Asfaltos y Asfaltos Modificados de Uso Vial

Asfaltos y Asfaltos Modificados De uso vial Cátedra: Vías de Comunicación II UTN FC In!eniería Civil

"rof#: In!# $uis Toledo "rof#: M!# In!# Adrián %e!ura &dición II '()*

Vías de Comunicación Comunicación II

Asfaltos y Asfaltos Modificados de uso vial# &dición II

ASFALTOS

Según la norma IRAM 6575 un ASFALTO es un material aglomerante de color marrón oscuro o negro, cuyos constituyentes predominantes son en un 99 % betunes, que se encuentran en la naturaleza o se obtienen procesando el petróleo. Los asfaltos son una mezcla mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirogénico, o combinación de ambos generalmente acompañados de sus derivados no metálicos. Se caracteriza por ser totalmente solubles en sulfuro de carbono, de alta masa molecular, de baja tensión de vapor y de elevad e levadaa consistencia a temperatura ambiente. Tipos de asfaltos:

Las propiedades tecnológicas del ligante asfáltico varían en forma significativa según los siguientes parám p arámetros. etros. •

Características Características inherentes inherentes al material. material.

•

Solicitación: Solicitac ión: Carga del tránsito (tiempo de aplicación y frecuencia). frecue ncia).

•

Ambiental: Temperatura, Temperatura , Presencia de humedad, grado de precipitaciones. precipitac iones.

Otros agentes (combustible) Los ensayos a realizar pretenden ser modelizaciones a efectos de cuantificar y calificar las características propias y las variacion v ariaciones es de las mismas frente al medio. medio. Los factores de principal influencia en la variación de las propiedades son los siguientes: •

a) La naturaleza del crudo. b) El proceso de obtención del asfalto - tipos de destilación. c) El tratamiento tratamiento del asfalto en el almacenamiento. almacenamiento. d) El tratamiento del asfalto en la técnica constructiva. e) La incorporación de adiciones (asfaltos (asfaltos modificados) modificados)

A continuación desarrollaremos cada una de estas variables a) La naturaleza del crudo:

Los asfaltos son una mezcla de hidrocarburos de elevado peso molecular. Los tipos de hidrocarburos que intervienen en su composición son: - Parafínicos - Naftínico. - Aromáticos. Se observan a su vez porcentajes variables de azufre, nitrógeno y algunos metales pesados, los que estarán en distintos porcentajes y son característicos de cada región petrolera. '



ASFALTOS

Según la norma IRAM 6575 un ASFALTO es un material aglomerante de color marrón oscuro o negro, cuyos constituyentes predominantes son en un 99 % betunes, que se encuentran en la naturaleza o se obtienen procesando el petróleo. Los asfaltos son una mezcla mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirogénico, o combinación de ambos generalmente acompañados de sus derivados no metálicos. Se caracteriza por ser totalmente solubles en sulfuro de carbono, de alta masa molecular, de baja tensión de vapor y de elevad e levadaa consistencia a temperatura ambiente. Tipos de asfaltos:

Las propiedades tecnológicas del ligante asfáltico varían en forma significativa según los siguientes parám p arámetros. etros. •

Características Características inherentes inherentes al material. material.

•

Solicitación: Solicitac ión: Carga del tránsito (tiempo de aplicación y frecuencia). frecue ncia).

•

Ambiental: Temperatura, Temperatura , Presencia de humedad, grado de precipitaciones. precipitac iones.

Otros agentes (combustible) Los ensayos a realizar pretenden ser modelizaciones a efectos de cuantificar y calificar las características propias y las variacion v ariaciones es de las mismas frente al medio. medio. Los factores de principal influencia en la variación de las propiedades son los siguientes: •

a) La naturaleza del crudo. b) El proceso de obtención del asfalto - tipos de destilación. c) El tratamiento tratamiento del asfalto en el almacenamiento. almacenamiento. d) El tratamiento del asfalto en la técnica constructiva. e) La incorporación de adiciones (asfaltos (asfaltos modificados) modificados)

A continuación desarrollaremos cada una de estas variables a) La naturaleza del crudo:

Los asfaltos son una mezcla de hidrocarburos de elevado peso molecular. Los tipos de hidrocarburos que intervienen en su composición son: - Parafínicos - Naftínico. - Aromáticos. Se observan a su vez porcentajes variables de azufre, nitrógeno y algunos metales pesados, los que estarán en distintos porcentajes y son característicos de cada región petrolera. '



Existe una primera destilación mediante precipitación con hidrocarburos saturados. Conviven así dos fracciones; a la fracción soluble se la denomina asfaltenos y a la insoluble maltenos . Los asfáltenos a temperatura ambiente son un cuerpo negro, frágil y con punto de reblandecimiento elevado, son hidrocarburos aromáticos. Ejercen una influencia muy fuerte sobre las características característ icas adhesivas y aglomerantes. aglomerant es. Su contenido conte nido varía entre el 5% y el 25 % dependiendo del crudo y del proceso de obtención. Los maltenos, fracción soluble en heptano, son de aspecto aceitoso. Entre ellos se encuentran el malteno aromático, aromático, son s on los de menos peso molecular molecular en el asfalto y representan entre 40 y 60 % del ligante.

En 1924 se propone propone la idea de que el asfalto asfalto posee una estructura coloidal dispersa, en la que conviven conviv en las micelas micelas de asfáltenos dispersados en los aceites y resinas, es decir los maltenos. De acuerdo a la estructura coloidal los asfaltos pueden clasificarse en: Sol: suficiente cantidad de resinas y aceite.  Tipo Sol:  Tipo Gel: escaso contenido de resinas y aceite. La estructura coloidal está relacionada con las propiedades de los asfálticos, en especial con las reológicas. Así aparecen asfaltos con comportamiento newtoniano, como los tipos sol, y los viscoelásticos, viscoelásticos, como son los tipos gel. Se puede hacer una apreciación de la inestabilidad coloidal realizando un análisis del índice de inestabilidad coloidal. Ic = índice de inestabilidad inestabilidad coloidal Ic = asf. + aceites Resinas b) El proceso p roceso de obtención

Los Asfaltos de acuerdo a su origen o rigen pueden ser naturales naturales o artificiales. +

Vías de Comunicación II


1) Asfaltos Naturales: Cuando el proceso de evaporación o destilación se efectúa en forma natural, generalmente durante siglos, aparecen los depósitos de asfaltos en forma de lagos, con contenidos de betún entre 50 y 99% o bien impregnando rocas, donde el porcentaje de contenido de betún es menor, los yacimientos de buen rendimiento pueden llegar hasta un 15%. Los asfaltos así obtenidos no siempre pueden utilizarse directamente, debido a las impurezas que contienen por lo que deben someterse a tratamientos especiales que varían según esas impurezas y los fines a que serán destinados. En Estados Unidos hay lagos en Utah y California con 99% de betún (densidad entre 1,04 y 1,17 g/cm3 y penetración: 0, que no se utilizan en caminos, sino como hidrófugos; en Venezuela el Bermúdez con 94% de betún. En Trinidad existe uno de los más importantes yacimientos del mundo formado en la boca de un volcán extinguido, con 56% de betún y alta densidad: 1,4 g/cm3. En nuestro país existen algunos yacimientos como El Sosneado (Mendoza); La Brea y Garrapatal (Jujuy); Las Maquinas (Neuquen) y Salitral Negro (La Pampa). 2) Asfaltos Artificiales: se obtienen a través de procesos industriales aplicados a los petróleos, distinguiéndose: I) Destilación; II) Oxidación o soplado; III) "Cracking" (rotura); IV) Reconstituidos I) Destilación: Extraído el petróleo del pozo es remitido como crudo a través de buques tanques, camiones cisternas u oleoductos a las destilerías (La Plata, Luján de Cuyo, Campana, Dock Sud) que son grandes plantas donde se lo procesa y se extraen sus principales derivados, conociéndose esta operación como destilado. Antes de su ingreso a la torre, el petróleo crudo es precalentado en hornos que queman gas natural. Los gases que salen de la torre también se utilizan en el precalentamiento del crudo, antes de entrar al horno. Ello implica un ahorro de gas natural. Así, en ocasiones el crudo se aprovecha para condensar el gas que sale por la parte superior de la torre (véase la figura 1) y para enfriar el resto de las corrientes de salida. En este trayecto el crudo se precalienta y está listo para entrar al horno, y finalmente a la torre de destilación primaria y tren de calentamiento de crudo. En el interior de la torre existen dos corrientes que fluyen en direcciones opuestas. Hacia arriba marcha la fase gaseosa; y hacia abajo cae por gravedad la fase líquida. En cada plato de la torre el gas y el líquido entran en contacto íntimo. El resultado es que los compuestos más volátiles y ligeros pasan a la fase gaseosa, con lo que continúan su ascenso hacia el plato superior, mientras que los menos volátiles se condensan como líquidos y acompañan esta fase hacia el plato inferior. *



Figura 1

La temperatura cambia a lo largo de la torre. En la parte superior se tiene la más baja, donde se encuentran en equilibrio los componentes más ligeros (y de menor punto de ebullición). Por el contrario, en la parte inferior la temperatura es mucho más alta y lo es también la proporción de los componentes pesados y menos volátiles. Como se colocan diversas salidas laterales en la torre, el petróleo crudo logra separarse en varias fracciones, cada una con un diferente intervalo de temperaturas de ebullición e hidrocarburos de diferente número de carbonos en su cadena (véase el cuadro 1). CUADRO 1. Fracciones del petróleo que abandonan la torre de destilación.

menor de 20 20 - 80 35 - 220

Número de carbonos 1a4 5a7 5 a 12

combustible disolvente combustible de autos

Kerosén

200 - 315

12 a 16

combustible de aviones

Gas oil Aceite lubricante y grasas Parafinas Asfalto Residuo

250 - 375 mayor de 350 sólido que funde entre 50 y 60 sólido viscoso sólido

15 a 18 16 a 20 20 a 30 ---------

combustible diésel lubricante velas pavimento combustible

Nombre

Intervalo de temperatura de ebullición (°C)

Gas incondensable Éter de petróleo Naftas

Uso

,



En la figura 2 se muestra un cuadro con los destinos principales de las fracciones del petróleo. Cada una de las corrientes que abandonan la torre primaria de destilación recibe tratamientos posteriores en la propia refinería o en plantas externas.

Figura 2. Destino de las diferentes fracciones del petróleo, después de la destilación primaria -



II) Oxidación o "soplado": es otro método consistente en hacer pasar una corriente de aire caliente a través del fluido, convirtiendo un asfalto muy fluido en uno menos fluido, semisólido o casi sólido. III) Cracking o destilación secundaria o destructiva: Mediante este proceso el gasoil y fueloil se calientan a 500°C y presiones de 500 atm. en presencia de catalizadores y se envían a torres de fraccionamiento para separar: gases, naftas y residuos incorporables a nuevas porciones de gasoil y fueloil; y asfaltos. Es decir se obtienen los asfaltos por transformación de ciertos componentes del petróleo. c) El tratamiento del asfalto en el almacenamiento:

Tanto el almacenamiento en la destilería como en la planta asfáltica debe ser cuidadosamente tratado, ya que la combinación de prolongados tiempos de exposición a altas temperaturas pueden producir pérdidas de componentes volátiles, oxidación y otros procesos que envejecen al asfalto. Existen formas de evaluar estos efectos. La necesidad de recirculación que a veces se presenta al incorporar mejoradores de adherencia y/o modificadores pueden acelerar este proceso. También procesos de fabricación alternados, en donde se recalienta sucesivamente al asfalto, puede ocasionar deterioro de las propiedades del asfalto. d) El tratamiento del asfalto en la técnica constructiva.

Durante la utilización del asfalto, en la construcción de cualquier tipo de mezcla, se puede producir un deterioro en las propiedades del mismo. El choque con el árido en el proceso de mezclado, según el tipo de fabricación, la exposición en el mismo recipiente con los quemadores, puede producir procesos de envejecimiento y deterioro de las propiedades reológicas. Estos serán vistos más adelante. La utilización de planchas para calefacción en equipos de aplicación (“terminadoras”) en calzadas también se suma a los efectos a considerar. Con esto se tiene que considerar que cualquier choque térmico, producido en el proceso de fabricación, indefectiblemente afectará las características locales del cemento, para modificar el comportamiento general del mismo. e) La incorporación de adiciones.

Las adiciones buscan mejorar el comportamiento o grado de performance de un asfalto para mejorar sus prestaciones en servicio. Es muy importante controlar el proceso de adición pues puede transformarse en una desventaja enmascarada y difícil de detectar. Las principales adiciones son:  Mejoradores de adherencia .



Filler, polvos calcáreos  Asfaltitas  Polímeros Cada uno de ellos desarrolla una acción sobre el asfalto modificando su performance en diferentes escalones de tensiones y temperaturas de servicio. El proyectista considerará aquel de mayor significación de acuerdo a las solicitaciones encontradas. 

Clasificación de Asfaltos

Comercialmente se designan los asfaltos bajo distintos nombres de acuerdo a su grado de penetración o por viscosidad. La norma IRAM 6604 “Asfalto para uso vial – Clasificados por penetración – Requisitos” establece los siguientes 5 tipos de asfaltos: Tipo I II III IV V

Ámbito de penetración (0,1 mm) 40 - 50 50 – 60 70 – 100 150 - 200 200 – 300

Requisitos generales : El producto se presentará, a simple vista, con aspecto homogéneo, libre de agua y de sustancias extrañas y calentado hasta 170 ºC, no deberá formar espuma. Requisitos particulares . De acuerdo al tipo de asfalto, el producto cumplirá con lo establecido en la tabla 1. Tipo de asfalto Característica Penetración a 25°C, 5 seg, 100g Índice de penetración de Pfeiffer (1) Ensayo de Oliensis Ductilidad a 25ºC, 5 cm/min Densidad a 25ºC/25ºC Solubilidad en tricloroetileno Punto de inflamación Cleveland vaso abierto

Unidad

Tipo I

Tipo II

Tipo III

Tipo V

Método de ensayo

min

mx

min

mx

min

mx

min

mx

min

mx

0,1 mm

40

50

50

60

70

100

150

200

200

-

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

IRAM 6576 +0,5 6.1

-

300

Negativo

cm

100

-

100

-

100

-

100

-

100

-

1

0,99

-

0,99

-

0,99

-

0,98

-

0,98

-

g/100 g

99

-

99

-

99

-

99

-

99

-

ºC

230

-

230

-

230

-

230

-

230

-

50

-

40

-

35

-

Ensayo sobre el residuo de pérdida por calentamiento – RTFOT de la Penetración retenida % penet. 50 50 A 25°C original Pérdida por calentamiento Ductilidad del residuo a 25ºC, 5 cm/min

Tipo IV

g/100 g cm

-

0,8

-

0,8

-

0,8

-

0,8

-

0,8

50

-

50

-

75

-

100

-

-

-

IRAM 6594 IRAM 6579 IRAM 6586 6.2 IRAM IAP A 6555 IRAM 6839 IRAM 6576 IRAM 6839 IRAM 6579

/



Los principales ensayos a que se someten corrientemente los asfaltos sólidos son: 1) Peso específico (Norma IRAM 6587) 2) Penetración (IRAM 6576) 3) Ductilidad (IRAM 6579) 4) Punto de ablandamiento (IRAM 6841) 5) Oliensis (IRAM 6594) 6) Punto de inflamación (IRAM-IAP A 6555) 7) Pérdida por calentamiento en película delgada (IRAM 6582) 8) Solubilidad en bisulfuro de carbono (IRAM 6584) 9) Solubilidad en tetracloruro de carbono (IRAM 6535) 10) Índice de penetración, método Pfeiffer (IRAM 6604) 11) Viscosidad. a 60 y 135 ºC (IRAM 6836 y 6837) Más adelante se describirán en detalle estos ensayos. La tendencia actual es clasificar los asfaltos de acuerdo a su viscosidad, pero hay que tener en cuenta que no hay una relación directa entre los ensayos de viscosidad y penetración porque mientras el de viscosidad es científico el de penetración es empírico. Además la relación entre la penetración y la viscosidad varía para distintos asfaltos obtenidos de crudos de distintas fuentes. La viscosidad se mide en Poises a 60ºC. La unidad de viscosidad en el sistema c.g.s es el poise (P) equivalente a 1g/cm .s y en el SI es 1 Pa.s, equivalente a 10 P. La norma IRAM 6835 “Asfaltos para uso Vial Clasificados por Viscosidad – Requisitos” clasifica los asfaltos de la siguiente manera: Clase CA5 , CA5)( CA5'( CA5+( CA5*(

1m2ito de viscosidad 3d"a s4 *(( 5 /(( /(( 5 ) -(( ) -(( 5 ' *(( ' *(( 5 + -(( + -(( 5 * /((

Requisitos generales: El asfalto debe ser homogéneo, libre de agua, y no formar espuma cuando se lo caliente a 175 °C. Requisitos particulares: El asfalto según la clase deberá cumplir con los requisitos dados en la tabla siguiente.

0



Clase de asfalto Característica

Unidad

CA-5

CA-10

CA-20

CA-30

Método de ensayo

CA-40

mn

mx

mn

mx

mn

mx

mn

mx

mn

mx

Viscosidad a 60 ºC

dPa s

400

800

800

1600

1600

2400

2400

3600

3600

4800

Viscosidad a 135 ºC

mPa s

175

-

250

-

300

-

350

-

400

-

Indice de Penetración de Pfeiffer

-

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

Ensayo de Oliensis

-

Solubilidad en tricloroetileno Punto de inflam. Cleveland vaso abierto

Negativo

IRAM 6836 ó IRAM 6837 IRAM 6836 ó IRAM 6837 5.1 IRAM 6594

g/100 g

99

-

99

-

99

-

99

-

99

-

5.2

ºC

230

-

230

-

230

-

230

-

230

-

IRAM IAP A 6555

Ensayo sobre el residuo de pérdida por calentamiento – RTFOT

IRAM 6839

Índice de durabilidad

-

-

3,0

-

3,0

-

3,0

-

3,0

-

3,0

5.3

Ductilidad del residuo a 25ºC, 5 cm/min

cm

50

-

50

-

75

-

100

-

-

-

IRAM 6579

Ensayos físicos de cementos asfálticos: Los principales ensayos físicos a que se someten corrientemente los asfaltos sólidos o sobre el residuo que se obtiene por la destilación de un asfalto líquido son: 1) Peso específico: Norma IRAM 6587 Peso específico es la relación que existe entre el peso de un volumen dado de asfalto a una temperatura de 25°C, y el peso de un volumen igual de agua destilada a la misma temperatura. La determinación se efectúa con un picnómetro que picnómetro consiste en un recipiente de aluminio de 100 cm3 de capacidad, de paredes rectas que posee un tapón con el fondo cóncavo y un orificio de 1 mm. de diámetro que permite expeler el exceso de agua cuando se lo llena. También se puede emplear el picnómetro de Hubbard es de vidrio tiene forma cónica y una capacidad de 24 cm 3 aproximadamente. Se pesa el picnómetro limpio y seco, llamando a este peso " A". Luego se llena con agua destilada a 25°C introduciendo el tapón que permite un enrasado perfecto, se seca el exceso de agua que ha mojado la parte exterior del picnómetro, se seca y se anota el peso " B". )(



Se funde el asfalto calentándolo hasta 100-140°C y se vierte en el picnómetro seco, llenándolo hasta la mitad, se enfría luego a 25°C durante media hora, se pesa, este peso se indica como "C". Se completa el contenido con agua destilada a la misma temperatura, se coloca el tapón y se pesa este es "D". El peso específico se calcula de la siguiente manera: C-A P.E = --------------------------(B-A)-(D-C) 2) Penetración: Norma IRAM 6576 Por medio de este ensayo se determina una medida la consistencia de los materiales bituminosos. Consiste en apoyar una aguja estándar de 1mm de diámetro y 100 g. de peso, se deja penetrar durante 5 segundos sobre la muestra de asfalto calentado a 25°C, midiendo luego lo que ha penetrado la aguja en la muestra. La lectura se hace al 0,1 mm. Figura 4.

FIGURA 4 – PENETROMETRO

Figura 5

La preparación del asfalto a penetrar es de la siguiente manera: Se calienta el asfalto en forma indirecta, y se agita para eliminar las burbujas de aire. Se vierte en un molde metálico de 55 mm. de diámetro y 35 mm. de alto hasta una altura de 15 mm. Se lo protege del polvo y se lo deja enfriar a temperatura ambiente 1 hora, luego se lo coloca en un baño de agua a 25°C durante una hora al cabo del cual se lleva la muestra (dentro de una cubeta de agua a 25°C) a la base del penetrómetro. Se aproxima la aguja por reflexión a la superficie del asfalto, se coloca el dial en cero. Se destraba y se deja penetrar la aguja durante 5 segundos, leyéndose la penetración al 0,1 mm. Fig. 5. ))



3) Punto de ablandamiento: Norma IRAM 6841

Este ensayo determina una medida de la consistencia de los asfaltos. Se considera como punto de ablandamiento la temperatura en la cual el asfalto colocado en un anillo se hace lo suficientemente blando como para permitir el paso de un esfera de diámetro y peso dado. La muestra de asfalto a estudiar se funde, se homogeniza bien mezclada evitando la incorporación de burbujas de aire a la masa, se v ierte en un anillo de bronce de 15,8 mm. de diámetro interno y 6,3 mm. de profundidad, de modo que quede un exceso después del enfriamiento. El anillo al ser llenado estará dispuesto sobre una placa de bronce.

FIGURA 7

Se llena un vaso de vidrio pirex que permite altas temperaturas de 10 cm. de altura y que contiene un termómetro, con agua destilada a 5ºC hasta una altura de 8,25 cm. recientemente hervida. Luego se coloca el anillo con la muestra en el agua sobre el soporte respectivo de modo que la superficie inferior quede exactamente a 2,54 cm. sobre el fondo del vaso. Se coloca una bolilla de acero de 9,53 mm. de diámetro cuyo peso es de 3,5 g. en el centro del material en el anillo. Se aplica calor de modo que la temperatura del agua aumente 5ºC por minuto. Se tomará como punto de ablandamiento la temperatura indicada por el termómetro en el momento en que el material bituminoso al deformarse termina de recorrer 2,54 mm. Fig. 7. Para materiales bituminosos con punto de ablandamiento superior a 80ºC se sigue el mismo método, excepto que se usa glicerina en lugar de agua y un termómetro con escala de 30 a 200ºC. El punto de partida del baño será de 32ºC.

)'



4) Índice de Penetración IP = 20 u - 300 v u + 30 v Log 4 (tAB - tp) = u Log 800 - log PT = v Dónde: tAB: temperatura del punto de ablandamiento, en ºC tp: temperatura en ºC a la cual se realiza el ensayo de penetración, usualmente 25, PT: penetración a la temperatura tp Los valores negativos de IP expresan asfaltos más susceptibles térmicamente, mientras que valores positivos expresan asfaltos con menor variación de consistencia frente a los cambios de temperatura. Además de calcular, es posible determinar el IP mediante el grafico:

Diagrama para calcular el índice de penetración. (Fuente: KRAEMER; DEL VAL)

5) Ductilidad: Norma IRAM 6579 Consiste en someter una probeta de asfalto de forma parecida a un “ocho” con dimensiones normalizadas, a un alargamiento con una velocidad de 5 cm. por minuto y a una temperatura 25 ± 0,5°C, hasta el momento en que se produce el corte del material. La distancia expresada en centímetros se toma como ductilidad del asfalto. Para obtener la probeta de asfalto a estudiar se procede así: Se funde el asfalto a la menor temperatura posible (calentándolo en forma indirecta) y se vierte en el molde de bronce, que posee cuatro partes móviles, dos partes laterales y dos cabezales. Todo el conjunto se encuentra apoyado sobre una placa de bronce. Debe cuidarse que no queden burbujas de aire incorporadas en la masa. Fig. 6a Luego de media hora, se quita el exceso de asfalto del molde con una espátula caliente. Se introduce luego la probeta en un baño de agua mantenido a 25°C durante una hora. )+



Se retira la probeta de la placa sobre la que se ha preparado, se le quitan los dos laterales y se introduce en el ductilómetro con agua a 25°C.

FIGURA 6 a

FIGURA 6 b

Se inicia el ensayo poniendo en funcionamiento el motor, que comienza el estiramiento, midiendo sobre una regla metálica el recorrido efectuado por la aguja indicadora, hasta el momento en que se produce la rotura del filamento del material o bien si llega al final de la escala. Fig. 6b. 6) Oliensis: Norma IRAM 6594

Este ensayo permite individualizar los asfaltos que han sufrido un proceso de "cracking" o sobrecalentamiento durante su elaboración o aplicación, por la observación del tipo de mancha que produce una gota del mismo luego de efectuada una dilución. A tal fin se toma una muestra de 2 gr. del producto bituminoso y se la coloca en un frasco Erlenmeyer de 25 cm 3 de capacidad con tapón. Se agregan unos 10 cm 3 de solvente (generalmente aguarrás) y se agrega el tapón, agitando el contenido con rapidez durante 5 segundos, se deja descansar un minuto y se vuelve a agitar hasta que en el término de 6 a 8 minutos de repetida esta operación la muestra se encuentra totalmente dispersada. Si esto no ocurriera habría que calentar el frasco en baño de agua a lenta ebullición. Tomando una varilla de vidrio y sumergiéndola en la muestra se saca una gota que se coloca sobre un papel de filtro a los efectos de observar si el ensayo resulta positivo o negativo. Si la gota forma una mancha circular o marrón amarillento con un núcleo interior oscuro en el centro (Fig. 8 b) el ensayo debe considerarse positivo. Si en cambio la gota forma una mancha circular uniforme, el ensayo será negativo (Fig. a)

Fig a (negativo)

Fig b (positivo)

)*



Una mancha positiva indica un defecto en la elaboración del producto asfáltico o heterogeneidad en el mismo (productos de topping o cracking) en cambio una mancha negativa indica homogeneidad en asfalto. 7) Viscosidad: Norma IRAM 6544 Se utilizan aparatos denominados viscosímetros, donde uno de los más empleados es el de Saybolt-Furol para emulsiones asfálticas; para cementos asfálticos se usan los viscosímetros capilares y actualmente los viscosímetro rotacionales tipo Brookfield. Las especificaciones de los cementos asfálticos clasificados según su viscosidad se basan por lo común en los rangos de viscosidad a 60ºC. También se especifica generalmente una viscosidad mínima a 135ºC. El propósito es dar valores límites de c onsistencia a estas dos temperaturas. Se eligió la temperatura de 60ºC porque se aproxima a la máxima temperatura superficial de las calzadas en servicio pavimentadas con mezclas asfálticas en los Estados Unidos y en cualquier otra parte del mundo en donde la construcción de caminos progresa; y la de 135ºC, porque se aproxima a la de mezclado y distribución de mezclas asfálticas en caliente para pavimentación. La viscosidad aparente se realiza empleando viscosímetro rotacional con cámara termostatizada, de tipo Brookfield Thermosel o similar. El ensayo esta normalizado según ASTM D-4402 - IRAM 6637 Este método se utiliza para determinar la viscosidad aparente de asfaltos a una temperatura comprendida entre 38ºC y 200ºC, debido a que algunos asfaltos pueden exhibir comportamiento no-newtoniano, en las condiciones de este ensayo, y no siendo estos valores únicos del material sino que reflejan el comportamiento del fluido y del sistema de medición no siempre predicen el comportamiento de las condiciones de uso del material. Llamamos viscosidad aparente a la relación entre el esfuerzo aplicado y la velocidad de cizallamiento de un fluido newtoniano o no-newtoniano. El brookfield determina este parámetro a partir de la resistencia al giro que el asfalto le ofrece a un rotor (spindle), en condiciones prefijadas de temperatura y velocidad de giro del spindle. Un esquema de un viscosímetro rotacional Brookfield, puede verse en la figura siguiente:

),



Si se dispone de este equipamiento para el control de la consistencia de un asfalto para uso vial, son menores la limitaciones para un adecuado estudio del comportamiento del cemento asfáltico. Un paso significativo con el uso de este viscosímetro ha sido la posibilidad de obtener diferentes viscosidades a cualquier temperatura dentro del rango especificado. En este sentido se puede obtener la curva de viscosidad-temperatura, la cual permite obtener datos importantes para las diferentes etapas de manipulación del cemento asfáltico tales como el bombeo, el choque con los agregados en las usinas asfálticas y los procesos de compactación en las capas de rodamiento. Es muy importante conocer la variación de la viscosidad con la temperatura, que entre otras cosas, nos da la información sobre la susceptibilidad térmica de los asfaltos. Esta susceptibilidad térmica es la que permite su empleo como ligantes; a elevadas temperaturas se alcanzaran viscosidades tan bajas que permiten la envuelta de los áridos y la posterior extensión y compactación de las mezclas asfálticas; al enfriarse aumenta considerablemente su viscosidad y actúan como aglomerante de los áridos dando cohesión a la mezcla.

Los valores que garantizan una adecuada envuelta del ligante a los áridos es de 2 Poises y mientras que deberá ser de 3 Poises para garantizar un adecuado proceso de compactación de la mezcla (COOPER K. E. y otros, 1985).

8) Ensayo de punto de inflamación

Cuando se calienta un asfalto, libera vapores que son combustibles; el punto de inflamación, es la temperatura a la cual puede ser calentado con seguridad un asfalto, sin que se produzca la inflamación instantánea de los vapores liberados, en presencia de una llama libre. Esta temperatura, sin embargo, está bastante por debajo, en general, de la que el material entra en combustión permanente. Se la denomina punto de combustión (fire point), y normalmente no se usa en especificaciones para asfalto. )-



Ensayo de punto de inflamación "vaso abierto Cleveland"

El ensayo más usado para medir el punto de inflamación del cemento asfáltico es el de "vaso abierto Cleveland", que consiste en llenar un vaso de bronce con un determinado volumen de asfalto, y calentarlo con un aumento de temperatura normalizado. Se pasa una pequeña llama sobre la superficie del asfalto a intervalos de tiempo estipulados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual se han desprendido suficientes volátiles como para provocar una inflamación instantánea. 9) Película delgada en horno TFOT

Este no es en realidad un ensayo, sino un procedimiento destinado a someter a una muestra de asfalto a condiciones de 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.

Película delgada en horno

Se coloca una 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 es de 3 mm aproximadamente. El recipiente conteniendo a la muestra se coloca en un ).



plato que gira alrededor de 5 a 6 revoluciones por minuto durante 5 horas dentro de un horno ventilado mantenido a 163ºC. Luego se vuelca el cemento asfáltico en un recipiente normalizado para hacerle el ensayo de viscosidad o de penetración. 10) Ensayo de película delgada rodante en horno RTFOT

Este ensayo es una variante del anterior, desarrollado por agencias del oeste de los Estados Unidos. El propósito es el mismo pero cambian los equipos y procedimientos de ensayo. La figura muestra el horno usado para el ensayo de película delgada rodante y también el frasco de diseño especial para contener la muestra. Se introduce en el frasco una determinada cantidad de cemento asfáltico y se lo coloca en un soporte que rota con cierta velocidad alrededor de un eje horizontal, con el horno mantenido a una temperatura constante 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 en el recipiente. En este horno, se puede acomodar un mayor número de muestras que en el horno del ensayo de película delgada. El tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de endurecimiento en la muestra es también menor para este ensayo.

Ensayo de película delgada rodante en horno

)/



POLIMEROS Por lo general, la palabra polímero se emplea cuando hablamos de moléculas cuyo peso molecular (o tamaño) está en el rango de varios miles o más. Estas moléculas se forman por la repetición de unidades iguales que se unen formando una molécula más grande.

También estamos hablando generalmente, de polímeros lineales . Un polímero lineal es una molécula polimérica en la cual los átomos se arreglan más o menos en una larga cadena. Esta cadena se denomina cadena principal . Originalmente los polímeros no son grandes. Comienzan como pequeñas moléculas minúsculas llamadas monómeros . Para hacer un polímero, todo un grupo de monómeros se enlaza entre sí, para formar una larga cadena polimérica. La reacción química por la cual se obtienen los polímeros se denomina polimerización. Existen muchas de estas reacciones y son de distintas clases. Pero todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que luego se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. Llamamos monómeros a esas moléculas pequeñas, que pueden unirse de diferentes maneras. Por lo general, algunos de estos átomos de la cadena están enlazados a su vez, a pequeñas cadenas de átomos. Estas cadenas pequeñas se denominan grupos pendientes . Las cadenas de grupos pendientes son mucho más pequeñas que la cadena principal. Normalmente tienen unos pocos átomos de longitud, pero la cadena principal posee generalmente cientos de miles de átomos.

)0



Además, puede simplificarse la visión pensando que los átomos que constituyen la cadena principal están arreglados según un ordenamiento regular y ese ordenamiento se repite indefinidamente a lo largo de toda la cadena polimérica. Esta pequeña estructura que se reitera se llama estructura repetitiva o unidad repetitiva. Para simplificar las cosas, por lo general sólo representamos una unidad de la estructura repetitiva, así: (la unidad repetitiva se encierra entre paréntesis y el subíndice n indica el número de unidades repetitivas en la cadena polimérica) Sin embargo, los polímeros también pueden presentar otras estructuras diferentes a la de tipo cadena, este grupo es el de polímeros no lineales . De acuerdo a lo tratado hasta aquí, las cadenas principales de los polímeros están formadas por un tipo de monómero, pero este es sólo un grupo dentro de los polímeros denominado homopolímeros . Existe otro grupo de polímero en los que la cadena principal está formada por dos tipos distintos de monómeros, denominándose copolímeros . En los copolímeros los monómeros están generalemente ordenados en forma aleatoria. Los copolímeros pueden agruparse en cuatro conjuntos: estadísticos (agrupamiento aleatorio), alternantes (ordenamiento regular de los dos tipos de monómero), en bloque (ordenamiento, subgrupos dentro de la cadena en bloques de varios monómeros consecutivos de un tipo, intercalados con bloques del otro tipo de monómero), y de injerto (una cadena principal formada por un solo tipo de monómeros, en la que se prenden cadenas pendientes del otro tipo de monómero). Comportamiento molecular: Existen tres aspectos por los cuales los polímeros presentan un comportamiento diferente al de los materiales con moléculas pequeñas. Éstos son: Enredo de cadena: Las cadenas que forman los polímeros lineales no son ni rectas ni rígidas, sino flexibles. Se tuercen y se doblan formando una enredada maraña. Las cadenas tienden a torcerse y envolverse entre sí, de modo que las moléculas del polímero formarán colectivamente una enorme maraña enredada. Cuando un polímero se funde, las cadenas se comportan sin interacción entre moléculas, y es posible el desplazamiento relativo entre ellas. Pero cuando los polímeros se enfrían o permanecen en estado sólido, las cadenas enredadas proveen al material la resistencia y rigidez en grados relativamente más o menos grande. '(



Adición de Fuerzas Intermoleculares Todas las moléculas, tanto las pequeñas como las poliméricas, interactúan entre sí promoviendo la atracción electrostática. Algunas moléculas se atraen más que otras. Las moléculas polares lo hacen mejor que las no polares. En el caso de los polímeros, estas fuerzas de atracción se combinan extensamente. Cuanto más grande sea la molécula, habrá más para ejercer una fuerza intermolecular. Aún cuando sólo las débiles fuerzas de Van de Waals estén en juego, pueden resultar muy fuertes para la unión de distintas cadenas poliméricas. Esta es otra razón por la cual los polímeros pueden ser muy resistentes como materiales. Escala de Tiempo del Movimiento Los polímeros se mueven más lentamente que las moléculas pequeñas. Un grupo de moléculas pequeñas puede moverse mucho más rápido y más caóticamente cuando éstas no se encuentran unidas entre sí. Si se las une a lo largo de una extensa cadena, se desplazarán más lentamente. Esta lenta velocidad de movimiento hace que los polímeros hagan cosas inusuales. Para empezar, si se disuelve un polímero en un solvente, la solución resultará mucho más viscosa que el solvente puro. La medición de este cambio de viscosidad se emplea para estimar el peso molecular del polímero. Elastómeros Un

elastómero

(caucho)

tiene

la

particularidad de que puede ser estirado hasta muchas veces su propia longitud y luego recuperar

su

forma

original

sin

una

deformación permanente.

Si estiramos una porción de caucho las Elastómero sin tensión moléculas son forzadas a alinearse en la dirección en la que se está produciendo el estiramiento. Cuando lo hacen, se vuelven más ordenadas. Si se estira lo suficiente, las cadenas se alinearán tanto como para cristalizar. Pero cuando se afloja la presión y deja de estirar, las moléculas volverán rápidamente a su estado enredado y desordenado. Cuando esto sucede, el trozo de caucho recupera su forma original.

')



Elastómero tensionado

Las moléculas poliméricas que conforman una porción de caucho, no tienen ningún orden (estructura

amorfa) . Se enrollan y se enredan entre ellas. ero no todos los pol!meros

amorfos son elastómeros (los pl"sticos amorfos son termopl"sticos). #odo

depende de su

temperatura de transición v!trea, o # g. $sta es la temperatura por encima de la cual un pol!mero se vuelve %lando y dúctil, y por de%a&o de la cual se vuelve duro y que%radi'o, como el vidrio. Si un pol!mero amorfo tiene una # g por de%a&o de la temperatura am%iente, ser" un elastómero, porque es %lando y el"stico a temperatura am%iente. Si un pol!mero amorfo tiene una # g por encima de la temperatura am%iente, ser" un termopl"stico, ya que a dicha temperatura es duro y que%radi'o. e modo que, por regla general para los pol!meros amorfos, tenemos que los elastómeros poseen %a&as #g y los termopl"sticos poseen altas #g. ero esto sólo es aplica%le para pol!meros amorfos, no para pol!meros cristalinos. uando las moléculas del elastómero est"n entrecru'adas, se facilita aún m"s la recuperación de su forma original luego de suprimida la tensión. on las moléculas entrecu'adas se forman enlaces covalentes entre las diferentes cadenas poliméricas, uniéndolas en una única molécula reticulada. uando las cadenas poliméricas se encuentran unidas de esta forma, resulta aún m"s dif!cil estirarlas, por lo tanto retornan m"s f"cilmente a su forma original. ero esto hace que los elastómeros sean dif!ciles de reciclar. ara hacer que los elastómeros sean recicla%les, necesitamos encontrar un modo de mantener las moléculas unidas mientras el caucho se est" utili'ando y que luego permita que las mismas se separen cuando el caucho se procesa. La respuesta est" en lo que llamamos elastómeros termopl"sticos.

Principales materiales poliméricos Caucho natural $l caucho natural se e*trae comercialmente a partir del l"te* del "r%ol +evea %rasilensis. $l l"te* se diluye hasta un - de contenido en caucho y se coagula con "cido fórmico. $l material coagulado se comprime para eliminar el agua y producir un material laminado. Las l"minas se secan y se trituran, reduciendo el peso molecular medio del material al cortar algunas de las cadenas del pol!mero. ''



$st" compuesto principalmente por el poliisopreno. $ste material posee varios isómeros estructurales (misma composición qu!mica y distinta disposición estructural), los cuales no son todos elastómeros (pudiendo cristali'ar en algunos casos), el caso del componente del caucho s! corresponde a un elastómero. $ste se encuentra me'clado con prote!nas, l!pidos, sales inorg"nicas y otros componentes.

$l poliisopreno es un pol!mero dieno o sea un pol!mero formado a partir de un monómero que contiene dos enlaces do%les car%ono-car%ono. $ste pol!mero tam%ién puede sinteti'arse por medio de la polimeri'ación /iegler -0atta. $ste es un raro e&emplo de un pol!mero natural que puede producirse artificialmente.

Isopreno

Poliisopreno

$n 123, harles 4oodyear descu%rió la forma de vulcani'ar (endurecer) el caucho. $l proceso consiste en calentar el caucho me'clado con a'ufre y car%onato de plomo. $l a'ufre forma enlaces do%les entre las moléculas del elastómero, endureciendo el material. $l caucho vulcani'ado contiene entre el 2 y el 5- de a'ufre, y es m"s duro cuanto mayor es el contenido de a'ufre. $l o*!geno y el o'ono reaccionan tam%ién con el caucho, produciendo tam%ién enlaces do%les entre moléculas. La reacción resulta en una fragili'ación del material durante su enve&ecimiento. ara prolongar la vida útil de material se utili'an aditivos antio*idantes tanto en el proceso de fa%ricación, como incorporados permanentemente al material. 6dem"s de estos aditivos se utili'an materiales de relleno para reducir el coste del producto. $ntre estos encontramos al negro de car%ón, que adem"s aumenta su resistencia a

'+



la tracción y a la abrasión. Otros también usados son los silicatos cálcicos y arcillas modificadas químicamente. Etil-Vinil-Acetato (EVA)

La incorporación de EVA a los asfaltos de uso vial modifica sus propiedades las que han de depender de las características del asfalto y de la composición química del copolímero, además de su contenido en la mezcla. En general, los polímeros EVA mas adecuados para modificar asfaltos presentan un contenido de acetato de vinilo comprendido entre 18 y 33%. En lo que respecta al cambio de propiedades que se originan con la incorporación del copolímero al asfalto, tenemos una reducción en la penetración, un incremento en el punto de ablandamiento y una reducción en la susceptibilidad térmica. La magnitud de estos cambios depende del contenido de polímero. SBS

El poli estireno-butadieno-estireno, o SBS,es un tipo de copolimero en bloque es el caucho sintético más utilizado. Su cadena principal está constituida por tres segmentos. El primero es una larga cadena de poliestireno, el del medio es una cadena de polibutadieno, y el último es otra larga sección de poliestireno.

bloque de

bloque de

bloque de

La presencia del estireno provee al material de una gran tenacidad, que le permite deformarse bajo grandes esfuerzos sin cristalizar, y además le da al SBS durabilidad. El polibutadieno es un material parecido al caucho y le confiere al SBS características similares al caucho. El SBS es también un tipo de material inusual, llamado elastómero termoplástico. Estos son materiales que a temperatura ambiente se comportan como cauchos elastoméricos, pero cuando se calientan, pueden ser procesados como plásticos. La mayor parte de los cauchos son difíciles de procesar, porque están entrecruzados. La principal característica de estos materiales es que ellos pueden fluir fácilmente como líquidos viscosos cuando están fundidos a altas temperaturas y comportarse elásticamente a las temperaturas de servicio, similar a los cauchos vulcanizados. Los polímeros más empleados de este grupo para modificar asfaltos tienen pesos moleculares entre 80.000 y 300.000 y el contenido de estireno está entre 20 y 30 %.La modificación del asfalto por parte del polímero comprende el mezclado de los mismos a '*



temperaturas que garantice una adecuada dispersión del polímero dentro del asfalto, mediante una adecuada agitación. Cauchos de nitrilo

Son copolímeros de butadieno y acrilonitrilo. Los grupos nitrilo proporcionan buena resistencia a los aceites y los disolventes, así como también mejoran la resistencia al calor y a la abrasión. Son materiales más caros que otros cauchos y se utilizan en aplicaciones especiales como mangueras y manguitos que requieren una alta resistencia a aceites y disolventes. Cauchos de silicona Son polímeros cuyo monómero se basa en silicio y oxígeno. La clase más común es aquella en la que los radicales corresponden a grupos metilo (polidimetil siloxano). Estos cauchos tienen como ventaja el hecho de que poseen un amplio rango de temperaturas de uso (entre –100°C y 250°C). Sus aplicaciones incluyen el sellado, juntas de materiales, etc. Estireno-Butadieno (SB) Cuando el asfalto es modificado con un copolímero en bloque parcial, del tipo SB (Estireno-Butadieno), si bien el mecanismo de interacción con el asfalto es similar al del SBS, su comportamiento reológico es bastante diferente. La macroestructura de estos polímeros no es igual al reticulado físico que generan los polímeros SBS. Para obtener una respuesta elástica significativa, es necesario llevar a cabo una reticulación o entrecruzamiento del tipo química, para crear uniones covalentes entre las macromoléculas lineales. El reticulado se alcanza adicionando reactivos químicos después que el polímero ha sido adicionado al asfalto, generalmente son compuestos basados en azufre. En resumen los principales polímeros modificadores de los asfaltos son los que se ven en la tabla adjunta: Polímeros Plastómeros EVA EBA, EMA, ETC. Elastómeros SBS Cauchos

',



ASFALTOS MODIFICADOS Son asfaltos a los cuales se les han añadido de manera homogénea y estable, en un cierto

porcentaje previamente analizado, algún tipo de aditivo para mejorar sus propiedades reológicas. El asfalto es un material muy susceptible a los cambios de temperatura, sufre envejecimiento por intemperismo, es afectado por la oxidación y la fotodegradación. En algunas ocasiones el asfalto tiene que ser modificado mediante la adición de un agente químico para mejorar sustancialmente sus propiedades reológicas, es decir, que mejoren su comportamiento para una amplia gama de condiciones de temperatura o de aplicación de las cargas (altos desempeños en su funcionamiento al momento de estar en servicio, recibiendo las cargas del tráfico y soportando los posibles gradientes de temperatura). El término aditivo es general y puede referirse a muy diversos materiales. Con el rápido desarrollo de la tecnología existen en el mercado numerosos productos que pueden tener efectos beneficiosos, aunque deban usarse con prudencia y con el pleno conocimiento de su comportamiento. Los principales tipos de adiciones de un cemento asfáltico son las siguientes: Mejoradores de adherencia • Filler, polvos calcáreos • Asfaltitas • Polímeros •

Compatibilidad del sistema Asfalto - Polímero

La compatibilidad asfalto/polímero puede variar ampliamente, dependiendo de la composición química del asfalto y del polímero en particular. La compatibilidad de un polímero con un asfalto depende de su estructura, pudiéndose decir que un polímero será tanto más compatible con un asfalto cuanto más bajo sea su peso molecular, aunque si este es excesivamente bajo, el polímero podría desempeñar un mero papel de agente plastificante, dotando al ligante de una cohesión muy baja. La compatibilidad de un polímero con un asfalto no implica que el asfalto sea compatible con otros tipos de polímero. Es compatible un polímero con un asfalto cuando no se producen alteraciones en la estructura coloidal del asfalto. La incompatibilidad se manifiesta por precipitación de los asfaltenos, exudación de aceites y sedimentación o flotación del polímero, que podrá ser evaluado mediante el ensayo de estabilidad al almacenamiento. En el asfalto, la compatibilidad depende de la aromaticidad de la fase malténica; baja aromaticidad trae aparejada baja compatibilidad. Cuanta mayor cantidad de '-



maltenos posea un asfalto mejor será la compatibilidad. O sea, cuando mayor características tipo sol posea mejor es la dispersión

.

Los ensayos recomendados para evaluación son los siguientes: Ensayo de compatibilidad: Microscópico   Estabilidad al almacenamiento  Determinación del índice de inestabilidad coloidal Propiedades mecánicas: Recuperación elástica por torsión   Recuperación elástica lineal Adhesividad y resistencia al envejecimiento: se realiza y se evalúa igual que en asfaltos convencionales. ¿Para qué modificar un asfalto?

El principal objetivo que se persigue con la modificación de los asfaltos, es lograr ligantes con propiedades reológicas que no se obtienen en los cementos asfálticos producidos por las técnicas convencionales de refinación. El historial de los asfaltos modificados con polímeros tiene su origen en Europa, particularmente en Alemania, donde las mezclas con asfaltos modificados fueron introducidas en la década del 70. En este período con el objetivo de mejorar la seguridad en las carreteras tratando de incrementar la resistencia al deslizamiento de las capas de rodamiento se dio un gran estímulo a las investigaciones sobre el tema. Los asfaltos modificados con polímeros son ligantes cuyas propiedades han sido modificadas por la adición de un agente químico produciendo una alteración en su estructura y en sus propiedades físicas y químicas. Las propiedades elastoméricas son las características más relevantes de los asfaltos modificados con polímeros. Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos convencionales por el agregado de polímeros son: 1. Aumentar la Cohesión interna 2. Disminuir la Susceptibilidad térmica

'.



Asfalto sin modificar z e d i g i R

Asfalto modificado

Ba a fisuración

Tem eratura

Alta deformación

El agregado de un polímero incrementa la rigidez (mayor viscosidad) a elevadas temperaturas en la mezcla que compone la capa de rodamiento de las carretera (reduciendo la deformación permanente “ahuellamiento”) y disminuye la rigidez a bajas temperaturas del pavimento, aumentando su elasticidad (disminuye fisuración); además podemos mencionar: 1. 2. 3. 4.

Disminuye el ahuellamiento Mejorar el comportamiento a la fatiga Aumentar la adhesividad árido-ligante Aumentar la resistencia al envejecimiento. (Mayor durabilidad)

Asfalto sin modificar

a r e d o r e d d a di d n u f o r P

Asfalto mo dificado

Número de ejes

Las capas con una elevada estabilidad frente a las deformaciones plásticas y gran capacidad de absorción y reparto de esfuerzos son necesarias especialmente en zonas con alta intensidad de tránsito, altas temperaturas estivales y tránsitos lentos y canalizados. La solución tradicional con el empleo de asfaltos duros y en bajas concentraciones no dieron buenos resultados y ha conducido a envejecimientos prematuros y fallas por fatiga. La modificación se consigue formando una “red” de polímeros distribuida en el asfalto, otorgándole a éste las propiedades del polímero.

'/



En el gráfico siguiente de consistencia vs. temperatura tal como el desarrollado por Heukelom, (BTDC : Bitumen Test Data Chart) se observa el efecto de la incorporación de un elastómero en un asfalto vial. Una de las curvas muestra el caso general de lo que debería ser un asfalto ideal, donde la consistencia permanece constante en el rango de las temperaturas de servicio y cae rápidamente a niveles bajos en el rango de las temperaturas de fabricación y colocación de las mezclas.

Por el contrario, el asfalto convencional presenta una variación casi lineal de la consistencia con la temperatura. Si bien en el intervalo de temperaturas de fabricación y colocación de las mezclas su comportamiento es muy bueno, no ocurre lo mismo en el intervalo de las temperaturas de servicio ya que sus propiedades pueden ser inadecuadas por ser muy frágiles a bajas temperaturas y no tener una consistencia adecuada en el rango de las altas temperaturas de servicio. Para el caso de un asfalto modificado con SBS, la curva de variación de consistencia con la temperatura se acerca a la del asfalto ideal ya que en el intervalo de bajas temperaturas las variaciones son menores que las del asfalto convencional, presentando mejores características de flexibilidad como lo indican los valores más bajos de consistencia. En el intervalo de las temperaturas de servicio, el asfalto modificado presenta una menor susceptibilidad térmica, con consistencias elevadas a altas temperaturas del camino, 60-70 °C, lo que asegura una buena resistencia de las mezclas a las deformaciones permanentes (Ahuellamiento). Finalmente, en la zona de temperatura de mezclado en la Planta asfáltica, el asfalto modificado presenta una viscosidad algo mayor que la del asfalto convencional, pero de ninguna manera dificulta la preparación de las mezclas. Las principales ventajas de los asfaltos modificados en servicio son las siguientes: Decrece la susceptibilidad térmica  '0



Disminuye la exudación del asfalto por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad. Mayor elasticidad debido a los polímeros de cadenas largas.  Más alta adherencia debido a los polímeros de cadenas cortas.   Elevada cohesión ya que el polímero refuerza la cohesión de la mezcla. Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante, pues  los sitios más activos del asfalto son ocupados por el polímero. Mayor durabilidad, los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio,  demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades características. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación.  Mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado.   Mayor resistencia al derrame de combustibles.  Reduce el costo de mantenimiento.  Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.  Aumenta el módulo de la mezcla. 

Ensayos de caracterización de los asfaltos modificados

Otra propiedad elastomérica importante de los asfaltos modificados con polímeros, es la relacionada con las propiedades elásticas. Esta propiedad puede ser evaluada por medio de ensayos de recuperación elástica. Los ensayos más empleados son el indicado en la especificación alemana TL-PmB 89 Teil-1 de Ductilidad modificada y el de recuperación elástica torsional descrito en el método NLT 329/91 de las especificaciones españolas y norma IRAM 6830. En ambos ensayos la recuperación elástica de los asfaltos modificados se determina sometiendo a estiramientos por tensión o a deformaciones por torsión, expresándola como porcentajes de las recuperaciones obtenidas. En el método del ductilómetro se somete la probeta empleada en la medida de la ductilidad a un estiramiento de 50mm / minn a 25 ºC hasta producir un estiramiento de 20 cm.

+(



Después del estiramiento se para el ductilómetro y se mantiene la muestra en esta posición durante 5minutos. A continuación se corta por la mitad con una tijera y se deja recuperar durante 1 hora.

Al cabo de este tiempo se anota la longitud en cm de cada mitad de la muestra calculándose el % de recuperación elastica con la formula siguiente:

Este método complementa al ensayo de ductilidad para saber si un asfalto está modificado o no con un polímero. Recuperación elástica torsional (norma IRAM 6830)

Uno de los efectos que más se evidencian de un ligante modificado es el aumento de las fuerzas de cohesión, influyendo en la capacidad del asfalto de recuperar una deformación. Esto será evidenciado en una mayor recuperación elástica por torsión. En el ensayo se sumerge un cilindro metálico, de medidas especificadas, en la muestra fundida. Luego se deja enfriar hasta temperatura ambiente y se termostatiza el conjunto a 25 C ± 0,5 °C (ver esquema).

°

Mediante un dispositivo de torsión, se hace girar el cilindro 180 ° en un tiempo entre 3 s y 5 s, transcurridos 30 s, se hace la primera lectura del ángulo recuperado, observando la posición de la aguja indicadora sobre la escala graduada. A los 30 min ± 1 min se hace una segunda lectura.

+)



Se calcula la recuperación elástica total y la recuperación elástica residual por torsión, aplicando las fórmulas siguientes: RR

=

RT

(α 2 - α 1 ) ⋅ 100 180

=

100 180

α2 ⋅

siendo: RR RT α1

la recuperación elástica por torsión, en grados por cien grados; la recuperación elástica total por torsión, en grados por cien grados; el ángulo recuperado a los 30 s, en grados;

α2

el ángulo recuperado a los 30 min ± 1 min.

Ensayo de estabilidad al almacenamiento de asfaltos modificados con polímeros Norma IRAM 6840

Durante el almacenamiento a temperaturas elevadas se pueden producir en los ligantes modificados fenómenos de heterogeneidad, enriqueciéndose el ligante en polímero en la parte inferior o superior del tanque, en función de sus densidades respectivas. Este fenómeno puede ser motivado por dispersión incorrecta del polímero en el ligante o por incompatibilidad entre ambos. Esta norma propone un método de ensayo para evaluar si se produce la concentración excesiva del polímero en la parte superior o en la inferior. Se somete a una muestra del ligante modificado, contenido en un recipiente conveniente, a una temperatura elevada durante 5 d. Al final de este período se determina, el punto de ablandamiento (IRAM 6841), la penetración (IRAM 6576), y otras características +'



especificadas, en partes de las muestras tomadas de la zona superior e inferior del recipiente.

El resultado del ensayo de estabilidad al almacenamiento se expresa como diferencia entre las penetraciones y entre los puntos de ablandamiento, obtenidos en las submuestras superior e inferior ensayadas. Se calcula ambas variaciones de la siguiente manera: Variación de la penetración, ∆P = Psup - Pínf siendo: ∆

P la variación de la penetración entre la submuestra superior y la submuestra inferior, en décimas de milímetro;

Psup la penetración de la muestra superior, en décimas de milímetro; Pinf la penetración de la muestra inferior, en décimas de milímetro. Variación del punto de ablandamiento siendo: ∆

PA = PA sup - PAínf

∆

PA la variación del punto de ablandamiento entre la submuestra superior y la submuestra inferior, en grados celsius;

PAsup el punto de ablandamiento de la submuestra superior, en grados celsius; PAinf el punto de ablandamiento de la submuestra inferior, en grados celsius

++

Asfaltos y Asfaltos Modificados de Uso Vial

Recommend Documents