es una mezcla compleja que por destilación produce benceno
(utilizado para producir fenol y estireno). Del coque se obtiene acetileno, el cual por
hidrogenación produce etileno y este reacciona con ácido clorhídrico produciendo
cloruro de vinilo.
Producción de los polímeros.
Los polímeros al igual que muchos materiales se obtienen a partir de materia prima en
plantas especializadas.
El proceso para producir un polímero es llamado polimerización, existen dos tipos:
Polimerización en cadena: El material inicial para la polimerización en cadena con
frecuencia es un monómero, en el que hay un enlace doble que se puede abrir con la
ayuda de un compuesto llamado iniciador (sustancia orgánica o inorgánica o también
puede ser un catalizador que no se consume en la reacción).
Se lleva a cabo utilizando temperatura elevada y presión baja, este proceso es conocido
también como polimerización por adición.
Las estructuras más frecuentes para llevar a cabo este tipo de reacción son los
hidrocarburos, en los que el carbono y el hidrogeno pueden formar cadenas rectas
(hidrocarburos alifáticos) y anillos de benceno (hidrocarburos aromáticos).
Polímeros de reacciones por pasos: En este caso se unen dos monómeros en grupos
cortos que crecen gradualmente, pero también se libera un derivado de bajo peso
molecular, por ello se le llama también reacción por condensación.
En estos polímeros, la longitud promedio de la partícula es controlada cuando se lleva a
cabo la reacción, esto significa que el grado de polimerización o número de meros es
controlado.
MEZCLAS ASFÁLTICAS
Mezclas asfálticas en caliente
Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de cemento asfáltico y materiales pétreos,
elaboradas en caliente utilizando una planta mezcladora estacionaria o móvil, provista
del equipo necesario para calentar los componentes de la mezcla y pueden ser:
• Mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa
Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales
entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de
carpetas asfálticas de pavimentos nuevos, en los que se requiere una alta resistencia
estructural o en renivelaciones y refuerzos de pavimentos existentes.
Mezclas asfálticas de granulometría abierta
Son las elaboradas con materiales pétreos de granulometría uniforme, con tamaños
máximos de 19 y 25 mm (¾ y 1 in). Estas mezclas no tienen función por su alto
porcentaje de vacíos, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de
rodadura sobre carpetas de granulometría densa, con la finalidad de permitir que el
agua de lluvia sea desplazada por las llantas de los vehículos, ocupando los vacíos de la
capa, con lo que se incrementa la fricción entre las llantas y la superficie de rodadura,
se minimiza el acuaplaneo, se reduce la cantidad de agua que se impulsa sobre los
vehículos adyacentes y se mejora la visibilidad del señalamiento horizontal. No deben
colocarse en zonas susceptibles al congelamiento ni donde la precipitación sea menor
de 600 mm/año.
Mezclas asfálticas en frío
Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de emulsiones asfálticas o de asfaltos
rebajados y materiales pétreos, elaboradas en frío utilizando una planta mezcladora
móvil y pueden ser:
Mezclas asfálticas en frío de granulometría densa
Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales
entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de
carpetas asfálticas de pavimentos nuevos en los que se requiere buena resistencia
estructural, cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL), en
términos del número de ejes equivalentes acumulados de 8,2 t, 28es igual que 1 millón
o menor, y en carpetas para el refuerzo de pavimentos existentes, así como para la
reparación de baches.
Morteros asfálticos
Son los elaborados con arena de tamaño máximo de 4,75 mm (N°4).
Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfáltica, como
capa de rodadura.
Mezclas asfálticas por el sistema de riegos
Son las que se construyen mediante la aplicación de uno o dos riegos de un material
asfáltico, intercalados con una, dos o tres capas sucesivas de material pétreo triturado
de tamaños decrecientes. Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una
carpeta asfáltica, nueva o existente, como capa de rodadura con el objeto de
proporcionar resistencia al derramamiento y al pulimento.
ASFALTO MODIFICADO.
Los asfaltos modificados con polímeros elevan la vida útil de un pavimento de dos a
tres veces (según el caso a aplicar) con un costo adicional de hasta un 25% sobre la
mezcla asfáltica. Esta plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen
propiedades satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una amplia gama
de aplicaciones y bajo distintas condiciones climáticas y de transito. Sin embargo,
el creciente incremento de volumen del tránsito y la magnitud de las cargas, y la
necesidad de optimizar las inversiones, provoca que, en algunos casos, las
propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Por ejemplo, con
los asfaltos convencionales, aun con los grados más duros, no es posible eliminar el
problema de las deformaciones producidas por el transito canalizado
(ahuellamiento), especialmente cuando se deben afrontar condiciones de alta
temperatura. Además, con la simple adopción de asfaltos más duros se corren el
riesgo de fisuraciones por efectos térmicos cuando las temperaturas son muy
bajas.
Con ciertas mezclas abiertas, alternativa generada por razones de confort y
seguridad, con los ligantes convencionales no se alcanzaría una resistencia
mecánica suficiente a causa de una insuficiente cohesión y adhesividad, lo que
unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podría redundar en una
disminución en su durabilidad. Del mismo modo, las nuevas capas superficiales
delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de
tránsito.
Ante las situaciones mencionadas, además de apelar a nuevas tecnologías
constructivas y del resto de los materiales (áridos), una solución evidente fue
mejorar algunas características de los asfaltos para lograr un mejor
comportamiento de los pavimentos. Ello dio origen a nuevos asfaltos que
genéricamente fueron denominados "Asfaltos Modificados".
MAQUINARIA NECESARIA PARA LA PRODUCCIÓN Y EL MANEJO DE LOS
ASFALTOS MODIFICADOS
Cada empresa que maneja los asfaltos modificados y sus derivados ocupa diferente
maquinaria toda muy semejante a la que se ocupa normalmente para los asfaltos
convencionales pero se necesitan de maquinaria especial para el manejo de los
polímeros.
A continuación se presenta una planta portátil para la aplicación de asfaltos
modificados con polímeros.
Forma de operación:
Se vierte el producto sin refinar en el recipiente, luego se ubica el equipo y se lo
coloca en marcha, para agregar a continuación, el polímero a disolver o por
ejemplo, pigmentos, aditivos, vehículos regenerantes, polvos, etc. Está provisto de
una turbina abierta.
Posee una cabeza mezcladora que trabaja según el principio de inyección.
Los medios de sujeción pueden ser: bridas, brazos de apoyo, preparado para
colgar, etc.
La triple acción positiva explica su superioridad aceptada tanto en su velocidad
como eficiencia en agitadores y disolvedores.
Con estos agitadores la acción total está limitada al mezclado o recirculación del
líquido o alguna solución o mezclados. Las tres etapas del ciclo de mezclado son:
Etapa 1:
Los materiales son colocados por succión en el fondo del cabezal de trabajo y
sujetados a una intensa acción de mezclado por la rotación a alta velocidad de las
hojas en el espacio cerrado.
Etapa 2:
Durante la expulsión desde el cabezal de trabajo, las hojas del rotor sujetan el
material a una intensa acción de corte a la mas alta velocidad, lo que garantiza un
extra rápido y total proceso de corte y disolución. La malla emulsora o el cabezal
desintegrador asiste al proceso, disolviendo aglomerados, removiendo grandes
tamaños de partículas de manera que produce emulsiones homogéneas y
dispersiones en minutos.
Etapa 3:
Los materiales procesados son luego expedidos con gran fuerza y velocidad dentro
del cuerpo de la mezcla. Al mismo tiempo el material nuevo ingresa a la base del
cabezal mezclador. Esta entrada y salida de las mezclas indica un patrón de
circulación el cual dependerá del tamaño del tanque y el tipo de cabezal o
equipamiento utilizado. El total de la mezcla pasa a través del cabezal mezclador
cientos de veces durante el proceso y la combinación de las tres etapas del ciclo
resulta un mezclado positivo, controlado y eficiente.
La acción de la maquina es tan suave que puede ser usada con el liquido a menos de
tres centímetros del borde inferior del tanque. Está completamente libre de
vibraciones y de las innecesarias y no deseables características de turbulencias
contra todo otro tipo de mezcladores de alta velocidad. Todas las partes de trabajo
están construidas de acero inoxidable con excepción de los bujes auto lubricados.
Son fácilmente limpiables, poco o nulo mantenimiento siendo necesario.
RIESGOS DE SEGURIDAD.
Son productos que requieren un proceso diferente y más complicado esto requiere
más cuidado en el manejo de los materiales pero también se debe considerar los
riesgos a la salud y a la seguridad del personal.
RIESGOS FÍSICOS:
Se almacenan y manejan normalmente por encima de los 100 ºC por lo que el
contacto con agua puede producir una expansión violenta, peligro de salpicaduras y
desbordamiento por ebullición.
Aunque no están clasificados como inflamables, los asfaltos son materiales
hidrocarbonados y pueden arder.
TOXICOLÓGICOS:
Inhalación:
Cuando son calentados, los asfaltos producen humos. Aunque no se piensa que
éstos produzcan daño significativo para la salud, la prudencia aconseja que se debe
minimizar la exposición, observando buenas prácticas de trabajo y asegurando
buena ventilación en las áreas de trabajo. El sulfuro de hidrógeno puede
acumularse en el espacio de cabeza de los tanques de almacenamiento y
potencialmente puede alcanzar concentraciones peligrosas.
Ingestión:
No es probable.
Contacto piel/ojos:
Los asfaltos se manejan normalmente a alta temperatura lo que puede causar
quemaduras térmicas.
Efectos tóxicos generales:
El problema principal puede provenir por quemaduras de piel y por exposiciones
prolongadas a vapores.
Precauciones general:
Cuando se manipula asfalto en lugares cerrados, debe existir una buena ventilación
local.
ASFALTOS MODIFICADOS MÁS UTILIZADOS.
Asfaltos modificados con polímeros tipo elastómeros
Se requiere mezclar tres componentes: asfalto, resina base y un endurecedor, lo
que complica la modificación ya que debe existir compatibilidad entre estos
Los asfaltos modificados tienen una elevada resistencia mecánica, gran resistencia
a la tracción, buen poder humectante y adhesión a los agregados. Si el trabajo con
este tipo de asfalto es realizado dentro de los parámetros correctos, su tiempo de
vida está condicionado por la vida del agregado, no por el asfalto; en otras palabras
el pavimento se deteriora por trituración o abrasión del agregado antes que por la
falla del ligante (asfalto). Su resistencia al envejecimiento es excelente.
Son empleados para casos específicos como:
• Zonas de frenado intenso, donde se requiere una gran resistencia al derrapaje.
• Zonas donde se requiere resistir a las maniobras o a los agentes químicos.
• Zonas donde se requiere mantener una buena rugosidad durante largos periodos
de tiempo.
2 Latex, hule natural, SBS, SBR:
Este tipo de polímero es el más utilizado en la modificación del asfalto, el efecto de
la adición de estos al asfalto es aumentar su intervalo de plasticidad y disminuir la
susceptibilidad térmica. El punto de ablandamiento puede aumentar hasta 20°C, a
temperaturas inferiores a 70°C los asfaltos tienen menor penetración, esto es
interesante ya que a estas temperaturas se dan deformaciones en las superficies de
rodamiento.
Los asfaltos son más duros pero siguen siendo elásticos lo que evita la formación
de roderas y el agrietamiento de las mismas. La rigidez de estos asfaltos ayuda a
soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.
Entre -10°C y + 10°C el elastómero proporciona al asfalto mayor elasticidad sin
aumentar la rigidez.
Hule de llanta:
Las propiedades que adquiere el asfalto al añadirle este tipo de hule son similares a
las que se obtienen con el polímero SBR o SBS aunque, se deben utilizar
dosificaciones más elevadas. Las llantas para ser utilizadas como agentes
modificadores de asfalto requieren de un proceso físico para reducir sus
dimensiones, el cual suele ser complejo.
Estos asfaltos modificados presentan altas viscosidades por lo que se requiere el
empleo de algún fluidificante, alrededor del 6% de queroseno. Son usados
principalmente en riegos de sello destinados a absorber las grietas debidas a
contracciones y dilataciones, estos riegos son llamados SAM (membranas de
absorción de tensiones).
Asfaltos modificados con polímeros tipo plastómeros
Debido a la forma en que estos polímeros se incorporan al asfalto aumentan de
forma considerable su viscosidad, incluso en bajas dosificaciones.
Si se aumenta la concentración del polímero, se llega a un punto en el cual la
mayoría de los aceites están asociados con el polímero y se produce un cambio
drástico en las propiedades físicas del asfalto. Estas se acercan más a las
propiedades del polímero que a las del asfalto.
Esto sucede cuando el contenido del polímero va de 8 – 10%, en este punto, el
asfalto aumenta el intervalo de plasticidad, aumenta la resistencia a la ruptura,
disminuye su sensibilidad térmica sobre todo en el intervalo de temperaturas de
aplicación.
Esto sucede cuando el contenido del polímero va de 8 – 10%, en este punto, el
asfalto aumenta el intervalo de plasticidad, aumenta la resistencia a la ruptura,
disminuye su sensibilidad térmica sobre todo en el intervalo de temperaturas de
aplicación.
Polietileno:
Este polímero no tiene una alta compatibilidad con el asfalto ni le confiere
propiedades espectaculares, pero se usa ya que es un componente de bajo costo y
soluciona un problema ecológico, al poder disponer de los desechos de este
material en las carreteras.
Los asfaltos modificados con este tipo de polímero termoplástico cuando son
añadidos en bajas proporciones, poseen las siguientes propiedades:
• Buena resistencia al calor.
• Buena resistencia al envejecimiento.
• Baja viscosidad.
En el plano mecánico:
• Buena flexibilidad a baja temperatura.
• Cuando es utilizado en concentraciones de 7% aumenta la rigidez del asfalto a
temperaturas elevadas.
• Buena resistencia a deformaciones permanentes.
3.2RAZÓN POR LA QUE SE REALIZO LA INVESTIGACIÓN
Debido a que todo estudiante debe de conocer que 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). y así aumentar los años de uso de los pavimentos.
3.3IMPORTANCIA
Desde la única tecnología de punta que ha existido (el condón) hasta la
industria ciberespacial y aeroespacial, pasando por los polímeros, estos
materiales se han posicionado plausiblemente en el desarrollo tecnológico de
la humanidad.
3.4PROBLEMA:
El fisuramiento, deformaciones del asfalto convencional debido al gradiente
térmico.
3.5HIPÓTESIS:
Utilizar un cemento asfaltico dúctil en las zonas de bajas temperaturas para evitar los fisuramiento y en el caso de las zonas de alta temperatura el cemento asfaltico debe de ser lo suficiente mente estable para asumir las cargas. Para ello se adiciona polímeros (SBS) de acuerdo a la susceptibilidad de la zona.
3.6VARIABLE INDEPENDIENTE La temperatura
3.7VARIABLE DEPENDIENTEEl comportamiento del asfalto
3.8OBJETIVOS:Objetivo general:
Analizar el comportamiento del asfalto con el uso de polímeros para
evaluar su rendimiento en comparación con el asfalto convencional.
Objetivos específicos:
Presentar información sobre asfaltos modificados con polímeros.
Utilizar las normas correspondientes para la construcción de pavimentos
modificados
Identificar ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con
polímeros respecto al asfalto convencional.
3.9DIFICULTADES O LIMITACIONES:
Así como este material presenta múltiples ventajas es evidente que también
cuenta con algunas dificultades como:
Alto costo del polímero (SBS).
30% más cara
Dificultades del mesclado: no todos los polímeros son compatibles con
el asfalto base(existen aditivos correctores).
Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la
mescla.
Los agregados no deben estar húmedos ni sucios
La temperatura mínima de distribución es de 145° C por su rápido
endurecimiento.
Es evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto
modificado, sin embargo, si realiza un análisis del costo a largo plazo (es decir,
la vida útil de la vía); podemos concluir que el elevado costo inicial queda
sobradamente compensada por la reducción de mantenimiento futuroy el
alargamiento de la vida del servicio del pavimento.
4. MATERIAL Y METODOS.4.1 Aparatos utilizados:
PCCámara
4.2 fuentes de información:InternetLibrosRevistas
5. RESULTADOS
Después de haber recopilado información de diferentes bibliografías y
ingenieros del CIP (colegio de ingenieros del peru), como Ing Néstor Huamán,
Ing. Iván Chávez rondan, concuerdan con las ventajas que se dan gracias al uso
de polímeros, de igual manera sus desventajas, las cuales están en el siguiente
cuadro.
6. DISCUSIÓN
De acuerdo a la información recopilada da a conocer un clara diferencia entre
el asfalto convencional y el asfalto modificado con polímeros, es difícil concluir
cuales son las ventajas de un material respecto al otro, por lo tanto, se
realizaron algunas entrevistas con profesionales en el área (Ing. CIP Néstor
Huamán, Ing.CIP Iván Chávez rondan), esto con el fin de entender mejor cuales
son las ventajas y desventajas de los asfaltos modificados y comprender
porque a pesar de las diferencias mostradas, no siempre se usan los asfaltos
modificados. A continuación se enumeran algunas de las ventajas de los
asfaltos modificados.
Disminuye la susceptibilidad térmica.
Se obtiene mesclas más rígidas a altas temperaturas de servicio
reduciendo las roderas
Se obtienen mesclas más flexibles a b ajas temperaturas de servicio
reduciendo el fisuramiento.
Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la
mescla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad.
Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas
Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas
Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mescla
Mejor trabajabilidad y compactación: por la acción lubricante del
polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado.
Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe e
mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagación de las fisuras.
Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del
ligante, pues los sitios mas activos del asfalto son ocupados por el
polímero
Mejora la vida útil de las mesclas: menos trabajo de conservación
Fácilmente disponible en ele merca do
Permite mayor espesor de la película del asfalto sobre el agregado
Reduce el costo de mantenimiento.
Permite la reducción de hasta 20% de los espesores por su mayor
modulo
Permite un mejor sellado de fisuras.
7. CONCLUSIONES
Después de estudiar todo acerca de los asfaltos modificados se concluye que
gracias a los polímeros se alarga el tiempo de servicio de los pavimentos
debido a que se evita los fisuramientos y las deformaciones.
8. RECOMENDACIONES
Este trabajo se realizó sobre los asfaltos modificados con polímeros en general
y se espera tenga continuidad profundizando sobre los diferentes polímeros y
mezclas asfálticas que se pueden lograr; así como también un estudio sobre los
beneficios obtenidos a largo y mediano plazo de los asfaltos modificados.
9. AGRADECIMIENTOS
Para poder realizar este trabajo de la mejor manera posible fue necesario del
apoyo de muchas personas a las cuales quiero agradecer.
10.GLOSARIO
a) Ahuellamiento
Surcos que se desarrollan en el pavimento, en los carriles de las ruedas.
Puede ser resultado de una consolidación por movimiento lateral de una o más
capas del pavimento bajo efectos del tráfico o, pueden ser generados por un
desplazamiento de la superficie misma del pavimento. Ocurren como resultado
del movimiento plástico de una mezcla que tiene muy poca estabilidad para
resistir el tráfico.
b) Asfalto
Material cementante, de color entre carmelito oscuro y negro, en el cual los
constituyentes predominantes son bitúmenes que aparecen en la naturaleza o se
obtienen en el procesamiento del petróleo. El asfalto es un constituyente, en
proporciones variables, de la mayoría de petróleos crudos.
c) Asfalto modificado
Producto resultante de la incorporación en el asfalto de un polímero o de hule
molido.
d) Cemento asfáltico
Un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente preparado en cuanto a calidad y
consistencia para ser usado directamente en la producción de pavimentos
asfálticos.
e) Ductilidad
Capacidad de una sustancia para ser estirada o estrechada en forma delgada.
f) Estabilidad
Capacidad de una mezcla asfáltica de resistir deformación bajo las cargas
impuestas. La estabilidad está en función de la cohesión y la fricción interna del
material.
g) Flexibilidad
Capacidad del pavimento asfáltico de ajustarse a los asentamientos en la
fundación.
h) Grietas
Fracturas en la superficie del pavimento asfáltico.
i) Impermeabilidad
Capacidad de un pavimento asfáltico de resistir el paso de aire y agua dentro o a
través del mismo.
j) Resistencia a la fatiga
Capacidad de un pavimento asfáltico para resistir flexión repetida causada por
cargas móviles. Entre más alto contenido de asfalto, mayor será la resistencia a
la fatiga.
k) Resistencia al deslizamiento
Propiedad de la superficie asfáltica de resistir el deslizamiento, particularmente
cuando esta mojado.
11.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PAGINAS ELECTRONICAS CONSULTADAS:
http://www.camohesa.com/
el_perfeccionamiento_de_los_cementos_asfalticos1.html
http://www.universidadperu.com/empresas/asociacion-peruana-de-
caminos.php
http://www.slideshare.net/joselar/algunas-consideraciones-generales-sobre-
la-susceptibilidad-de-la-mezcla-asfaltica-por-efecto-de-los-asfaltos-de-
refineria-de-ecopetrol
http://civilgeeks.com/2012/05/14/asfaltos-modificados/
http://www.dapsa.com/asfaltos.asp
http://www.e-asfalto.com/orig_asf/origenasf.htm
http://www.e-asfalto.com/go?org_asf/historia_del_asfalto.htm
http://www.e-asphalt.com/modificados/modificados.htm
http://www.e-asfalto.com/pavimentos/pavimentos.htm
http://construccionyseguridad.blogspot.com
http://www.amaac.org.mx/asfalt/index.php?1sum
