asfaltos modificados y pruebas de...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingniería y Arquitectura

Unidad Zacatenco, Ingeniería Civil.

“ASFALTOS MODIFICADOS Y PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CARACTERIZARLOS”

T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

PRESENTA:

ALBERTO MARÍN HERNÁNDEZ.

MÉXICO, D.F. 2004

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“DECAGOLO DEL ESTUDIANTE POLITÉCNICO”

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

SOY POLITÉCNICO

PORQUE ASPIRO A SER TODO UN HOMBRE.

PORQUE EXIJO MIS DEBERES ANTES QUE MIS DERECHOS.

POR CONVICCIÓN Y NO POR CIRCUNSTANCIAS.

PARA ALCANZAR LAS CONQUISTAS UNIVERSALES PARA OFRECER A MI PUEBLO.

PORQUE ME DUELE LA PATRIA EN MIS ENTRAÑAS Y ASPIRO A CALMAR SUS DOLENCIAS.

PORQUE ARDO EN DESEOS DE DESPERTAR A MI HERMANO DORMIDO.

PARA PRENDER UNA ANTORCHA EN EL ALTAR DE LA PATRIA.

PORQUE ME DIGNIFICO Y SIENTO EL DEBER DE DIGNIFICAR A MI INSTITUCIÓN.

PORQUE MI RESPETADA LIBERTAD DE JOVEN ESTUDIANTE ME IMPONE LA SATISFACCIÓN DE RESPETAR ESTE RECINTO.

PORQUE TRADUZCO LA TRICOMIA DE MI BANDERA COMO TRABAJO, DEBER Y HONOR.

LA TÉCNICA EL SERVICIO DE LA PATRIA

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AGRADECIMIENTOS:

A mi patria, México:

Dedicado con gran amor, admiración y orgullo; a todas las personas que dieron forma a nuestra nación, a aquellos que defendieron los intereses de los mexicanos, y a los que mantienen las ideologías nacionalistas, sin escatimar esfuerzos y sacrificios.

A mis muy queridos padres, las personas que nunca han medido dadivas:

Muy especialmente agradezco a mi madre, Olegaria Hernández Badillo, la persona que jamás para de mostrar el amor que tiene por sus hijos; el modelo de fuerza y voluntad que ha guiado el sentido de mi vida. Muchas gracias madre por todos los detalles que has tenido para conmigo, por todo el apoyo y afecto regalado a cambio de nada.

Al I.P.N, orgullosamente mi ALMA MATER:

A la gran institución que dio forma a una nueva persona , formado carácter, principios y valores por medio de sus profesores. En honor a la esencia del Instituto Politécnico Nacional, La técnica el servicio de una patria mejor.

A todos y cada uno de los maestros de la E.S.I.A. Zacatenco:

Les agradezco a los profesores de la carrera de ingeniería civil, del I.P.N., por haber compartido conocimientos y experiencias con sus alumnos, especialmente al Ing. Ricardo Escoto Tovar por guiar la realización de este trabajo.

Alberto Marín Hernández.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA. ING. CIVIL.

TESIS: ASFALTOS MODIFICADOS Y PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CARACTERIZARLOS PRESENTA: ALBERTO MARÍN HERNÁNDEZ

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN. 7

I EL ASFALTO. 9

I.1 Antecedentes del asfalto. 9

I.2 El asfalto en la actualidad. 11 I.3 Alcances de las investigaciones del asfalto. 13

I.4 Actualizaciones en la normatividad del asfalto. 16

II ASFALTO MODIFICADO. 21

III RAZONES PARA USAR MODIFICADORES DE ASFALTO. 23

III.1 Deformación de las carpetas asfálticas. 23

III.2 Fallas en pavimentos flexibles. 24 III.3 Determinación de los efectos nocivos del agua. 29

III.4 Desprendimiento. 32

IV CLASIFICACIÓN DE AGENTES MODIFICADORES DE ACUERDO A LA PROPIEDAD QUE MANIPULAN. 34

IV.1 Modificadores de reología. 34

IV.2 Aditivos extendedores (Azufre). 34 IV.3 Aditivos endurecedores del asfalto. 35

IV.4 Aditivos ablandadores del asfalto. 35 IV.5Aditivos rejuvenecedores del asfalto. 35

IV.6 Rejuvenecedores en reciclado. 35 IV.7 Rejuvenecedores en asfaltos modificados. 36

IV.8 Fibras (Celulosas, Asbestos, Poliéster, Polipropileno). 36 IV.9 Aditivos para mejorar la adherencia. 36

V AGENTES MODIFICADORES DE ASFALTO. 37

V.1 Polímeros. 37

V.2 Hule molido. 48



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V.3 Fibras. 53

V.4 Agentes químicos antistrips o promotores de adherencia. 68 V.5 Hidróxido de calcio. 73

V.6 Azufre. 77

VI PRUEBAS DE LABORATORIO. 85

VI.I Pruebas para determinar el envejecimiento del asfalto. 85

VI.I.1 Ensayo de envejecimiento acelerado dinámico (ASTM D 2872 o ASSHTO T 240). 85

VI.I.2 Composición química (ASTM D 4124). 85

VI.II. Pruebas para caracterizar asfaltos modificados. 87

VI.II.1 Penetración a 4°C, 200grs. y 60s (ASTM D5). 87 VI.II.2 Penetración a 25°C, 100grs y 5 s (ASTM D5). 92

VI.II.3 Punto de reblandecimiento por anillo y esfera (ASTM D 36). 92 VI.II.4 Recuperación elástica por torsión (CEDES NLT – 329 – 91). 98

VI.II.5 Resilencia (ASTM D 3407). 100 VI.II.6 Recuperación elástica por variante del ductilómetro (ASSHTO TF 31R). 101 VI.II.7 Separación por anillo y esfera (ASSHTO TF 31R). 105

VI.II.8 Separación por penetración (ASSHTO TF 35R). 107 VI.II.9 Separación para polímeros tipo III plastómeros. 109

VI.II.10 Viscosidad rotacional tipo Haake (ASTM D4402 91). 111 VI.II.11 Método de ensayo “UCL para caracter izar asfaltos”. 113

CONCLUSIONES GENERALES 130

GLOSARIO 131

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS 135



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Introducción.

a función del ingeniero civil es la de modificar el entorno; edificando o construyendo obras, en las que el hombre pueda realizar las actividades correspondientes a la nueva estructura. Cualesquiera que sea el tipo de obra, esta debe cumplir con ciertas características que garanticen un servicio correcto. Una de estas características es la segur idad, pues se tiene que anular la posibilidad de sucesos que puedan provocar algún daño de cualquier tipo a los usuarios de la obra. Es deber del ingeniero civil el prever, primordialmente, las situaciones en las que sea posible la presencia de cualquier tipo de riesgo que puedan llevar a lesiones físicas, o situaciones más severas, de los ocupantes o usuarios de cualquier obra. Cualquier obra de ingeniería civil, también debe ser altamente funcional, esto significa que debe de cubrir todas y cada una de las características, que permitan satisfacer las exigencias de las cuales surgió la necesidad de construir dicha obra, de lo contrario, se incumple con la justificación más importante que se plantea al idealizar el inicio de cualquier obra, levantar una estructura capas de brindar un servicio útil, eficiente y productivo. Otro aspecto también importante es el confor t. Anteriormente se hizo uso de una palabra, la cual actualmente contiene un gran significado, la productividad. Respecto a los caminos, es evidente que además de los problemas que crea el mal estado de estos, es al igual importante el tiempo real de recorrido, por lo que, de forma muy justificada, actualmente se aumentan los esfuerzos para reducirlos; pues en esto se ven reflejadas pérdidas económicas importantes. Las características mencionadas anteriormente se deben de cubrir de forma adecuada; sin embargo existe una más, una obra también tendrá que ser económica. Es rigurosamente importante lograr una obra que satisfaga las exigencias que alentaron su inicio, pero esto se apega al aspecto económico. Si las características de una obra mencionadas anteriormente son importantes, no se debe olvidar cubrirlas en base al menor costo posible tanto en construcción, mantenimiento y conservación. En el caso de caminos, específicamente de carpetas asfálticas, este es un aspecto relevante, ya que el costo que se destina al mantenimiento de un camino frecuentemente es considerable. El que un camino resulte seguro, cómodo y funcional en su uso depende

primordialmente de un proyecto y diseño correcto, sin embargo el que sea económico no solo depende de esto. Los materiales que se destinen a la construcción es el factor más importante para que se cumpla con esta exigencia. Respecto a los materiales que se emplean en la construcción, se ha hecho cada ves más notorio la incursión de nuevos materiales, y con ello nuevas técnicas constructivas; esto tiene como finalidad mejorar las obras a partir de las propiedades de los materiales

La construcción de caminos es un factor esencial y estratégico para el desarrollo económico de cualquier país, con esto se logra comunicar ciudades importantes, o inducir el desarrollo económico de una región aislada geográficamente. El reducir el costo de estas obras es preocupación constante del ingeniero civil, es por este motivo que, como en las demás áreas de la construcción, se este en constante búsqueda de nuevos materiales o técnicas constructivas con las que se logre reducir los costos de las obras. Esta búsqueda desemboco en el uso de elementos nuevos, que incluidos en

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la mezcla tradicional de asfalto logran dotar a está última de mejores características físicas. Con esto se obtuvo como resultado el incremento a la resistencia de las carpetas asfálticas, a los factores que aceleran su deterioro, las cargas que soporta una carpeta asfáltico, los cambios climáticos y de temperatura, así como al mayor agente perjudicial para el asfalto, el agua. Estos nuevos elementos son conocidos como modificadores o aditivos para asfalto. Puesto que: en nuestro país no existe un número considerable de compañías dedicadas a la fabricación de estos productos; la información no ha sido difundida de forma importante, no se cuenta asta el momento con una reglamentación para el uso de estos, y a que aún no se cuenta con gran experiencia en su uso; en la actualidad no tienen un uso importante, esto gradualmente ira cambiando, pues estos productos proporcionan grandes ventajas económicas en comparación con los métodos tradicionales de construcción de carpetas asfálticas.



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I. El Asfalto.

I.1 Antecedentes del asfalto

l asfalto es un componente del petróleo; motivo por el que, debido a la naturaleza del tema a tratar, es importante hablar brevemente de las características de este último, para después tratar con más claridad el tema.

El petróleo es un producto natural localizado a grandes profundidades de la corteza terrestre, es una compleja mezcla de un importante número de hidrocarburos, y que por medio de una destilación fraccionada es dividida en pequeños grupos de estos hidrocarburos de volatilidad diferente. Estos hidrocarburos contienen en su estructura molecular carbono e hidrógeno principalmente. La composición química del petroleo varia, de acuerdo a la localización del yacimiento y la antigüedad del mismo, pero el promedio establecido es de 83% a 86% de carbono y entre el 11% y 13% de hidrogeno, esto beneficia al petróleo, ya que entre mayor sea el contenido de carbono contra el hidrogeno se tiene mayor cantidad de productos pesados que contienen el mismo crudo, en estudios realizados se ha comprobado que entre más viejos sean tienen mayores hidrocarburos gaseosos y sólidos y menos líquidos entran en su composición.

El asfalto es un material al que los ingenieros civiles destinan un amplio, y funcional, número de aplicaciones en la actualidad. Se emplea significativamente en la construcción de carpetas, superficie de rodamiento; revestimientos de obras hidráulicas, impermeabilización de edificaciones, etc.

El asfalto es un componente natural del petróleo, en el que existe en disolución. Para obtener el asfalto el petróleo crudo se somete a destilación, de esta forma se separan sus diversas fracciones y se recupera, entre otras substancias, el asfalto. Mediante procesos similares la naturaleza da origen también a yacimientos naturales de asfalto, en algunos de los cuales éste se encuentra prácticamente libre de materias extrañas, mientras que en otros casos esta mezclado con cantidades variables de minerales, agua y otras substancias. En la ILUSTRACIÓN 1 se muestra un diagrama que indica de forma esquemática la obtención de los diferentes productos a los que da origen el betún, que es la forma en que se le llama al petróleo crudo.

Para el ingeniero el asfalto es un material de particular interés porque es un aglomerante resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero. Es una sustancia práctica que da flexibilidad controlable a las mezclas de agregados pétreos con las que se combinan usualmente. Además es altamente resistente a la mayor parte de los ácidos, álcalis y sales. Aunque es una sustancia sólida o semisólida a temperaturas atmosféricas ordinarias, puede licuarse fácilmente por aplicación de calor, por la acción de disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.

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Ilustr ación 1: DIAGRAMA DE LA FABRICACIÓN DE PRODUCTOS ASFÁLTICOS



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I.2 El asfalto en la actualidad.

as actividades del hombre están, de forma sumamente importante, en función de la existencia del petróleo en la actualidad. Una enorme cantidad de productos que se emplean hoy en día se fabrican a partir de algún componente del petróleo, las actividades más simples que desarrolla el hombre, hasta las más complejas exigen de herramientas elaboradas a partir de esta sustancia. Sin embargo, el petróleo como recurso natural en agotable, es decir, el hombre no tiene la posibilidad de renovar este útil recurso del cual hacemos un uso sumamente importante. Con base en lo anterior y deduciendo de la importancia económica que significa

ente recurso para nuestro país, siendo la exportación de crudo la más fuente de ingresos de México, como en muchos otros, se puede observar con facilidad los motivo del uso y el trato tan meticuloso que se le da al petróleo, y el porque es el uso tan racional que se le asigna; a tal grado que se agota cada recurso posible para su obtención, y se implementan nuevas técnicas para lograr una explotación máxima en los posos petroleros.

El hecho de que el petróleo no sea renovable, no es el único dilema existente en la actualidad, pues como ya se menciono, también se encuentra que las características de este varia de acuerdo a los diferentes puntos de obtención, de la profundidad, (el tiempo de explotación), a la que se encuentra y de la edad del yacimiento. Es decir que los procedimientos constructivos, en el caso del ingeniero, se ven afectados al cambiar las características de los materiales asfálticos obtenidos del petróleo, a tal grado que se tienen que crear nuevas normas para estos, dar a conocer los productos que se han dejado de producir, los nuevos productos y sus características.

Por los motivos expuestos anteriormente, se han desarrollado estudios sobre el asfalto, con los que se pretende conocer las características de este material, y así hacer un mejor uso del mismo. A grandes rasgos los resultados de estos estudios, basados en la composición química de los asfalto y la relación con sus propiedades físicas tubo los resultados que se redactan en lo siguiente.

El petróleo, del cual son obtenidos los asfaltos, constituye el resultado de la descomposición de grandes depósitos de materia orgánica, en los estratos inferiores de la corteza terrestre, al abrigo del aire y en condiciones variables de temperatura y presión, en un lento proceso de millones de años. Esto dio origen a la formación de una enorme diversidad de estructuras moleculares en los componentes integrales del petróleo formado. Los asfaltos, obtenidos como residuos de la destilación del petróleo, están

constituidos, al igual que este, por una compleja mezcla de hidrocarburos, compuestos orgánicos integrados básicamente por carbono e hidrógeno, y en cantidades menores, oxígeno, nitrógeno, azufre e iones metálicos. Los heteroátomos, particularmente el nitrógeno y el oxígeno, y la presencia de anillos aromáticos,

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contribuyen significativamente a la polaridad de las moléculas, produciendo una mayor asociación de fuerzas que ejercen su influencia sobre las propiedades físicas de los asfaltos.

Al presentar los asfaltos, propiedades que se apartan del comportamiento de las soluciones verdaderas, (flujos Newtoneanos), fueron consideradas como coloidales, así Nelleystein elaboro el concepto del “modelo micelar”, donde los asfaltenos, como grupo de las micelas, conformaban la fase dispersa o discontinua en una fase continua constituida por los maltenos (medio oleoso). Los asfaltos son peptizados por las fracciones polararomáticas integrantes de los

maltenos. Cuando ellos son totalmente peptizados, las micelas tienen libertad de movimiento en el sistema coloidal, por el contrario, cuando la proporción de la fracción polararomáticos no es suficiente para producir la peptización total de los asfaltenos, el asfalto presentará un comportamiento no Newtoniano, flujo complejo y tixotropía.

“Péptizar : De péptidos, Combinación de tipo química de varios aminoácidos entre si, de ta l manera que el grupo carboxilo de uno reacciona con el anímico del otro.”

Sin embargo, deben tenerse en cuenta las características intrínsecas de los asfaltenos, ya que asfaltenos con alto grado de asociación, requerirán para su peptización, maltenos con alta capacidad dispersante. En tanto que, asfaltenos débilmente asociados serán peptizados con facilidad por maltenos con débil poder dispersante. Recientes estudios han conducido a la revisión del modelo micelar, ya que

mediante el mismo, no era posible fundamentar acabadamente el comportamiento y las propiedades presentadas por los asfaltos. Por lo que se opto por el concepto del “modelo microestructural”, el cual esta basado en la teoría de que el asfalto estaría conformado por una fase única, en la cual las moléculas no polares actúan como solventes de las que presentan polaridad, formando éstas últimas, redes de asociaciones débiles del tipo polarpolar, dispersas en el asfalto. Estas fuerzas intermoleculares de baja magnitud, mantiene unida esta estructura, la que por efecto de fuerzas y/o cambios térmicos, se rompen o interrumpen para dar lugar a nuevas interacciones. De lo expuesto anteriormente, se concluye en que la química de los asfaltos es de

muy alta complejidad, siendo imposible la identificación y cuantificación de cada uno de sus componentes. Un importante aporte al conocimiento de la composición de los asfaltos, lo constituye la separación de los mismos en separaciones genéricas menos complejas y más homogéneas, las que están compuestas a su vez, por mezclas de diversas especies químicas. Las técnicas usadas para la obtención de estas fracciones genéricas son de muy

diversas metodologías, tales como: separación por solventes parciales, precipitación química, etc. cada uno de estos esquemas de fraccionamiento, permiten aislar fracciones genéricas que son particulares para cada técnica empleada, las que a su



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vez, no serán necesariamente las mismas, en cuanto a sus propiedades y constitución, para asfaltos que provengan de distintos orígenes. Sin embargo, son de utilidad para el estudio de la relación entre el comportamiento y la composición química de los asfaltos.

I.3 Alcances de los estudios del asfalto.

os estudios mencionados anteriormente, adquieren gran importancia en los temas de interés de la ingeniería civil. Los resultados de estas investigaciones, aportaron los conocimientos necesarios para comprender, entre otros, el fenómeno de endurecimiento del asfalto, también conocido como fenómeno de oxidación, y más comúnmente envejecimiento del asfalto.

El fenómeno de endurecimiento del asfalto para carreteras, es un fenómeno complejo, tanto porque las causas que lo producen son muy diversas, como porque es la causa de diversos procesos fisicoquímicos, difíciles de definir. El endurecimiento puede mostrarse por fisuras en la carpeta asfáltica, migraciones

del asfalto, separación del ligante y el agregado, entre otros. Además , el endurecimiento incrementa la rigidez de la mezcla, vinculándose con las deformaciones plásticas y posibles agrietamientos por fatiga que pueden afectar al pavimento flexible al relacionarse directamente con el estado tensodeformacional a que éste va a estar sometido. Los factores que propician éste fenómeno, como se menciono anteriormente son

muy variados; aunque el más significativo, como se demostró en base a los estudios realizados, es el que tiene como causantes las propiedades fisicoquímicas del asfalto. De esta forma, los factores que se asocian con el endurecimiento son los nombrados a continuación:

I Operaciones en las plantas mezcladoras.

1. Sobrecalentamiento en los tanques de almacenamiento del asfalto.

2. Excesivo calentamiento del asfalto y el agregado al realizar la mezcla. 3. Película asfáltica muy delgada para recubrir al agregado y el tiempo de mezclado.

4. Tipo de mezclado.

II Operaciones de puesta en obr a.

1. Demoras ocurridas en la compactación después de extendida la mezcla. 2. Inadecuada compactación, lo que origina un excesivo contenido de huecos.

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III Agregados pétr eos.

1. Granulometría de los agregados, demasiado abierta. 2. Excesivo contenido de finos, lo que origina un excesivo películas asfálticas de

recubrimiento muy delgadas. 3. Áridos con alta absorción.

IV Caracter ísticas del asfalto.

Los puntos descritos anteriormente no constituyen un gran problema, pues siempre que exista un conocimiento elemental y sean usadas prácticas adecuadas en el diseño de la mezcla, en las operaciones de fabricación y puestas en obra de las mezclas asfálticas, no existe probabilidad de provocar daño prematuro en la carpeta por errores de esta naturaleza. De los factores que propician el endurecimiento del asfalto, el más crítico es el asfalto, como ya se había mencionado, y se considera que en la actualidad las especificaciones de calidad al respecto son un tanto inadecuadas, en lo que se refiere a la identificación de sus propiedades críticas y a su aprobación para la confección de mezclas asfálticas.

Las investigaciones realizadas, sobre el endurecimiento del asfalto, tomaron como base la incidencia de las diferentes condiciones climáticas, en las que se encuentran las carpetas asfálticas. De esta forma, científicos estadounidenses concluyeron que la alta temperatura del aire, es el factor más importante que afecta la velocidad y la magnitud del envejecimiento del asfalto en climas cálidos; por otra parte en Australia, se dedujo que la velocidad de oxidación térmica del asfalto se incrementa aproximadamente al doble por cada 10°C de incremento en la temperatura, siendo el endurecimiento de la superficie asfáltica generalmente mayor, debido a la mayor temperatura y los efectos de la luz ultra violeta. Por otra parte se determino que los intersticios y la porosidad del agregado pueden

ser factores que propicien el fenómeno de endurecimiento del asfalto, sin embargo, estos factores son dependientes de la susceptibilidad del asfalto a este fenómeno. Es decir, que la permeabilidad del aire, por si misma, no es factor que incremente la velocidad de endurecimiento del asfalto; más aún, el contenido de huecos de los agregados, en combinación con un insuficiente espesor de la película de recubrimiento de los pétreos, forman en conjunto influencia para acelerar el proceso de envejecimiento del asfalto.

Ahora, reiteramos la relación que existe, entre las propiedades químicas y las propiedades físicas de los asfaltos, además de las variantes de composiciones químicas que presentan los asfaltos, debido al tipo de crudo original del que provienen; de la misma forma, las variaciones en la composición y consistencia del asfalto debido al fenómeno de endurecimiento. Una muestra típica de la variación cuantitativa de los correspondientes asfaltos, producto del endurecimiento del asfalto



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durante un periodo de 18 años se muestra en la ILUSTRACIÓN 2, esta corresponde a un tramo de prueba construido en Estados Unidos de América. La composición mostrada esta basada en una determinación cuantitativa de las cuatro fracciones genéricas encontradas en todo asfalto usado, el procedimiento usado es el ASTMD 4124. Existen más métodos, (como ya se menciono con anterioridad), para determinar la forma en que las fracciones de un asfalto integran al mismo, sin embargo se hablara de éstas en otra sección, donde se dictará en forma breve la metodología que se sigue para realizarlos.

Nótese en la figura que hay un significativo incremento del contenido de asfaltenos y una significativa reducción de los naftenosaromáticos. Otras investigaciones han demostrado, que un cambio similar más pronunciado ocurre, cuando le sopla aire a un asfalto base para elevar su punto de ablandamiento. En general, se acepta que parte de la fracción naftenoaromáticos se convierte en polar aromática y parte de esta a su vez en asfaltenos. Este cambio incrementa la viscosidad, disminuye la penetración y aumenta el punto de ablandamiento, lo cual explica el desarrollo de una mayor consistencia en estos asfaltos envejecidos.

ORIGINAL ENDURECIDO

SATURADOS

NAFTENOS AROMÁTICO

ASFALTENOS

POLARES . AROMÁTICOS

PENETRACIÓN 25°C (0.1 MM)

VISCOSIDAD 60°c (Pos)

65

315

24

1840

9.3 10.3

PORCEN

TAJE EN PES

O

40

0

80

100

20

60

24.6 34.2

40.8

40.8

15.8 23.7

Ilustr ación 2:Var iación de los componentes de un asfalto envejecido en un per iodo de 18 años.



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Los métodos de evaluación del fenómeno de endurecimiento del asfalto, son muy variados, sin embargo, según las normas concernientes a la construcción de vías de transporte terrestre, la estimación del fenómeno se puede lograr por dos vías: el ensayo estético de pérdidas de masa por calentamiento sobre película delgada (TFOT), normado según el procedimiento ASTMD1754 o el ASTHOT179, o la versión dinámica del ensayo anterior (RTFOT), regulada según el método ASTMD 2872 o el ASTHOT240. Sin embargo hay algunos que recomiendan el empleo solo de éste último, por su mayor rapidez y la acción uniforme del aire en la muestra.

I.4 Actualizaciones en la normatividad del asfalto.

n nuestro país, el organismo del estado que dicta las normas correspondientes a la construcción de caminos, las características de los materiales de construcción etc. es la SCT, en este caso hacemos notar la definición que esta dicta para el asfalto:

“El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfaltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida” .

Los materiales asfálticos se emplean en la elaboración de carpetas, morteros, riegos y estabilizaciones, ya sea para aglutinar los materiales pétreos utilizados, para ligar o unir diferentes capas del pavimento; o bien para estabilizar bases o subbases. También se pueden usar para construir, fabricar o impermeabilizar otras estructuras, tales como algunas obras complementarias de drenaje, entre otras. Se clasifican en cementos asfálticos, emulsiones asfálticas y asfaltos rebajados, dependiendo del vehículo que se emplee para su incorporación o aplicación, como se indica en la TABLA 1 de la norma respectiva dictada por la SCT y se detalla a continuación.” En este caso en particular solo se hace mención de existencia de los productos asfálticos emulsiones y rebajados, pues no es parte del tema en desarrollo, enfocando únicamente a los cementos asfálticos.

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Mater ial asfáltico

Vehículo para su

aplicación Usos más comunes

Cemento asfáltico Calor

Se utiliza en la elaboración en caliente de carpetas, morteros y estabilizaciones, así como elemento base para la fabricación de emulsiones asfálticas y asfaltos rebajados.

Emulsión asfáltica Agua Se utiliza en la elaboración en frío de carpetas,

morteros, riegos y estabilizaciones.

Asfalto rebajado Solventes

Se utiliza en la elaboración en frío de carpetas y para la impregnación de subbases y bases hidráulicas. “ Por razones ecológicas, PEMEX, suspendió la fabricación de asfaltos rebajados en 1995”

Tabla 1: CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

CEMENTOS ASFÁLTICOS os cementos asfálticos son asfaltos obtenidos del proceso de destilación del

petróleo para eliminar solventes volátiles y parte de sus aceites. Su viscosidad varía con la temperatura y entre sus componentes, las resinas le producen adherencia con los materiales pétreos, siendo excelentes ligantes, pues al ser calentados se licuan, lo que les permite cubrir totalmente las partículas del material pétreo. Según su viscosidad dinámica a sesenta (60) grados Celsius, los cementos

asfálticos se clasifican como se indica en la TABLA 2 de esta Norma, donde se señalan los usos más comunes de cada uno.

Además en la ILUSTRACIÓN 3, se muestran las recomendaciones para su uso, de acuerdo a la región geográfica en la que se baya a dar uso de el material.

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Clasifi cación

Viscosidad a 60°C Pa∙s (P [1] )

Usos más comunes

AC5 50 ± 10 (500 ± 100)

• En la elaboración de carpetas de mezcla en caliente dentro de las regiones indicadas como Zona 1 en la Figura 1.

• En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen para riegos de impregnación, de liga y poreo con arena, así como en estabilizaciones.

AC10 100 ± 20 (1 000 ± 200)


• En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zona 1 en la Figura 1.

AC20 200 ± 40 (2 000 ± 400)


• En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zona 2 en la Figura 1.

AC30 300 ± 60 (3 000 ± 600)


• En la elaboración de emulsiones asfálticas que se utilicen en carpetas y morteros de mezcla en frío, así como en carpetas por el sistema de riegos, dentro de las regiones indicadas como Zonas 3 y 4 en la Figura 1.

• En la elaboración de asfaltos rebajados en general, para utilizarse en carpetas de mezcla en frío, así como en riegos de impregnación.

[1] Poises

Tabla 2: CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS ASFÁLTICO SEGÚN SU VISCOSIDAD DINÁMICA A 60°C



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Zona 1

Zona 1

Zona 2

Zona 2 Zona 2

Zona 3

Zona 3

Zona 3

Zona 4

Zona 4

Zona 3 Zona 3

NOTA: Dentro de una misma zona, las condiciones de clima y topografía en un área determinada pueden variar, lo que se debe tomar en cuenta para elegir el material asfáltico adecuado.

Ilustr ación 3: REGIONES GEOGRÁFICAS PARA LA UTILIZACIÓN DE ASFALTOS CLASIFICADOS SEGÚN SU VISCOSIDAD DINÁMICA A 60°C



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REQUISITOS DE CALIDAD PARA CEMENTOS ASFÁLTICOS

os cementos asfálticos deben satisfacer los requisitos de calidad que se indican en la TABLA 3 de esta Norma.

CLASIFICACIÓN

Caracter ísticas AC5 AC10 AC20 AC30

Del cemento asfáltico original:

Viscosidad dinámica a 60°C; Pa∙s (P [1] ) 50 ± 10

(500 ± 100)

100 ± 20

(1 000 ± 200)

200 ± 40

(2 000 ± 400)

300 ± 60

(3 000 ± 600)

Viscosidad cinemática a 135°C; mm²/s, mínimo (1 mm²/s = 1 centistoke) 175 250 300 350

Viscosidad SayboltFurol a 135 °C; s, mínimo 80 110 120 150

Penetración a 25°C, 100 g, 5 s; 10 1 mm, mínimo 140 80 60 50

Punto de inflamación Cleveland; °C, mínimo 177 219 232 232

Solubilidad; %, mínimo 99 99 99 99

Punto de reblandecimiento; °C 37 43 45 52 48 56 50 – 58

Del residuo de la prueba de

la película delgada:

Pérdida por calentamiento; %, máximo 1 0,5 0,5 0,5

Viscosidad dinámica a 60°C; Pa∙s (P [1] ), máximo

200

(2 000)

400

(4 000)

800

(8 000)

1 200

(12 000)

Ductilidad a 25°C y 5 cm/min; cm, mínimo 100 75 50 40

Penetración retenida a 25 °C; %, mínimo 46 50 54 58

[1] Poises

Tabla 3:REQUISITOS DE CALIDAD PARA CEMENTO ASFÁLTICO CLASIFICADO POR SU VISCOSIDAD DINÁMICA A 60°C

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II ASFALTO MODIFICADO.

omo se menciono anteriormente, los productos asfálticos se han visto afectados por una disminución en su calidad. Además en respuesta a la cada vez mayor necesidad de contar con productos que tengan un mejor desempeño bajo la acción del tránsito vehicular y de los distintos factores ambientales, se ha desarrollado procesos y fórmulas que permiten la fabricación de asfaltos de alto rendimiento, esto se logro mediante la modificación de los asfaltos. La construcción de pavimentos flexibles esta limitada a tres tipos no

convencionales de asfaltos: Asfaltos modificados:

Un asfalto modificado, como lo indica su nombre, es un asfalto al que se le adiciono un agente que modifica sus características iniciales, las cuales pueden ser entre otras, la viscosidad, dureza, elasticidad, etc., con lo que se logra facultar al concreto asfáltico con características necesarias para resistir los esfuerzos, los agentes climáticos, y las condiciones de trabajo que propician su desgaste, el cual puede ser prematuro. Más adelante se especificarán la características que se modifican del asfalto y el objetivo que se persigue con esto. Los agentes modificadores que se emplean son polímeros, látex y hule molido.

Asfaltos con adit ivos: Los aditivos para asfaltos son agentes modificadores, tienen las mismas funciones

que los modificadores; por lo tanto es equivalente el nombrar aditivo a modificador, como nos referiremos indiferentemente en lo que continúan. Aunque un asfalto modificado se diferencia de un asfalto con aditivo, por el momento en el que se adiciona cualquiera de estos a la mezcla. Un asfalto modificado es aquel en el que el modificador se agrego al asfalto previo a realizar la mezcla, mientras que un aditivo puede adicionarse de esta forma o bien en el mismo momento de realizarla. En este caso los aditivos son fibras, aditivos líquidos químicos y el oxido de cal.

Asfaltos especiales: Estos son asfaltos que se obtienen mediante un proceso de refinación especial. El

uso de estos asfaltos es aún más reducido que el uso de agentes modificadores; los asfaltos especiales que se producen son los asfaltos duros, asfaltos pigmentados y el asfalto multigrado.

Es importante remarcar la importancia de conceptuar, por agente modificador, a todo aquel producto que se adicione al asfalto para modificar sus propiedades o su costo; desde este punto de vista, el término adit ivo es equivalente al término modificador .

C



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Como ya se hizo mención, en nuestro país, debido a diversos factores, no se ha desarrollado de forma importante el uso de los asfaltos modificados en la construcción de vías de comunicación, y aunque el uso de estos va en aumento no se compara con el uso tradicional del asfalto común. En el año de 1997 se realizo un estudio sobre el empleo de asfaltos modificados, obteniéndose los resultados que se muestran en la ILUSTRACIÓN 5.

asfalto convencional 96%

Asfalto no convencional 4%

Asfalto modificado

60%

Asfalto con aditivo 31%

Asfalto especial 9%

Elastómeros 78%

Plastómeros 13%

Hule molido 7%

Otros 2%

USO DE ASFALTOS MODIFICADOS

Ilustr ación 4 : USO DE LOS MODIFICADORES DE ASFALTO



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III Razones para usar la modificadores de Asfaltos.

III.1 Deformación de las carpetas asfálticas

na de las grandes diferencias entre una carpeta rígida, carpetas de concreto hidráulico, y una carpeta flexible, es la forma en que cada una de ellas absorbe y transmite las cargas a las capas subyacentes del pavimento. Pues es sabido que una carpeta rígida absorbe las cargas de manera distribuida, debido a su carácter de material rígido, propiedad con la que no cuenta una carpeta de asfalto, pues debido a su naturaleza, una carpeta asfáltica recibe la carga de forma directa, se deforma y la transmite en forma distribuida a la capa inferior. En la ILUSTRACIÓN 5 se muestra, de forma esquemática, del lado izquierdo la deformación que presenta una carpeta asfáltica, mientras que en el lado derecho la carpeta rígida no presenta deformación.

Ilustr ación 5: DEFORMACIÓN DE LAS CARPETAS ASFÁLTICAS

Esta característica de las carpetas asfálticas es un gran inconveniente, la deformación de la carpeta asfáltica esta en función de la zona en que se este localizada, específicamente del clima o de la temperatura ambiental; de la rigidez de la misma carpeta; del tipo de tránsito que circule por el camino, pues obviamente las cargas mayores producen una deformación proporcional a ellas; y el tiempo de acción de estas cargas, en los sitios donde se presenta un tráfico lento, o bien en estacionamientos, las cargas actúan por tiempos más prolongados que en los que se tiene una circulación fluida. El problema de las deformaciones es significativo cuando éstas llegan a ser

permanentes, transmitidas a las capas inferiores del pavimento, ILUSTRACIÓN 6, pues con esto bien se puede dar inicio a la desintegración de la carpeta. Evitar la deformación permanente representa un gran dilema, pues al tratar de evitarlas por medio de una carpeta asfáltica más rígida se corre el riesgo que también sea demasiado frágil; por otra parte, una carpeta demasiado flexible acelera la presencia de deformaciones permanentes, además de que se presenta el riesgo de que los agregados de la capa inferior perforen a la carpeta. En forma sencilla, si el asfalto no tiene la flexibilidad suficiente para regresar a su posición original después de

U



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aplicada la carga, o si es demasiado rígido este fenómeno ocasionará fracturas permanentes en la superficie de rodamiento. La deformación permanente se produce en el pavimento flexible cuando se

acumula deformación plástica, con cargas repetidas a altas temperaturas comprendidas entre 40°C y 65°C, (mayores al punto de reblandecimiento del asfalto), como se menciono anteriormente es favorecida por cargas altas y periodos lentos o prolongados de su aplicación. Los factores que favorecen a la aparición de la deformación permanente son las altas presiones de inflado de las llantas de los vehículos, aunque esto no depende del proyectista; un alto o bajo contenido de asfalto en la mezcla; el uso de agregados de forma alargada y redonda, además de la afinidad del pétreo a la humedad.

Otro fenómeno que se presenta, similar a la deformación permanente es el de agrietamiento por baja temperatura, este se presenta cuando el asfalto es demasiado rígido, debido a que presenta una elasticidad demasiado baja, lo que propicia que el asfalto se vea sujetado a esfuerzos de tensión antes de recibir alguna carga.

III.2 Fallas en pavimentos flexibles.

e tiene perfectamente bien establecido, que las vías terrestres se proyectan y se construyen, para que estén en servicio por un determinado número de años como mínimo, a este periodo se le conoce como horizonte de proyecto o vida útil de la obra. Al concluir este periodo de tiempo, los caminos se abandonan, se rescatan o se reconstruyen con objeto de aumentar su servicio por más tiempo, que es en general lo que sucede. Al estar en operación, una obra se deteriora gradualmente y presenta diferentes

condiciones de servicio a través de los años. Los deterioros pueden ser pequeños en un principio; pero empeoran con el transcurso del tiempo hasta ser considerables acelerando la falla de la vía; por esto, una obra requiere de mantenimiento o

S

Capa de asfalto

Perfil Original

Deformación de la base

Ilustr ación 6: DEFORMACIÓN PERMANENTE DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO



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conservación, para que de esta forma asegurar, por lo menos, su vida útil de proyecto y proporcionar un servicio adecuado. El deterioro se observa y se califica con un valor del 1 al 5, llamado índice de

servicio; cuando una obra comienza a funcionar, recién construida, debe tener una calificación de 4.0 a 4.5, la cual disminuye mediante pasa el tiempo.

Cuando un camino de primer orden o autopista llega a un índice de servicio de 2.5 o 2, uno de segundo orden, el tránsito tiene varios problemas, y la comodidad del viaje llega al punto mínimo. En este momento, la obra alcanza su falla funcional, si el camino sigue en servicio, logra la falla estructural y prácticamente ya no puede haber tránsito. Debido a un mal diseño de la estructura en cuanto a los materiales o sus espesores, o a que no se pronostico el tránsito en forma adecuada, Una obra puede llegar a la falla estructural al estar prácticamente destruida antes de terminar la vida útil del proyecto, sin que quizás halla habido falla funcional, pues el deterioro habría sido rápido. Para que una obra deteriorada no llegue con el tiempo a la falla estructural, es

necesario rehabilitar la vía cuando alcance la falla funcional y su calificación sea de 2 para los caminos secundarios o de 2.5 para los de primer orden y especiales.

Cuando se registra la historia de un camino y se obtienen año con año los índices de servicio, se traza una curva como la mostrada en la ILUSTRACIÓN 7, con la cual se conoce aproximadamente el tiempo en que la vía llegara a su falla estructural. Pero se pueden hacer diferentes rehabilitaciones, para aumentar su vida útil; claro, después de varios trabajos de este tipo, habrá un momento en el que la estructura este tan dañada, que necesite una reconstrucción.

Lo anterior se muestra en la ILUSTRACIÓN 7, donde se indica que después de entrar en servicio, una obra se va deteriorando hasta llegar en n años a su falla estructura; sin embargo, si cuando se tiene una calificación de 2.5 se rehabilita, se aumenta su vida útil en n años más. Este ciclo se puede repetir en varias ocasiones;

Ilustr ación 7:Esquema que r epresenta el deter ioro de las obras viales a tr avés

Ilustr ación 8: Esquema que muestr a el efecto de las r ehabilitaciones en la vida



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sin embargo, después de cuatro o cinco rehabilitaciones, el daño causado a la obra es tal que es conveniente una reconstrucción, pues la eficacia de la rehabilitación es cada ves menor, como se ve en la ILUSTRACIÓN 8.

Para calificar un camino se utiliza el método visual, donde se toma en cuenta la cantidad de grietas que hay en la superficie de rodamiento; el número de baches, cajetes o calaveras; y la magnitud de las deformaciones. A continuación se hace una descripción de los diferentes tipos de fallas que se presentan en los pavimentos flexibles y sus causas probables:

Roder as: Son deformaciones longitudinales que se presentan en la superficie de rodamiento, en la zona de mayor incidencia de las ruedas de los vehículos: Si son menores a 1 cm, se debe a una deformación de la carpeta asfáltica; pero si son mayores se deben a una insuficiencia en la base o a que esta no es de la calidad adecuada. ILUSTRACIÓN 9.

Super ficie de r odamiento lisa : Este defecto se debe a un exceso de asfalto en el riego de liga, en la mezcla asfáltica o en el riego de sello. El exceso de asfalto por acción del tránsito se bombea hacia la superficie de rodamiento, provocando así su aislamiento pero aún de esta manera se puede tener una capa de asfalto de 1 o 2 mm en forma de nata, esto es muy peligroso, pues los vehículos derrapan con facilidad.

Pequeñas deformaciones t r ansver sales r ítmicas: Esta falla, que es muy molesta para el tránsito, se presenta cuando la base no esta bien cementada o cuando se construyo en definitiva con materiales inertes. Se debe a las deformaciones de esta capa, producida por la vibración y los esfuerzos tangenciales que provocan los vehículos y que se refleja en la superficie de rodamiento; en caso de que está sea de concreto asfáltico, se agrieta en forma rápida.

Desintegr ación de la carpeta: Se presenta en carpetas asfálticas antiguas por oxidación del asfalto, o en carpetas relativamente recientes con escaso contenido de

Ilustr ación 9: Roderas



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asfalto; se da también en carpetas elaboradas con material pétreo deleznable. ILUSTRACIÓN 10.

Gr ietas longitudinales a la or illa de la carpeta: Este problema se presenta en las terracerías, ya sea por contracciones que ocurran en esta o por estar construidas sobre terrenos blandos; también puede deberse a que los automóviles se acercan demasiado a la orilla cuando la carpeta asfáltica se extiende sobre toda la corona, en cuyo caso no existe un confinamiento lateral adecuado. De igual manera, estas grietas aparecen cuando las ampliaciones no se realizan en forma adecuada, Pues se utilizan materiales sin compactación o sin anclaje adecuado; con el tiempo, en ocasiones corto, estas grietas surgen en la superficie de rodamiento y se propagan hacia el centro.

Pr esentación de calaver as: Las calaveras son huecos que se presentan en la superficie de rodamiento, llegando a ser muy numerosos; su tamaño no es mayor de 15 cm. Se deben a una calidad insuficiente en la base, a carpetas con un contenido de asfalto menor que el óptimo, o por colocar una carpeta nueva sobre otra agrietada o con calaveras, lo que se refleja en la carpeta nueva. ILUSTRACIÓN 11.

Ilustr ación 11: PRESENTACIÓN DE CALAVERAS

Ilustr ación 10: DESINTEGRACIÓN DE LA CARPETA



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Baches: Se deben a la desintegración de las carpetas y de la base por la mala calidad de los materiales inferiores, incluidas las terracerías con alto contenido de agua. Ocurren también por la presencia de grietas y calaveras que no se trataron en forma adecuada y oportuna. ILUSTRACIÓN 12

Agr ietamientos es forma de piel de cocodr ilo o mapeo: Se debe a una carpeta de mala calidad o colocada sobre una base con rebote; en caso de que la carpeta se haya elaborado con concreto asfáltico, esta falla resulta de que la base no se rigidizó correctamente. Así mismo aparece en carpetas con asfalto oxidado. ILUSTRACIÓN 13.

Cor r imiento de la carpeta asfáltica: Ocurre cuando la mezcla es de baja estabilidad, ya sea por usarse exceso de asfalto o por usarse un asfalto blando en zonas de alta temperatura; se presenta también en el carril de subida en tramos de pendiente marcada y en curvas, donde los esfuerzos de tracción de los vehículos son muy grandes.

Descarnado de las carpetas: Resulta de usar aditivos inadecuados en las mezclas y se presentan en zonas de grandes esfuerzos horizontales provocados por el tránsito, como en las zonas de arranque y frenado en avenidas de ciudades.

Deformaciones de las super ficies de rodamiento del arden de 5 cm: Son ocasionados por la mala calidad de la base o por la insuficiencia en el espesor del pavimento.

Deformaciones fuer tes en la super ficie de r odamiento: Se debe a un espesor insuficiente o a la mala calidad de los materiales del pavimento y de las terracería, a

Ilustr ación 12: BACHES



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menudo con una notable falla de la compactación desde la construcción. Casi siempre hay una gran cantidad de agua por falta de cunetas, subdrenaje u otras obras para controlar el líquido. Cuando el tránsito aumenta en forma considerable, las obras señaladas para un volumen determinado de tránsito y que no se rehabilitan en forma oportuna y adecuada, presentan también este problema.

Deformaciones de la corona junto a las cunetas: Las provoca un exceso de humedad en el terreno natural cuando no existen cunetas revestidas y a falta o mal funcionamiento del subdrenaje.

III.3 Determinación de los efectos nocivos del agua.

Los materiales que están en contacto con el asfalto, como lo es el caso de los que se emplean en la construcción de carreteras, deben tener buena adherencia, sobre todo si forman parte de carpetas asfálticas.

La adher encia entre los agregados y el asfalto, los componentes de una mezcla asfáltica, se ve muy afectada cuando se tiene presencia de agua, así también cuando cuando el agregado presenta una cobertura de polvo en el área de contacto con el asfalto, ILUSTRACIÓN 14. El asfalto es hidrofóbico, es decir, no presenta afinidad con en agua, mientras que por otra parte, la mayoría de los agregados tienen un comportamiento opuesto, en lo referente al agua.

De esta forma, se deduce que los daños que causa el agua a una mezcla asfáltica inicia cuando ésta interfiere con la adherencia entre los dos elementos que conforman a la mezcla, asfalto y agregados. La adherencia es un fenómeno de superficie, el cual, depende en primera instancia del contacto intimo entre el asfalto y el agregado, de la capacidad humectante del asfalto, de la limpieza de la superficie del agregado y de la ausencia de humedad, que presentan una barrera física en ambos casos, ILUSTRACIÓN 14. El poder de humectación depende de la viscosidad y de la tensión superficial. Por otra parte, el asfalto, debido a su naturaleza ácida, presenta

Ilustr ación 13: MAPEO O PIEL DE COCODRILO



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una carga superficial negativa por lo que presenta una buena afinidad sobre los materiales con carga superficial positiva. De esta forma, podemos decir que los agregados calcáreos aportarían una buena

adhesión con el asfalto pues presentan carga superficial positiva, desafortunadamente tienen tendencia a pulirse; los materiales silíceos no presentan afinidad con el asfalto debido a su carga superficial negativa. ILUSTRACIÓN 15. Se reconocen dos tipos de adherencia asfalto – agregado, la pasiva y la activa. La

adherencia pasiva es la resistencia del ligante, en este caso el asfalto, a ser removido de la superficie del pétreo por el agua o el tráfico; la adherencia activa es la capacidad del asfalto para mojar el pétreo durante el proceso de elaboración de la mezcla.

Es importante entender las consecuencias que atraen las propiedades del asfalto. Se menciono anteriormente que el asfalto presenta un carácter hidrofóbico, mientras

Ilustr ación 15: AFINIDAD ENTRE EL ASFALTO Y AGREGADOS

Ilustr ación 14: PRESENCIA DE AGUA EN EL AGREGADO



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que la mayoría de los agregados presentas un carácter hidrofílico, esto conlleva a que los agregados tengan tendencia de atracción del agua, mientras que el asfalto la rechaza, además hay que mencionar que el asfalto presenta una tensión superficial menor que el agua y viscosidad mayor, ILUSTRACIÓN 16, lo anterior provoca que se forme una capa de agua que interfiera en la adhesión entre estos dos elementos, lo

que produce deterioros significativos de la carpeta debidos al desprendimiento.

Para determinar los efectos nocivos del agua se recomienda, ampliamente, el uso de pruebas ya establecidas, como lo son el método de desprendimiento por fricción después de la inmersión.

Método de despr endimiento por fr icción:

En esta prueba de desprendimiento por fricción se colocan 50g de mezcla asfáltica en un frasco y se deja reposar por 24 horas, al término de las cuales se sujeta a tres periodos de agitado de 5 minutos cada uno. Después, se saca la mezcla del frasco y se observa el porcentaje de desprendimiento del asfalto que sufrió el material pétreo. El agitado puede ser manual o mecánico. En el primer caso, el tiempo total es de 15 minutos; en el segundo es de tres horas (tres periodos de una hora). Si el porcentaje de desprendimiento es de 25% o menor, se considera que el material tiene adherencia aceptable.

Método de estabilidad r etenida después de la inmer sión:

Para realizar esta prueba, se coloca una porción de mezcla asfáltica en un molde metálico de 10 cm. de diámetro y se le da una compactación de tipo estático bajo una presión de 40 kg/cm 2 . De igual manera y con la misma mezcla asfáltica, se elabora otro espécimen de 12 cm ± 0.5 cm. Uno de ellos se deja reposar en un medio ventilado con humedad controlada y el otro se sumerge en agua durante un periodo

Ilustr ación 16 : DIFERENCIA DE VISCOSIDAD ENTRE EL AGUA Y EL ASFALTO



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mínimo de tres días. Se recomienda que a la primer muestra se le de un tiempo de reposo de 14 días, mientras que a la muestra sumergida se le asigna un periodo de 7 días. A cabo de este periodo de tiempo, ambos especimenes se llevan a la ruptura por medio de compresión sin confinar y la pérdida de estabilidad se calcula de la siguiente forma:

Donde:

Pe = Pérdida de estabilidad por inmersión en agua en porcentaje

Rss = Resistencia del especimen sin saturar, en kg/cm 2

Rsat = Resistencia del especimen saturado, en kg/cm 2*

Para el caso tradicional en el que la muestra se mantiene sumergida durante solo tres días se considera que es aceptable una pérdida de estabilidad del 25%. En el caso de los 14 días se acepta una pérdida de estabilidad hasta del 45%.

III.3 Despr endimiento.

a entrada de humedad a una carpeta puede darse por la parte inferior, cuando llega la humedad por capilaridad. El agua al subir va desplazando el asfalto de la superficie del agregado, disminuyendo la capacidad de soporte y con la acción del tráfico se producen fisuras y posteriormente se disgrega el pavimento. En la superficie, el agua es bombeada por el paso de los vehículos hacia los vacíos dando inicio así el proceso de desprendimiento, comenzando con los finos y posteriormente con los gruesos. De una forma más simple se puede explicar la desintegración de las mezclas

asfálticas, el agua, sea cual sea su procedencia, disminuye en forma considerable la adherencia que existe entre al asfalto y los agregados, una ves afectada la unión entre los dos elementos, solo basta la acción mecánica que ejercen los automóviles sobre la superficie de rodamientos para dar paso a la desintegración de la carpeta.

En México las pruebas de adherencia más comunes, para determinar los efectos del agua en las mezclas asfálticas, son: la prueba de desprendimiento por fricción y prueba de pérdida de estabilidad por inmersión en agua descrita brevemente en el párrafo anterior.

L

Pe = Rss Rsat

Rss 100



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Para contrarrestar estos inconvenientes que se presentan en los pavimentos se hace el uso de los modificadores de asfalto, los cuales de manera general actúan de la siguiente manera:

Con el uso de los modificador es se puede hacer uso de cemento asfált ico de baja calidad, o de calidad insuficiente.

Mejor an el compor tamiento colectivo entr e el asfalto y el agr egado.

Mejor an la r esistencia a la fat iga debido a la deformación permanente.

El desempeño a cambios de temper atur as se ve mejor ado.

Mejor an el compor tamiento del pavimento contr a el despr endimiento.

Aumenta la r esistencia contr a los efectos del agua.

Se logr an car petas de menor espesor .

Reducen significativamente los costos de mantenimiento.



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IV Clasificación de agentes modificadores de acuerdo a la propiedad que MANIPULAN.

IV.1 Modificadores de r eología.

os modificadores de reología están constituidos por un grupo de aditivos constituidos por polímeros, El término “ “P PO OL L Í ÍM ME ER RO O” ” se refiere a una molécula larga creada por una reacción química de muchas (poli) pequeñas moléculas (monómeros), que una con otra forman largas cadenas. Las propiedades físicas de un polímero se determinan por la secuencia y la estructura química de los monómeros que lo conforman. En la siguiente unidad se definirán claramente los agentes modificadores, dando los puntos importantes para considerar su uso.

Es muy importante aclarar los motivos por los que es importante entender el término reología. La reología es la rama de la mecánica que se encarga del estudio de las causas del comportamiento de los fluidos no Newtonianos, es decir aquellos que presentan una viscosidad elevada, más específicamente de los esfuerzos que producen el flujo de estos materiales. En la actualidad, se realizan estudios arduos para comprender las causas que producen el comportamiento hidráulico de estos fluidos, es de gran interés científico y tecnológico incrementar el conocimiento respecto a este tema.

Referente el tema que se trata, es suficiente saber que las características reológicas del asfalto influyen en su viscosidad, elasticidad, ductilidad y adherencia con el agregado pétreo.

IV.2 Aditivos extendedores (Azufr e).

os aditivos extendedores tienen como objetivo el disminuir la cantidad de asfalto a emplearse en la mezcla asfáltica. Estos aditivos tendrán que ser más económicos que el asfalto además de ser compatible con el mismo y no afectar negativamente las propiedades del asfalto. Estos productos también pueden mejorar el asfalto. Los aditivos extendedores presentan mayores desventajas que ventajas al

adicionarlo a la mezcla asfáltica, se emplean en un porcentaje del 5% al 30% del asfalto son resistentes al agua y a los combustibles, además aumentan la penetración del asfalto, sin embargo son susceptibles al envejecimiento, disminuyen la ductilidad, el punto de reblandecimiento y producen contaminación por emisiones en la producción delas mezclas. El material que se emplea para este propósito es el azufr e.

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IV.3 Aditivos endurecedores del asfalto.

ctúan como oxidantes químicos, es decir, promueven la oxidación del asfalto. En este caso el material que se emplea como agente modificador son las asfalt itas, las cuales son asfaltos naturales con un alto contenido de asfaltenos, el cual esta comprendido entre el 60% y el 70% . Las asfaltitas son solubles en el asfalto y se dosifican en en este del 5% al 15%. Las propiedades del asfalto que se manipulan de esta forma son la viscosidad, la

cual se aumenta, también se aumenta el punto de reblandecimiento, y disminuye la penetración. Cabe mencionar que de esta forma se aumenta la estabilidad de las mezclas.

IV.4 Aditivos ablandadores del asfalto.

stos aditivos aumentan la penetración de los asfaltos de forma duradera en el tiempo, mejoran algunas características del asfalto y permiten adecuar a los asfaltos a las especificaciones requeridas para algunas aplicaciones determinadas. Es conveniente prestar atención a la ductilidad del asfalto, pues a altas temperaturas una baja ductilidad favorece de forma considerable el inicio de agrietamiento de la carpeta asfáltica, de igual modo cuando las cargas que éste último absorbe son mayores que las previstas. En este caso el uso de el látex natur al permite alcanzar estos requerimientos.

IV.5 Aditivos r ejuvenecedores del asfalto.

n aditivo rejuvenecedor puede reestablecer o mejorar las características originales de un asfalto que ha llegado al final de su vida útil, recupera la ductilidad y las características de trabajo a bajas temperaturas. Son productos estables que permiten que los asfaltos envejecidos vuelvan a cumplir las especificaciones de diseño, además se emplean en trabajos de reciclado. Los polímeros del tipo EVA y SBS, entre otros, se utilizan con el fin de rejuvenecer al asfalto.

IV.6 Rejuvenecedores en r eciclado.

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stos aditivos se dosifican en la mezcla asfáltica a reciclar, solo o con asfalto virgen. La baja volatilidad de estos aditivos minimizan la formación de humos. Su uso en altos contenidos en mezclas a reciclar conlleva a considerables ahorros.

Los aditivos rejuvenecedores en reciclado también se pueden agregar en frío emulsificados solos o con asfalto de aporte dependiendo del diseño.

IV.7 Rejuvenecedores en asfaltos modificados.

ejoran la resistencia al envejecimiento acelerado, ayudan a mejorar la compatibilidad entre el asfalto y el polímero, Amplían la gama de asfaltos a emplear en la fabricación de modificados. Se emplea como auxiliar en la producción de asfaltos modificados con hule de llanta. En cada caso es necesario de un estudio previo.

IV.8 Fibr as (Celulosas, Asbestos, Poliéster , Polipropileno).

as fibras cortas, (< 1 mm), permiten incrementar la dotación de asfalto en una mezcla sin que este emigre. Mejora ligeramente el comportamiento mecánico de las mezclas, existe una mejoría en el incremento de la dotación de asfalto. Celulosa, asbestos.

En el caso de las fibras largas,(4 – 12 mm), Además de los cambios para las fibras cortas mejoran considerablemente la resistencia a la tensión de las mezclas. Poliéster, polipropileno.

IV.9 Aditivos par a mejor ar la adher encia (antist r ipping o desintegr ación).

stos elementos promueven la cohesión entre el asfalto y en agregado, lo cual resulta sumamente conveniente en lo que se refiere a la vida útil de una carpeta asfáltica, pues aunque se aumenta el costo de los materiales, se obtiene un ahorro importante en mantenimiento y conservación de la misma. El uso de estos aditivos para asfalto no es común en nuestro país, esto a causa de la inexistencia de empresas instaladas en nuestro territorio que proporciones este servicio, o bien de la poca difusión que se tiene de su existencia. En este caso se hace uso del oxido de calcio hidratado, “CAL”, además de agentes químicos de los que se hablara más adelante.

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M

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V AGENTES MODIFICADORES DE ASFALTO.

V.1 POLÍMEROS

a se menciono que un polímero es una molécula larga creada por una reacción química de muchas pequeñas moléculas, que una con otra forman largas cadenas. El primer polímero conocido por el hombre, y al cual se le dio un uso fue el látex natural, conocido como hule, (del náhuatl hollín que significa movimiento), producto del sangrado del árbol perteneciente al género de las euforbiaceas conocido como ulcuahuitl o árbol del hule (Castilloa Elástica Cervica). Posteriormente de iniciado el interés en el novedoso material, se dio un auge en la investigación de éste, pues aunque tenia propiedades singulares presentaba un rápido deterioro por el incremento de la temperatura. Después del descubrimiento del proceso de vulcanización, con lo que se logra la obtención del primer polímero termofijo, se presenta una carrera científica de intereses militares para crear polímeros sintéticos, lo que a la fecha a traído un gran número de tipos de estos materiales, pudiendo enlistar una muy amplia lista de éstos. En nuestro caso, obviamente, solo hablaremos de aquellos que tienen utilidad en la modificación de los asfaltos. A pesar de que los polímeros pueden formularse de tal manera que resulten con

cualquier propiedad física, aquellos que se utilizan en la modificación de asfaltos se pueden agrupar en dos categorías principales: PLASTÓMEROS Y ELASTÓMEROS:

Los elastómeros se pueden alargar, y por su elasticidad, recobran su forma. Dichos polímeros no añaden mucha resistencia al asfalto, si éste no se encuentra estirado; una vez estirado, adquiere una gran resistencia con la propiedad de recuperar totalmente su forma inicial cuando se liberan los esfuerzos aplicados. Algunos de los elastómeros utilizados para modificar asfaltos son: bloque de copolímeros estirenobutadienoestireno o estireno butadieno (SBS SB), bloque de copolímeros estirenoisoprenoestireno (SIS), látex ahulado de estirenobutadieno (SBR), látex de policloropreno, y látex de hule natural. (El látex es una emulsión de gotas microscópicas de polímero suspendidas en agua).

Por otra parte, los plastómeros forman una red rígida tridimensional, estos polímeros dan mucha fuerza a temprana edad para resistir cargas pesadas, pero pueden fracturarse cuando son deformados, ya que son muy rígidos, provocando la fatiga acelerada del pavimento, si no se cuenta con una estructura adecuada. Los plastómeros más comunes son: el etilviniloacetato (EVA), polietileno/polipropileno, y poliolefinas.

El ligante asfáltico y las propiedades de la mezcla pueden ser diseñadas eligiendo el polímero correcto para determinada aplicación, y asegurándose que es compatible con el asfalto base. En general, se eligen elastómeros para proporcionar una mayor

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resilencia y flexibilidad al pavimento, mientras que los resultados con plastómeros generan una mezcla de alta estabilidad y rigidez. Los resultados obtenidos de un proceso de modificación de asfalto dependen

altamente de la concentración, peso molecular, composición química y orientación molecular del polímero, así como, de la fuente del crudo, del proceso de refinación y del grado del asfalto base que se utiliza. La mayor diferencia cuando es modificado un asfalto con polímeros es su reología,

o sus características de flujo, particularmente su susceptibilidad térmica. Por ejemplo, un AC10 modificado con 3% de polímero SBS se convierte en un AC20. Cuando un asfalto es modificado, la viscosidad a 60 ºC cambia dramáticamente, pero las penetraciones tanto a 25 ºC como a 4ºC cambian tan solo pocos grados.

La modificación con polímeros causa cambios significativos en la relación esfuerzo deformación, en la respuesta a la deformación plástica y en los parámetros de flujo tipo nonewtoniano. La capacidad de algunos polímeros para su recuperación elástica (la respuesta a la deformación) se mide monitoreando el flujo bajo la acción de una carga, y su recuperación elástica cuando la carga desaparece y añade durabilidad al asfalto. Se han desarrollado nuevas pruebas para medir estas propiedades; los cuales son más adecuados en algunos casos que los métodos convencionales (viscosidad absoluta o cinemática, punto de reblandecimiento, penetración, etc.), ya que caracterizan las propiedades físicas de los asfaltos modificados con polímeros a altas y bajas temperaturas.

Los tipos de polímeros son entre otros:

Copolímeros en block y otr os termoplásticos: Su característica es el contener bloques finales de estireno y bloques medios de

butadieno para proporcionar “elasticidad”. En este grupo están: Ø SB (Estireno – Butadieno) Ø SBS (Estireno – Butadieno – Estireno) Ø SIS (Estireno – Isopreno – Estireno) Ø SEBS (Estireno – Etileno – Butadieno – Estireno) Ø LDPE (Polietileno baja densidad) Ø ABS (Acrilonitrilo – Butadieno – Estireno) Ø EVA (Etil – Vinil – Acetato)

Hules natur ales y sintét icos: Ø NR (Hule natural) Ø PBD (Polibutadieno) Ø PI (Poliisoprenos) Ø PCB (latex)

Otros: Ø Hule de llanta Ø Fibras (celulosa, poliéster, polipropileno, etc.) Ø Agentes antistriping (poliaminas)



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“Las propiedades del asfalto que se logr an modificar son la viscosidad, duct ilidad, r esistencia al envejecimiento, susceptibilidad térmica y elast icidad.” Es notorio que en la lista anterior se ve la presencia de látex, hule de llanta, fibras y agentes antistriping, sin embargo estas cuentan con características un tanto diferente a los demás polímeros y se hablara de ellos en secciones apartadas.

Cuando se añaden polímeros al asfalto, las propiedades del asfalto modificado dependen de dos aspectos:

¤ El sistema de polímero utilizado.

¤ La compatibilidad del polímero con el asfalto.

Compatibilidad del Polímero

En el plan científico se puede admitir que compatible es sinónimo de miscible, lo que implica una mezcla monofásica. La inmiscibilidad se traduce en la aparición de una segunda fase. De esta forma se deduce que un polímero es compatible con el asfalto cuando la heterogeneidad de la mezcla no se puede apreciar por un simple examen visual.

En caso de no haber compatibilidad se daría una separación de fases que evitaría que el polímero transfiriera sus propiedades al asfalto. El tiempo que la mezcla debe permanecer sin separación de fases apreciable debe ser suficiente para que sea transportada y aplicada. Si un polímero se añade a dos diferentes asfaltos, las propiedades físicas de los productos finales, pueden ser muy diferentes. Para mayor efectividad, el polímero debe crear una red continua de trabajo en el asfalto; y para que esto ocurra, la química del polímero y del asfalto necesita ser compatible; de forma que el sistema “asfalto polímero” desde el punto de vista microscópico es una mezcla heterogénea. Dependiendo del poder de aumento del microscopio se puede llegar a ver la separación de fases, se pueden observar las dos fases con 50 aumentos en sistemas poco compatibles, a mayor compatibilidad mayor número de aumentos se requieren, pudiéndose llegar a 5000 ó 6000 aumentos es sistemas muy compatibles.

En las microfotografías de la ILUSTRACIÓN 171 y 2 se muestran polímeros tipo SB o SBS en diferentes asfaltos (Lo blanco es polímero y lo negro es asfalto). Las dos primeras presentan una red continua de polímero, teniendo una estructura estable que no se separa, tomando ventaja de las propiedades elásticas del polímero. Las siguientes muestran un continuo desmejoro, no están en red, separadas durante el almacenaje, y por tanto, no tendrán el mismo incremento benéfico sobre las distintas propiedades.



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Algunos productores de asfalto polimerizado utilizan procesos especiales para lograr compatibilidad entre el polímero y el asfalto. Cuando la tecnología es apropiada, las propiedades del ligante pueden reducir el efecto de las roderas, el desprendimiento de pétreos, el agrietamiento térmico o fluencia en la mezcla, así como el incremento en la vida útil del pavimento, debido a una mayor estabilidad y resistencia a la fatiga.

R RE ES SU UL LT TA AD DO OS S ( (L LA AB BO OR RA AT TO OR R I IO O / / C CA AM MP PO O ) )

Las prácticas convencionales para manejo, almacenaje y construcción, pueden ser o no modificadas, dependiendo del sistema de polímero utilizado. Normalmente los asfaltos polimerizados requieren temperaturas elevadas para su manejo y construcción de la mezcla en caliente. La dureza de la mezcla en campo durante la construcción dependerá de la temperatura de mezclado, del tipo de polímero, de la concentración de polímero y del grado del asfalto. La compactación de la mezcla será el último indicador para el control térmico. Los actuales métodos utilizados para determinar las temperaturas óptimas de

compactación y mezclado, no corresponden con las propiedades de flujo de un asfalto modificado. Las temperaturas recomendadas y las practicas de colocación deben corresponder con cada sistema en particular.

Un proceso tecnológico para producir cemento asfáltico modificado con polímero, y mantener la calidad y estabilidad del producto se logra mediante la reacción química de bloques de copolímeros (estireno – butadieno) en una base asfáltica, previa dispersión del polímero por medios mecánicos.

De esta forma el asfalto modificado se encuentra listo para su utilización y únicamente se requieren algunos cuidados especiales para asegurar que una mezcal asfáltica elaborada cumpla las expectativas de manejo y rendimiento. Al manejar el cemento asfáltico modificado es importante seguir buenas prácticas constructivas, como en el caso de cualquier asfalto, para que los cuidados generen la mejor calidad en la obra terminada y disminuyan atrasos que inciden en el costo final del trabajo.

En base a la tecnología se pueden producir un gran número de grados de asfalto modificado con polímero. Cada distinto grado de asfalto se formula para cumplir en condiciones locales, con requerimientos técnicos y especiales y con ciertas especificaciones particulares. De manera general se exponen los puntos más importantes sobre el manejo de los cementos asfálticos modificados:



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MUY BUENA EXELENTE

BUENA MEDIA

Ilustr ación 171: COMPATIBILIDAD DEL POLÍMERO CON EL ASFALTO



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Transpor te y Almacenamiento

Debido al proceso de fabricación , basado en una reacción química permanente, el asfalto modificado no presenta separación del polímero, permitiendo que su manejo sea sin complicaciones además que asegura un excelente rendimiento del producto una vez que es colocado.

MEDIA BAJA BAJA

MALA MUY MALA

Ilustr ación 172:COMPATIBILIDAD DEL POLÍMERO CON EL ASFALTO



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El asfalto modificado se encuentra listo para utilizarse en prácticamente cualquier planta de asfalto en caliente. Normalmente se entrega en planta a una temperatura entre los 155° C y 180° C. En función de la logística y requerimientos que se tengan para la producción de la mezcla asfáltica, puede transportarse en los autotanques usados para cemento asfáltico convencional.

Para almacenar asfalto que ha sido modificado , no se requieren tanques especiales ni sistemas de agitación; sin embargo, es recomendable que los tanques se encuentren limpios, para no diluir el producto y perder alguna de sus propiedades de alto rendimiento.

No obstante de que no se requiere agitar el producto, para mantener la dispersión del polímero es recomendable recircular o no mantener en reposo el producto para evitar el sobrecalentamiento del asfalto en alguna zona específica y para tener un aprovechamiento energético óptimo al distribuir de una mejor manera la temperatura.

El asfalto modificado normalmente se mantiene a una temperatura que fluctúa entre los 150° C y 180° C al almacenarlo por periodos cortos de tiempo (2 a 3 días).

Si por alguna razón se tuviera que almacenar el asfalto por un periodo mayor a 3 días y menor a tres semanas, la temperatura deberá mantenerse entre los 125° C y 145° C, ya que al exponer al asfalto modificado a más de 150° C por periodos largos de tiempo puede provocar, bajo ciertas circunstancias, el rompimiento de la estructura del polímero, generando así la degradación del producto; además de que sería una operación muy costosa.

Si por algún retraso o estrategia operativa es necesario almacenar el asfalto modificado por un periodo mayor a tres semanas, es recomendable mantener la temperatura del asfalto por debajo de los 135° C, o bien, no aplicar calor, lo que dependerá de la logística en particular y la capacidad de que se tenga para elevar la temperatura cuando se requiera.

Si un fuerte calentamiento es necesario, éste deberá realizarse de manera gradual, cuidando de no sobrecalentar el asfalto modificado. Un sistema de inducción de calor a base de aceite térmico es preferible a la de aplicación directa, y como se ha mencionado antes, recircular el material ayuda a una mejor distribución del calor. Estos métodos para elevar y mantener temperaturas son buenas prácticas de operación con cualquier material asfáltico.

Producción, Tendido y Compactado

Durante el proceso de producción, se deberá tener especial cuidado en la temperatura de mezclado y el sistema de dosificación del cemento asfáltico, ya



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que al tener una mayor viscosidad puede variar la calibración de los equipos de suministro y medición.

La temperatura típica de mezclado recomendada para el asfalto modificado, fluctúa entre 150° C y 180° C, lo que dependerá de las condiciones de cada obra en particular (temperaturas ambientales, distancia de acarreo, equipo de tendido, etc.) y la capacidad de la planta de asfalto.

El punto crítico para determinar las temperaturas de trabajo (mezclado y tendido) de una mezcla asfáltica, es la manejabilidad del concreto asfáltico durante el proceso de compactación, la cual debe fluctuar entre los 135° C y 155° C.

A continuación se mostraran en las TABLAS, 4 5 y 6, algunos asfaltos modificados con polímeros, para que de esta forma se hagan evidente, de alguna manera, los cambios que se logra en las mezclas de asfalto convencional . La información es proporcionada por la empresa extranjera ERPRO ® .

Haciendo una comparación con las características, del cemento asfáltico convencional mostradas en la TABLA 4 y las siguientes tablas, podemos observar el significativo cambio el estas propiedades. La viscosidad, se ve aumentada significativamente como se observa a partir de la comparación, aunque la penetración se ve disminuida; lo que hace discernir un posible decremento en la adherencia de la mezcla; y también una baja ductilidad del nuevo material, lo que posiblemente sea benéfico para la carpeta asfáltica, de acuerdo a las características y condiciones en las que esta tendría que desempeñar sus funciones.

De esta forma, realizando un análisis basado en las diferencia que existen entre el asfalto convencional y el asfalto modificado, se puede obtener de forma preliminar un modificador que pueda resultar útil, para la construcción de una carpeta asfáltica. A pesar de esto, es importante no obtener conjeturas triviales, basadas únicamente en las características del material proporcionadas, por la empresa fabricante del asfalto modificado, o del modificador, pues estas bien podrían representar efectos o características reales diferentes a las exhibidas. Se recomienda elegir el agente modificador a emplear, de forma definitiva, en la construcción de una carpeta asfáltica, en base a un estudio analítico, el cual tenga como base resultados cuantitativos derivados de la realización de pruebas de laboratorio, y no simplemente en característica cualitativas expuestas por los fabricantes.



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Par a polímeros como el SB, SBS: Recomendaciones del fabricante, ERPRO ® :

Aplicaciones para climas calientes, donde el concreto asfáltico es usado en altos volúmenes de tráfico y áreas con gran porcentaje de vehículos de carga.

Asfalto modificado con polímero tipo1 IA IB IC ID

Penetración 25°C, 100 gr, 5 seg Mínima 100 75 50 40

Máxima 150 100 75 75

Penetración 4°C, 200 grs, 60 seg. Mínima 40 30 25 25

Viscosidad 60°C, Poises Mínima 1000 2500 5000 5000

Viscosidad 135°C, Cst. Máxima 2000 2000 2000 2000

Punto de reblandecimiento Mínima 43 49 54 60

Punto de encendido, °C Mínima 218 218 240 240

Solubilidad en tricloroetileno % Mínima 99 99 99 99

Separación, Diferencia anillo y bola °C Máxima 2.2 2.2 2.2 2.2

Residuo RTFOT o TFTO

Recuperación elástica Mínima 45 45 45 50

Penetración 4°C, 200 grs, 60 Seg. Mínima 20 15 13 13

Tabla 4:ASFALTO MODIFICADO CON POLÍMEROS COMO EL SB Y EL SBS



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Este tipo de polímeros son Látex, SBR o Látex Neopreno: Recomendaciones del fabricante ERPRO ® : Tipo IIA: Ligantes para uso en concreto de mezcla en caliente en climas frios y aplicaciones de tratamientos superficiales de mezclas en caliente y llenado de grietas. Tipo IIB y C: Para uso en cualquier concreto asfáltico, para graduación densa o abierta, para aplicaciones en caliente, en condiciones de servicio de climas cálidos.

Asfalto modificado con polímero tipoII IIA IIB IIC

Penetración 25°C, 100 gr, 5 seg Mínima 100 70 80

Viscosidad 60°C, Poises Mínima 800 1600 1600

Viscosidad 135°C, Cst. Máxima 2000 2000 2000

Ductilidad 4°C, 5cpm, centímetros Mínima 50 50 25

Punto de encendido, °C Mínima 240 240 240

Solubilidad en tricloroetileno % Mínima 99 99 99

Rigidez, 25°C, cms, kgs Mínima 420 615 615

Tenacidad, 25°C, cms,Kgs Mínima 280 420 420


Viscosidad 60°C, Poises Máxima 4000 8000 8000

Ductilidad 4°C, 5cpm, centímetros Mínima 25 25 8

Rigidez, 25°C, cms, kgs Mínima 615

Tenacidad, 25°C, 50 ipm, cms, kgs Mínima 420

Tabla 5: ASFALTO MODIFICADO CON POLÍMEROS COMO EL LÁTEX, SBR O LÁTEX NEOPRENO



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Este tipo de polímeros son Etil, Vinilacetato y polietilenos:

Asfalto modificado con polímero tipoIII IIIA IIIB IIIC IIID IIIE

Penetración 25°C, 100 gr, 5 seg Mínima 30 30 30 30 30

Máxima 130 130 130 130 130

Penetración, 4°C, 200grs, 60 seg Mínima 48 35 26 18 12

Viscosidad 135°C, Cst. Mínima 150 150 150 150 150

Máxima 1500 1500 1500 1500 1500

Punto de reblandecimiento, anillo y bola, °C

Mínima 51 54 57 60 63

Punto de encendido, °C Mínima 218 218 218 218 218

Separación Homogénea


Pérdida, % Máxima 1 1 1 1 1

Penetración, 4°C, 200 grs, 60 seg.

Mínima 24 18 13 9 6

Tabla 6: ASFALTO MODIFICADO CON POLÍMEROS COMO EL ETIL, VINILACETATO Y POLIETILENOS



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V.2 HULE MOLIDO.

Llantas de desecho.

as llantas para vehículos al término de su ciclo de vida útil, se convierten en un desecho no biodegradable. Además su forma física y su dispersión geográfica plantean un gran reto para su manejo y disposición final. La eliminación de las llantas de desecho es un serio problema mundial. Debido al

gran número de llantas de desecho generadas anualmente y su larga vida, las llantas tienen un problema substancial en su manejo como basura. Actualmente la mayoría de las llantas de desecho son apiladas o usadas como relleno en grandes extensiones de terreno, creando serias amenazas sanitarias y ambientales.

Un factor de reclamo mundial es la pureza del ambiente. Mas de 100 años tirando llantas sin ningún tipo de control es uno de los problemas que están destruyendo los biosistemas en todo el orbe. Los tiraderos de llantas han sido desde tiempo atrás, sujetos de grandes

discusiones; aún antes de que hubiese las tecnologías modernas en la fabricación de llantas y el complejo y basto sistema de distribuidoras preocupadas por la ecología.

Aunque en realidad, la industria de la recuperación del hule de las llantas, empezó prácticamente en cuanto los primeros neumáticos de los primeros vehículos llegaron a su desgaste final y se desecharon. Cuando la fabricación de llantas se hizo más sofisticada con la incorporación de sintéticos y cinturones radiales de acero, el proceso de reutilizar el hule se hizo cada vez más difícil. Después de la Segunda Guerra Mundial, la solución más simple fue tirarlas en

grandes extensiones de terrenos, utilizándose como rellenos o apiladas en grandes montañas. Se calcula que hoy en día existen más de diez mil millones de llantas en estas condiciones, en todo el mundo. Al principio, estos tiraderos de llantas estaban permitidos por las autoridades en

todo el mundo, pero los grandes desastres provocados por enormes incendios, así como ser un foco de infección y un factor importante para la proliferación de roedores y numerosas plagas que se alimentan de carroña, como son las ratas y mosquitos. Por otro lado, las llantas sueltan aceites y otros materiales tóxicos que se filtran en la tierra encontrando generalmente salida por los mantos acuíferos y por el drenaje contaminando corrientes de agua y pozos.

Además de lo anterior, es muy preocupante el renglón de salud, pues se ha comprobado que aproximadamente un millón de mosquitos se desarrollan, dentro de su ciclo de reproducción en condiciones óptimas, en el interior de una llanta que contenga agua estancada dentro de la misma. Las ratas y los mosquitos transmiten enfermedades altamente contagiosas y peligrosas como son: rabia, paludismo, Encefalitis de San Luis, Encefalitis de La Crosse, Hepatitis Viral (tipo B), Fiebre del Dengue, Fiebre Amarilla y Malaria, entre otras.

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Así los tiraderos de llantas crecieron indiscriminadamente. Las llantas apiladas en grandes montañas, se convirtieron no solo en un problema ambiental, sino también en un problema político

No se tiene una información real de la cantidad de llantas de desecho que existen actualmente en nuestro país.

Se sabe, según estadísticas del Instituto Nacional de Ecología que anualmente se generan aproximadamente 8 millones de toneladas de residuos sólidos y que 240,000 toneladas corresponden a llantas y productos de hule. Si se toma en cuenta el parque vehicular de acuerdo a censos de INEGI, en 1996

existían 14 millones de vehículos registrados, entre automóviles y camiones de pasajeros y de carga. Esto nos da un aproximado de 75 millones de llantas en servicio, y si consideramos la vida útil de ellas en 36 meses para automóvil y de 60 meses para camiones (por la “renovada” de éstas) tenemos una cantidad anual de llantas de desecho de aproximadamente 20 millones, que corresponde a 200,000 toneladas. Dato que coincide con la información del INE.

En nuestro país las llantas de desecho tienen los siguientes usos:

• Disposición en tiraderos a cielo abierto y rellenos sanitarios.

• Disposición en patios y azoteas particulares.

• Uso como combustible en hornos ladrilleros y artículos de barro sin control en sus emisiones a la atmósfera.

• Uso como combustible alterno en hornos cementeros autorizados y altamente controlados por la autoridad ecológica.

Al quemarse la llanta, el 100 % de sus componentes son cancerígenos. Uso como materia prima de una microindustria de producción de zapato,

huarache y artículos de hule de muy rudimentaria técnica y forma sencilla, sin control alguno de sus recortes y desperdicios.

Uso como muros de contención y ornato, principalmente en parques recreativos.

Uso en zonas de granjas como bebederos para la cría de especies menores. Uso como medio amortiguador de impactos en maquinaria y vehículos

automotores pesados. Uso en la navegación en muelles y en embarcaciones como elementos de

protección de impactos.

Uso como material de apoyo y seguridad en diversas actividades deportivas.

Y en una industr ia naciente que es el r eciclado de llantas de desecho, par a la obtención de hule molido, acero y fibr as sintéticas. El hule molido se emplea pr incipalmente par a asfaltos mejor ados y una var iedad de ar tículos



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de hule. Por ejemplo las llantas nuevas cont ienen entr e el 2 y el 5% de hule molido.

Actualmente el 80% de las llantas de desecho tiene como destino final los tiraderos y rellenos sanitarios. Un consumidor importante es la industria cementera que consume entre el 5% y el 15%. Se espera que las empresas recicladoras de llantas de desecho absorban otro 25%. El crecimiento de estas empresas ya instaladas en el país y otras que se pudieran instalar dependerá del consumo que haya del hule molido para emplearse principalmente en asfaltos modificados, que sería el principal consumidor de esta industria. Esta industria ayudaría enormemente a darle un destino final ecológico a las

llantas de desecho.

HULE MOLIDO

Existen dos principales procesos para la obtención de hule molido del reciclado de las llantas de desecho: El PROCESO MECÁNICO ( ambiental ) y el SISTEMA CRIOGÉNICO. En ambos casos se obtiene el hule molido del cribado requerido actualmente por los consumidores de asfaltos ahulados.

SISTEMA MECÁNICO ( AMBIENTAL )

El proceso mecánico consiste primero en eliminar los cinturones de acero de las llantas de camión. Después de haber eliminado los cinturones de acero, la llanta es llevada a un equipo triturador donde se reduce la llanta a tamaños aproximados entre 25 y 40 centímetros cuadrados. Esta pedacería es llevada a tolvas instaladas en la entrada de los granuladores. El granulador recibe la pedacería y la lleva a una serie de moliendas por medio de

cuchillas que pulverizan el hule. Dentro de estos procesos, existen sistemas magnéticos que separan el acero y metal expulsándolo mediante un tubo vibratorio a los depósitos principales de recolección de acero. El hule pasa a una mesa vibratoria donde está instalado un sistema de vacío que elimina la fibra sintética que tiene la llanta. Después de este paso, se transporta el hule a unas cribas que permiten seleccionar

las medidas deseadas de acuerdo a las necesidades de granulometría del mercado(normalmente son cuatro), para posteriormente depositar el hule molido en silos que permitirán el pesado y empacado.



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SISTEMA CRIOGÉNICO

El sistema criogénico consiste en llevar las llantas enteras a un depósito donde se hace pasar nitrógeno líquido para ser congelado el producto. Algunos productores las trituran, para aumentar el volumen del producto a congelar. Posteriormente pasa a unos molinos donde se rompe la pedacería, pulverizando el

producto, y ayudado por un sistema magnético se separa el acero y metal existente, y mediante un sistema de vacío, se separa la fibra sintética que tiene la llanta. Después es pasado a un sistema de cribas donde se separa por tamaños, para después pasar a unos silos donde se procede al embolsado y pesado.

“La ASTMD899 define al asfalto ahulado, como “una mezcla de cemento asfált ico y hule r ecuper ado de llantas de desecho, con algunos aditivos en donde el componente de hule es como mínimo el 15% del peso volumétr ico de la mezcla, que ha r eaccionado con el cemento asfáltico caliente lo suficiente par a logr ar una dilatación e integr ación de las par tículas de hule”. Los mejor es r esultados se han obtenido utilizando un mínimo de 17% de hule r eciclado de neumáticos, mezclado a temperatur as entr e los 175°C y 200°C par a provocar la r eacción.”

INCORPORACIÓN DE HULE MOLIDO EN EL AGREGADO ANTES DE LA MEZCLA CON EL ASFALTO.

Actualmente la preferencia para incorporar hule molido de llantas de desecho a las mezclas asfálticas es por el procedimiento de vía húmeda, siendo que la capacidad mayor de consumo de este hule es por vía seca. La cual consiste en incorporar el polvo de hule molido directamente al agregado antes de adicionar el cemento asfáltico.

Este proceso se evalúa en la Universidad Politécnica de Madrid, como un proyecto en espera de resultados. Encontrándose factores benéficos como mejoras a la resistencia y deformaciones plásticas. Se tienen factores negativos como dificultad de compactación y baja resistencia a la acción del agua, que se atenúan y desaparecen con el tiempo, ya que se genera una digestión de hule modificando el asfalto, la cual se produce de modo natural durante el tiempo de que la mezcla asfáltica es trasladada de la planta a la obra, dando margen incluso a ser extendida y compactada hasta una temperatura aproximada de 10°C debajo de la temperatura de fabricación. Los comportamientos de estas mezclas son la reducción de huecos conforme más

fino es el polvo de hule molido, mismos que se abaten aún más al prolongarse el tiempo de digestión. Por otro lado a mayor tiempo de digestión aumenta la resistencia a la compresión

siendo en la primera hora en la que se obtiene el mayor incremento a esta resistencia.



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También los resultados que se obtienen en cuanto a la resistencia conservada tras inmersión en baño de agua durante 24 horas a 60°C se registra una importante variación con el tiempo de digestión. Por el contrario, una mezcla que no dispone de tiempo de digestión resulta perjudicial para su resistencia a la fatiga y reduce su módulo elástico, sin embargo su módulo dinámico llega a duplicarse tras la digestión del hule. Con respecto a las leyes de fatiga, estas se ven afectadas con el empleo de polvo

de hule molido a menos de que se les de una digestión de dos horas, ya que de esta forma, se atenúan estas diferencias.

En conclusión es necesar io r elacionar las siguientes var iables par a obtener una buena mezcla asfáltica con hule molido por el método de vía seca.

Tiempo de digest ión disponible en función de las distancias de transporte

• Granulometría del hule a emplear (de malla 16 a malla 40) • Contenido máximo de hule (entre 1% y 2% sobre el peso del

agregado)

El asfalto ahulado tiene dos ventajas adicionales a otros asfaltos modificados: alta resistencia al desmoronamiento (si el hule proviene del reciclado de llantas de camión) y mayor viscosidad, el cual habil ita al agregado a ser cubierto con una capa extra de asfalto.

Perspectivas en México

La experiencia más significativa que existe en México de la aplicación de asfalto ahulado es la construcción de 394 kilómetros de carpetas drenantes ahuladas en las autopistas controladas por el organismo CAPUFE entre 1994 y 1998.

El desarrollar estos proyectos, ocasionó la autocapacitación de las empresas que intervinieron, encontrándose principalmente los siguientes problemas:

Adquisición del hule molido. En esa época sólo existía un procesador de las llantas de desecho, que obtenía el producto para su autoconsumo. El precio del producto era mucho más costoso que el que se podía obtener a través de importaciones de Estados Unidos. Algunas empresas utilizaron “raspadura de llanta” que se obtiene del lomo de la llanta y que no cumple con las



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características del reciclado de llantas donde se utiliza los diferentes hules que conforman la llanta en su conjunto.

Preparación del asfalto ahulado. Encontrar las temperaturas adecuadas para la mezcla del hule con el asfalto, el tipo de mezclador para evitar sedimentaciones son los principales problemas que se presentaron para la adecuada integración del hule molido al asfalto.

Traslados. Cuando los traslados eran a grandes distancias, provocaban que en numerosas ocasiones el producto se recibiera en la obra a bajas temperaturas y sedimentado, ocasionando problemas graves para recalentarlo y homogeneizarlo.

Aplicación. Se debe contar con equipos de tendido y compactación en condiciones óptimas. También debe de contarse con una fuente de energía alterna para el funcionamiento de la planta de asfalto. Se debe tener el concreto asfáltico ahulado necesario para su aplicación en una jornada de trabajo. Cualquier producción excedente será seguramente pérdida del producto y problemas de limpieza de los equipos.

La experiencia obtenida durante esos cuatro años, nos indica que existe capacidad técnica para poder realizar proyectos de pavimentos con asfalto ahulado. Las ventajas técnicas que se logran con el empleo del asfalto ahulado ayudarán en

gran medida a tener pavimentos de calidad.

Considero importante señalar, que el desarrollo de los asfaltos ahulados depende de la voluntad política de las autoridades, pero sobre todo a la promoción de los diseñadores de pavimentos que deben buscar las mejores alternativas para los diferentes proyectos que se realicen en nuestro país.

El aspecto fundamental, que no debe tardar en ser una prioridad nacional es el impacto ambiental: resolver el problema de los tiraderos de las llantas de desecho y por otro lado, la disminución del ruido en las carreteras y principalmente en las vialidades urbanas que afectan sensiblemente a la población.

V.3 FIBRAS

as fibras son POLÍMEROS de estructuras unidimensionales, largas y delgadas. Se doblan con facilidad y su propósito principal es la creación de tejidos. Los polímeros útiles como fibras son los que tienen un alto grado de cristalinidad y fuerte interacción de cadenas adyacentes, esta orientación incrementa la resistencia a las fuerzas de tensión.

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Las fibras tienen una longitud muy superior a su diámetro, están orientadas a lo largo de un solo eje. Tienen gran cohesión molecular, lo que les hace ser más fuertes que otros polímeros plásticos.

Las fibras pueden dividirse en tres clases: fibras naturales, fibras celulósicas hechas por el hombre y fibras no celulósicas hechas por el hombre, existen un gran número de ellas y prácticamente en su totalidad utilizan en la industria textil. Cabe remarcar que las características de estas son las mismas que las de un polímero, pues son una variedad de estos. Las fibras utilizadas en la modificación de asfaltos son los polímeros de celulosa, el poliéster, asbesto, y el polipropileno.

El algodón lino y el yute, polímeros de celulosa, son de origen vegetal y el asbesto es una fibr as inorgánicas, aportan resistencia a la disgregación por el efecto abrasivo del tráfico, a los efectos nocivos del agua y retardan el inicio de propagación de grietas .

Fibr as de poliéster , La única importante es el tereftalato de polietileno. Es un polímero estable . Las fibras son algo rígidas debido a la reticulación que presenta su estructura, mejorando el esfuerzo a tensión y la susceptibilidad a la humedad.

Las fibr as de polipropileno se obtienen por fusión del polipropileno isotáctico, con el uso de estas se puede controlar el agrietamiento en los pavimentos flexibles.

A continuación se presentan los resultados de una investigación, ésta fue realizada sobre fibras empleadas en la elaboración de mezclas asfálticas. Este trabajo de investigación fue auspiciado por la fundación ICA, la cual publica los resultados en el cuadernillo 33 de la fundación, en el año de 1999. A pesar de ser un trabajo sencillo, es interesante el ver los resultados que arroja y pensando que representa información valiosa, referente al tema que se trata, damos a conocer los resultados de esta investigación.

La investigación tiene como finalidad proponer nuevas mezclas asfálticas que mediante el empleo de fibras en la elaboración de la mezcla, presenten un buen comportamiento frente a deterioros tales como las deformaciones plásticas permanentes, agrietamientos por fatiga, agrietamientos por fatiga térmica, envejecimiento y oxidación de la película delgada de cemento asfáltico que envuelve el material pétreo; todos estos causados por la acción de los agentes atmosféricos, la mala calidad de los materiales que se emplean y el hecho de no tener en consideración las condiciones climáticas del lugar en el que va a ser colocada la mezcla asfáltica. Para esto se realiza un estudio experimental en laboratorio empleando dos tipos de mezclas: una con una granulometría densa, siendo la empleada durante muchos años en nuestro país y otra, una mezcla abierta; se emplean además dos tipos de cementos asfálticos, uno convencional y uno modificado con 2% de polímero SBS y tres tipos de fibras, adoptándose para esto el ensayo de Tensión Indirecta y conduciéndose bajo dos condiciones de prueba, en seco y bajo



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condiciones de humedad con la finalidad de ver el efecto que tiene el agua en el comportamiento de la mezcla. En esta investigación se encontró que mediante la adición de fibras se tiene en la mezcla una mejor redistribución de esfuerzos, que además las fibras arman las mezclas confiriéndole mayor cohesión y tenacidad gracias a su elasticidad, resultando mezclas más flexibles con una mayor resistencia al impacto y a los efectos abrasivos del tráfico.

Han sido muchos los criterios para evaluar las mezclas y para diseñarlas tratando de lograr una exacta determinación de las propiedades del concreto asfáltico con el fin de caracterizar el material y así poder predecir la respuesta y las posibles fallas que pueden ocurrir.

El ensayo de Tensión Indirecta ha sido utilizado por varios años. Investigadores han empleado este ensayo para conocer las propiedades del concreto asfáltico y diseñar las mezclas, además de poder medir los esfuerzos a tensión del concreto asfáltico, concluyendo que el empleo de esta prueba para determinar las propiedades del concreto asfáltico, es más exacto que las propiedades determinadas de las mediciones convencionales.

El objetivo de este trabajo es proponer nuevas mezclas asfálticas que mediante el empleo de fibras, presenten un buen comportamiento frente a los deterioros mencionados, que sean tenaces y flexibles y capaces de desarrollar una alta energía de fractura para utilizarse como capa de rodamiento. Estas mezclas proporcionan superficies de rodamiento con texturas que disminuyen el problema de deslizamientos de los vehículos al inicios de las lluvias, evitando accidentes en las calles y carreteras, siendo éstas más seguras y cómodas. Por otro lado, los trabajos de mantenimiento son menores, permitiendo a los ingenieros responsables de estas tareas un mejor aprovechamiento de los escasos recursos destinados a ellos.

Este trabajo de investigación se realizó empleando una metodología con alto contenido experimental. Para la fabricación de las mezclas asfálticas se emplearon dos granulometrías, una densa que es la comúnmente empleada en México y se propuso una granulometría abierta la cual se denominó como G12. En los dos tipos de granulometría se realizó un estudio Marshall elaborándose en cada caso 18 probetas cilíndricas de 2 ½ pulg. de altura y 4 pulg. de diámetro para determinar el contenido óptimo de Cemento Asfáltico. Fueron utilizados dos tipos de fibras, Sekril 900 y Sekril 210 en dos porcentajes diferentes cada una; 0.30%, 0.60% y 0.15%, 0.30% respectivamente. Se elaboraron especímenes sin fibra que serían el parámetro de comparación para verificar, si existe alguna mejora al incorporar fibras a la mezcla. Fueron empleados dos tipos de cemento asfáltico, uno convencional y el modificado con 2% de polímero SBS, empleándose el contenido óptimo de cemento asfáltico que para ambos casos fue de un 4% y se llevaron a cabo dos condiciones de prueba, en seco y bajo condiciones de humedad. En la ILUSTRACIÓN 18 se muestra el plan seguido para este experimento.



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Adicionalmente se realizó un segundo experimento dentro de la granulometría abierta G12, con la finalidad de conocer el comportamiento de una mezcla rica en asfalto, lo cual proporcionaría al pavimento mucho mayor durabilidad, añadiéndose además otro tipo de fibra (Viatop 66) en dos porcentajes diferentes 0.30% y 0.60%. En la ILUSTRACIÓN 19 podemos ver el procedimiento seguido para este experimento.

En todos los casos fueron probados los especímenes en seco y bajo condiciones de humedad, con el fin de simular el posible daño que puede causar el agua en las mezclas, estas condiciones fueron dadas mediante un tratamiento de inmersión en agua durante 4 horas a una temperatura de 60 0 C, después de este lapso se les permitió a los especímenes retomar la temperatura ambiente para después ser ensayados de la misma forma que los especímenes secos. Tanto los especímenes secos como los húmedos fueron sometidos al ensayo de Tensión Indirecta a una temperatura ambiente de 25 0 C en la prensa para ensayos Marshall. La carga fue aplicada diametralmente a una velocidad constante de 50.8 mm/min registrándose los datos de carga total aplicada en kilogramos y el desplazamiento en milímetros.



57

Ilustr ación 18 : PLAN GENERAL DE LA EXPERIMENTACIÓN CONLOS DOS TIPOS DE GRANULOMETRÍA

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EMPLEADO

GRANULOMERIA DENSA

GRANULOMETRIA G12

ESTUDIO MARSHAL ESTUDIO MARSHAL

CEMENTO ASFÁLTICO CONVENCIONAL


SIN FIBRA

FIBRA SEKRIL 900

FIBRA SEKRIL 210

0.30% 0.60% 0.30% 0.15%

SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO



58

S H S H S H S H S H S H S H S H

4% 5% 4% 5% 4% 5% 4% 5%

0.30% 0.60% 0.15% 0.30% 0.30% 0.60%

FIBRA SEKRIL 900

FIBRA SEKRIL 210

FIBRA VIATOP 66

FIBRA SEKRIL 900


CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO

GRANULOMETRIA G12

S H SECO HUMEDO

Ilustr ación 19 : DISEÑO DEL EXPERIMENTO DENTRO DE LA GRANULOMETRIA ABIERTA G12



59

Para cada una de las probetas fabricadas se evaluaron los siguientes parámetros:

a) Resistencia a la Tensión Indirecta ( st ) (Prueba Brasileña).

(1)

donde:

st = Resistencia a Tensión Indirecta, kg./cm 2 P = Carga máxima de ruptura, kg. p = Constante 3.14159... h = Altura de la probeta, mm. d = Diámetro de la probeta, mm.

b) Tenacidad. La Tenacidad, ILUSTRACIÓN 20, es definida como el ár ea bajo la curva esfuer zo de tensión deformación hasta una deformación del doble de la incidida al máximo esfuer zo de tensión y es medida en kg./cm.

Ilustr ación 20: DEFINICIÓN DE LA TENACIDAD



60

c) Energía de fractura por unidad de área, ( Gf )

(2)

donde:

Gf = Energía de Fractura por unidad de área, kg./mm. A = Área bajo la curva cargadesplazamiento h = Altura del espécimen, mm. f = Diámetro de la probeta, mm.

Como es conocido, las mezclas abiertas pueden presentar problemas de drenado de asfalto durante su transporte a la obra y en su colocación, lo cual puede ocasionar problemas a la hora de poner en servicio el pavimento. Es por eso que se realizó en la mezcla abierta un ensayo para observar la forma en que las fibras pueden influir para disminuir este problema. Para ello se elaboraron las mezclas y se colocaron en un recipiente previamente pesado e introducidas en un horno a una temperatura 25 0 C superior a la temperatura de elaboración de la mezcla por una hora, al término de este periodo se calculó el porcentaje de material drenado, considerándose aceptables cuando el porcentaje de drenado se encuentra entre 0.2 y 0.3%. El plan de trabajo de la elaboración de estas mezclas se muestra en la ILUSTRACIÓN 21. Se elaboraron mezclas con el cemento asfáltico convencional con dos contenidos de cemento asfáltico, 5% y 6% que son uno y dos puntos por ciento arriba del contenido óptimo. Con ambos contenidos de cemento asfáltico (5% y 6%) se elaboraron mezclas sin fibra y con la adición de 0.30% y 0.60% de la fibra Sekril 900 y Viatop 66 y con 0.15% y 0.30% de la fibra Sekril 210.

Adicionalmente, se elaboraron dos mezclas con cemento asfáltico modificado con polímero sin la adición de fibras y con los contenidos de cemento asfáltico de 5% y 6 %, esto con la finalidad de verificar si el efecto que producen las fibras es similar al que produce la modificación del asfalto con el polímero.

Resultados y Discusión

Se evaluaron inicialmente las características de los materiales empleados las cuales se presentan en la TABLA 7. Se realizó un estudio Marshall para determinar el contenido óptimo de cemento asfáltico obteniéndose para las dos granulometrías un contenido óptimo del 4%. Las granulometrías propuestas para este estudio se muestran en la TABLA 8.



61

5%

FIBRA VIATOP 66

FIBRA SEKRIL 210

FIBRA SEKRIL 900

SIN FIBRA

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%

6%

FIBRA VIATOP 66

FIBRA SEKRIL 210

FIBRA SEKRIL 900

SIN FIBRA

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%

0.30%

0.60%



5% 5%

SIN FIBRA

SIN FIBRA

GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

Ilustr ación 21: PLAN GENERAL DEL ENSAYO DE DRENADO DE ASFALTO EN LA GRANULOMETRIA ABIERTA G12



62

MATERIAL PÉTREO Unidad Material empleado

Desgaste los Ángeles % 20.82

Equivalente de arena % 69

Contracción lineal % 0 Absorción % 0.538 Densidad relativa gr/cm 3 2.686

CEMENTO ASFÁLTICO

Cemento asfáltico convencional

Cemento asfáltico modificado con 2%

SBS Penetración (0.1 mm.) 120 62.3 Punto de reblandecimiento anillo bola (°C) 43 50.4 Peso específico (gr/cm 3 ) 1.015 1.018

FIBRAS SEKRIL 900 SEKRIL 210 VIATOP 66

Longitud (mm.) 18 18 1.1 Diámetro (mm.) 0.038 0.015 0.045 Densidad (gr/cm 3 ) 1.18 1.18 0.55

Tabla 7: CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES EMPLEADOS

Malla No. 1" 3/4" 1/2" 3/8" ¼" # 4 # 10 # 20 #40 # 60 #100

#200

Husos Densa % 100 87 73 64

100 55 81

48 70

32 49

22 34

16 25

12 20 915 510

Propuesta 100 87 79 70 63 46 32 22 16 13 10

Husos G12 % 100 75

95 6282 38 61

30 48

17 33

10 23 617 412 38 25

Propuesta 100 65 45 35 18 15 12 10 7 6

Tabla 8: HUSOS GRANULOMÉTRICOS Y GRANULOMETRÍAS DENSA Y ABIERTA G12 PROPUESTAS

En cuanto a la resistencia a la tensión, los resultados indican que una granulometría densa presenta un mejor comportamiento (TABLA 10), pero si consideramos los factores que influyen más en el desempeño de la mezcla asfáltica



63

como pueden ser el área que presentan bajo la curva cargadesplazamiento y la forma en como es distribuida esta área, se puede notar que una granulometría Abierta G12 presenta un mejor comportamiento (ILUSTRACIÓN 22). En la granulometría densa se tiene una ruptura más frágil, su respuesta medida en carga es alta y se da a pequeños desplazamientos de rotura, comportamiento contrario al de la mezcla asfáltica con granulometría abierta G12. Por otro lado, la mezcla asfáltica densa con rotura frágil también presenta una rápida pérdida de carga después de la carga máxima de rotura (postpico), condición que la hace poco resistente a la fractura por contracciones a bajas temperaturas. Si a las mezclas asfálticas abiertas se les adiciona fibras se puede observar en la ILUSTRACIÓN 22 como se incrementa el área bajo la curva después de la carga máxima de fractura, es por esto que si se evalúan los parámetros obtenidos de energía de fractura y tenacidad, son mucho mayores en la mezcla Abierta G12 y se pueden observar en la TABLA 9 y TABLA 11.

GRANULOMETRIA DENSA GRANULOMETRIA ABIERTA G12

CONVENCIONAL MODIFICADO CONVENCIONAL MODIFICADO TIPO DE FIBRA %

SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO

SIN FIBRA 1.48 1.16 1.24 1.43 1.17 1.03 1.54 1.70

SEKRIL 900 0.30 1.69 1.45 1.58 1.54 1.83 1.56 1.98 1.97

EFRIL 900 0.60 1.94 1.76 1.51 1.95 2.02 1.94 1.90 1.97

SEKRIL 210 0.15 1.36 1.22 1.35 1.27 1.33 1.11 1.87 1.40

SEKRIL 210 0.30 1.41 1.33 1.22 1.60 1.56 1.28 1.89 1.70

Tabla 9: VALORES DE LA ENERGÍA DE FRACTURA, COMPARATIVOS DE LA GRANULOMETRIA DENSA VS. LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

GRANULOMETRIA DENSA GRANULOMETRIA ABIERTA G12 CONVENCIONAL MODIFICADO CONVENCIONAL MODIFICADO

TIPO DE FIBRA %


SIN FIBRA 40.17 32.93 35.22 39.00 23.98 18.97 27.36 23.26

SEKRIL 900 0.30 42.72 36.77 39.58 37.59 29.16 25.96 32.28 28.80

EFRIL 900 0.60 42.69 36.26 37.90 39.67 32.03 26.72 35.09 32.12

SEKRIL 210 0.15 34.48 31.47 43.69 38.04 23.75 17.97 30.49 24.12

SEKRIL 210 0.30 36.25 33.82 36.91 37.57 28.98 21.03 30.78 25.71

Tabla 10: VALORES DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN, COMPARATIVOS DE LA GRANULOMETRÍA DENSA VS. LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12



64

GRANULOMETRIA DENSA GRANULOMETRIA ABIERTA G12 CONVENCIONAL MODIFICADO CONVENCIONAL MODIFICADO TIPO DE

FIBRA % SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO

SIN FIBRA 8646.16 6716.31 7148.13 8125.97 6862.70 4960.65 8077.93 8208.85

SEKRIL 900 0.30 9491.00 8257.31 8853.00 8970.80 7939.33 6535.47 9898.53 8107.68

EFRIL 900 0.60 11394.87 9373.96 8947.57 10233.15 9367.67 7931.11 8596.20 8372.13

SEKRIL 210 0.15 7952.58 7141.17 7802.03 7836.70 7646.63 5372.10 10412.62 7611.73

SEKRIL 210 0.30 8228.16 7824.25 7409.41 9050.98 7010.56 6980.37 9665.31 8873.71

Tabla 11: VALORES DE LA TENACIDAD, COMPARATIVOS DE LA GRANULOMETRÍA DENSA VS. LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

Ilustr ación 22: GRÁFICA CARGADESPLAZAMIENTO DE GRANULOMETRIA DENSA VS GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

Lo anterior se debe a que las fibras ayudan a la mezcla a la redistribución de esfuerzos a tensión dentro de los planos de trabajo de la mezcla asfáltica, permitiendo que la carga máxima se de a desplazamientos mayores y que la rotura total se presente a grandes desplazamientos. Con esto se logra obtener mezclas asfálticas con más flexibilidad y por lo tanto menor susceptibilidad a cambios térmicos.



65

En los ensayos realizados para la mezcla de granulometría abierta se puede observar la importancia de la adición de fibras, ya que éstas, además de mejorar la energía de fractura y tenacidad en la mezcla, también disminuyen el problema del drenado de asfalto.

Si se incrementa el contenido de asfalto, se contribuye a hacer las mezclas más flexibles pero se pueden llegar a presentar los problemas de drenado de asfalto, mismos que pueden ser solucionados mediante el empleo de las fibras. Las mezclas elaboradas con cementos asfálticos convencionales son menos resistentes a la acción del agua (adhesividad pasiva), mientras que si se emplean asfaltos modificados con polímero se obtienen mezclas más resistentes a la acción del agua. Resultados de este efecto se aprecian en las TABLAS 12, 13 y 14 .

El comportamiento de ambas mezclas asfálticas en cuanto a su susceptibilidad a la acción del agua fue evaluado mediante la relación de los esfuerzos a tensión en húmedo y seco, (TSR), y los valores encontrados en la mezclas ensayadas se muestran en la TABLA 13. A medida que la relación TSR es más cercana a la unidad, se tiene una mezcla menos susceptible a la desenvuelta del agua. Las mezclas asfálticas elaboradas con las fibras Sekril 900 y Sekril 210 presentaron un buen comportamiento, mientras que los resultados obtenidos al adicionar a la mezcla asfáltica la fibra Viatop 66 fueron totalmente contrarios a los esperados. La adición de esta última fibra llevó a resultados de los parámetros evaluados inferiores a los obtenidos cuando no se utiliza fibra.

La mezcla asfáltica elaborada mediante la adición de la fibra Sekril 900 en un porcentaje del 0.60% en peso, presentó los mejores resultados. Mejoran todo los parámetros evaluados y los resultados obtenidos empleando cemento asfáltico convencional más fibra Sekril 900 son similares a los obtenidos al emplear solamente cementos asfálticos modificados con polímeros. Resultados similares se obtuvieron al emplear la fibra Sekril 210. Ambas fibras disminuyen considerablemente el drenado de cemento asfáltico en la mezcla abierta, aun empleando contenidos de asfalto superiores al óptimo, y también mejoran la resistencia de la mezcla a la acción de desenvuelta del asfalto por presencia de agua.



66

CONVENCIONAL MODIFICADO 4% 5% 4% 5% TIPO DE

FIBRA %


SIN FIBRA 1.17 1.03 1.42 1.31 1.54 1.70 1.31 1.50

SEKRIL 900 0.30 1.83 1.56 1.67 1.45 1.98 1.97 1.45 1.70

EFRIL 900 0.60 2.02 1.94 2.34 2.00 1.90 1.97 2.00 1.84

SEKRIL 210 0.15 1.33 1.11 1.83 1.06 7.87 1.40 1.08 1.69

SEKRIL 210 0.30 1.56 1.28 1.69 1.37 1.89 1.70 1.37 1.90

VIATOP 66 0.30 1.22 1.02 1.41 1.01 0.97 1.41 1.01 0.65

VIATOP 66 0.60 1.09 1.07 1.53 1.09 0.58 1.53 1.09 0.77

Tabla 12: VALORES DE LA ENERGÍA DE FRACTURA PARA LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

CONVENCIONAL MODIFICADO 4% 5% 4% 5% TIPO DE

FIBRA % SECO HUM TSR SECO HUM TSR SECO HUM TSR SECO HUM TSR

SIN FIBRA 23.98 18.97 0.79 23.47 18.66 0.80 27.26 23.26 0.85 27.74 20.03 0.72

SEKRIL 900 0.30 29.16 25.96 0.89 25.43 22.14 0.87 32.28 28.60 0.89 25.40 17.14 0.67

EFRIL 900 0.60 32.03 26.72 0.83 30.96 25.79 0.83 35.09 32.12 0.92 33.31 25.77 0.77

SEKRIL 210 0.15 23.75 17.97 0.76 26.34 15.71 0.60 30.49 24.12 0.79 34.47 28.40 0.82

SEKRIL 210 0.30 28.98 21.03 0.73 27.06 21.69 0.80 30.78 25.71 0.84 36.24 26.72 0.74

VIATOP 66 0.30 23.21 15.41 0.66 21.90 12.91 0.59 20.14 15.68 0.79 15.16 16.49 1.00

VIATOP 66 0.60 23.30 16.91 0.73 21.58 13.56 0.63 16.42 16.21 0.99 19.23 15.17 0.79

Tabla 13: VALORES DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN PARA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

CONVENCIONAL MODIFICADO 4% 5% 4% 5%

TIPO DE FIBRA %


SIN FIBRA 6862.70 4690.65 5838.57 6522.96 8077.93 8208.85 9435.53 7542.03

SEKRIL 900 0.30 7939.33 6535.47 6533.57 5533.41 9898.53 8107.88 9043.15 6981.28

EFRIL 900 0.60 9367.67 7931.11 10136.22 7805.89 8596.20 8372.13 9031.90 7836.22

SEKRIL 210 0.15 7346.63 5372.10 8615.88 4842.77 10412.62 7611.73 10383.39 8966.14

SEKRIL 210 0.30 7010.56 6980.37 8202.04 6646.66 9665.31 8873.71 11459.25 10163.64

VIATOP 66 0.30 6024.80 5694.67 7294.80 5467.45 5835.63 4303.90 4236.66 4575.70

VIATOP 66 0.60 6303.90 6040.12 7784.70 5596.35 3684.62 3588.20 5156.70 4551.33

Tabla 14: VALORES DE LA TENACIDAD PARA LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12



67

Conclusiones

Es claro que la resistencia a la tensión no se ve muy incrementada mediante la adición de fibras, sin embargo, se incrementan considerablemente la tenacidad y la energía de fractura, obteniéndose mezclas más flexibles y con una mayor capacidad de trabajo postpico. Esto hace que las mezclas presenten un comportamiento más dúctil, característica que las hace más resistentes a los procesos de agrietamiento por presencia de bajas temperaturas de trabajo. Comportamientos similares se obtienen en las mezclas asfálticas cuando son fabricadas con cementos asfálticos modificados con polímeros.

Ilustr ación 23: GRÁFICA DEL PORCENTAJE DE CEMENTO ASFÁLTICO DRENADO EN LA GRANULOMETRÍA ABIERTA G12

El comportamiento de la mezcla densa es muy rígido, presenta pendiente muy pronunciada al inicio de la carga. La carga de ruptura se da a desplazamientos muy pequeños, del orden de 1.8 mm, y la descarga posterior a la carga postpico es muy rápida, típico de un comportamiento frágil. Por otro lado, la mezcla abierta alcanza la carga de ruptura a desplazamientos mayores a los 2.5 mm y con pendientes menores, presentando un comportamiento más flexible al inicio y una descarga posterior a la carga postpico es muy lenta, típico de un comportamiento dúctil.



68

Le mezcla densa alcanza desplazamientos máximos hasta de 6 mm, aun adicionándole fibras; en cambio la mezcla abierta, logra alcanzar desplazamientos superiores a los 10 mm, lo cual le confiere una mayor capacidad para soportar las cargas después de llegar a la ruptura.

Mediante este estudio experimental se pudo concluir, que tanto el uso de cementos asfálticos modificados con polímeros, así como la adición de fibras en la mezcla asfáltica, contribuye en una mejor redistribución de los esfuerzos armando la mezcla, confiriéndole mayor tenacidad o capacidad de trabajo después de rotura. Asimismo, con el incremento del área específica a ser cubierta por asfalto en la mezcla, ésta adquiere mayor capacidad de retener asfalto, ILUSTRACIÓN 23, lográndose un compuesto rico en mástico asfáltico. Con las fibras, la película que envuelve las partículas pétreas es mayor, condición que incrementa la cohesión y durabilidad en la mezcla.

El uso de estos materiales especiales de altas prestaciones en la fabricación de carpetas asfálticas incrementan los costos iniciales de construcción de los pavimentos, sin embargo, al emplearlos es posible llegar a diseños de espesores menores que brinden comportamientos similares o mejores que pavimentos con espesores mayores fabricados con materiales convencionales. Es por lo tanto importante pensar en estudios de ciclos de vidas para poder definir relaciones costos beneficios y tomar la mejor opción.

V.4 AGENTES QUÍMICOS ANTISTRIPS O PROMOTORES DE ADHERENCIA

e tiene claro que la mezcla asfáltica en caliente se compone de asfalto y agregado. En las mejores condiciones, solo serian necesario estos dos elementos para obtener una carpeta asfáltica de buena calidad, esto significa que contando con materiales de buena calidad, se debe de lograr la construcción de un camino que por lo menos cumpla con el tiempo de vida preestablecido durante su proyección. Por desgracia, como se señalo con anterioridad, existen factores adicionales a los correspondientes errores debidos al hombre. Estos factores conducen frecuentemente a una falla prematura de la obra. En este caso hablaremos de aditivos químicos, los cuales promueven la adherencia entre el asfalto y el agregado mejorando la mezcla asfáltica en caliente.

Desafortunadamente muchas de las obras viales fallan más pronto de que se pretendía originalmente. Las razones, ya señaladas, son la sobrecarga, utilización de materiales de calidad inferior a la establecida en el proyecto, diseño pobre de las

S



69

mezclas asfálticas o procesos constructivos muy malos. En estos casos la falla se debe a errores humanos, sin embargo, no siempre es el caso. Ya se remarco que el agente más hostil con el tiene contacto un camino es el agua, la cual causa daños en extremo perjudiciales para un camino, además se tiene presente los cambios de temperatura a los que esta expuesta la obra.

La razón más común por la que fallan los pavimentos es la sobrecarga. Un incremento significativo en el volumen de tráfico, conduce a tensiones y agrietamientos del pavimento. Una carpeta de espesor inapropiado puede ser susceptible a agrietamiento por tensión, producido por el paso de vehículos pesados. Esto es un error de diseño. Un diseño apropiado debe considerar anticipadamente los volúmenes de tráfico y peso de los vehículos. Es importante, también, prever el incremento de volumen de tráfico. Si bien una carretera puede fallar muy pronto si se tiene un mal diseño de la

mezcla asfáltica, también es indiscutible el hecho de que este tipo de deficiencias, como todas las que tienen que ver con las fallas humanas, es totalmente evitable. No existe un polímero o promotor de adhesión que pueda corregir las fallas que tienen su origen en errores humanos, pues estos no tienes esa función, pero si las fallas inducidas por los factores ambientales que se mencionaron anteriormente, Las variaciones de temperatura que provocan expansión y contracción del asfalto, lo que produce agrietamiento; el agua que produce un rompimiento de la unión entre el asfalto y el agregado pétreo.

Ya se menciono que los polímeros modifican la elasticidad y la dureza del asfalto, lo que permite disminuir la oportunidad de formación de grietas inducidas por temperatura. Por otra parte los promotores de adhesión incrementan la fuerza de adhesión entre el agregado y el asfalto, lo que disminuye el posible desprendimiento, la superficie de rodamiento, de esta forma, será más resistente a los daños por humedad.

Se tiene claro que si el agregado y en asfalto utilizado tienen una calidad adecuada, no es necesario el uso de algún aditivo; sin embargo, esto no siempre es cierto, y a menudo se tiene que recurrir al uso de algunos de los productos que mejoran las características de la mezcla asfáltica, para cumplir con las especificaciones de desempeño de esta última. Además de los motivos técnicos que intervienen el uso de algún aditivo se tiene

también es aspecto económico, pues este permite el uso de un agregado o bien de un asfalto más económico, aunque no es común que se modifique un asfalto por motivos económicos. Los promotores de adhesión, conocidos también como antistripping son productos

químicos que también mejoran el comportamiento del asfalto en el laboratorio, permitiendo el uso de agregados pétreos más económicos, ventaja que no presentan los polímeros. Los polímeros trabajan mejorando la cohesión del asfalto, esto incrementa la

flexibilidad del asfalto. Por otra parte los antistripping trabajan mejorando la



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adhesión del asfalto el agregado en la mezcla, lo que significa una mejor resistencia al agua. Al utilizar un anti stripping se logra un incremento importante en la adhesión. lo

que produce una disminución en la susceptibilidad a los daños producidos por el agua en la superficie de rodamiento. Por otra parte, los polímeros por si mismos no incrementa en forma significativa la resistencia al agua, y frecuentemente es necesario el uso de un promotor de adhesión a los asfaltos modificados con algún polímero. Sin embargo los agentes anti stripping pueden ser usados en asfaltos sin modificar.

Como es sabido, para lograr la integración del agregado y el asfalto, es necesario someter a este último a temperaturas elevadas, o bien, fluidificarlo por medio de un emulsificante; siendo el asfalto hidrofóbico y en el mayor de los casos el agregado hidrofílico, la unión que se logra en este caso es físico y no químico, Por lo que esta unión se puede romper mediante la simple introducción del agua. De esta, forma cuando el pavimento se ve en contacto constante, o repetido, con el agua eventualmente el agregado se separará del asfalto, efecto conocido como desprendimiento (stripping), y se unirá al agua, lo que queda en evidencia cuando la carpeta asfáltica sufre desmoronamiento y gradualmente se desintegra. Los promotores de adhesión combaten el deterioro, siendo añadido al asfalto

trabaja directamente sobre el agregado, fortaleciendo la unión de forma química entre estos. La mejora que se logra sobre la mezcla asfáltica es cuantificable.

Los promotores de adhesión se dosifican usualmente al 0.5% en peso sobre el asfalto. Los precios de estos varían entre 2 y 3 dólares por kilogramo, lo que significa un incremento relativamente bajo en el costo de los materiales, de alrededor de 3% sobre el costo de los materiales.

Se tienen registros, de empresas estadounidenses, que en las carpetas asfálticas en las que se hizo uso de promotores de adhesión, la vida de estas se vio prolongada entre 3 y 5 años más.

Promotor es de adhesión par a mezclas en caliente Los promotores de adhesión para mezclas en caliente ayudan a cubrir agregados

con deficiencia o difíciles, así como también a proveer una permanente resistencia al desprendimiento en los pavimentos Métodos de adición:

En la planta de mezcla en caliente, el agregado es secado pasado a través del tambor secador y posteriormente es mezclado con el asfalto. La temperatura de mezclado varía de 140°C a 180°C. La manera más efectiva de adicionar el promotor de adhesión al asfalto, es por inyección en la línea del asfalto a través de una bomba. La homogenización será más efectiva si se instala un mezclador estático en línea colocado justo antes de la entrada del asfalto al mezclador. Alternativamente los promotores de adhesión pueden ser adicionados al tanque del asfalto y hacerlo recircular para asegurar una completa homogenización, en este caso es necesario el



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uso de un aditivo estable a altas temperaturas el cual puede ser almacenado en el tanque durante varios días sin ninguna pérdida de eficiencia. Métodos de prueba y dosificación:

La cantidad y tipo de aditivo de adherencia depende del tipo de mezcla y usualmente es determinada en pruebas de rendimiento. Una prueba típica de rendimiento es la prueba de ebullición en agua (ASTM D362591) y la prueba de estabilidad retenida después de la inmersión (ASTMD1075), además de la prueba de desprendimiento por fricción. La dosificación normal de promotores de adhesión puede variar de 0.25% hasta 1.0% de acuerdo al peso del asfalto. Rango de promotores de adhesión para mezclas en caliente.

Tr atamiento super ficial con asfalto caliente o r ebajados Como se menciono en el párrafo anterior la cantidad u el tipo de aditivo promotor

de adherencia depende del tipo de la mezcla, lo que esta en función del método que se emplee para fluidificar el cemento asfáltico. Aunque no se trate el tema de asfaltos rebajados y de emulsiones asfálticas, se hablara en este momento de ellos para aclarar únicamente lo que se refiere al uso de los promotores de adhesión. El tratamiento superficial es el esparcido de una gravilla sobre un riego de ligante

y compactado. El ligante se enfría rápidamente sobre la superficie del camino llevando con esto problemas de cubrimiento lo cual puede empeorar si se usa una gravilla húmeda o con polvo, los resultados se transforman en pérdida o desprendimiento de gravillas . El prerecubrimiento de agregado ayuda, pero no resuelve el problema, para esto es sumamente recomendable la adición de un agente de adhesión. Típicamente se adiciona el aditivo de adhesión al ligante en un rango que varia del 0.5% al 2.0% con respecto al peso del cemento asfáltico. Métodos de adición:

El promotor de adhesión puede ser proporcionalmente inyectado en la línea de asfalto al hacerse la transferencia del tanque de del tanque cisterna al distribuidor/irrigador de asfalto para aplicar el riego del ligante. Los promotores de adhesión pueden también ser adicionados en la refinería para facilitar la dosificación en el área de trabajo.

Mezclas en fr ío Para las mezclas asfálticas son producidas sin calentamiento, cuando el ligante

tiene viscosidad baja como los asfaltos diluidos y los asfaltos ligeros, si el agregado no esta completamente seco se recomienda el uso de un aditivo de adhesión activa. En este caso los rangos típicos de dosificación son del 0.5% al 2.0%.

Mezclas para bacheo Cuando se producen mezclas para bacheo, con ligante de baja densidad, es

recomendable el uso de algún aditivo que mejore sus condiciones adversas, además



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de el uso de un aditivo promotor de adherencia para asegurar una buena liga, o bien un aditivo que mejore ambas características de la mezcla.

Aplicaciones con emulsiones El uso de emulsiones asfálticas catiónicas ordinariamente asegura una buena

adhesión con el agregado, pero como el caso de que se presente algún agregado difícil no queda excluido. A continuación se muestras algunos de los productos químicos disponibles. En

estas tablas, proporcionadas por el productor, se muestras las aplicaciones que se les puede dar a cada uno de los productos, además se muestran las características de cada uno de ellos, con el fin de mostrar información que pudiera ser de interés para los diseñadores o constructores de carpetas asfálticas.

Producto Mezclas

en caliente

Tratamientos superficiales

Mezclas para bacheo

Mezclas con

emulsiones

Asfaltos diluidos

Agregados silíceos

Agregados calisos

Magnabond ® 2700 ü Magnabond ® 2912 ü Magnabond ® 3024 ü ü Redicote ® 82S ü ü ü

Redicote ® CS392S ü ü Redicote ® CS393L ü ü ü Magnabond ® LV ü ü ü ü Magabond ® NE ü ü

Magnabond ® 101AP ü ü ü Tabla 15: PRODUCTOS PROMOTORES DE ADHESIÓN

Producto Dosificación

típica [% peso CA]

Estado físico 25°c

Vicosidad Cps 25°c

Punto de fluides °C

Densidad g/cm 3 , 25°C

Punto de inflamación

°C

Magnabond ® 2700 0.5 Líquido 800 5 1.00 >200 Magnabond ® 2912 0.5 Líquido 1800 5 1.01 >200 Magnabond ® 3024 0.5 Líquido 6500 >10 0.95 >200 Redicote ® 82S 0.5 – 1.0 Líquido 500 10 0.84 89 Redicote ® CS392S 0.5 – 1.0 Líquido 1700 <5 0.92 >200 Redicote ® CS393L 0.5 – 1.0 Líquido 900 <5 0.96 >200 Magnabond ® LV 0.5 – 1.0 Líquido 1800 <5 0.92 >200 Magabond ® NE 2.0 – 3.0 Líquido 140 0 0.95 >190 Magnabond ® 101AP 0.5 – 1.0 Líquido 1200 5 0.95 >200

Tabla 16: CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS PROMOTORES DE ADHESIÓN



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V.5 HIDROXIDO SE CALCIO

unque al hidróxido de calcio no es en si un agente modificador de asfalto, se considera conveniente incluir la descripción de este material, esto es debido a que de alguna manera modifica el comportamiento del conjunto que conforma la mezcla asfáltica, asfalto y agregado. Haciendo un recordatorio, el término Stripping o Disgregación ha sido reconocido

como una causa del daño en los pavimentos asfálticos. La consolidación de la mezcla asfáltica al agregado puede lograrse mediante el uso de hidróxido de calcio o cal hidratada de determinada pureza y composición química.

Se ha abusado mucho de la palabra “Cal” y es por ello que se cita una corta definición, debido a la importancia y repercusiones que podría tener el no considerarla:

El término cal abarca sólo y todos los productos obtenidos de la calcinación de piedra caliza, Cal viva (óxido de calcio) y cal hidratada (hidróxido de calcio), por ningún motivo debe considerarse a la piedra caliza como cal, ya que esta posee propiedades completamente diferentes. De igual forma, es de vital importancia esclarecer la diferencia que prevalece entre los distintos tipos de cales.

Como ya se hizo mención todos los productos obtenidos de la calcinación de piedra caliza son denominados cal. Sin embargo, dicha piedra caliza puede ser encontrada en la naturaleza con propiedades y composición química diferentes, con cierto grado de pureza en carbonato de calcio y con diferentes grados y tipos de contaminantes como óxidos de sílice, aluminio, fierro; magnesio, manganeso, etc.

Contaminantes y/o agentes químicos que en el momento de la calcinación y en el uso del producto final , se transforman, están presentes, compiten y reaccionan de una manera adversa a lo deseado y esperado por las partículas de hidróxido de calcio.

Esta observación, hace que cada una de las cales iguales en apariencia, tenga propiedades físico – químicas, desempeño y desarrollo particulares según sea la necesidad, el uso requerido y la aplicación a la que nos estemos dirigiendo.

El material empleado para promover la adhesión entre el asfalto y los agregados proviene de la hidratación controlada del óxido de calcio, y conteniendo un mínimo de 90 % de partículas de hidróxido de calcio. En contacto con agua no genera calor y se comercializa en forma de un polvo fino y seco en sacos o granel.

A continuación se mencionan de forma resumida las características y efectos de los factores que determinan las propiedades del cemento asfáltico. Esto tiene como base mostrar las consideraciones que se toman en cuenta para proponer este material

A



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como una alternativa que ayude al empleo de agregados que no presenten una buena adherencia con el asfalto.

Una consecuencia de la disgregación y/o del fenómeno denominado stripping, son la alteración del pavimento que se manifiesta en forma de surcos “neumáticos”, agrietamientos tipo lagarto, sangrado, agrietamientos longitudinales y transversales.

La disgregación es y puede ser controlada por las propiedades del cemento asfáltico, propiedades del agregado, características de la mezcla, clima, tráfico, prácticas de construcción, consideraciones del diseño del pavimento y la utilización de aditivos que interactúen en el corto, mediano y largo plazo.

Propiedades del cemento asfáltico que participan directamente en el tiempo de vida del pavimento: propiedades físicas, viscosidad (temperatura), capacidad de adherencia, propiedades químicas.

Propiedades de los agr egados que participan directamente en el tiempo de vida del pavimento: forma y textura de la superficie, granulometría, contenido de finos, absorción, composición química. Todas ellas controlan el contenido de cemento asfáltico y por tanto el espesor de la película de asfalto en el agregado.

Clima. 1) Calor – Humedad. La viscosidad del cemento asfáltico es relativamente baja a altas temperaturas. En consecuencia es mas susceptible a perder adhesión con el agregado en presencia de humedad. 2) Frío – Seco. Con las bajas temperaturas, el agua en las mezclas de asfalto se congela y expande. En consecuencia el cemento asfáltico es quebradizo.

Tr áfico. El volumen de tráfico controlan el tipo, magnitud y grado de deterioro del pavimento.

Procesos Constructivos par a Detener o Pr evenir la Disgr egación. Controlar los agregados usados con propiedades de porosidad y textura superficial apropiada. Lavar los agregados removerá el polvo y finos que contribuyen al detrimento en la adhesión del cemento asfáltico. Las películas gruesas de cemento asfáltico resisten en mayor medida la acción del agua en la mezcla. Las granulometrías del agregado que permiten alto contenido de cemento asfáltico con bajo contenido de aire han mejorado la resistencia a la sensibilidad al agua, debido a que el contenido de aire determina la permeabilidad y facilidad con la que el agua entra en el pavimento.

Los aditivos que pueden ser usados para ayudar y promover la capacidad de adhesión:



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1. Agentes Químicos Líquidos. 2. Hidróxido de Calcio.

Adit ivos Químicos: Aunque ya se hablo sobre estos materiales es conveniente sin embargo cabe mencionar que estos polímeros, los cuales normalmente son adicionados directamente al asfalto antes de que sea mezclado con el agregado, promueven el envejecimiento del cemento asfáltico, pues este fenómeno es una función de la concentración del agente químico.

Hidróxido de Calcio: Es adicionado directamente a la superficie humedecida del agregado, antes de ser recubierto por el asfalto ó en forma de lechada. Fomenta la adhesión química del asfalto con la sílice del agregado.

Reacciona agresivamente con los ácidos carboxilicos del asfalto, resultando en una menor absorción de partículas ácidas por la superficie del agregado, logrando una mayor adhesión asfalto – agregado. Permite alcanzar en las mezclas altos niveles de módulo de dureza y elástico, debido a su efecto de mineral de relleno y como consecuencia en el incremento de la viscosidad del asfalto. Reducción del índice de plasticidad (IP) si hay arcillas presentes en el agregado.

La cantidad y/o niveles de concentr ación de Ca(OH)2 par a r educir la oxidación es alr ededor de 0.5% y par a inhibir la sensibilidad al agua (antiagr ietamiento) 1 a 2 % ; ambas en peso de agr egado seco.

Métodos de prueba y cr iter ios par a la determinación de la funcionalidad de pavimentos asfált icos.

Métodos de Prueba. Los métodos de prueba deben usarse durante el proceso de diseño de la mezcla y no para probar el control de calidad del pavimento. Los métodos garantizan las necesidades de resistencia, módulo dinámico de corte, elongación, envejecimiento, etc. Algunos métodos son la tensión indirecta, ebullición, nulidad de aire, evaluación visual de corazones, etc.

Cr iter io visual: 1) Cuando se observa una disgregación visual potencial, el presente aditivo químico no es tan efectivo como es deseado. 2) El pavimento no se disgrega al punto de desintegración total, pero se observa visualmente pérdida en la adhesión, el resultado será baja durabilidad y fatiga.



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Los Fenómenos físicos y químicos en los que tiene participación el hidróxido de calcio modificando favorablemente las propiedades de la mezcla de asfalto son los siguientes.

Mecanismos del fenómeno denominado stripping que contribuyen a la pérdida de la resistencia. Adhesión: El agua se introduce entre la película asfáltica y la superficie del agregado causando la separación y/o falla. Cohesión: El agua se combina con el asfalto resultando con esto en una reducción en la rigidez y resistencia.

Str ipping o Disgr egación. Es el debilitamiento o pérdida eventual de la capacidad de adhesión entre la superficie del agregado y el cemento asfáltico; usualmente en presencia de humedad.

Mecanismos de adhesión del cemento asfáltico al agregado. La consolidación del cemento asfáltico al agregado se explica por la combinación e interacción de los mecanismos siguientes:

Energía super ficial del asfalto. Las fuerzas no balanceadas de las moléculas superficiales del asfalto originan que las moléculas sean atraídas hacia el interior, resultando esto en un alta tensión superficial. Si dos líquidos son iguales en todas sus características, pero uno tiene menor energía superficial (tensión superficial) este mojará y cubrirá a un sólido más rápidamente. Cuando la temperatura se incrementa considerablemente, la energía superficial decrece y las propiedades para cubrir un sólido se ven mejoradas.

Or ientación molecular . Las moléculas del asfalto tienden a orientarse a sí mismas, para satisfacer la demanda energética de la superficie del agregado. Partiendo de que las moléculas del asfalto son No Polares, y la molécula del agua es Di Polar; el agua puede tener mayor afinidad que el asfalto hacia la superficie del agregado.

Natur aleza Química. El hidróxido de calcio participa alterando químicamente el asfalto y la superficie del agregado. Las partículas de Ca ++ (con carga positiva) participan, se sitúan e integran un enlace que se presenta como interface con capacidad adherente entre las partículas (con carga negativa) del asfalto y las partículas (con carga negativa) del agregado.

Reacciones Químicas de Adhesión. Reacciones químicas ocurren entre el cemento asfáltico y el agregado. La firmeza y características de las reacciones químicas ocurridas, afectan la adhesión. La naturaleza ácida o alcalina de los agregados. El asfalto es considerado ligeramente ácido.



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Es supuesto que materiales con propiedades diferentes, sean partidarios y favorecen a su adhesión. El pH ha sido usado para determinar si un agregado puede favorecer, tiene un efecto adverso o simplemente no participa en la adhesión.

Factor es mecánicos de adhesión. Estos pueden verse influenciados por la superficie del agregado, la textura, porosidad, finos en la superficie del agregado y área superficial. La textura y porosidad de la superficie involucran una forma de entrelace entre el asfalto y el agregado. Los finos y/o recubrimiento, no permiten al asfalto cubrir la superficie del agregado. El área superficial del agregado afecta el espesor de la película de asfalto, y esto lo hace susceptible o no a la penetración por el agua.

Emulsificación. Los agentes emulsificantes (partículas de arcilla) pueden estar presentes en el agregado, en días calientes y con humedad presente, el tráfico provee la energía mecánica necesaria para formar una emulsión de asfalto – agua.

CONCLUSIONES.

En concordancia con las experiencias obtenidas a la fecha los aditivos químicos pueden ser efectivos en el corto plazo por la duración de las pruebas, pero no en el largo plazo considerando el tiempo de vida y servicio del pavimento.

A pesar de que las diferentes zonas geográficas no presentan las mismas condiciones ambientales y entorno, es posible reproducir las pruebas realizadas y más aún realizar métodos de prueba más estrictos y severos si es requerido.

El uso de hidróxido de calcio en mezclas de asfalto ha sido probado en diferentes proyectos, mostrando una menor disgregación y/o stripping que los proyectos conteniendo aditivos químicos.

El hidróxido de calcio, cambia las características físicas y químicas de las partículas asfalto – agregado, favoreciendo la consolidación de la mezcla asfáltica a la superficie del agregado; evitando la disgregación y prolongando con esto el tiempo de vida del pavimento asfáltico.

V.6 AZUFRE

l azufre es un elemento no metálico, insípido, inodoro, de color amarillo E



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pálido. Se encuentra en el grupo 16 (o VIA) del sistema periódico. También llamado 'piedra inflamable', el azufre se conoce desde tiempos prehistóricos y ya aparecía en la Biblia y en otros escritos antiguos. Debido a su inflamabilidad, los alquimistas lo consideraron como un elemento esencial de la combustión. El azufre ocupa el lugar 16 en abundancia entre los elementos de la corteza

terrestre, y se encuentra ampliamente distribuido tanto en estado libre como combinado con otros elementos. Así se halla en numerosos sulfuros metálicos, como el sulfuro de plomo o galena, PbS; la esfalerita, ZnS; la calcopirita, (Cu,Fe)S2; el cinabrio, HgS; la estibina, Sb2S3; y la pirita de hierro, FeS2. También se encuentra combinado con otros elementos formando sulfatos como la baritina, BaSO4; la celestina, SrSO4, y el yeso, CaSO4∙2H2O. En estado libre se encuentra mezclado con rocas de yeso y pumita en zonas volcánicas, principalmente en Islandia, Sicilia, México y Japón, apareciendo a menudo como sublimados en las inmediaciones de orificios volcánicos. El azufre en estado libre puede formarse por la acción del aire en las piritas, o también depositarse por aguas sulfurosas calientes, en las cuales el sulfuro de hidrógeno se ha oxidado por contacto con la atmósfera. A principios de los años noventa, la producción mundial de azufre alcanzó unos 52,7 millones de toneladas métricas.

El rápido crecimiento de los costos del petróleo en el mercado mundial, además de la gran necesidad de construir pavimentos asfálticos con mejores características, promovieron la investigación en el campo, de la utilización de azufre elemental o residuos azufrados en las mezclas asfálticas para pavimentos. Así, el principal objetivo del uso de azufre, es la obtención de mezclas con las

mejores características de durabilidad y longevidad del pavimento, menor viscosidad, más alta resistencia al agua, a la gasolina y otros solventes químicos. De esta forma, el azufre es utilizado como un extendedor del asfalto, para disminuir el costo total de las mezclas, con mejoramientos en algunas propiedades físicasmecánicas.

Los estudios que se han realizado tienen como inicio un análisis de las ventajas del uso del azufre elemental, así como la economía, o posible disminución de la cantidad de asfalto en las mezclas, lo que permite un ahorro en los recursos energéticos, disminuyendo las temperaturas de mezclado y compactación de las mezclas. Estos estudios determinaron que, con el uso del azufre se mejora la trabajabilidad de la mezcla, además de alcanzar otras mejoras en las características de la mezcla. También se tomaron en cuenta, para los estudios, otros aspectos como lo son el envejecimiento y el impacto ambiental que conlleva el uso del azufre.

La idea de la utilización del azufre, como el aditivo majorador de las propiedades del asfalto, tiene su inicio en el año de 1866. En el año de 1936 se patento la producción de las composiciones plásticas. Las investigaciones de las propiedades reológicas, determinaron que la viscosidad y la rigidez del asfalto modificado con azufre, se incrementa con el aumento de la dosificación del azufre, el cual actúa también como llenante secundario.



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Fue hasta los años 19701980 cuando algunos países iniciaron el uso del azufre como aditivo para asfalto. A partir de los años 19691970, se conocen las patentes y el uso de los materiales azufreasfalto en la construcción de autopistas en Canadá, U. S. E., Francia, Rusia y Polonia, esto debido al cambiante costo del petróleo y al incremento mundial de la producción de azufre en el mundo. En el año de 1975 se construye, en Estados Unidos, el primer tramo experimental de cemento asfáltico con aditivo de azufre. Estos trabajos demuestran que el cemento asfáltico puede ser reemplazado por azufre hasta en un 40%, con el uso de tecnología tradicional de colocación de la mezcla. Además, se determino que la vida útil de estas obras puede llegar a ser de 10 años por lo menos. Se demostró también, que los asfaltos tratados con azufre son más resistentes a la intemperie y más durables, particularmente a bajas temperaturas. Unos años después, una compañía diferente desarrollo una nueva mezcla con el nombre THERMOPAVE, la cual contiene entr e el 67% de asfalto, 13% de azufr e, gr ava y ar ena de baja calidad. La compañía GUF de Canadá utiliza el azufr e fundido en Canadá de 3% a 4% en las mezclas comunes.

Se han encontr ado var ias deficiencias en el uso del azufr e, como los son los causados por algunos tipos de microorganismos y r adiación UV, especialmente en los climas lluviosos y calientes, baja la r esistencia térmica de la mezcla, entr e ot r os.

El uso de azufre como modificador de asfaltos, presenta algunas ventajas, y las observaciones obtenidas en experiencias internacionales se resumen a continuación:

La modificación de asfaltos con azufre produce cambios en la composición química del asfalto, principalmente en la disminución de del contenido de resinas y asfaltenos, y el aumento de los aromáticos. El azufre adicionado aumenta la penetración de los asfaltos modificados con respecto a los asfaltos sin modificar.

El envejecimiento de los asfaltos modificados con azufre aumenta, con el decremento de contenidos saturados, resinas y aromáticos, debido a la oxidación que se presenta por las altas temperaturas y el aire presente.

Los asfaltos modificados con azufre presentan una ductilidad muy baja en comparación con los asfaltos tradicionales, además el azufre influye en la disminución del punto de reblandecimiento.

El azufre mejora propiedades del asfalto como, la penetración, estabilidad, viscosidad, punto de ablandamiento, adherencia, pero a su vez afecta negativamente la resistencia al envejecimiento.

Como modificador de asfaltos, el azufre es en extremo poco utilizado, y no se cuenta a nivel nacional con gran experiencias en su uso. Esto es debido a que se presenta un peligro probable durante su manejo y procesos de fundición, pues se liberan una gran cantidad de gases altamente tóxicos como el H2S y SO2, los



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cuales se vuelven aún más peligrosos a causa de u característica prácticamente inodora, además, como es un elemento de fácil combustión se temen posibles explosiones en caso de limpieza inadecuada en los tanques de almacenamiento y fundido de asfalto modificado previamente con polímeros.

El azufre presenta una densidad dos veces mayor a la del asfalto, lo que hace que aumenten los costos por transporte.

El azufre es utilizado en dos tipos de pavimentos asfálticos procesados y un numero de productos importantes. Mezclado en pequeñas cantidades se utiliza como un diluyente del asfalto. Otro proceso utiliza una gran cantidad de azufre donde este excedente se comporta como un filler modulable, produciendo una mezcla de fácil manejo, la cual puede ser extendida por maquinaria sin rodillo de compactación y cuando se enfría es muy resistente a la deformación.

La cantidad de azufre que reaccionaria con el asfalto depende de la composición y de la temperatura del asfalto. Se ha demostrado que el azufre reacciona predominantemente con la fracción naftenicaaromatica del asfalto., ya sea adicionándose a la molécula, u oxidando este con la extracción de hidrogeno como sulfuro de hidrogeno. Entre 119ºC y 150ºC, el punto de fusión de la fracción mono del azufre, la reacción es principalmente de adicción, produciendo un incremento de la fracción polar aromática y un relativo pequeño cambio en las propiedades reológicas del asfalto. Arriba de los 150ºC, el proceso de oxidación aumenta rápidamente, produciendo un incremento en los asfaltenos y un efecto en las propiedades del asfalto similar al soplado. (Asfalto Oxidado o Soplado: Se ha modificado alguna de sus características naturales, debido a que se le ha inyectado aire a temperatura elevada durante el proceso de destilación).

La obtención de ácido sulfhídrico a temperaturas por encima de los 150ºC se eleva rápidamente y por ende, no debe elevarse esa temperatura. Dependiendo de la constitución química del asfalto, aproximadamente 15 a 18% de azufre puede ser dispersado en al asfalto y permanecer estable por un periodo prolongado. La influencia del contenido de azufre sobre el ensayo Marshall de un concreto asfáltico arena usando un asfalto de penetración 200g muestra un incremento sustancial en la estabilidad Marshall que se puede asegurar con la adicción de azufre.

A continuación se muestra en forma resumida, en la TABLA 17, un enlistado de los materiales que se emplean como modificadores de asfalto, así como las propiedades que manipulan cada uno de ellos.



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Agente modificador Propiedad que manipula Copolímeros en block y otros termoplásticos:

Ø SB (Estireno – Butadieno)

Ø SBS (Estireno–Butadieno–Estireno) Ø SIS (Estireno–Isopreno–Estireno)

Ø SEBS (Estireno–Etileno–Butadieno– Estireno)

Ø LDPE (Polietileno baja densidad) Ø ABS (Acrilonitrilo–Butadieno–

Estireno) Ø EVA (Etil–Vinil–Acetato)

• Modificador de reología.

• Aditivo endurecedores del asfalto.

• Aditivo ablandadores del asfalto.

• Aditivo rejuvenecedores del asfalto.

• Aditivo para mejorar la adherencia.

Hules naturales y sintéticos: Ø NR (Hule natural) Ø PBD (Polibutadieno) Ø PI (Poliisoprenos) Ø PCB (latex)

• Modificador de reología.

• Aditivo ablandadores del asfalto.

Otros: Ø Hule de llanta

• Rejuvenecedor en reciclado.

• Rejuvenecedor en asfaltos modificados.

Ø Fibras (celulosa, poliéster, polipropileno, etc.) • Aditivo para mejorar la adherencia.

Ø Agentes antistriping (poliaminas) • Aditivo para mejorar la adherencia.

Cal hidratada • Aditivo para mejorar la adherencia.

Azufre. • Aditivo extendedores

• Aditivo endurecedores del asfalto.

Tabla 17: MODIFICADORES DE ASFALTO Y PROPIEDADES QUE MANIPULAN



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Metodología para seleccionar el modificador de asfalto.

uando se presenta el caso de que el asfalto presenta una calidad insuficiente; cuando la mezcla asfáltica no satisfaga alguno de los requisitos necesarios para aprobar el uso del cemento asfáltico, o de los agregados en algunas ocasiones, se puede recurrir al uso de los modificadores. La selección del modificador asfáltico deberá estar sustentada en un análisis objetivo, con el cual se defina de manera correcta las causas por lar que se llegan a la determinación de su uso.

A continuación, se muestran los puntos necesarios que se deben analizar, de forma escrupulosa, para lograr una buena selección del agente modificador.

Mejoría necesaria en el asfalto:

Es necesario realizar, de forma objetiva, un análisis de la característica del asfalto que podría impedir su uso, de esta forma se puede determinar la mejoría que es necesaria para poder dar uso del cemento asfáltico. Se deberé elegir el modificador con el que se cumplan correctamente las especificaciones señaladas por las normas correspondientes. Por ejemplo, podemos exponer un caso cualquiera, en el que la mezcla asfáltica presente una adhesión entre el asfalto y el material pétreo inadecuada; se puede encontrar entre la solución el uso de una polímero, o bien, el uso de un promotor de adhesión, con el cual se mejoren las características de la mezcla asfáltica. De esta forma se busca justificar correctamente el uso del modificador seleccionado.

Elegir de forma cautelosa el modificador que pueda lograr las características requeridas:

Ya se menciono anteriormente, que se deberé de elegir el modificador de asfalto de acuerdo a la característica de este que se necesite mejorar. Es sumamente importante conocer las características del cemento asfáltico, para que a partir de esto se pueda realizar un análisis de los distintos materiales que se usan en la modificación, y determinar cual de ellos satisface la necesidad que promueve su uso.

Determinar los efectos del uso del modificador en el sentido técnico:

El uso de un modificador de asfalto, ciertamente, tiene la capacidad o función de mejorar ciertas características del cemento asfáltico ordinario. Sin embargo al usarlo se pueden comprometer, de forma negativa, alguna de las características de éste aún siendo buenas. Por este motivo, es necesario realizar cada una de las pruebas necesarias con las que se determina la calidad de la mezcla asfáltica, de esta manera se podrá garantizar el resultado final.

C



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Estudio de tecnología necesaria para el uso del modificador:

Puede ser que el uso de un modificador cree la necesidad del empleo de tecnología adicional a la requerida para el empleo del asfalto convencional. Aunque esto no es impedimento para el uso del asfalto modificado, si crea nuevas necesidades, las que se puedan reflejar en el aspecto económico.

Compatibilidad del modificador:

La compatibilidad entre el modificador y el cemento asfáltico, como se explico anteriormente es sumamente importante para garantizar una mezcla resistente. Verificar si existe una correcta compatibilidad es sencillo, así que no debe presentar un problema significativo.

Comportamiento del modificador tras su almacenamiento:

Como ya se vio, en el mayor de los casos en los que se da el uso de modificadores asfálticos, es necesario incrementar la temperatura con la que se logre el estado fluido del material resultante, y debido a la naturaleza química de estos, las condiciones en las que se pueda almacenar es diferente a las que se almacena el asfalto tradicional. Estas condiciones deberán de tomarse en cuenta cuando se elija el agente modificador.

Especificaciones del asfalto modificado:

Aunque en la actualidad, en nuestro país, no existen especificaciones que normalicen el uso de los modificadores de asfalto. Las empresas dedicadas a la fabricación de estos materiales, en su mayoría, son de origen extranjero, por lo que se hace uso de normas del mismo origen. Aún así es necesario realizar una comparación entre las normar referentes a los asfaltos modificados y las normas existentes en México sobre asfalto convencional, para que de esta forma, se cumpla por lo menos con las últimas.

Pruebas de laboratorio:

Las pruebas de laboratorio para asfaltos modificados en general son una modificación de las conocidas para asfalto convencional, por lo que este aspecto no es extraordinariamente relevante, sin embargo es útil prever la realización de pruebas que comúnmente no se realizan en el caso de mezclas de asfalto tradicional.

Efecto económico del asfalto modificado:

Este punto a estudiar es muy importante, es necesario realizar un estudio económico sobre el modificador elegido. El uso de estos materiales provoca un incremento en cuanto a materiales, no obstante, también genera un ahorro, a largo



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plaso, en conservación y mantenimiento del camino. El estudio correcto de estos dos aspectos pueden o no justificar el uso del modificador elegido.



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VI PRUEBAS DE LABORATORIO.

VI.I Pruebas para determinar el envejecimiento del asfalto.

omo se menciono anteriormente, las pruebas para determinar el fenómeno de endurecimiento de los asfaltos, (tema aclarado también con anterioridad), son muy variadas; motivo por el cual, se decidió nombrar únicamente a aquellas que están establecidas en normas aplicadas a la ingeniería de caminos, además de que estas son las más prácticas y sencillas entre las demás existentes. Las pruebas que se darán a conocer aquí son:

Ensayo de envejecimiento acelerado (ASTM D 1754 o ASSHTO T 179). En este caso, se recomienda el uso de ensayo de envejecimiento acelerado dinámico, y siendo este último una variante del ensaye común, solo se hará mención del más reciente, ASTM D 2872)

Ensayo de envejecimiento acelerado dinámico (ASTM D 2872 o ASSHTO T 240).

Composición química (ASTM D 4124).

VI.1 Ensayo de envejecimiento aceler ado dinámico (ASTM D 2872 o ASSHTO T 240).

ste ensayo simula el envejecimiento, por oxidación y pérdida de compuestos volátiles, que se alcanza en un pavimento después de diez años de prestar su servicio. En este ensayo, la reacción con el oxígeno atmosférico y la perdida de volátiles de

la película del asfalto , son cuidadosamente controladas, para imitar lo que realmente ocurre en el pavimento.

El ensayo se realiza en la estufa de pérdida por calentamiento en película fina rotativa (Rolling thin Fulm Oven Test RTFOT), para lo cual 40grs del asfalto a ensayar son disueltos en tolueno, y colocada esta solución dentro del frasco de ensaye del RTFOT de 13.97 cm (5.5”)de diámetro interior, (3/8”) con fondo plano. Se elimina el solvente, calentando cuidadosamente, hasta una temperatura que no supere los 100°C, e inyectando anhídrido carbónico (CO2) para crear una atmósfera inerte, mientras los frascos se mantienen en rotación (15 r.p.m.) con el fin de formar una película uniforme de 1.6 mm.

Una vez conformada la película, se obtura el frasco con un tapón de corcho por el cual se atraviesa un capilar de 3mm de diámetro, este con el fin de inyectar el anhídrido carbónico. Se colocan los frascos en las estufa regulada a 113°C y se mantienen en rotación a esta temperatura durante un periodo de 3 días (72hras).

C

E



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Finalizando el ensaye, el asfalto envejecido es quitado del interior de los frascos con una espátula, se homogeniza mediante calentamiento y se le somete al ensayo de viscosidad a 25°C.

El índice de envejecimiento del asfalto se determina efectuando la relación entre la viscosidad del asfalto envejecido y la viscosidad del asfalto original. Desafortunadamente no existe un parámetro máximo de envejecimiento que sirva como punto de referencia, Sin embargo, se puede recurrir a la realización de pruebas sobre asfaltos recuperados, que ya hayan cumplido con un periodo determinado de servicio, y a partir de los resultados de estas pruebas, hacer una comparación entre los asfaltos nuevos y los envejecidos. En la siguiente tabla,18, se muestran los resultados obtenidos en una prueba

realizadas sobre distintos asfaltos. La procedencia de estos asfaltos, inconvenientemente, son de origen extranjero, por lo que no es posible tomarlo como referencia

Asfalto 1 Brasil 2 Medio Oriente Ensayos

Penetración a 25°C, 0.1mm 73 75 Punto de ablandamiento 46.6 44.5 Viscosidad a 25°C, MP 1.6 1.55 Viscosidad a 60°C, poises 1896 1717

Ensayos sobre residuo de pérdidas en película delgada (ASTM D 2872) Penetración a 25°C, 0.1mm 50 48 Punto de ablandamiento 52.0 50.2 Viscosidad a 25°C, MP 3.6 3.4 Viscosidad a 60°C, poises 3598 2906

Índices de envejecimiento A 25°C (Después de RTFOT) 25.25 2.19 A 60°C (Después de RTFOT) 1.90 1.69 A 25°C (Luego de 72hrs a 113°C) 68.8 69.7

Tabla 18: Resultados de prueba de envejecimiento acelerado



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VI.I.3 Composición química (ASTM D 4124).

ste estudio se basa en el fraccionamiento del asfalto, a fin de determinar su composición química. El método de adsorcióndesorción selectiva por cromatología normalizado por ASTM es un procedimiento que consiste en producir la precipitación de los asfaltenos (A) de un asfalto, en un solvente no polar de la familia de los hidrocarburos alifáticos, tal como el n–heptano. De esta manera son separados los componentes del asfalto más polares y menos solubles, con el fin de facilitar la separación de las fracciones restantes en la columna cromatográfica. Los maltenos obtenidos, luego de la separación de los asfaltenos, son percolados a través de una columna de alúmina F20, grado cromtográfico, la cual absorbe los constituyentes, los que son posteriormente desplazados por solventes de polaridad creciente. La fracción que primero emerge de la columna, por elusión con nheptano, es la denominada “Saturados” (S). Posteriormente son eludidas los “naftenoaromáticos” (NA), por tratamiento con

un solvente más polar de la familia de los aromático como el tolueno. Finalmente incorporando a la columna una mezcla de toluenometanol seguida de tricloroetileno, es obtenida la fracción “polararomática (PA).

VI.II. Pruebas para caracterizar asfaltos modificados.

ara la realización de las pruebas que se describirán a continuación sera necesario muestrear el asfalto al llegar el transporte, en dos recipientes con tapa, de 3.8 litros, una muestra para los ensayes de campo y otra de testigo para ensayes en laboratorio central; si es necesario. Si se cuenta con el equipo se puede efectuar la prueba de viscosidad rotacional directamente en el vehículo de transporte, a la temperatura que llegue.

VI.II.1 Penetración a 4°C, 200grs. y 60s (ASTM D5).

sta prueba describe el procedimiento para determinar la consistencia de los materiales asfálticos, así como la calidad de los mismos. La prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfálticos, así como

de los residuos por destilación de las emulsiones asfálticas y rebajados asfálticos, mediante la penetración vertical de una guja en una muestra de prueba de dichos materiales bajo condiciones establecidas de masa, tiempo, y temperatura. El equipo para la ejecución de la prueba debe estar en condiciones óptimas para su

uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. El equipo necesario es el siguiente:

EQUIPO:

E

P

E



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Aparato de penetración o penetrómetro para asfaltos.

Como el mostrado en la ILUSTRACIÓN 24, capaz de sujetar una aguja de penetración, provisto de un dispositivo, extensómetro, para medir la profundidad de penetración de la aguja, en décimos de milímetro. También contará con un mecanismo que permita aproximar la aguja a la muestra y con pesas o lastres de 50 y 100gms.

Agujas.

De acero inoxidable, totalmente endurecidas y perfectamente pulidas, con la forma y dimensiones que se muestran en la ILUSTRACIÓN 25, que se acoplen al penetrómetro mediante un casquillo de bronce o de acero inoxidable, sobresaliendo de éste último entre 40 y 45 centímetros.

Ilustr ación 24: Penetrómetro

Ilustr ación 25: Aguja para prueba de penetr ación.



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Cápsulas de penetración.

De metal o de vidrio refractario, de forma cilíndrica y con el fondo plano; con diámetro interior de 55mm y altura interior de 35mm, para penetraciones menores de 200 x 10 1 mm; o diámetro de 70mm y altura interior de 45mm para penetraciones entre 200 y 350 x 10 1 mm.

Baño de agua. Con temperatura controlable hasta 50°C y aproximaciones de 0.1°C, con

dimensiones y características tales que permitan una capacidad mínima de 10L. Estará provisto de un entrepaño con perforaciones, colado a no menos de 5cm del fondo del baño y no a menos de 10cm de la superficie libre del líquido.

Termómetro.

Con un rango de 0 a 50°C y aproximación de 1°C.

Cronómetro.

Con aproximación de 0.20seg.

Recipiente de manejo.

De metal, plástico o vidrio, de forma cilíndrica adecuada para manejar y mantener sumergida la cápsula de penetración que contenga la muestra de prueba; de 350 cm 3 de capacidad y con relieves en el fondo para evitar que la muestra que contiene se mueva durante el proceso de ensaye.

Malla N°50. De 300µm de abertura, cuando se prueben residuos por destilación de emulsiones

asfálticas.

Espátula de níquel.

De 20cm de longitud, cuando se prueben residuos por destilación.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.

La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico o del residuo por destilación se prepara como se indica a continuación:

MUESTRA DE CEMENTO ASFÁLTICO.

De la muestra de cemento asfáltico, se toma una porción de volumen ligeramente mayor al de la cápsula de penetración y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiere la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en



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dicha cápsula, cuidando que durante su calentamiento no se formen burbujas de aire, que la temperatura no exceda de 130°C y que esta operación se realice en un lapso menor de 30m. Hecho esto, inmediatamente se llena la cápsula con la muestra de prueba, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.

MUESTRA DEL RESIDUO POR DESTILACIÓN DE UNA EMULSIÓN ASFÁLTICA.

Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica, se destapa el alambique utilizado en esa prueba, se homogeniza su contenido con la espátula y se llena la cápsula de penetración vertiendo el residuo a través de la malla N°50, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente. MUESTRA DEL RESIDUO POR DESTILACIÓN DE UN ASFALTO REBAJADO.

Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación del asfalto rebajado, tan pronto como deje de evaporizar en la cápsula metálica utilizada en esa prueba, se homogeniza con la espátula y se llena la cápsula de penetración, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA.

La prueba se realiza de la forma siguiente: 1 Se coloca la cápsula de penetración que contiene la muestra de prueba dentro del recipiente de manejo, para introducirlos posteriormente en el baño de agua, cuando este mantenga una temperatura de 25°C o lo que se especifique para la prueba. Se sumerge dicho recipiente completamente y se mantiene así por un espacio de 2hrs, con el objeto de que el producto asfáltico adquiera esa temperatura.

2 Se coloca el penetrómetro sobre una superficie plana, firme y sensiblemente horizontal, se le acopla la aguja y se lastra para que el elemento que se desplaza tenga una masa de 100±0.10g o la masa que se especifique para la prueba y finalmente se nivela perfectamente el penetrómetro.

3 Se saca del baño de agua el recipiente de manejo, el cual contiene la muestra de prueba en su cápsula de penetración, cuidando que tenga agua suficiente para cubrir completamente la cápsula. Se colocan el recipiente y la cápsula sobre la base del penetrómetro, de tal manera que la muestra quede bajo la aguja. Se ajusta la altura de la aguja hasta que tenga contacto con la superficie de la muestra, lo que se logra haciendo coincidir la punta de la aguja con la de su imagen reflejada en la superficie de la muestra. 4 Se hace coincidir la manecilla del penetrómetro con el cero de su carátula, hecho esto se oprime el sujetador para liberar la aguja únicamente durante 5 segundos, o



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durante el tiempo que se especifique para la prueba, después de lo cual se toma la lectura registrándola en décimos de milímetro. 5 Se deben hacer por lo menos tres penetraciones sobre puntos diferentes de la superficie de la muestra de prueba, separándolos entre sí y de la pared de la cápsula de penetración 10mm como mínimo. Se limpiara cuidadosamente la aguja después de cada penetración sin desmontarla y, de ser necesario, para ajustar la temperatura a 25°C o a la especificada para la prueba, se regresara el recipiente de manejo con la muestra al baño de agua. Para la limpieza de la aguja se utilizara un paño humedecido con tricloroetileno, y después un paño seco y limpio.

6 Para materiales asfálticos suaves, con penetraciones mayores de 225 x 10 1 mm, se tiene que emplear por lo menos tres agujas, las que se deben ir dejando introducidas en la muestra de prueba al hacer las penetraciones.

CÁLCULOS Y RESULTADOS.

Se reporta como resultado de la prueba, el promedio de las profundidades a las que haya entrado la aguja en por lo menos tres penetraciones, expresadas en décimos de milímetro y con aproximación a la unidad, valor conocido también como “grado de penetración”. Las penetraciones utilizadas para el cálculo del promedio, deben estar dentro de las diferencias permisibles mostradas en la siguiente tabla,19, de lo contrario la prueba se repetirá. En el reporte quedaran asentados la temperatura, la masa y el tiempo de penetración con los que se realicen la prueba.

PRECAUCIONES PARA EVITAR ERRORES.

Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observaran las siguientes precauciones:

• Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura, masa y tiempo de penetración que se especifiquen.

• Cuidar que no exista aire atrapado en la muestra de prueba.

• Confirmar que la aguja este perfectamente limpia en el momento de penetración.

• Verificar que la aguja este en contacto con la superficie de la muestra de prueba al iniciar la penetración.

• Cuidar que la aguja no toque el fondo del recipiente antes de finalizar el tiempo especificado.



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Valor de la penetración Diferencias permisibles

049 2 50149 4 150249 6 250 ó más 8

Unidades en 1 x 10 –1 mm (Grados de penetración) Tabla 19: Diferencias permisible de la prueba de penetración

VI.II.2 Penetración a 25°C, 100grs y 5 s (ASTM D5).

reserva de las especificaciones de la prueba, 25°C, 100grs y 5seg, esta sigue el mismo procedimiento que la anterior, por lo que no se repetirá la información.

VI.II.3 Punto de reblandecimiento por anillo y esfera (ASTM D 36).

a prueba para obtener el punto de reblandecimiento por anillo y esfera, tiene como objetivo estimar la consistencia de los cementos asfálticos, se basa en la determinación a la cual una esfera de acero produce una deformación de 25mm, en una muestra de asfalto sostenida en un anillo horizontal, que se calienta gradualmente dentro de un baño de agua o glicerina. El equipo para la ejecución de la prueba debe estar en condiciones óptimas para su

uso, calibrado, limpio, completo en todas sus partes y sin desgaste. Todos los materiales deben ser de calidad y emplearse dentro de la fecha de caducidad.

El equipo y los materiales necesarios son los siguientes:

A

L



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Anillos. Dos anillos de latón, con el diseño y dimensiones señalados en la siguiente

ILUSTRACIÓN, 26.

Ilustr ación 26: Anillo para la prueba de reblandecimiento.

Vasos de vidrio refractario. Con diámetro interior mínimo de 85mm y altura de 120mm.

Sistema de soporte. Un porta anillos de latón, con la forma y dimensiones señaladas en la

ILUSTRACIÓN 27, con un soporte de metal resistente a la corrosión, integrado por dos columnas que sostengan al porta anillos y una placa rectangular inferior, de forma que la distancia entre la parte inferior de aquel y la superior de ésta sea de 25mm, y sujetas a una placa circular que sirva de tapa para el vaso refractario. El soporte debe estar dispuesto de manera que la parte inferior de la placa rectangular se ubique a 16 ± 3mm del fondo del vaso, como se muestra en la ILUSTRACIÓN 28.



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Esferas. Dos esferas de acero, de 9.5mm de diámetro y de 3.5 ± 0.05g de masa.

Ilustr ación 27:Por taanillos para la prueba de punto de r eblandecimiento.

Ilustr ación 28:Montaje del sistema de sopor te.



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Guías.

Dos guías de latón para centrar las esferas, con la forma y dimensiones mostradas en la ILUSTRACIÓN 29.

Placa de apoyo.

Plana, lisa y rígida, de latón o bronce, de 5 x 10cm como mínimo.

Ilustr ación 29: Guia para centr ar la esfera.



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Parrilla eléctrica o mechero.

Adaptada para controlar la aplicación de calor. Si se emplea un mechero, se debe proteger de las corrientes de aire o de la radiación excesiva, mediante una pantalla que no sobresalga del nivel inferior del vaso.

Termómetro.

De inmersión total con escala rango de –1 a 175°C y aproximación de 0.5°C.

Pinzas.

Adecuadas para manejar las esferas.

Espátula o cuchillo.

De acero flexible, de 15mm de ancho y 150mm de largo.

Agua limpia o glicerina.

Agua potable cuando se prueben cementos asfálticos con punto de reblandecimiento menor de 80°C o glicerina para temperaturas mayores.

Antiadherente. Aceite o grasa de silicón, una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para

recubrir la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto.


La muestra de cemento asfáltico, se prepara de la siguiente manera: 1 De la muestra se toma una porción volumen ligeramente mayor al necesario para llenar los anillos y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma continua para distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez que permita su vaciado en los anillos, cuidando que durante su calentamiento y vaciado no se formen burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda 130°C y que esta operación se realice en un lapso menor de 60min.

2 Se calientan los anillos a una temperatura aproximadamente igual a la de la muestra y se colocan sobre la placa de apoyo, la que se prepara previamente para que no se le adhiera la muestra de cemento asfáltico, aplicándole con el paño el antiadherente seleccionado. A continuación se vierte en los anillos el cemento asfáltico, se cubren adecuadamente para protegerlos del polvo y se deja enfriar aproximadamente 30 min para que recobre su consistencia sólida, debiendo alcanzar una temperatura de cuando menos 10°C debajo de la que corresponda al punto de reblandecimiento estimado.



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Enseguida se corta el exceso de material asfáltico con la espátula o el cuchillo calentados previamente para facilitar el corte.

EJECUCIÓN DE LA PRUEBA.

1 Se ensambla el sistema de soporte colocando en su lugar los anillos con la muestra de prueba, las guías y el termómetro de manera que la parte inferior de su bulbo quede al mismo nivel que la parte inferior de los anillos, sin que toque las paredes del orificio central del porta anillos. Se llena el vaso de vidrio hasta una altura de 10cm, con agua potable a 5 ± 1°C si el punto de reblandecimiento esperado es menor a 80°C o glicerina a 30 ± 1°C si es mayor y con las pinzas se colocan las esferas en el fondo del vaso. Se introduce en el vaso el sistema de soporte y se deja el conjunto durante 15minútos, manteniéndolo a la temperatura indicada para el líquido que se utilice, introduciendo el vaso en agua helada si es necesario. 2 Se extrae el sistema de soporte, con las pinzas se colocan las esferas en las guías e inmediatamente se vuelve a introducir en el vaso, quedando el montaje del equipo como se muestra en la ILUSTRACIÓN 28.

3 Se coloca el conjunto en la parrilla eléctrica o mechero y se incrementa uniformemente la temperatura del líquido a razón de 5°C/min, con una tolerancia ± 0.5°C en lecturas hechas cada minuto después de los primeros 3 minutos. 4 Se registra para cada anillo la temperatura en el momento en que el material asfáltico toque la placa inferior del soporte, con aproximación de ± 0.5°C. Las temperaturas registradas no deben diferir entre si en más de 1°C, de lo contrario se debe repetir la prueba utilizando una nueva muestra de prueba.

RESULTADOS.

Se reporta como punto de reblandecimiento del cemento asfáltico el promedio de las temperaturas registradas como se indica en el último punto anterior (4), con aproximación de 0.5° C, indicando el líquido utilizado para la prueba.

RECOMENDACIONES PARA EVITAR ERRORES.

Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, deben observarse las siguientes precauciones:

• Cuidar que durante el llenado de los anillos no se formen burbujas de aire en la superficie o en el interior de la muestra de prueba.

• Realizar la prueba en un local libre de corrientes de aire.

• Cuidar que la temperatura con la que se inicie la prueba corresponda a la establecida para el líquido con el que se llene el baso.

• Evitar durante la prueba que la temperatura se eleve en incrementos diferentes al especificado.



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• Lavar los anillos con un disolvente adecuado, para eliminar cualquier residuo de la prueba anterior. Si contienen partículas de carbón, removerlas con fibra de acero, lavarlos con agua fría y después acercarlos a una flama o colocarlos sobre la parrilla eléctrica para eliminar el disolvente y el agua.

VI.II.4 Recuperación elástica por torsión (CEDES NLT – 329 – 91).

a finalidad de esta prueba es determinar la elasticidad que presentan los cementos asfálticos modificados, en particular con polímeros de aplicación en la construcción de carreteras.

En el procedimiento que se describe, un cilindro de dimensiones especificadas, se sumerge en la muestra del ligante bituminoso modificado. Mediante un dispositivo de torsión se gira el cilindro 180° y se determina, después de 30min, el ángulo recuperado por el cilindro.

APARATOS Y MATERIAL NECESARIOS. Aparato de torsión.

Un aparato, para imponer un esfuerzo de torsión a la muestra, con las dimensiones y la forma de la ILUSTRACIÓN 30, constituido fundamentalmente por un cilindro metálico, semicorona con escala graduada de 0 a 180°, baño de agua y recipiente para la muestra.

L

Ilustr ación 30 : EQUIPO DE TORSIÓN



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Termómetro.

Termómetro para controlar la temperatura del baño de agua, graduado en 0.1° C y escala de 19 a 27° C.

Cronómetro para medir tiempos de 30min ± 1seg. Material de uso general en laboratorio, estufa, cápsula, varillas, vidrio, espátulas, disolvente, etc.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA.

1 Se adoptan todas las medidas y precauciones necesarias para que la porción de muestra para el ensayo sea representativa de la muestra de laboratorio, que a su vez presentará especto homogéneo y no estará contaminada. 2 Una cantidad suficiente de la muestra de laboratorio se calienta con cuidado y con agitación continua hasta conseguir una consistencia de la misma que permita su vertido.

3 Se ajusta el cilindro del aparato por torsión, de forma que su base inferior quede a una distancia de 20mm del fondo del recipiente para ensayo, situado en posición centrada, y ajustado en el resalte, que para tal fin se dispone en el fondo del baño. 4 Se transfiere, por vertido, la muestra al recipiente de ensayo en cantidad bastante para enrasarla con la marca gravada que dispone el cilindro a 10mm de su base inferior.

5 Se deja enfriar el conjunto recipiente – muestra temperatura ambiente, durante una hora como mínimo. A continuación, se hace circular agua por el baño termostático a temperatura de 25 ± 0.1° C durante al menos 90min, para equilibrar la temperatura del agua del baño y de la muestra. El nivel del agua en el baño estará suficientemente por encima del recipiente con la muestra. 6 Transcurridos los 90min, antes referidos, se introduce el pasador en el alojamiento que a defecto tiene el cilindro, y con su ayuda se hace girar este 180° en sentido de las manecillas del reloj 180 a 0°, en un tiempo comprendido entre 3 y 5 segundos. Inmediatamente se retira de su alojamiento el pasador y después de 30 minutos, ± 1seg se procede a la lectura indicada por la varilla sobre la semicorona graduada. La lectura al final del ensayo es el valor del ángulo recuperado.

RESULTADOS.

1 El resultado del ensayo se expresa, como “recuperación elástica por torsión”, en porcentaje del ángulo recuperado con respecto al inicial de 180°.

Recuperación elástica por torsión Re= L

180 100



100

Donde L = Ángulo recuperado.

2 No se ha determinado la precisión del ángulo.

VI.II.5 Resilencia (ASTM D 3407).

a muestra para este ensayo se prepara de acuerdo a la forma de preparar una muestra para la prueba de penetración, utilizando 177.5 cm 3 de asfalto con la salvedad, que la muestra debe ser curada, durante 24hrs bajo condiciones estandar de laboratorio, antes del ensaye. Esta prueba cubre la capacidad de recuperación de una muestra de asfalto mediante

la aplicación de una fuerza de carga en la superficie. EQUIPO NECESARIO.

Penetrómetro de asfaltos universal para la prueba. Aguja de resilencia de acuerdo a la ILUSTRACIÓN 31.

L

Ilustr ación 31:Aditamiento de resilencia.



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PROCEDIMIENTO

Ensaye el espécimen después de mantenerlo 1 hora en baño de agua a 25° C ± 0.1, con un penetrómetro estándar utilizando en lugar de la aguja de penetración, la esfera de penetración con guía con un peso determinado de 27.5grs y peso total de la guía con esfera de 75grs ± 0.01grs, el diámetro de la esfera deberá ser de 1.70cm ± 0.015cm. Antes de proceder a la prueba se debe aplicar ligeramente a la esfera glicerina o talco.

Hacer que la esfera del penetrómetro esté en contacto con la superficie del espécimen y mueva el indicador a cero y checar si la esfera tiene un ligero contacto con la superficie de la muestra, debe penetrar la esfera por cinco segundos y tome la lectura como un valor “P” y anótelo y retorne el dial al punto cero.

Presione la guía con la esfera hasta la lectura de 100 a un rango uniforme durante 10seg y sostenga esta presión mediante el clutch durante otros cinco segundos, retire el clutch para que el espécimen se recupere durante 20 segundos y tome la lectura de recuperación “F”.

Haga la operación por tres determinaciones en tres puntos uniformemente espaciados uno de otros no más de 13mm del borde de la cápsula.

La recuperación elástica será: % Recuperación = P + 100 – F

El promedio de las tres determinaciones es la resilencia.

VI.II.6 Recuperación elástica por variante del ductilómetro (ASSHTO TF 31R).

a recuperación elástica de un material bituminoso se determina mediante la tensión recobrada, después de alargar severamente el espécimen de muestra de material. La muestra se estira a una distancia, velocidad y temperatura específica. A menos que se determine otra cosa la prueba debe realizarse a una temperatura de 25 ± 5° C, y a una velocidad de 5 ± 5.0% centímetros/min. Este método de prueba es útil para confirmar que el material que ha sido añadido a una muestra tiene propiedades elásticas. No necesariamente especifica e identifica el tipo y cantidad agregados.

EQUIPO.

Molde.

Debe estar hecho de cobre o latón, las terminaciones “b” y “b’”, también conocidas como clips, y las partes “a” y “a’ “, como lados del molde.

L



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Baño de agua.

El agua debe mantenerse a la temperatura especificada para la prueba, no debiendo variar más de 0.1°C. El volumen de agua no debe ser menor a 10lts, la muestra debe sumergirse a una profundidad no menor a 10cm y debe ser soportada por un estante perforado a no menos de 5cm del fondo del tanque.

Máquina de prueba.

Para el alargamiento del espécimen de material asfáltico, se puede utilizar cualquier aparato que mantenga la muestra sumergida en el agua, mientras los dos clips se deben separar a una velocidad uniforme, como se especifica, evitando cualquier vibración. La máquina de pruebas debe contar con algo capaz de medir el alargamiento en centímetros. ILUSTRACIÓN 32

Termómetro.

Con un rango de temperatura de –8 a 32° C ó 63° C. En los casos cuando la recuperación elástica de la muestra esta condicionada en la penetración estándar del baño a 25° C, el termómetro recomendado para la prueba es el de 63° C.

Ilustr ación 32: DUCTILÓMETRO



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Tijeras.

Cualquier tipo de tijeras convencionales, capaces de cortar el material asfáltico a la temperatura de prueba.

Horno.

Capaz de mantener una temperatura de 135 ± 5° C.


1 Para residuos de Emulsiones Asfálticas. En el caso de una destilación a 260°C, o una emulsión de asfaltos modificados con asfalto resultado de una destilación de temperaturas menores, agite el contenido estancando y vierta inmediatamente en los moldes para realizar las pruebas. Si quedara material extraño como residuo, el material debe pasarse por una malla No. 50(300mm) antes de vestirse.

2 Condiciones de la muestra. Si la muestra es un cemento asfáltico, caliéntelo cuidadosamente en un contenedor sellado para prevenir un sobrecalentamiento local para que esté suficientemente fluido para vaciarlo. Un horno a 135 ± 5° C debe utilizarse para calentar la muestra, pero para muestras que no están suficiente líquidas para vaciarlas es posible utilizar temperaturas más altas. Pase la muestra por una malla número 50 (300mm).

PROCEDIMIENTO.

1 Ensamble el molde al brazo del plato. Cuidadosamente cubra la superficie del plato y las superficies de los lados a y a’ del molde con una capa delgada de glicerina, dextrina, talco o caolín (lodo chino) para prevenir que el material de prueba que se encuentra en el molde rebase el nivel indicado y el fondo del mismo no haga contacto con este. Después de la penetración de la muestra que se indica anteriormente cuidadosamente agite la muestra y viértala en el molde, teniendo mucho cuidado de no desacomodar las piezas del molde y distorsionar la forma, así mismo cuando se este llenando el molde, tenga cuidado de llenarlo perfectamente no más del nivel llenado. El molde lleno debe dejarse a la temperatura ambiente por 35 ± 5 minutos y entonces pásela al baño de agua a la temperatura de prueba por 30 minutos. Retire la muestra del baño e inmediatamente quite con un cuchillo o espátula el material sobrante para hacer que los moldes queden a nivel de llenado.

2 Coloque la muestra recortada y el molde en el baño de agua a la temperatura especificada por 90 ± 5 minutos antes de efectuar la prueba. Retire las muestras



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literales a y a’, siendo cuidadoso en no distorsionar o fracturar la muestra. Retire la muestra del plato en una acción de corte entre la muestra y el plato, quitando cualquier deformación. Ponga la muestra en la máquina de prueba e inmediatamente inicie la prueba.

3 Prueba. Ponga los anillos a cada terminación de los clips, de los pins o ganchos en la máquina de prueba y jale los dos clips a una velocidad uniforme para el alargamiento de 10 ± 0.15cm, a menos que se especifique otra cosa. Una variación de ±5% de la velocidad es permisible. Pare el alargamiento e inmediatamente corte la muestra en dos, a la mitad, con la ayudad de las tijeras. Permita que la muestra repose a la temperatura especificada por un espacio de 60min. Con cuidado mueva el carrete de viaje hasta el final donde apenas toque la muestra. Si el final de la muestra se encuentra más bajo, con mucho cuidado levántela al nivel original donde se pueda tocar. Registre la longitud total de la muestra midiéndola con los topes finales. Mientras se realiza la prueba, el agua en el tanque de la máquina de prueba debe cubrir perfectamente la muestra tanto arriba como por debajo de ella, por un mínimo de 2.5cm, y debe conservarse continuamente a la temperatura especificada entre 0.5° C.

4 Si el material bituminoso se pone en contacto con la superficie del agua o el fondo del baño, la prueba no puede ser considerada normal. Ajuste la densidad, apártela del líquido del baño añadiendo alcohol etílico o clorato de sodio de manara que el material bituminoso no toque la superficie o el fondo.

REPORTE

1 Calcule el porcentaje de recuperación de la siguiente forma:

2 Si la muestra se fractura antes de obtener la medida especifica de alargamiento, la prueba no puede considerarse como normal.

3 Si no se obtiene una prueba normal después de tres intentos de realizarla, se debe reportar como no obtenida bajo las condici0ones de prueba.

PRECISION Y TENDENCIA

NOTA: No se debe establecer precisiones y tendencias para esta prueba

Recuperación % = E X E

100



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VI.II.7 Separ ación por anillo y esfer a (ASSHTO TF 31R).

a separación de polímero y asfalto durante el almacenamiento caliente, es evaluada por medio de una comparación entre el punto de reblandecimiento de añillo y esfera del principio y el final de las muestra tomadas de un tubo sellado de asfalto modificado con polímero. El acondicionamiento consiste en colocar un tubo sellado con polímeros en una posición vertical en un horno a 163° C por un periodo de 48hrs.

APARATOS.

Tubo de aluminio. Diámetro de 2.5cm por 14cm de longitud.

Horno. Un horno capaz de mantener una temperatura de 163° C ± 6° C.

Congelador. Un congelador capaz de mantener –7° C ± 6° C.

Soporte. Un retenedor capaz de mantener los tubos de aluminio en una posición vertical en

el horno y congelador.

Espátula y martillo.

La espátula deberá ser rígida y exacta para permitir que corte del tubo conteniendo la muestra cuando esté a una temperatura baja.

Equipo de separación de anillo y esfera.

PROCEDIMIENTO.

1 Coloque el tubo vacío con fondo sellado en el retenedor.

2 Caliente cuidadosamente la muestra hasta que exista suficiente fluido para verter. Se debe tener cuidado para evitar sobrecalentamiento, pase la muestra derretida a través de una malla número 50.

L



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3 Después de esto, vierta 50.0 gramos dentro de un tubo que se mantenga vertical. Junte el exceso del tubo dos veces y séllelo.

4 Coloque el retenedor con los tubos sellados en un horno a 163 ±6°C. Permita que los tubos estén sin movimiento en el horno por un periodo de 48± 1 hora. Al final del periodo de calentamiento, remueva el retenedor del horno e inmediatamente colóquelo en el congelador a –7 ±6°C teniendo cuidado de mantener los tubos en una posición vertical en todo momento. Deje los tubos en el congelador por un mínimo de 4 horas para solidificar completamente la muestra.

5 Al remover el tubo del congelador, coloque el tubo en una superficie plana. Con la espátula y el martillo, corte el tubo en tres porciones de longitud iguales. Coloque los extremos en cápsulas en un horno a 163 ± 6°C hasta que estén suficientemente fluidos para remover las piezas del tubo de aluminio.

6 Después de este movimiento, vierta el inicio y el final de la muestra dentro de las marcas de anillos apropiadas por una prueba de punto de encendido de anillo y bola. Prepare los anillos y aparatos de la forma en que se realizo en las pruebas anteriores.

7 El inicio y el final de la muestra del mismo tubo deben ser probados al mismo tiempo en la prueba de punto de emblandecimiento.

REPORTE

1 Reporte el punto de emblandecimiento de las porciones del inicio y el final de la muestra. Pruebas de duplicidad de separación deben ser tomadas con objeto de corroborar la información.

VARIANTE A

Alternativa de la prueba de separación por anillo y esfera, cuando se tenga un asfalto que llega en auto tanque y se tenga la duda de que el asfalto pudiese tener separación con el auxilio de un muestreador tipo Bacon, se puede efectuar la prueba de separación por anillo y esfera de acuerdo a lo siguiente:

PROCEDIMIENTO

1 Se deberán tomar dos muestras , una de la parte superior a 30cm de la superficie del asfalto y la otra a 50cm del fondo del mismo autotanque y depositarla en un recipiente.

2 Cuando el asfalto este a la temperatura adecuada de verter llenar 3 anillos de la prueba de anillo y esfera con la muestra del asfalto, de la parte superior y otros tres anillos con asfalto de la muestra de la parte inferior.



107

3 Se efectuaran tres partes paralelas con un asfalto de la parte superior y otro de la parte inferior, debiendo tomar el promedio de los dos más próximos y desechar el que este más impar y el promedio de la parte superior e inferior de la pipa, la diferencia de ambas temperaturas es la separación.

NOTA 1: Se recomienda tener 2 ó 3 equipos de anillo y esfera para agilizar la prueba.

NOTA 2: Esta prueba es un ensaye rápido de campo y de ninguna manera sustituye a la prueba original, y si da separación, lo más seguro es que esta se presente en el asfalto original.

VI.II.8 Separación por penetración (ASSHTO TF 35R).

a separación del polímero del asfalto, durante el almacenamiento en caliente, se evalúa mediante la comparación del punto de reblandecimiento de anillo y esfera, del principio y en final de las muestras, tomadas de un tubo sellado, de asfalto con polímero, en posición vertical en un horno a 163° C por un periodo de 48 ± 1 hora.

APARATOS.

Tubos de aluminio.

Diámetro de 2 pulgadas por 14 centímetros de longitud.

Horno.

Capaz de mantener 163 ± 6° C.

Congelador.

Capaz de mantener –7° C ± 6° C.

Retenedor.

Un retenedor capaz de soportar los tubos de aluminio en una posición vertical en el horno y congelador.

Espátula y martillo.

L



108

La espátula deberá ser rígida para permitir el corte del tubo que contendrá la muestra cuando este a una temperatura baja.

Equipo de penetración con aguja.

PROCEDIMIENTO.

1 Coloque un tubo vacío con fondo sellado en el retenedor.

2 Caliente cuidadosamente la muestra, hasta que este suficientemente fluido para verter. Se debe tener cuidado para evitar sobrecalentamiento local de la muestra. Deforme la muestra retenida a través de la malla número 50. Después de esto, vierta 50grs dentro de un tubo que se mantenga vertical. Junte el exceso del tubo dos veces y séllelo.

3 Coloque el retenedor con los tubos sellados en un horno de 163 ± 6° C. Permita que los tubos permanezcan en posición vertical por un periodo de 48 ± 1hra. Al final del periodo de calentamiento, remueva el retenedor del horno e inmediatamente colóquelo en el congelador a –7 ± 6° C teniendo cuidado de mantener los tubos en una posición vertical en todo momento. Deje los tubos en el congelador por un mínimo de 4 horas para solidificar completamente la muestra.

4 Al remover el tubo del congelador, coloque el tubo en una superficie plana. Con una espátula y martillo, corte el tubo en tres porciones de longitudes iguales. Coloque los bocales con pico en un horno a 163 ±6° C hasta que este suficientemente fluido para remover las piezas del tubo de aluminio.

5 Después de esto vierta la porción superior y la interior en cápsulas de aluminio de 2.5cm de diámetro para el ensaye de penetración a 25° C.

REPORTE.

Reporte la penetración de las porciones del inicio y final de la muestra. Se deberán realizar pruebas de duplicidad.

VARIANTE A.

Alternativamente de la prueba de separación por penetración, cuando se tenga un asfalto que llegue en autotanque y se tenga duda de que el asfalto pudiese tener separación, se puede realizar la prueba de separación por penetración, de acuerdo a lo siguiente:

PROCEDIMIENTO.



109

1 Se deberán tomar dos muestras, una de la parte superior a 30cm de la superficie del asfalto en la entrada hombre del autotanque de asfalto y la otra a 50cm del fondo del mismo autotanque y depositarla en un recipiente.

2 Se verterán dos muestras una del asfalto de la parte superior de la pipa y ora de la parte inferior de la pipa.

3 Se efectuarán las pruebas de penetración de la parte superior y de la parte inferior del autotanque y por diferencia se medirá la separación del asfalto modificado con el polímero tipo I y II.

VI.II.9 Separación para polímeros tipo III plastómeros.

sta prueba es simple y cuantitativa para conocer la compatibilidad de polímeros de baja densidad en asfalto.

APARATOS.

Envases.

Estándar, copas de metal de 6 onzas (4.6 centímetros de altura y 6.98 centímetros de diámetro interior.

PROCEDIMIENTO.

1 Después que una mezcla de asfalto con polímero haya sido preparada y aún con temperatura elevada, vierta la cantidad suficiente de la mezcla dentro de una copa de metal de 6 onzas (177 gramos aproximadamente), para llenarla hasta 0.65 centímetros antes del tope. Coloque la muestra en un horno de temperatura controlada a 135° C por 15 a 18 horas. Remueva cuidadosamente del horno sin afectar la superficie y observe la muestra. Después de la observación inicial, una espátula puede ser utilizada para probar lentamente la muestra y checar la consistencia de cualquier capa de superficie y revisar si hay residuo en el fondo. Estas observaciones y pruebas deben ser efectuadas mientras la muestra esté aún caliente, por cinco minutos después de retirarla del horno.

2 Dependiendo de las características físicas del polímero y de la compatibilidad del asfalto con el polímero las condiciones se describen en el reporte como se indica en la TABLA .

E



110

DESCRIPCIÖN REPORTE Homogéneo, no descarnado o con sedimento. HOMOGÉNEO Ligera piel polimérica en el filo de la copa. LIGERO FILO DESCARNADO. Piel polimérica delgada en toda la superficie. DELGADEZ TOTAL DESCARNADO. Piel polimérica espesa (0.8mm) en toda la superficie. ESPESOR TOTAL DESCARNADO

Superficie no descarnada pero sedimento delgado en el fondo del envase.

SEDIMENTO DELGADO EN EL FONDO

Superficie no descarnada pero sedimento espeso (0.35mm) en el fondo del envase.

SEDIMENTO ESPESO EN EL FONDO.

Tabla 20: Repor te de las caracter ísticas y la compatibilidad del polímero con el asfalto.

Si estas descripciones no hacen juego con la muestra, anote el fenómeno exacto encontrado y retenga la muestra.

A continuación, en la TABLA 21, se muestra los valores límite de referencia de un asfalto modificado con polímero de acuerdo a las pruebas de campo y/o laboratorio.

Asfalto Tipo I y II Tipo III Plastómero Tipo IA Tipo IB Tipo IC Ensaye Tipo IIA Tipo IIB Tipo IIC

Tipo IIIA

Tipo IIIB

Tipo IIIC

Penetración 4° C, 60seg, 200gms, 60seg Mín. 30 25 20 25 20 15 Penetración a 25° C, 100gms, 5 seg, Mín. 60 45 30 50 45 40 Punto de reblandecimiento anillo y esfera. ° C. Mín. 50 55 60 50 55 60 Recuperación elástica por torsión % a 25° C. Mín. 20 25 30 20 20 25 Resilencia %, 25° C Mín. 15 20 25 20 25 30 Recuperación elástica por ductilómetro %. Mín. 50 50 50 40 40 45 Separación por anillo y esfera °C. Máx. 3.0 3.0 3.0 Separación por penetración dm a 25° C. Máx. 10 7 5 10 7 5 Separación para plastómeros tipo III. Reporte Reporte Reporte

Mín. 600 800 1000 7500 1000 1250 Viscosidad rotacional tipo Hakee. Máx. 3000 3500 4000 3500 4000 4500

Tabla 21: Valores límite de r eferencia de un asfalto modificado



111

VI.II.10 Viscosidad rotacional tipo Haake (ASTM D4402 91).

ste método de prueba diseña un procedimiento para medición de la viscosidad aparente de 38 a 260° C utilizando el aparato Brookfield Thermosel.

Antes de la descripción de la prueba, y de dar el procedimiento de la misma, se hacen las definiciones necesarias para su comprensión.

Viscosidad aparente: Es el rango entre el esfuerzo cortante y la resistencia al corte para un líquido Newtoniano y no Newtoniano.

Líquido Newtoniano: Un líquido para el cual el rango de corte es proporcional al esfuerzo cortante. Este rango es la viscosidad del líquido. Si el rango no es constante, el líquido no es Newtoniano. Muchos líquidos exhiben ambos comportamientos, dependiendo la resistencia al corte y la temperatura.

Viscosidad: El rango entre el esfuerzo cortante y la resistencia al corte es llamada coeficiente de viscosidad. La unidad en el SI de la viscosidad es el pascal por segundo (Pa*seg). En el centímetro por gramo por segundo (cgs) es el (direis/centímetro 2 ) y es equivalente a 0.1 Pa*seg. El centipoise (cP) el cual es un milipascal por segundo (mPa*s) y es utilizado como una unidad de viscosidad.

El viscosímetro Brookfield Thermosel descrito en esta prueba puede ser utilizado para medir la viscosidad del asfalto a temperaturas elevadas. El momento torcionante producido por un rotor en un sujetador de muestra especial termostáticamente controlado conteniendo una pequeña muestra de asfalto y es utilizado para medir la resistencia relativa en milipascal por segundo (m Pa*s).

APARATOS.

Sistema de medición a alta temperatura de la viscosidad Brookfield Thermosel, utilizando un viscosímetro estandr Brokfield Synchroelectric.

Rotores para viscosímetro Brookfield Thermosel.

Sistema Thermosel.

Termocontenedor y cámara de muestra.

Controlador y prueba SCR.

Equipo graficador.

E



112

PROCEDIMIENTO.

1 Lea la información del manual de operación que proporciona el fabricante antes de proceder.

2 Encienda el calentador del Thermosel.

3 Coloque el controlador de temperatura a la temperatura de prueba deseada.

4 Refiérase a las instrucciones de operación para calibrar el controlador.

5 Espere 1.5hrs (o hasta que la temperatura de equilibrio sea obtenida con el rotor seleccionado en la cámara, verifique el control de la lámpara).

6 Remueva el sujetador de muestra y aumente su volumen especificado para que el rotor sea utilizado. Tenga precaución para evitar el sobrecalentamiento de la muestra e ignición de la muestra con bajo punto de ignición. Calcule el peso requerido de densidad específica o datos de densidad para la muestra. Aproximadamente de 8 a 19 ml serán requeridos.

7 No sobrellene con la muestra el contenedor. El volumen de la muestra es crítico para reunir el estándar de sistema de calibración. Agite completamente los recipientes llenos de asfalto con el objeto de obtener una muestra representativa.

8 El nivel del líquido debe interceptar el rotor exacto a un punto aproximado de 3.2 mm arriba del cuerpo cónico superior, rotor exacto.

9 Utilizando la herramienta de extracción, coloque nuevamente la cámara dentro del termoconector.

10 Baje el viscosímetro y enderece el termocontenedor.

11 Coloque el rotor seleccionado dentro del líquido en la cámara y acóplelo al viscosímetro. La selección apropiada de rotor puede requerir pruebas con más de un rotor.

12 Permita al asfalto colocarse a la temperatura de equilibrio ± 15 minutos).

13 Comience en los moldes de viscosímetro Brookfield a 20 rpm, 12 rpm, según el modelo. Observe la lectura del medidor. Si esta entre 2 y 89 unidades proceda con la prueba.

14 Grabe tres lecturas a 60 segundos de cada prueba de temperatura.

15 Siga el procedimiento para cada prueba de temperatura requerida.



113

16 Si las lecturas están arriba de 98 unidades a la prueba de temperatura más baja, descienda la colocación del rotor rpm, y continúe la prueba.

17 Si la lectura está arriba de 98 unidades, utilice el próximo rotor más pequeño y repita el procedimiento utilizando la muestra de volumen especificada. Verificar de acuerdo al punto 6.

18 Multiplique el factor de viscosidad por medio de las lecturas Brookfield con el objeto de tener la viscosidad en centipoises.

19 No cambie la velocidad rpm durante una medición de viscosidad, ya que esto cambiará la resistencia al corte.

REPORTE.

1 Siempre reporte con los resultados, temperatura de prueba, número de rotor y la velocidad rpm.

2 Grafique el valor de la viscosidad contra la prueba actual de temperatura para cada una de las tres o más temperaturas de prueba y dibuje una curva.

PRECISIÓN.

El siguiente criterio deberá ser utilizado para juzgar la aceptabilidad de cualquier resultado (95% nivel confiable).

Los valores tomados por el mismo operador no deben ser considerables erróneos a menos que difieran por más de 3.5%.

Los valores reportados por cada uno de los laboratorios, representando el promedio aritmético de determinaciones de duplicidad, no deben ser considerados erróneos a menos que difieran por más de 14.5%

VI.II.11 Método de ensayo “UCL para caracter izar asfaltos”.

l emplearse cementos asfálticos en la fabricación de mezclas para la construcción de capas de pavimentos asfálticos, es necesario poder identificar el tipo de material que se tiene dispuesto para estos conceptos de obra con el fin de garantizar que el material asfáltico a emplearse es el que se ha indicado en los pliegos de especificaciones a cumplirse en la construcción de las capas del pavimento. En los últimos 20 años, los avances tecnológicos han puesto a disposición de los

ingenieros constructores de pavimentos asfálticos una gama de nuevos cementos

A



114

asfálticos, que resultan de cambios en los procesos de destilación del crudo y de procesos de modificación de cementos asfálticos convencionales con diferentes productos modificadores. Estas circunstancias han incrementado la ya difícil tarea de identificar un cemento asfáltico y asociarlo con su comportamiento futuro en condiciones ambientales de trabajo. También hay que tener presente que las condiciones de trabajo bajo cargas de tránsito, hoy en día son más severas dado el incremento de la intensidad así como de la frecuencia de las cargas que circulan por nuestros pavimentos, condiciones que amplifican el problema en sí.

En México, hasta el año 1995, se habían empleado un solo tipo de cemento asfáltico tipo AC 10 a lo largo y ancho de la República, sin embargo, a partir de este año PEMEX inició la fabricación de cementos asfálticos con diferentes durezas y es por ley el único proveedor de cemento asfáltico del país. La entidad paraestatal CAPUFE inició la conservación y reconstrucción de los pavimentos de sus tramos de cuota empleando cementos asfálticos modificados con polímeros (SBS y EVA) y con hule (SBR). De igual forma, en muy pocos estados de la República, los gobiernos locales han realizados trabajos en esta línea (empleando cementos asfálticos modificados). Esto ha dado lugar a que empresas privadas nacionales, manufactureras de materiales asfálticos, planeen sus actividades para iniciar procesos de modificación de los cementos asfálticos, y algunas de ellas lo han hecho a través de alianzas tecnológicas con empresas de otros países dentro del marco de globalización actual. El empleo de estos “nuevos” materiales no ha tenido la difusión necesaria en la República, ya que no han sido empleados en lugares donde sus altas prestaciones pueden proveer a las mezclas asfálticas de las características mecánicas para atenuar en el tiempo ciertos deterioros locales. Como ejemplo podemos citar la zona noreste de la república mexicana, zona muy industrializada, con alto índice de motorización en comparación con otras zonas de México, y con rangos de temperaturas que van de –7 a 46 °C.

Actualmente en México, como en otros países, se cuenta con métodos de ensayos de laboratorio que son empleados en la caracterización de cementos asfálticos, emulsiones asfálticas y asfaltos rebajados, como son el ensayo de penetración, ductilidad, viscosidad Saybolt Furol, etc. Para la república mexicana, las metodologías de ensayos y normas se encuentran descritas en el Libro 6, “NORMAS PARA MUESTREO Y PRUEBAS DE LOS MATERIALES, EQUIPO Y SISTEMA”, Parte 6.01 Carreteras y Aeropistas, Título 6.01.03 Pavimentos Tomo 1 y 2, editados por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes en 1991.

Teniendo con objetivo caracterizar de una forma sencilla y completa los diferentes tipos de cementos asfálticos que actualmente se están utilizando en México se decidió emplear el Método Universal de Caracterización de Ligantes, UCL, el cual fue desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña. El método UCL nace de ciertas inquietudes que existen en el medio con relación a los métodos actuales de caracterización de cementos asfálticos, que ya se mencionaron.



115

El intentar definir las propiedades reológicas de un cemento asfáltico mediante el método de penetración no es lo idóneo, ya que su consistencia a diferentes temperaturas de trabajo dependerá de la composición química de cemento asfáltico, la cual a su vez es función de los procesos de destilación del crudo y de procedencia de éste último. De igual forma, si se identifica el cemento asfáltico por el parámetro de penetración, no se puede afirmar que la capacidad de recuperación elástica o ductilidad será la misma que en otros cementos asfálticos de igual penetración, ya que la ductilidad dependerá del origen del crudo del cual se extrae el cemento asfáltico.

Al no considerarse las cargas y el tiempo de aplicación de ellas, o lo que es lo mismo, ignorar en los ensayos convencionales el efecto de la fatiga a la que estará sometido un cemento asfáltico en su vida de servicio.

Por otro lado, si se caracterizan tanto cementos asfálticos convencionales o modificados con los ensayos tradicionales, se puede incurrir en errores, ya que los valores evaluados pueden estar en rangos similares para dos asfaltos diferentes, uno convencional y uno modificado. Esto puede llevar a identificar cementos asfálticos diferentes o de diferentes procedencias como materiales idénticos que cumplen con normas o especificaciones que rigen en un sitio, sin embargo, el comportamiento bajo condiciones de trabajo puede ser totalmente diferente.

Método UCL.

l objetivo de este nuevo método de laboratorio aplicado a los cementos asfálticos es caracterizar los cementos asfálticos utilizados en la fabricación de mezclas asfálticas empleadas en las capas de pavimentos asfálticos de carreteras. El método desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña, aplica una metodología, que se explicará adelante, y ensaya las probetas mediante el procedimiento descrito en la norma española NLT352/86 “Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por el ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste”, que también será explicado en incisos adelante. Este ensayo a su vez emplea la máquina de los Ángeles sin la carga abrasiva descrita en la norma NLT149/72. El método valora el comportamiento de los cementos asfálticos como parte

integrante de la mezcla asfáltica, mediante la evaluación de sus propiedades fundamentales a través del ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste. Estas propiedades fundamentales son:

Cohesión. Susceptibilidad térmica.

Adhesividad.

E



116

Durabilidad.

Un trabajo importante que tiene el cemento asfáltico es mantener unidas todas las partículas del material pétreo proporcionando a la mezcla asfáltica una determinada cohesión, propiedad que a diferentes temperaturas cambia y que ninguno de los métodos de ensayos convencionales evalúan. Por otro lado, el método UCL define mediante las pérdidas por desgaste al Cántabro en función de la temperatura los diferentes estados de consistencia o tipos de comportamiento del cemento asfáltico, dando lugar a la curva de estado del mismo. En la ILUSTRACIÓN 33 se puede observar la curva de estado y el comportamiento del cemento asfáltico a bajas temperaturas (frágil), a temperaturas intermedias (elastoplástico) y a altas temperaturas (inconsistente).

La propiedad del cemento asfáltico de poder envolver adecuadamente al material pétreo (envuelta) y la capacidad de mantenerse adherido bajo la presencia de agua (desenvuelta) se conocen como adhesividad activa y adhesividad pasiva, respectivamente. En la ILUSTRACIÓN 34 se pueden apreciar las pérdidas por desgaste al Cántabro después de someter las probetas a un proceso de desenvuelta sumergiéndolas en agua a cierta temperatura y comparándolas con las pérdidas por desgaste en probetas que no fueron sometidas a este proceso.

Por último, el método UCL evalúa el comportamiento que cualquier cemento asfáltico tiene frente a la acción de agentes atmosféricos (agua, aire, calor, rayos ultravioletas, etc.), lo cual es indicativo de la durabilidad que tendrá en las condiciones de trabajo. Existen cementos asfálticos con diferentes contenidos de asfaltenos y maltenos y siendo estos últimos los que se pierden debido a los procesos de envejecimiento, la durabilidad del cemento asfáltico dependerá de la rapidez con que pierde los maltenos. A este proceso se le conoce como oxidación del cemento asfáltico, con el cual la penetración aumenta, el cemento asfáltico se fragiliza perdiendo su capacidad de aceptar deformaciones y su capacidad de recuperación elástica. En la ILUSTRACIÓN 35 se aprecia como se incrementan las pérdidas por desgastes al Cántabro a medida que el cemento asfáltico se somete a un proceso de envejecimiento progresivo.



117

Curva de Estado

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (°C)

Pérdidas al Cán

tabro (%

)

Ilustración 33: CURVA DE ESTADO DE UN CEMENTO ASFÁLTICO.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

3 4 5 6

Cemento asfáltico (%)

Pérdidas al C

ántabro (%

)

Ilustración 34 : COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO ASFÁLTICO ANTES Y DESPUÉS DE INMERSIÓN.

Frági l

Inconsiste nte

Elastoplásti co

Después de inmersión

Enseco



118

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0 20 40 60 80

Tiempo de Envejecimiento (horas)

Pérdidas al Cántabro (%

)

Ilustración 35 : COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO ASFÁLTICO BAJO UN PROCESO DE ENVEJECIMIENTO.

DETERMINACIÓN DE LA PÉRDIDA POR DESGASTE DE MEZCLAS BITUMINOSAS MEDIANTE EL EMPLEO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES.

l ensayo tiene por objetivo determinar las pérdidas por desgaste de mezclas asfálticas abiertas mediante el empleo de la máquina de Los Ángeles y, de igual forma, valorar indirectamente la cohesión, tracción mecánica del agregado y la resistencia que la mezcla asfáltica tiene a la disgregación por efectos abrasivos y de succión del tránsito.

Este ensayo está pensado para ser aplicado tanto en el proyecto de mezclas asfáltica de graduación abierta en el laboratorio como para el control en obra de la misma, teniendo como limitaciones el tamaño máximo del agregado pétreo, el cual debe ser igual o menor a 25 mm (1 pulgada). Lo sencillo y práctico de su procedimiento, hace que su aplicación en el ámbito

carretero de México sea posible, ya que el costo del equipo que se emplea en campo

E



119

y laboratorio no es muy grande y en la actualidad ya se cuenta con él desde hace mucho tiempo. A continuación se lista el equipo necesario para llevar a cabo el ensayo:

Conjunto de compactación y extracción de probetas mediante el procedimiento Marshall.

Máquina de ensayo de Los Ángeles. Equipo menor: balanzas, termómetros, bandejas, cazos, espátulas, etc.

La preparación de las probetas de 101.6 mm de diámetro (4 pulgadas), cuatro por cada contenido de cemento asfáltico, se realiza en caliente a una temperatura tal que la viscosidad del cemento permita una fácil y total envoltura del agregado pétreo sin que se produzca escurrimiento del cemento asfáltico. Las probetas se fabrican con un total de 1,000 gramos de material pétreo y se compactan con el procedimiento Marshall a razón de 50 golpes por cara. Mediante este mismo procedimiento se determina la densidad aparente y vacíos en la mezcla asfáltica basado en el procedimiento geométrico.

Conociendo los datos anteriores, se procede a ensayar las probetas en la máquina de Los Ángeles, una por una y sin la carga abrasiva o bolas de acero. A cada probeta se le mide su peso inicial P1, en gramos, y se somete a un total de 300 revoluciones en el tambor a razón de 30 a 33 rpm, obteniéndose al finalizar el peso final de la probeta P2, en gramos. El ensayo se debe realizar a una temperatura de 18 +/ 1°C ó 25 +/ 1°C, sometiendo las probetas a esta temperatura un mínimo de 6 horas antes de ensayarlas. Como resultado del ensayo se calcula la pérdida por desgaste de cada probeta mediante la expresión:

donde:

P = valor de la pérdida por desgaste. P1 = peso inicial de la probeta.

P2 = peso final de la probeta.

Los resultados obtenidos mediante este ensayo demuestran lo sensible que es frente a las pequeñas variaciones en la composición de la mezcla, ya que las detecta. Esta sensibilidad es muy notoria cuando existe una variación en el contenido de cemento asfáltico de la mezcla, ya que se observa una disminución de la pérdida por desgaste a medida que se incrementa el contenido de cemento asfáltico. También detecta los cambios del tipo y cantidad de rellenador del cual depende la calidad del mástico, y a su vez de este último depende la trabazón de la partícular que conforman la mezcla

P = P1 – P2 P1

x 100



120

asfáltica; se puede apreciar que al aumentar el porcentaje de rellenador disminuyen las pérdidas por desgaste.

Como precisión se entiende el grado de repetición de una medida o la mutua concordancia entre medidas individuales, y en ensayos mecánicos o procedimientos de medición es importante hablar de ella. Las discrepancias de varios resultados obtenidos de mediciones de una misma variable manteniendo constante las restantes, se debe a errores cometidos en el proceso de fabricación de los especímenes o de la mediciones hechas. Dependiendo de la magnitud de estos errores también dependerá la precisión de los resultados que un método de ensayo proporcione. En el caso del ensayo Cántabro, la precisión fue medida mediante el coeficiente de variación CV, el cual es definido como la relación entre la desviación muestral, S, y el valor medio. De acuerdo con los resultados de 36 formulaciones ensayadas, “el coeficiente de variación está comprendido entre 0.028 y 0.048, es decir, que la desviación muestral del ensayo es menor en todos los casos al 5% del valor medio obtenido” .

Un criterio belga para diseñar mezclas porosas mediante este ensayo se muestra a continuación en la ILUSTRACIÓN 36, en la que se puede observar la curva de valores de las perdidas por desgastes para probetas con diferentes contenidos de cemento asfáltico; los resultados fueron graficados contra el porcentaje de cementos asfáltico. De igual forma, la curva de valores de vacíos en la mezcla asfáltica se graficó contra el porcentaje de cementos asfálticos. Definidos los criterios de diseño de la mezcla de la cual se desea tener vacíos mayores del 21% y pérdidas por desgaste menores del 30%, esto puede definir un rango de contenido de cemento asfáltico que cumple con estos criterios, del cual puede definirse un contenido óptimo de cemento asfáltico. En el diseño de las mezclas asfálticas porosas hay que tener en cuenta el

escurrimiento del cemento asfáltico, tanto en el transporte de la mezcla como en su tendido, ya que el contenido de material pétreo que pasa la malla N° 8 y es retenido en la malla N° 200 es muy pequeño, y es precisamente la fracción de material que mayor área superficial tiene. Existen ensayos muy sencillos para evaluar el escurrimiento y normas de países que consideran este aspecto.

RESULTADOS OBTENIDOS AL CARACTERIZAR CEMENTOS ASFÁLTICOS CONVENCIONALES Y MODIFICADOS.

on relación a la fabricación de las probetas en el laboratorio, es importante mencionar la homogeneidad en el proceso de elaboración de las mismas. Para todo el estudio se fabricó una serie de 21 probetas para cada tipo de cemento asfáltico y en la TABLA 22, se muestran resultados del valor promedio, desviación estándar y coeficiente de variación de los parámetros, densidad aparente y vacíos en la mezcla asfáltica, para cada una de las series de los primeros 7 cementos asfálticos ensayados. Para el parámetro de densidad aparente se puede observar que el coeficiente de

variación varía entre 0.0042 y 0.0086, y para el parámetro de vacíos en la mezcla

C



121

asfáltica el mismo coeficiente varía entre 0.0137 y 0.0416. Con esto se puede afirmar que la desviación muestral del proceso de fabricación es para cada caso menor del 0.86% y 4.16%, respectivamente, del valor promedio obtenido. El obtener estos valores de variabilidad tan pequeños ayuda a disminuir la variabilidad de los resultados del método de ensayo y aumentar la confiabilidad de los mismos.

En la fabricación de las probetas se observó la diferencia al elaborarlas con los cementos asfálticos convencionales AC20 y AC30 y los cementos asfálticos modificados con 3, 4 y 5% de SBS; en los primeros se elevó la temperatura de fabricación a 140°C para lograr una buena envoltura del agregado pétreo y en los segundos, se necesitaron temperaturas entre los 175 y 210°C. A continuación se describen y se analizan los resultados parciales del Método UCL

para los cementos asfálticos mencionados, esto es, las dos primeras partes del método, susceptibilidad térmica y adhesividad, y la tercera parte correspondiente al envejecimiento no se presenta en este escrito, sin embargo ya se mencionaron los temas correspondientes.

ILUSTRACIÓN 36: CRITERIO BELGA PARA DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS POROSAS (DRENANTE)

27

26

25

24

23

22

21

20

19

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Vacíos (%) Pérdidas (%) Vacíos Pérdidas

Cemento Asfáltico (%)

4.2

4.7

x

x

x

x

x x

x

+

+

+

+ + + +



122

Susceptibilidad térmica.

Mediante las curvas de estado descritas anteriormente se puede observar el comportamiento de los diferentes tipos de cementos asfálticos dentro de un rango de temperaturas bastante amplio y que es representativo de las condiciones de temperatura extremas e intermedias de trabajo. Los resultados obtenidos para cada temperatura es el promedio de tres resultados o de tres probetas ensayadas bajo las mismas condiciones. Las temperaturas a las que se ensayaron las probetas fueron: 30, 10, 10, 25, 40 y 60 °C.

Método A PARÁMETRO Unidad AC20 (B60/70) AC30(B40/50)

Sin Pol.

3% 4% 5% Sin Pol.

3% 5%

Densidad aparente Valor promedio (g/cm3) 1.9197 1.891

1 1.8763 1.890

6 1.8952 1.886

0 1.872 5

Desv. estándar (g/cm3) 0.0081 0.009 0

0.0101 0.016 3

0.0134 0.012 8

0.011 5

Coef. de variación % 0.0042 0.004 8

0.0054 0.008 6

0.0071 0.006 8

0.006 1

Vacíos en la mezcla Valor promedio % 23.4 24.6 25.2 24.6 24.4 24.8 25.3 Desv. estándar % 0.3217 0.359

1 0.4050 0.651

1 0.5340 0.514

2 0.458 6

Coef. de variación % 0.0137 0.041 6

0.0161 0.026 5

0.0219 0.020 8

0.018 1

Tabla 22: PARÁMETROS DE PROBESTAS FABRICADAS

En la ILUSTRACIÓN 37se puede observar un mejor comportamiento del cemento AC20 en casi todo el rango de temperaturas. En este aspecto es importante observar que el comportamiento que mostró este cemento asfáltico en todo el estudio fue excelente, ya que las pérdidas por desgaste al Cántabro a bajas y altas temperaturas son bajas lo cual puede resultar de contar con un lote de cemento asfáltico abastecido por PEMEX de buena calidad. Al ensayar el cemento asfáltico AC30, el comportamiento fue similar, sin embargo, el proceso de elevar su dureza hace al cemento más susceptible a pérdidas a bajas temperaturas, lo cual no necesariamente debe ser así a temperaturas intermedias.



123

Curva de Estado

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (°C)

Pérdidas al C

ántabro (%

)

AC20 AC30

300 revoluciones

Ilustración 37 : CURVAS DE ESTADO PARA CEMENTOS ASFÁLTICOS AC20 Y AC30 .

Si se comparan los resultados del AC20 sin polímeros con los cementos modificados con el 3 y 5% de SBS, se observan pocos cambios en los resultados y el cemento con el 3% presenta un ligero mejor comportamiento que el cemento con el 5% de SBS. (Ver ILUSTRACIÓN 38). Esto no es lo que normalmente se espera a medida que se va incrementando el contenido en peso del polímero. Lo anterior se presentó debido a la integración parcial del polímero en la masa asfáltica, ya que al momento de la manipulación del cemento asfáltico para fabricar probetas, se observaron grumos de polímero no dispersos los cuales, a manera de evidencia, se extrajeron del cemento asfáltico. Esto pone de manifiesto que del contenido de polímero adicionado, solo una fracción de él se incorporó y por los resultados obtenidos se concluye que dicha fracción es pequeña.



124

Curva de Estado

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (°C)

Pérdidas al Cántabro (%

)

AC20 AC20+3%SBS AC20+4%SBS AC20+5%SBS

300 revoluciones

Método A

Ilustración38: CURVAS DE ESTADO PARA CEMENTOS ASFÁLTICOS AC20 CONVENCIONAL Y CON DIFERENTES CONTENIDOS DE SBS. MÉTODO A.

El cemento asfáltico AC20 con el 4% de SBS, con el que ya se contaba en el laboratorio, presentó un mejor comportamiento a altas temperaturas comparado con el comportamiento a otras más bajas, situación que fue congruente con los resultados del punto de reblandecimiento A&B de este cemento, el cual es de 84°C. Este cemento asfáltico es opaco en su apariencia condición que puede darse por tener un cierto grado de oxidación.

De la ILUSTRACIÓN 39, donde se muestran los resultados del cemento asfáltico AC30 sin polímeros y de los cementos asfálticos con el 3 y 5% de SBS, puede decirse lo mismo que para el caso del AC20. Estos resultados sistemáticos dados por el Método UCL, junto con las evidencias del laboratorio descritas con anterioridad, pusieron de manifiesto que el proceso de modificación “Método A” no estaba trabajando adecuadamente y esto dio pie a revisar el proceso de modificación y ajustarlo para lograr mejores resultados.



125

Curva de Estado

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (°C)

Pérdidas al C

ántabro (%

)

AC30 AC30+3%SBS AC30+5%SBS

300 revoluciones

Método A

Ilustración 39: CURVAS DE ESTADO PARA CEMENTOS ASFÁLTICOS AC30 CONVENCIONAL Y CON DIFERENTES CONTENIDOS DE SBS. MÉTODO A.

Por lo anterior, se cambió el procedimiento de modificación e integración del polímero en el laboratorio, Método B, y empleando el mismo cemento base AC20 se obtuvieron 2 cementos asfálticos modificados con el 3% y 5% de SBS. Las curvas de estado mediante el Método UCL de estos dos asfaltos se pueden apreciar en la ILUSTRACIÓN 40 las cuales son comparadas con las curvas de estado del cemento asfáltico normal y del modificado inicial con el 4% de SBS.

Con la modificación mediante el Método B se logró un buen comportamiento de ambos cementos asfálticos modificados (4 y 5% de SBS) a altas temperaturas, mayores de 40°C. A temperaturas intermedias, entre 0 y 40°C, el comportamiento es similar al del cemento convencional y a bajas temperaturas, menores de 0°C, ambos cementos modificados mostraron ser muy susceptibles a los cambios de temperatura y presentaron un mal comportamiento comparado al cemento convencional y al modificado con el 4% de SBS. Estos resultados indican que es importante cambiar el proceso de modificación de tal forma que se logren cementos asfálticos modificados con buen comportamiento a bajas temperaturas.



126

Curva de Estado

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (°C)

Pérdidas al C

ántabro (%

)

AC20 AC20+3%SBS AC20+4%SBS AC20+5%SBS

300 revoluciones

Método B

Ilustración 40: CURVAS DE ESTADO PARA CEMENTOS ASFÁLTICOS AC20 (B60/70) CONVENCIONAL Y CON DIFERENTES CONTENIDOS DE SBS.

MÉTODO B.

Adhesividad.

Para evaluar el comportamiento de los diferentes cementos asfálticos a la acción de desenvuelta del agua y así caracterizar al cemento asfáltico en cuanto a su adherencia pasiva con el agregado pétreo, una serie de 3 probetas para cada cemento asfáltico se sometió a la acción del agua a 60 °C durante 24 horas. Posteriormente se midieron las pérdidas al Cántabro a 25°C y se compararon los resultados con los que se obtuvieron de las probetas en seco a 25°C. Las ILUSTRACIONES 41 y 42 muestran claramente la diferencia de los resultados y la diferencia entre los tipos de asfaltos.

La diferencia entre los cementos asfálticos sin polímeros y los que tienen polímeros es significativa. El comportamiento de los cementos asfálticos modificados con relación a la adhesividad tiene la misma tendencia que en las curvas de estado ya descritos. Otro aspecto que es importante mencionar es que la pequeña porción de polímeros integrada a la masa asfáltica en el caso del Método A y para todos los contenidos de polímeros, si está logrando mejorar la adherencia del cemento asfáltico ante la presencia del agua.



127

Como se puede observar en la ILUSTRACIÓN 41, la adhesividad pasiva de los cementos asfálticos modificados con el 3 y 5% mediante el Método B mejoró significativamente en comparación con los cementos equivalentes modificados por el Método A, esto indica que la incorporación del polímero mejoró mucho y que los grumos de polímeros que se encontraron en el asfalto modificado por el Método A no se observaron en el cemento modificado por el Método B. De igual forma, se puede afirmar que con la adición de hule de llantas como modificador del cemento asfáltico, la adhesividad mejoró significativamente.

6.8

71.5

4.1

15.4

2.7

18.9

6.6

23.6

8.3

72.0

8.0

25.3

8.8

16.2

10.0 11.3 8.0 6.5

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

Pérdidas al Cán

tabro (%

)

AC20 AC 20+4%SBS(1)

AC30 AC 30+5%SBS(1)

AC 20+5%SBS(2)

Tipo de cemento asfáltico (1) Método A (2) Método B

Adhesividad 300 revoluciones

En Seco 1 día a 60°C

Ilustración 41: PÉRDIDAS AL CÁNTABRO EN SECO Y HÚMEDO A 25°C PARA DIFERENTES TIPOS DE ASFALTO.

CONCLUSIONES.

A manera de conclusiones se puede decir que el método de determinación de la pérdida por desgaste en mezclas asfáltica porosas es un método muy sencillo y que de acuerdo a la experiencia que se ha tenido en otros países se puede concluir que la correlación de los resultados con el comportamiento de estas mezclas en servicio es muy buena.



128

Cabe mencionar que en vista del éxito que este método ha tenido en la experiencia española, empleado en el diseño de mezclas demantes, ha sido considerado como Norma Oficial Europea para el diseño de este tipo de mezclas asfálticas.

Al emplearse equipo de fácil adquisición, que quizás ya se tiene, cuyo uso es muy conocido en México y que se puede emplear tanto en el laboratorio para diseño como en el campo para control, hace al método fácil de adoptar y empezar a trabajar con él para definir criterios de diseños para estas mezclas empleando nuestros propios materiales y procedimientos de construcción. Para lo anterior es necesario implementar tramos de prueba para evaluar y documentar comportamiento y experiencia.

El método de ensayo UCL presenta una alternativa de caracterización de cementos asfálticos convencionales o modificados muy sencilla y completa, ya que puede establecerse bajo el criterio de pérdidas por desgaste al Cántabro una manera de establecer comportamientos de estos materiales bajo condiciones de servicios a bajas, intermedia y altas temperaturas.

Ilustración 42: PÉRDIDAS AL CÁNTABRO EN SECO Y HÚMEDO A 25 °C PARA DIFERENTES TIPOS DE ASFALTO.

6.8

71.5

4.1

15.4

2.7

18.9

6.6

23.6

8.3

72.0

11.0 15.4 15.2

24.1

10.0 11.3 8.0 6.5

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

Pérdidas al Cántab

ro (%

)

AC20 AC 20+4%SBS(1)

AC30 8% Hu le AC 20+5%SBS(2)

Tipo de cemento asfált ico (1) Método A (2) Método B

Adhesividad 300 revoluciones

En Seco 1 día a 60°C



129

Por otro lado, presenta una opción de identificar el comportamiento de los cementos asfálticos bajo condiciones de la acción del agua ante la desenvuelta, adherencia. Aunque en este trabajo no se estudiaron los cementos asfálticos bajo procesos de oxidación o envejecimiento acelerado, el ensayo por sí solo y por un proceso muy sencillo evalúa bajo el mismo criterio de pérdidas por desgaste al Cántabro, el comportamiento de diferentes tipos de cementos asfálticos al envejecimiento. Ambos conceptos dan una clara información de la durabilidad de cada material ensayado.

Comparando el Método UCL con otros métodos, de origen estadounidense, podemos concluir que mediante el Método UCL se ahorran un buen número de ensayos que hacen más difícil la caracterización y que algunos de ellos no son los métodos más idóneos para caracterizar cementos asfálticos, como ya se mencionó.

El Método UCL, permitió obtener información valiosa que sirvió de guía para poder evaluar los procesos de modificación de los cementos asfálticos, procesos que mediante estudios en el laboratorio son definidos antes de iniciar producciones masivas sin guía alguna.



130

CONCLUSIONES GENERALES

Aquí, se dieron a conocer los materiales que se pueden usar, para modificar los asfaltos convencionales. Como se hizo notar, estos materiales nombrados, logran un cambio significativo en el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas. El uso de cualquiera de estos depende en gran medida del juicio del proyectista, el cual debe basarse en un criterio objetivo, desde la perspectiva técnica; sin embargo, es importante recordar la responsabilidad que conlleva el uso de algunos materiales, pues como se remarco en el trayecto de este trabajo, estos representan, además de las ventajas que aportan, algunos inconvenientes ecológicos, de riesgo y salud que no se deben minimizar.

Es sabido que nuestro país, presenta un atraso científico y tecnológico aproximado de diez años, con respecto al país más desarrollado en este sentido, U.S.A. Esta situación puede ser utilizada en forma positiva, haciendo uso de las experiencias exitosas, pero sobre todo poniendo atención en los fracasos u resultados adversos que se han presentado en los países desarrollados.

En base a lo descrito en el párrafo anterior, lo cual es una opinión personal, de igual manera, se concluye ente trabajo haciendo la observación siguiente: A nivel mundial, se opto ya por los modificadores de asfalto poliméricos; los aditivos

extendedores, azufre, si bien tuvieron un auge importante, éste también fue efímero pues las repercusiones ecológicas fueron un precio muy elevado por su uso. Por otra parte, el uso de la cal hidratada es una alternativa eficiente, práctica y que arroja buenos resultados. Las empresas dedicadas a la fabricación de los aditivos de asfalto, son en su mayoría

extranjeras, punto que no se debe de restar importancia, pues su experiencia esta basada en condiciones climáticas extraordinariamente diferentes a las que presenta nuestro territorio nacional. A partir de esto, es necesario decir que la zona más hostil, en lo referente a su clima, es la zona norte de México; y posiblemente se la más necesitada del uso de los modificadores de asfalto, lo que ya es notorio en la actualidad. Concluyendo, si es necesario el uso de los modificadores de asfalto, se debe elegir de

forma cautelosa el material o producto a emplear, tomando en cuenta todas y cada una de las características que hacen de una obra civil una estructura productiva en todos los sentidos.



131

GLOSARIO

Absorción: Fenómeno en el que un cuerpo penetra en el ámbito de otro.

Ácidos: Sustancia capaz de aceptar la participación de un solo par de electrones de la base para formar un enlace coordinativo. Se dividen en hidrácidos, compuestos binarios (hidrógeno y un no metal) y oxácidos, compuesto ternario (hidrógeno, oxígeno y un no metal.

Adherencia: Acción y efecto de adherir o pegarse una cosa a otra. Atracción existente entre las superficies en contacto de dos cuerpos diferentes.

Adsorción: Adhesión o concentración de sustancias disueltas en la superficie de un líquido o alrededor de cuerpos pulverulentos.

Aglomerante: Cuerpo que se encuentra integrado en la reunión de otro o más cuerpos o substancias.

Álcali: Hidróxidos y carbonatos de sodio y potasio. Neutralizan los ácidos formando sales.

Alúmina: Óxido de aluminio que se halla en la naturaleza algunas veces puro y cristalizado, y por lo común formando, en combinación con el sílice y otros cuerpos, los feldespatos y las arcillas.

Aminoácido: Componentes elementales de las proteinas. Son cuerpos incoloros, cristalizables, de reacción neutral y en su mayor parte solubles en agua.

Anillos aromáticos: Es la fracción de los asfaltos, característico por ser la solución en que se encuentran los asfaltenos y los maltenos

Aromáticos: Fracción de los asfaltos, están incluidos en los maltenos. El porcentaje de estos define la capacidad de solubilidad del asfalto, e influye en la facilidad del asfalto para admitir una modificación con polímeros.

Asfaltenos: Los asfaltenos son moléculas grandes, inertes, tienen valor como componentes del asfalto y como combustibles. Los asfaltenos no son solubles en aceites pero las resinas los mantienen en suspensión coloidal.

Asfaltitas: Componentes del asfalto del la presencia de las cuales depende la dureza del asfalto.

Átomo: Límite de la división de la sustancias químicas simples y mínima cantidad de materia combinable



132

Caolín: Arcilla blanca muy pura que se emplea en la fabricación de la porcelana y el papel. Es un silicato de alúmina y hidratado.

Carboxilo: Grupo monovalente, contenido en los ácidos orgánicos, formado por carbono, oxígeno e hidrógeno.

Celulosa: Sustancia sólida, diáfana, insoluble en el agua, el alcohol y el éter, que forma la envoltura de las células en los vegetales.

Coloidal, Coloide: Vocablo que se designa a la dispersión de un líquido de una sustancia que se presenta en forma de partículas cuyo diámetro oscila entre una milimicra y una micra.

Compatible: Que tiene aptitud o características para unirse en uno solo.

Criogénico: Se le llama así al proceso de congelación al que se someten algunos cuerpos por medio de hidrógeno líquido.

Deleznable: Susceptible al desgaste por abrasión, que se rompe, disgrega o deshace con facilidad.

Desorción: Proceso contrario a la adsorción.

Destilación: Operación que consiste en separar varios cuerpos líquidos, en solución los unos en los otros o dos cuerpos sólidos, aprovechando la diferencia de los puntos de ebullición.

Dextrinas: Glúcidos que se obtienen de la fermentación de la molécula del almidón; son de apariencia análoga a la de éste, pero más fácilmente solubles en el agua y se usan como adhesivos.

Dial: Disco giratorio.

Disolvente: Que tiene la capacidad de disolver, es decir de separar o desunir las partículas de un cuerpo sólido por medio de un líquido con el cual se incorpora.

Elastómero: Es un polímero de cualidades particulares. Presenta una resistencia grande a la tensión deformándose, de forma proporcional al esfuerzo que genera dicho esfuerzo.

Emulsión: Líquido que tiene en suspensión partículas muy pequeñas. División de un líquido contenido en otro, en el que es insoluble, en partículas muy pequeñas.

Fibra: Filamento alargado compuesto de células vegetales, también de compuestos inorgánicos



133

Glúcidos: Referente a la glucosa, la cual es un hidrato de carbono caracterizado por su sabor dulzón.

Hidrocarburos: Compuestos orgánicos constituidos por carbono e hidrógeno. Se subdividen en varias series según las estructuras o cadenas de átomos de carbono. Se utilizan como combustibles.

Hidrofílico: Que presenta afinidad química con el agua.

Hidrofóbico: Material o materia que no presenta afinidad química con el agua.

Intersticios: Espacios vaciós que se presentan en algunos cuerpos.

Licuar: Hacer líquida una sustancia sólida.

Maltenos: Su contenido define las propiedades mecánicas del asfalto, su naturaleza química mantiene a los asfaltenos en solución coloidal.

Micela: Partícula de gran tamaño en las soluciones coloidales.

Miscible: Que tiene las características adecuadas para mezclarse.

Monofásica: Que este formado de una sola fase, sin incontinuidades o separaciones.

Oxidación: Operación que se presenta en virtud de la cual se transforma un cuerpo por la acción del oxígeno o un oxidante.

Peptizar: De péptidos, Combinación de tipo química de varios aminoácidos entre si, de tal manera que el grupo carboxilo de uno reacciona con el anímico del otro.

Plastómero: Polímero el cual por sus características químicas presenta una resistencia considerable a la tensión.

Polaridad: Propiedad de poseer determinadas cualidades opuestas en distintos extremos. Propiedad de algunas magnitudes físicas de acumularse en distintos extremos de un cuerpo. Así, se habla de polaridad magnética (distribución de cargas magnéticas), polaridad eléctrica (cargas eléctricas).

Polímero: Molécula larga creada por una reacción química de muchas pequeñas moléculas, que una con otra forman largas cadenas.

Precipitación: Acción por la cual en una disolución se produce una materia sólida que se deposita en el fondo del recipiente.

Reología: Parte de la hidráulica encargada del estudio del comportamiento de líquidos que presentan un comportamiento no Newtoniano.



134

Resilencia: En este caso se refiere a la recuperación mejoras que logra un asfalto después de aplicarle un esfuerzo.

Sales: Compuestos químicos resultantes de la combinación de un ácido con una base, y formados por la sustitución total o parcial de los átomos de hidrógeno del ácido por un metal.

Tenacidad: Resistencia que presentan los cuerpos al alargamiento por tensión.

Termofijo: Plástico resistente a la temperatura.

Tixotropía: Es la propiedad de un material que le permite endurecerse en un tiempo relativamente corto al estar en reposo, pero, por manipulación o agitación, cambian a una consistencia muy blanda o a un líquido de elevada viscosidad, siendo el proceso completamente reversible.

Volatilidad: Transformación de un cuerpo líquido en un cuerpo gaseoso.

Vulcanizar: Proceso por el cual los anillos del azufre se abren y se combinan con los dobles enlaces de las moléculas del caucho, formando puentes de cadenas de azufre de una molécula de caucho a otra y dando lugar a una trama total. El caucho así obtenido es más tenaz y duradero.



135

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS:

Varios autores; Conferencia: Los asfaltos modificados, mitos y realidades; Asociación Mexicana del asfalto A.C. México 2003.

Varios autores; Memorias del octavo congreso ibero americano del asfalto volumen I y II, Asociación Mexicana del Asfalto A.C. México 1995.

Gilberto Sotelo Ávila; Hidráulica general volumen I,; Editorial Limusa, México 1997.

Akzo Nobel Surface Chemistry; Ficha técnica Promotores de Adherencia para América Latina; Akzo Nobel Surface Chemistry, U.S.A. 2004.

Artículo técnico: El misterio de los líquidos poliméricos; http://omeg.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencias/volumen2/ciencia3/104/htm/liquidos.htm.

Ing. Rafael A. Limón Limón; Determinación de la calidad de los asfaltos modificados en campo; Asociación Mexicana del Asfalto A. C. México 2004.

Dr. Carlos Fonseca Rodríguez, M. C. Claudia L. Martínez Bringas; Artículo técnico Empleo de fibras en la elaboración de mézclas asfálticas para pavimentos de graduación abierta, cuadernillo 33; Fundación I.C.A. México 2004.

Fernando Olivera Bustamante, Estructuración de vías terrestres segunda edición, editorial CECSA. México 2002.

Manual del asfalto, Ing Manuel Velázquez,

Artículo técnico: El Azufre http://www.prodigyweb.net.mx/degcorp/quimica/tablaperiodica.htm.

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asfaltos modificados y pruebas de...

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