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09.00 asfalto

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Text of 09.00 asfalto

  • LIGANTES BITUMINOSOS

    09PAVIMENTOS

    Ing. Augusto Garca

    ASFALTO: material aglutinante deconsistencia variable, de coloroscuro, se puede encontrarnaturalmente y/o por refinacin de

    petrleos.

    Est constituido por mezcla compleja

    de hidrocarburos no voltiles de

    elevado peso molecular.

    Ligantes bituminosos

  • Los asfaltos naturales puedenencontrarse en depresiones de lacorteza terrestre constituyendo los Lagos de Asfalto (Trinidad,Bermudas) o aparecenimpregnados en poros de rocasformando las llamadas RocasAsfltitas (Gilgonita). Seencuentran tambin mezcladoscon impurezas minerales.

    Actualmente, la mayor parte del

    asfalto producido y empleado en el

    mundo es extrado del petrleo del

    cual es obtenido exento de

    impurezas.

    Ligantes bituminosos

    Planta de refinera de petrleo

    Los asfaltos se producen porel refino del Petrleo enUnidades de DestilacinPrimaria y de Vaco.

    El producto obtenido delfondo de la destilacinprimaria (crudo reducido) esdestilado a 26 mm Hg. depresin de vaco y altatemperatura (del orden de700F).

  • Recuperacin y refinado de productos asfalticos del petrleo

    El producto obtenido por losfondos de la torre de vaco sellama Residual Asfltico oCemento Asfltico de Petrleo CAP, semislido atemperatura ambiente.

    Dicho CAP es obtenido adiferentes viscosidades lasque miden su consistencia.

    Composicin qumica del asfalto

    A

    R

    a

    RR

    R

    R a

    A

    R

    RR

    R

    A

    R

    RR

    R

    A

    R

    RR

    R

    a R a a R a

    a R a

    a R aa R a

    A Asfaltenos

    R Resinas

    a AromticosNO POLARES

    ASFALTENOS constituyen entre el 5% al 25% deltotal de bitumen, se caracterizan por no

    presentar ductilidad ni adherencia. Al

    incrementarse la proporcin de asfltenos se

    obtiene una asfalto mas duro y de menor

    penetracin, mayor punto de ablandamiento y

    mayor viscosidad.

    RESINAS son lquidos muy viscosos de colormbar, constituyen entre el 5% al 25% del total

    de bitumen, tiene naturaleza polar por lo cual

    imparte propiedades de adhesividad y

    ductilidad es la parte activa de bitumen. Al

    oxidarse se convierten es asfltenos.

    ACEITES (AROMATICOS Y SATURADOS) sonlquidos de viscosidad media , no tiene ninguna

    adhesividad, constituyen entre el 35% al 75%

    del total de bitumen, son estables en presencia

    de oxigeno pero la fraccin que se oxida se

    transforma en resinas y asfltenos.

    Composicin qumica del asfalto segn la teora Micelar

  • Propiedades fisicas del asfalto

    Son preparados especialmente por presentar cualidades yconsistencias propias para uso directo en la construccinde pavimentos asflticos. Por tener las siguientespropiedades:

    Consistencia. Durabilidad Adherencia. Cohesin Pureza Gravedad Especifica

    Se clasifican de acuerdo a su consistencia medida por laviscosidad dinmica , absoluta o por su penetracin (PEN).

  • Consistencia

    La consistencia se mide como el grado de fluidez oresistencia a la deformacin de un material asfaltico auna temperatura determinada.

    Los asfaltos son materiales termoplsticos, es decir quesu consistencia cambia con la temperatura, mientras mascaliente este un asfalto menor ser su viscosidad, esdecir ser mas fluido.

    El cambio de la consistencia debido a la temperatura seconoce como SUSCEPTIBILIDAD TERMICA. Para podergraficarla es necesario determinar en el laboratorio porlo menos su grado de fluidez o su consistencia a dostemperaturas diferentes.

    Susceptibilidad trmica

    Muy frgil (Grietas Trmicas)

    Muy Suave(Ahuellamiento)

    El asfalto es muy SUSCEPTIBLE al

    cambio de temperatura

    La pendiente indica el grado de

    susceptibilidad

    Algunos aditivos reducen la

    susceptibilidad

    RANGO OPTIMO DE VISCOCIDAD

  • Susceptibilidad trmica

    La susceptibilidad trmica varia

    entre asfaltos provenientes de

    diferentes crudos.

    Los 2 asfaltos mostrados A y B tiene

    la misma penetracin a 25C pero a

    otras temperaturas es diferente.

    500

    100

    10

    1

    0.1

    52 58 64 70 76 82 88 100 120 135 150 165 180 200

    Vis

    cosi

    ty, P

    a-s

    Temperature, C

    Compaction Range

    Mixing Range

    Grafica de viscosidad temperatura para cemento asfalticos

    60C

    135C

  • Susceptibilidad trmica

    Cold climate

    GRADOS Y TIPOS

    Asfalto viene en diferente grados (suave y duro)

    Asfalto Suave (baja viscosidad) se usa en climas fros para evitar agrietamiento trmico

    Asfalto duro (alta viscosidad) usado en climas calientes para evitar ahuellamiento

    OptimumViscosity

    Range

    SuaveDuro

    Hot climate

  • Susceptibilidad trmica

    Muy frgil (Grietas Trmicas)

    Muy Suave(Ahuellamiento)

  • Temperatura

    Original

    La durabilidad se define como la capacidad de un ligante asfaltico para mantenersus propiedades originales cuando es sometido a los procesos normales de trabajoen obra. Estos procesos son los de almacenamiento y mezclado en planta,transporte, extendido y compactacin y luego durante la etapa de servicio a lolargo del periodo de servicio de la obra.

    Envejecido por RTFO

    Consistencia

    El envejecimiento puede ser causado por uno o variosprocesos diferentes: oxidacin (90%),volatilizacin, tixotropa, separacin y sinresis.Sin embargo el efecto ser siempre el mismoREDUCCION DE LA VIDA UTIL, ya que el asfalto sevuelve quebradizo, pierde sus propiedades deadhesin y cohesin e incluso perdida del materialde asfalto en la mezcla ya que algunos de losproductos provenientes del envejecimiento sonsolubles en agua.

    El envejecimiento

  • BEAVER CO.

    LYCOMING CO

    WASHINGTON CO.

    LEBANON CO.

    CRACKING FIRST OBSERVED

    0 20 40 60 80 100 120 140

    70

    60

    50

    40

    30

    20

    10

    PEN

    ETR

    AC

    ION

    AT

    77

    F

    LIFE OF PAVEMENT, MONTHS

    En la figura se ilustra la

    variacin en la penetracin

    de diversas mezclas

    elaboradas con distintos

    ligantes, en funcin del

    tiempo de servicio. Como se

    observa, todas y cada una de

    las mezclas sufri una

    disminucin en la

    penetracin con el paso del

    tiempo y que cuando la

    penetracin alcanzo por

    debajo de 30 dmm

    comenzaron a presentarse

    las primeras seales de

    agrietamiento de la mezcla.

    El envejecimiento

    Tipos de asfaltos para pavimentacin

    CEMENTOS ASFLTICOS DE PETRLEO : CAP - PEN

    Asfalto refinado o una combinacin de ste con un aceite fluidificante,

    cuya viscosidad es apropiada para los trabajos de pavimentacin

    ASFALTOS DILUIDOS, RECORTADOS O CUT BACKS

    Cemento asfltico licuado con solventes como la gasolina(RC), el

    kerosn(MC) o un aceite liviano (SC). Su uso est muy limitado por

    efectos ambientales

    EMULSIONES ASFLTICAS

    Dispersin de glbulos de cemento asfltico dentro de agua en

    presencia de un agente emulsificante. Puede ser aninica o catinica,

    dependiendo de la carga elctrica de los glbulos.

    ASFALTOS MODIFICADOS

  • Tipos de asfaltos para pavimentacin

    GRADOS (TIPOS) DE ASFALTO

    PER

    USA

    1. Grado de Penetracin (PEN)

    2. Grado de Viscosidad (AC)

    3. Grado de Envejecimiento

    Residual (AR)

    4. Grado de Performance o

    Comportamiento (PG)

  • El cemento asfaltico es un ligante denso que a la

    temperatura ambiente es semislido, usualmente

    pegajoso y de color variable entre caf muy oscuro y

    negro.

    El cemento asfaltico se prepara comercialmente en 5

    grados o rangos de consistencia definidos con base al

    ensayo de penetracin.

    Cementos asfalticos

    La designacin corriente de los cinco grados de cemento

    asfaltico utilizados en pavimentacin y su significado es

    como sigue.

    PEN 40 50: Cemento Asfaltico con penetracin entre 40 A 50

    decimas de milmetro

    PEN 60 70: Cemento Asfaltico con penetracin entre 60 A 70

    decimas de milmetro

    PEN 85 100: Cemento Asfaltico con penetracin entre 85 A 100

    decimas de milmetro

    PEN 120 150: Cemento Asfaltico con penetracin entre 120 A 150

    decimas de milmetro

    PEN 200 300: Cemento Asfaltico con penetracin entre 200 A 300

    decimas de milmetro.

    Cementos asfalticos

  • Los PEN 200 300 son los mas blandos, sonmoderadamente firmes a la temperatura ambiente y

    el dedo penetra fcilmente en ellos. El grado mas duro

    los constituye los PEN 40 - 50 y tienen unaconsistencia tal que a la temperatura ambiente el

    dedo solo alcanza a producir en ellos una leve huella

    superficial. El grado mas empleado en los pavimentos

    asfalticos corrientes es el PEN 85 - 100.

    Cementos asfalticos

    Tipo de cemento asfaltico por emplear en mezcla en caliente

    Transito de diseo

    (106 ejes de 80 KN)Temperatura media anual de la regin

    Mas de 24C 15 a 24 C Menos de 15C

    Mas de 5 60 - 70 60 - 70 80 - 100

    0.5 a 5 60 70 60 70 u 80-100 80 100

    Menos de 0.5 60 - 70 60 70 u 80-100 80 100

    El cemento asfaltico a emplear en las mezclas asflticas

    elaboradas en caliente ser seleccionado en funcin de las

    caractersticas climticas de la regin y las condiciones de

    operacin de la vas.

    Cementos asfalticos

  • Son cementos asfalticos rebajados, que se obtienen

    diluyendo el cemento asfaltico en algn solvente

    derivado del petrleo.

    Si el solvente usado en la preparacin del asfalto

    liquido es muy voltil, puede escapar rpidamente por

    evaporacin y si su volatilidad es baja se evapora mas

    lentamente.

    Con base en la rapidez con que se produce la

    evaporacin del solvente, fenmeno que se conoce

    mas como curado del asfalto.

    Asfalto liquidos (Cut-backs).

    Los asfaltos rebajados se dividen en tres tipos:

    Curado rpido (RC):Rapid curing, cuyo solvente es un liquidovolatil, generalmente gasolina.

    Curado medio (MC): Medium Curing, cuyo solvente tpico es elkerosene.

    Curado lento (SC o LC): Slow curing, cuyo solvente es un aceitepesado de baja volatilidad, usualmente del tipo fuel-oil.

    RC: Asfaltos de CURA RAPIDA (26% Nafta gasolina pesada)MC: Asfaltos de CURA MEDIA (30% Kerosene)LC: Asfaltos de CURA LENTA (35 % diesel)

    Asfalto liquidos (Cut-backs).

  • Asfalto liquidos (Cut-backs).

    Las emulsiones asflticas son dispersiones en agua de glbulos

    asfalticos de 2 a 5 micrones de dimetro, que se mantienen

    estables en presencia de un agente emulsificante que pueden ser

    jabones resultantes del tratamiento de cidos grasos o resinas con

    bases fuertes (aninicas) o los resultados de la accin de los

    cidos minerales, sobre los compuestos aminicos (catinicas) .

    Emulsiones Asflticas.

  • Emulsiones Asflticas.

    Emulsiones Asflticas.

  • Cuando la fase dispersa es el asfalto y el agua la

    continua se le denominan directas, en contraposicin

    con las inversas , en las que la fase dispersa son las

    gotitas de agua y la fase continua lo constituye el

    asfalto liquido.

    el contenido de asfalto de las emulsiones bituminosas

    para pavimentos varia normalmente entre 50% y el

    60% del peso total.

    Emulsiones Asflticas.

    Cuando las 2 fases de una emulsin asfltica se disocian

    completamente, es decir cuando los glbulos de asfalto se

    aglomeran sobre un material o los unos contra otros,

    separndose netamente de la fase acuosa, se dice que ocurre el

    rompimiento de la emulsin.

    El rompimiento de la emulsin asfltica es provocado por una

    modificacin en el equilibrio electrosttico que mantiene los

    glbulos de asfalto en suspensin en la fase acuosa y que

    puede deber se a la evaporacin de esta ultima, o cambios

    notables en el PH o a reaccin de la fase acuosa y el material

    ptreo.

    Emulsiones Asflticas.

  • Emulsiones Asflticas.

    De acuerdo al tipo de carga de los glbulos asfalticos y la

    velocidad con que se produce el rompimiento de la emulsin,

    estas se dividen en 6 tipos:

    ARR = Emulsin Anionica de rompimiento rpido.

    ARM = Emulsin Anionica de rompimiento medio.

    ARL = Emulsin Anionica de rompimiento lento.

    CRR = Emulsin Cationica de rompimiento rpido.

    CRM = Emulsin Cationica de rompimiento medio.

    CRL = Emulsin Cationica de rompimiento lento.

    Emulsiones Asflticas.

  • a) Emulsiones aninicas (A): Presentan carcter bsico, estando las partculas de betncargadas negativamente, por lo que presentan buena adhesividad con ridos alcalinos o

    alcalinotrreos tales como las calizas, que se ionizan positivamente al contacto con elagua. Son las ms antiguas.

    b) Emulsiones catinicas (C): En ellas, las partculas de betn se cargan positivamente, loque les confiere un carcter que facilita la adherencia de ridos cidos, con alto Contenido

    en slice; tambin son compatibles con la mayora de ridos calizos.

    Tipos de asfaltos para pavimentacin

  • Para evaluar la calidad de cualquiera de los tipos de asfaltos ya

    mencionados y para realizar su clasificacin se han ideado una

    serie de ensayos de laboratorio que han llegado a formar parte

    de la practica rutinaria, teniendo:

    Ensayo de penetracin.

    Ensayo de viscosidad.

    Ensayo de punto de ablandamiento.

    Ensayo de ductibilidad.

    Ensayo de punto de inflamacin.

    Ensayo de pelcula delgada.

    Ensayo de manchaetc

    ENSAYOS NORMALES SOBRE PRODUCTOS

    BITUMINOSOS PARA PAVIMENTACION.

    Se lleva a cavo sobre los cementos asfalticos y

    sobre los residuos de la destilacin de asfalto

    liquido o emulsiones asflticas, y es una medida

    de la consistencia de los mismos.

    Sobre un apasta de asfalto previamente

    moldeada y calentada hasta una temperatura

    uniforme de 25C, se coloca una aguja de acero

    de Dimetro de dimensiones normalizados, que

    soportan un peso de 100 gr y se deja libre

    durante 5 segundos.

    La distancia que la aguja logre penetrar dentro

    dela pasta asfltica en estas condiciones, medida

    en decimas de milmetro, se denomina

    penetracin del asfalto, mientras mayor se a la

    penetracin, mas blanda es la consistencia del

    cemento asfaltico

    a) ENSAYO DE PENETRACION.

  • Sirve para medir la

    consistencia del asfalto.

    Clasificacin actual de

    los asfalto en Per.

    La medicin se realiza

    a 25C.

    a) ENSAYO DE PENETRACION.

    a) ENSAYO DE PENETRACION.

    Penetracin1/10 mm

    100 gr25 C5 Seg.

    Este ensayo se realiza

    haciendo penetrar en la

    superficie de la muestra

    una aguja normalizada de

    100 g por 5seg.

    La distancia que penetra

    la aguja en el asfalto se

    expresa en decimas de

    milmetro.

  • Tiene por objeto determinar el estado de

    fluidez del asfalto, en el rango de

    temperaturas que se usan durante su

    aplicacin.

    Se mide, ya sea por la viscosidad

    cinemtica o mediante Saybolt furol. La

    viscosidad de un cemento asfaltico a las

    temperaturas usadas en el mezclado

    (normalmente 135C) se mide con

    viscosmetros capilares de flujo inverso a

    viscosmetros Saybolt ; la viscosidad

    absoluta del cemento asfaltico, a las

    temperaturas altas en servicio

    (normalmente 60C), generalmente se

    mide con viscosmetros capilares de vidrio

    al vacio.

    b) ENSAYO DE VISCOCIDAD.

    b) ENSAYO DE VISCOCIDAD.

  • 4050

    6070

    85100

    120150 200

    300

    AR 16000

    AR 8000

    AR 4000

    AR 2000

    AR 1000

    AC 40

    AC 20

    AC 10

    AC 5

    AC 40

    GRADO DE PENETRACIONV

    isco

    sid

    ad

    a 6

    0

    C d

    el

    resi

    du

    o R

    TF

    OT

    (P

    ois

    es*

    10

    2)

    100

    50

    10

    5

    Comparacin de grados de penetracin y viscosidad

    c) ENSAYO DE PUNTO DE ABALADAMIENTO.

  • c) ENSAYO DE PUNTO DE ABALADAMIENTO.

    c) ENSAYO DE PUNTO DE ABALADAMIENTO.

  • d) ENSAYO DE DUCTILIDAD.

    d) ENSAYO DE DUCTILIDAD.

  • e) ENSAYO DE PUNTO DE INFLAMACION.

    f) ENSAYO DE PELICULA DELGADA.

  • ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTOCausas

    Oxidacin

    Volatilizacin

    Endurecimiento fsico

    Tipos

    Corto Plazo

    Largo Plazo

    Vis

    cosi

    da

    d

    Tiempo (aos)

    1

    2

    3

    1 Tanque2 Construccin corto plazo3 En uso (largo tiempo)

    Construccin

    SIMULACIN DE ENVEJECIMIENTO

    Rolling Thin-Film Oven (RTFO)Envejecimiento de corto plazo para simular endurecimiento durante la construccin por 75 min.

    Pressure Aging Vessel Envejecimiento de largo plazo para simular endurecimiento en el servicio

    Se envejece en la RTFO primero, luego por 20 horas a 305 psi y 90-110 oC

  • g) ENSAYO DE LA MANCHA.

    ENSAYOS SUPERPAVE

    1. Punto de Encendido (Flash Point)

    2. Viscosidad (rotacional)

    3. Remetro de Corte Dinmico

    a.Limpio

    b.Ahuellamiento

    c.Fatiga

    4. Remetro de Viga en Flexin

    5. Tensin Directa

  • PUNTO DE ENCENDIDO (FLASH POINT)

    Ensayo de seguridad

    Temperatura

    mnima con vapores

    suficientes para

    encenderse cuando

    se expone a las

    llamas

    Mide la viscosidad

    Habilidad del ligante de

    fluir en la planta de

    asfalto

    Establece la relacin de

    temperatura Vs.

    viscosidad

    VISCOMETRO ROTACIONAL

  • Dynamic Shear Rheometer

    Tests complex shear

    modulus of binders

    Measures the resistance

    to shear deformation in

    the linear visco-elastic

    range

    height (h)

    radius (r)

    torque (T)

    deflection angle ()

    Tests low temperature stiffness properties of binders

    Measures midpoint deflection of a simply supported

    beam

    Bending Beam Rheometer

  • Direct Tension

    Thermal cracking properties

    Especificaciones del Cemento Asfltico Clasificado por Penetracin

  • Especificaciones del Cemento Asfltico Clasificado por Viscosidad

    Revisar

    Ensayo de solubilidad.Ensayo de gravedad especifica.Ensayo de contenido de agua.Ensayo de destilacin.Ensayo de asentamiento.Ensayo de estabilidad para almacenamiento.Ensayo de desenmulsion.Ensayo de mezcla con cemento.Ensayo de tamizado.Ensayo de capacidad de recubrimiento y resistencia al agua.Ensayo de cargas de las partculas.