Asfaltos modificados con polmeros

ASFALTOS MODIFICADOS.

Introduccin.

La modificacin de un asfalto es una nueva tcnica

utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la

pavimentacin de vas. Esta tcnica consiste en la adicin

de polmeros a los asfaltos convencionales con el fin de

mejorar sus caractersticas mecnicas, es decir, su

resistencia a las deformaciones por factores climticos.

Los objetivos que se persiguen con la modificacin de los

asfaltos con polmeros, es contar con ligantes mas

viscosos a temperaturas elevadas para reducir las

deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las

mezclas que componen las capas de rodamiento,

aumentando la rigidez.

Definiciones Bsicas.

Cemento Asfltico.

Sistema homogneo de asfaltos y aceites aromticos que

poseen propiedades adecuadas como ligantes para la

construccin de carreteras y pavimentos asflticos.

Es un asfalto con propiedades fsicas mejoradas, se

consigue con la integracin de molculas de polmeros en

la estructura del asfalto.

El Asfalto Modificado es aquel que mediante un proceso de

mezclado a alta temperatura y esfuerzo cortante, SE LE

INCORPORAN POLIMEROS para formar una RED

tridimensional que atrapa dentro de sus espacios a las molculas

del asfalto.

Asfalto Modificado con Polmero.

Emulsiones Asflticas con Polmeros.

Es una emulsin asfltica en donde la fase dispersa (asfalto) es

mejorado en sus propiedades fsicas con polmero, las

caractersticas de la emulsin son igualmente mejoradas en

estabilidad y viscosidad.

Emulsiones Asflticas Cationicas.

Es una mezcla estable de agua (fase continua), y asfalto (fase

dispersa), donde el asfalto y el agua son inmiscibles entre si, por

lo que se utiliza agentes tenso activos, llamados tambin

emulsificantes para lograr la estabilidad de la emulsin.

Emulsiones Asflticas Cationicas.

QU ES UN POLIMERO ? Un polmero es un compuesto formado por adicin sucesiva de unidades qumicas (molculas) denominadas Monmeros . Un polmero (poli = muchos) no es nada mas que muchos monmeros ligados. Materiales plsticos y gomas son ejemplos de polmeros. La repeticin de unidades qumicas (monmeros) son derivados tpicos del procesamiento del petrleo.

Se usan muchos materiales, algunos de los mas comunes son de etileno para producir polietileno, propileno para producir polipropileno y estireno para producir Poliestireno.

A menudo mezclas de estos monmeros son utilizadas para producir polmeros con propiedades fsicas muy especificas.

Ejemplo: ABS el cual es el resultado de la mezcla de 3 Monmeros (Acronitrilo, Butadieno y Estireno).

MECANISMOS DE MODIFICACION ....

PRIMERA ETAPA: El Polmero est completamente encogido.

Fraccin de Butadieno

Fraccin de Estireno

Figura: POLIMERO EN COMPLETO

ESTADO DE REPOSO

MECANISMOS DE MODIFICACION ....

SEGUNDA ETAPA: El Polmero comienza desenredarse por absorcin del aceite contenido en el asfalto.

El aceite del asfalto impregna e

hincha al polibutadieno

Figura: MUESTRA AL POLIMERO

EN DISOLUCION

MECANISMOS DE MODIFICACION ....

TERCERA ETAPA: El Polmero extendido en completo estado de disolucin.

Figura: POLIMERO EN DISOLUCION CON BAJA

MOVILIDAD DENTRO DEL ASFALTO

POR SU GEOMETRIA Y POR ANCLAJE

El asfalto es un material que ha sido usado para construccin

de pavimentos desde muchos aos atrs, sin embargo,

dependiendo de su fuente de origen, tiene un intervalo

definido de temperatura donde muestra su mejor desempeo.

Este intervalo de forma prctica se define en temperaturas

positivas por arriba de 10C y hasta 60C, ya que por arriba de

este intervalo el asfalto comienza a ablandarse, adquiriendo

un comportamiento plstico.

Figura 1.- Deformacin

que experimenta el

asfalto cuando empieza

a ablandarse por efecto

de la temperatura.

Por el otro lado, cuando el asfalto experimenta temperaturas

menores a los 10C y particularmente temperaturas negativas,

el asfalto se convierte en un slido rgido, que puede ser tan

duro que no resiste deformaciones y puede sufrir fallas como

fracturas cuando experimenta dichas deformaciones.

Figura 2.

Comportamiento

rgido del asfalto

cuando se somete

a temperaturas

menores a los 0C

y se somete a

deformaciones.

Aqu es donde conviene preguntar: Cmo mejorar el intervalo

de temperatura de desempeo del asfalto con objeto de

hacerlo mas verstil a cambios climticos y condiciones

variadas de deformacin?

PORQUE MODIFICAR LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO ?

TEMPERATURA DE DESEMPEO EN PAVIMENTOS

La respuesta a la pregunta del prrafo de arriba se contesta con

el uso de aditivos modificadores del asfalto. En el mercado

existen diferentes agentes modificadores del asfalto. La mayora

de estos son de naturaleza polimrica y entre otras cosas,

permiten extender la temperatura de efectividad del asfalto como

agente ligante en el diseo de pavimentos.

Propiedades y especificaciones de los asfaltos

modificados.

Los asfaltos modificados con polmeros se constituyen de dos

fases; al agregar pequeas partculas de polmero hinchado y la

otra por asfalto.

Esta micromorfologa bifsica y las interacciones existentes entre

las molculas del polmero y los componentes del asfalto son la

causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos

modificados con polmeros.

El efecto principal de mezclar polmeros con los asfaltos es

mejorar la relacin viscosidad-temperatura, permitiendo mejorar

de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a altas como

a bajas temperaturas.

2. FUNDAMENTOS DE LA MODIFICACIN.

Los pavimentos sufren deterioro. Los tres principales factores

que influyen en este deterioro son:

1. Clima.

2. Deformaciones por trnsito.

3. Tiempo.

El clima tiene que ver fundamentalmente con la temperatura

promedio a la que se ve expuesto el pavimento y variaciones de

temperatura por cuestiones climticas y humedad propiciada

por lluvia, as como las bajas temperaturas en los meses de

invierno.

Las deformaciones se deben al transito vehicular. Los

pavimentos se disean para una carga promedio que genera

una deformacin debida a la circulacin de vehculos.

PROBLEMTICA EN EL EMPLEO DE ASFALTOS

MODIFICADOS.

1.- An cuando se han incrementado las instalaciones para

efectuar la incorporacin de polmeros o hule molido de llanta a

los cementos asflticos, el tipo de equipo, la tecnologa

empleada, no siempre son los adecuados.

2.- En muchas de las plantas de emulsiones no cuentan con la

tecnologa para hacer las modificaciones.

3.- Falta implementar ms laboratorios con equipo adecuado

para el control de calidad de campo.

4.-Prcticamente no existen laboratorios equipados para

desarrollar las pruebas de calidad completas, que incluyan la

reologa del asfalto.

Los Asfaltos Modificados con Polmeros, pueden ser sometidos a

cinco tipos de ensayos, con el objetivo de revisar sus

caractersticas fsicas y qumicas con la intensin de lograr

buenas mezclas.

1) Ensaye de penetracin.

Este tipo de ensaye es utilizado para la clasificacin de los

asfaltos, se considera como un mtodo antiguo y emprico

que aun se utiliza en la actualidad.

2) Ensaye de Punto de Ablandamiento.

El punto de reblandecimiento se determina usualmente por el

mtodo de ensayo arbitrario de anillo y bola, es empleado

frecuentemente para caracterizar los materiales mas duros

empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura en la

cual los asfaltos se hacen fluidos.

3) Ensaye de Ductibilidad.

Esta prueba de ductibilidad se realiza en los cementos asflticos

con un ensaye del tipo de extensin

4) Ensaye de Recuperacin Elstica.

Este ensaye esta basado en el ensayo de Ductibilidad ya que se

utiliza el mismo equipo, sin embargo el procedimiento para

evaluar esta propiedad es distinta.

5) Ensaye STOA (Short Term Oven Aging)

Se utiliza para determinar el envejecimiento a corto plazo de

mezclas asflticas, este ensaye por los resultados que se han

obtenido ha sido adoptado por el SHRP (Strategic Highway

Research Program).

El ensaye consiste en someter a una muestra recin preparada y

en estado suelto a un calentamiento en estufa con circulacin

forzada de aire mantenida a 135 durante 4 horas.

Asfaltos Modificados con Polmeros

APLICACIONES

Existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos sobre

una muestra de mezcla asfltica convencional y otra con una

mezcla asfltica modificada con polmeros. La mezcla

modificada puede hacer frente al ahuellamiento con una

marcada diferencia sobre la otra muestra.

En otras aplicaciones, el objetivo es generar una mezcla

flexible con el fin de reducir la posibilidad de rotura por fatiga.

En estos casos, se necesitarn asfaltos modificados con

polmeros, preferentemente de naturaleza elstica, para que la

mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se

produzca la rotura.

CONCLUSIONES

A manera de conclusin se pueden enumerar una serie

de ventajas y desventajas de los asfaltos modificados

con polmeros.

Ventajas

Disminuye la suceptibilidad trmica Se obtienen mezclas ms rgidas a altas temperaturas

de servicio reduciendo el ahuellamiento.

Se obtienen mezclas ms flexibles a bajas temperaturas

de servicio reduciendo el fisuramiento.

Disminuye la exudacin del asfalto: por la mayor

viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir

y su mayor elasticidad.

Mayor elasticidad: debido a los polmeros de cadenas largas.

Mayor adherencia: debido a los polmeros de cadenas cortas.

Mayor cohesin: el polmero refuerza la cohesin de la

mezcla.

Mejora la trabajabilidad y la compactacin: por la accin

lubricante del polmero o de los aditivos incorporados para el

mezclado.

Mejor impermeabilizacin: en los sellados bituminosos, pues

absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la

propagacin de las fisuras.

Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las

propiedades del ligante, pues los sitios ms activos del

asfalto son ocupados por el polmero.

Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado

en laboratorio, demuestran su excelente resistencia al

cambio de sus propiedades caractersticas.

http://www.monografias.com/trabajos11/contabm/contabm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cborgdef/cborgdef.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cborgdef/cborgdef.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cborgdef/cborgdef.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cborgdef/cborgdef.shtml

Mejora la vida til de las mezclas: menor trabajo de conservacin.

Fcilmente disponible en el mercado.

Permiten mayor espesor de la pelcula 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.

Permite la reduccin de hasta el 20% de los espesores

por su mayor mdulo.

Mayor resistencia a la flexin en la cara inferior de las

capas de mezclas asflticas.

Permite un mejor sellado de las fisuras.

Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas

moderadas.

No requieren equipos especiales.

http://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml

Desventajas

Alto costo del polmero.

Dificultades del mezclado: no todos los polmeros

son compatibles con el asfalto base (existen

aditivos correctores).

Deben extremarse los cuidados en el momento de

la elaboracin de la mezcla.

Los agregados no deben estar hmedos ni sucios.

La temperatura mnima de distribucin es de 145C

por su rpido endurecimiento

http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml

RECOMENDACIONES

Considerando la tecnologa actual respecto a la

calificacin del bitumen en funcin a su performance y

la calidad de los materiales asflticos disponibles para

la construccin de los pavimentos, la solucin al

problema de los fisuramientos trmicos de las

estructuras asflticas, trabajando en climas fros y

zonas de altura, se encuentra en utilizar un ligante

asfltico modificado que permita obtener una mezcla

capaz de mantenerse flexible y elstica a la

temperatura ms baja prevista para su vida en

servicio, y con una mejor resistencia a la fatiga y al

envejecimiento.

Para la elaboracin de los diseos, se ha tomado

en consideracin el efecto beneficioso que se

obtiene, al emplear un asfalto modificado, en la

resistencia a la fatiga de la mezcla. Esta conclusin

es sumamente importante, ya que significa que, el

empleo de un polmero, adems de incidir en la

durabilidad de la obra, permite la obtencin de una

solucin econmica bastante mas ventajosa.

DEFINICIN Y ESTRUCTURA DE LOS

PAVIMENTOS.

Fsicamente el pavimento es un sistema multicapa, construido

por materiales de caractersticas mecnicas conocidas,

dispuestos en capas de espesor conocido.

De esta manera, el pavimento esta caracterizado por las

propiedades, disposicin y cantidad de los materiales utilizados,

as como de la calidad de la construccin.

Cuando actan sobre el pavimento funciones tales como las

cargas producidas por el trnsito, se generan respuestas

inmediatas del pavimento que obedecen leyes casi identificadas

como estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y

deflexiones.

El tiempo transcurrido hasta alcanzar las condiciones de falla

constituye el ciclo de vida del pavimento, durante el cual, las

condiciones y caractersticas del pavimento se degradan con el

tiempo dando lugar a una curva de comportamiento, que refleja

propiamente el nivel de servicio que el pavimento proporciona

al usuario, lo cual tiene a su vez importantes implicaciones de

tipo econmico.

El proyecto de un pavimento debe involucrar los aspectos de

diseo estructural, materiales y su disposicin, trnsito, clima,

aspectos constructivos y estrategias de conservacin, cuya

eficiencia debe juzgarse a travs de su evaluacin beneficio

costo.

Falla estructural .

Colapso de la estructura del pavimento o de alguno de sus

componentes, de tal manera que el pavimento es incapaz de

soportar las cargas, o bien, se reduce a una interrupcin en su

continuidad o integridad. Puede degenerar en falla funcional.

Tipo de falla funcional.

El pavimento no cumple con su funcin primordial, provocando

incomodidad e inseguridad en el usuario, as como esfuerzos

imprevistos en los vehculos.

Atributos de un pavimento.

Capacidad para soportar las cargas

Resistencia adecuada al derrapamiento

Regularidad superficial longitudinal y transversal

Rpida eliminacin del agua superficial

Bajo nivel de ruido

Bajo nivel de desgaste de las llantas

Adecuadas propiedades de reflexin luminosa y

Apariencia agradable

Funciones de las capas de un pavimento flexible .

Carpeta

Soporta directamente las solicitaciones del trnsito, absorbe los

esfuerzos horizontales y parte de los verticales. Aporta las

caractersticas funcionales y debe impedir el paso del agua.

Puede estar constituida por varias capas, esta expuesta

directamente al ambiente.

Base

Tiene una funcin resistente, absorbe la mayor parte de los

esfuerzos verticales, debe ser resistente a la deformacin bajo

las acciones del Trnsito, por lo que en ocasiones debe estabili

zarse con asfaltos o cemento.

Subbase

Proporciona una capa de apoyo a la base, transmite los

esfuerzos verticales a la capa subrasante, puede constituir una

capa drenante y en ocasiones se omite.

Capa subrasante

Es la capa de apoyo de la estructura del pavimento y sus

caractersticas son indispensables para su diseo. Sus atributos

principales deben ser capacidad de soporte y resistencia a la

deformacin.

Carpeta de desgaste.

Se le denomina tambin sello, y es la capa que se coloca

encima de la capa de rodadura y est formada por una mezcla

bituminosa. Encima de esta carpeta se colocan a veces un riego

de arena o piedra chancada menuda.

Carpeta o superficie de rodadura Es una mezcla bituminosa. Aporta las caractersticas de impermeabilidad y debe impedir el

paso del agua.

Puede estar constituida por varias capas y esta expuesta

directamente al ambiente.

Soporta directamente las solicitaciones del Trnsito, absorbe

los esfuerzos horizontales y parte de los verticales.

Alta resistencia a los esfuerzos de corte que transmiten las

cargas.

Resiste los esfuerzos de abrasin producidos por el movimiento

de las ruedas.

Protege la estructura del pavimento, impermeabilizndola y

evitar infiltraciones de agua.

La carpeta asfltica.

La carpeta asfltica se constituye de tres elementos bsicos que al ser mezclados dan forma final pavimento.

El concreto asfltico Mezcla asfltica en caliente (HMA) est compuesto por un ligante asfltico y un Agregado mineral.

El ligante (o modificador) Puede ser un cemento asfltico normal o modificado, y acta como un agente aglutinando las partculas formando una masa cohesiva, resistente e Impermeable. El agregado mineral. Acta como un esqueleto ptreo que aporta resistencia y rigidez al sistema. El comportamiento de la mezcla es afectado por las propiedades individuales de los componentes y por su interrelacin en el sistema.

Base Se coloca encima de la sub-base. Es de material granular con menos finos y mayores exigencias de granulometra que la sub-base , debido a que recibe esfuerzos de mayor intensidad por su cercana a la capa de rodadura. Tiene una funcin resistente, absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales. Absorbe los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehculos y repartirlos uniformemente a la subbase y terreno de fundacin. Debe ser resistente a la deformacin bajo las acciones del Trnsito, por lo que en ocasiones debe estabilizarse con asfaltos o cemento. Esta formada por piedra chancada.

Base

Piedra chancada o zarandeada. Resistente a los cambios de humedad y temperatura. Libre de material vegetal y terrones bolas de tierra. Fraccin del material fino que pasa malla 40 : IP< 6 LL< 25% Granulometra. Fraccin del material que pasa malla 200 no debe exceder de y en ningn caso los 2/3 de la fraccin que pasa malla #40. Si no se colocar carpeta asfltica : LL< 35. IP entre 4 y 9. CBR deber ser superior a 80%. Desgaste por el mtodo de abrasin debe ser menor de 40%. Equivalente de arena mnimo 35% Durabilidad Mximo 15%

Trfico Ligero Trfico Medio y

Pesado

Equivalente de arena (min) 30 50

CBR (min) 80 100

Base

Debe tener partculas chatas y alargadas < 20% Sales solubles totales < 1% Compactacin > 100% T-180 Contenido ptimo de humedad +- 1.5% Ensayos de control de calidad: Control de densidad humedad: 3 ensayos por cada 3000 Tn. de material colocado. El espesor debe medirse en uno o mas puntos, cada 100 mt. o menos. El intervalo puede alargarse a un mximo de 300 mt. La rugosidad medida en la superficie de la capa de base no deber ser mayor de 2.5 IRI. LL e IP y granulometra cada 200 mt de pista. CBR cada 500 mt. Se acepta 95% en puntos aislados, pero siempre en la media aritmtrica de cada 9 puntos.

Construccin de Base Esparcido del material de base y mezclado con motoniveladora en capas

de 20 cm.

Regado del material durante la mezcla .

Conformado con motoniveladora.

Compactado con rodillo liso de 3 ruedas de 8 ton. , rodillo vibratorio o

neumtico.

Cada 80 m3 de material, despus de compactado deber haber una hora

de rodillado continuo.

El espesor de la base terminada no deber variar en mas de 1 cm.

El agua puede agregarse en planta o en pista siempre que la humedad

este entre los rangos.

Capa de Rodadura

Tiene las mismas caractersticas de la base.

Sub-base Es la capa que se coloca encima de la subrasante.

Transmite los esfuerzos verticales a la capa subrasante.

Proporciona una capa de apoyo a la base, transmite los

esfuerzos verticales a la capa subrasante.

Constituye una capa drenante del pavimento y en ocasiones se

omite.

Uniformiza la capa sobre la que se coloca la base.

Controla los cambios de volumen, elasticidad y plasticidad

perjudiciales que tiene la subrasante.

Controla la ascensin capilar de agua proveniente de las capas

freticas cercanas protegiendo al pavimento contra

hinchamientos que se producen en pocas de helada.

Sub-base

El material conveniente debe tener: Caractersticas de un suelo A-1 y A-2. Lmite lquido menor de 25%. ndice de Plasticidad menor de 6%. Equivalente de arena mayor de 25%.CBR mayor de 40%. Desgaste de los ngeles 50% mximo. No contener piedras mayores de 2 o 2/3 del espesor de la subbase. No tener terrones de arcilla. Controles de campo para verificar la calidad: Granulometra. Lmites de consistencia. Clasificacin de suelos. Ensayo CBR. Proctor Modificado. Equivalente de Arena. Se realizan cada 200ml. En forma alternada en los borde y el eje. La densidad de campo se realiza cada 200m2 en tresbolillo. Las cotas del proyecto se aproximarn a un error mximo de 1 cm.

Requisitos Granulomtricos y Construccin .

Sub.rasante. Suelos Granulares 10% max. Pasa la malla #200. IP