e. cementos asfálticos

8/19/2019 E. Cementos Asfálticos

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Cementos Asfálticos

Antecedentes

Historia de las Especificaciones


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Antecedentes

Asfalto

– Soluble en productos

petroleros

– Subproducto de la

destilación del petróleo

– Se puede encontrar

naturalmente

Alquitrán

– Resistente a

productos petroleros

– Subproducto de la

producción delcarbón


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Antecedentes

En Estados Unidos, primera

mezcla asfáltica en 1870

– Pennsylvania Ave. – Se usó asfalto de lago

de la Isla de Trinidad

Dos fuentes: – Isla de Trinidad

– Bermudez, Venezuela


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Antecedentes

El asfalto del lago tiene niveles de calidad

consistentes – Uso del ensaye de solubilidad

Desde fines de 1800 la demanda de caminospavimentados supero la capacidad de los

asfaltos de lago

– Esto l levó al uso de productos petroleros


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ASFALTOS del petróleo

Asfalto es un subproducto del proceso de

refinación del petróleo, un “ desperdicio” .

Las propiedades dependen de:

– Operaciones de refinación

–

Composición del crudo original

Gasolina

Keroseno

Gas

Diesel

Aceites

Asfalto

Barril de petróleo crudo


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Componentes Cemento Asfáltico

Asfaltenos

– Inclusiones sól idas grandes (negras)

–

Componente viscosa muy alta

Resinas

– Semi-sólidas ó sólidas a temperatura

ambiente» Fluídas cuando se calientan

» Frágiles cuando se enfrían

Aceites

– Líquidos incoloros

– Solubles en la mayoría de los solventes

– Permiten al asfalto f luir


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Operaciones de Refinación

ALMACENAJE

BOMBEO

DESTILADOS LIGEROS

DESTILADOS PESADOS

CEMENTOS ASFALTIOOS

ASFALTOS REBAJADOS

EMULSIONES

AIRE

ASFALTOSOXIDADOS

ALMACE

NAJE

DESTILACIONFRACCIONADA

RESIDUOS

GAS

PETROLEO

ARENA Y AGUA

CONDENSADORDESTILA

CION

DESTILADOS MEDIOS


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Tipos

Cementos asfálticos

– Producidos en refinería – Asfaltos óxidados

Asfaltos rebajados (Cutbacks)

– Cementos asfálticos con solventes petroleros Emulsiones

– Mezclas de cementos asfálticos,agua y un agente

emulsificante


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Asfaltos Oxidados


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Asfaltos Rebajados

Fraguado rápido (FR) (Naphtha or Gasolina)

–

Alta volatilidad de solventes – Riegos de liga, tratamientos superf.

Fraguado Medio (FM) (Keroseno)

– Volatilidad moderada

– Bacheo

Fraguado Lento (FL) (Aceite baja viscosidad)

– Baja volatilidad

– Riego de liga, control de polvos


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Emulsiones

El emulsificador carga electricamente las gotas de

asfalto suspendidas en un medio acuoso

– Anionicas

» Carga negativa

» Alkalinas

» Buena con calizas (carga positiva)

– Cationicas

» Carga positiva

» Acidas

» Buena con gravas silíceas (carga negativa)


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Selección de Cementos Asfálticos

Necesidad de especificar las característicasdeseables.

Las “ características deseables” han cambiadocon el t iempo y la tecnología.

Seleccionar requiere de ”especificaciones”


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Primeras Especificaciones Asfaltos de Lago

– Apariencia

– Solubil idad en bisulfuro de carbono

Asfaltos de petróleo (inicios 1900)

– Consistencia

» Chewing» Máquina de penetración

Medida de la consistencia


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Ensaye de penetración

Aguja de penetración

Carga especificada, tiempo, temperatura

100 g

Inicio

Penetración de 0.1 mm

Después 5 seg


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Especificaciones Penetración

Cinco grados:

• 40 - 50

• 60 - 70

• 85 - 100

• 120 - 150

• 200 - 300


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Especificaciones base Penetración

Penetración es la prueba base

Adicionalmente

– Punto de ignición

– Ductilidad

–

Solubilidad – Ensaye película delgada

»Penetración

»Ductilidad


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Punto de ingnición (Seguridad)

Termómetro

Copa llena de

asfalto

Línea de gas


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Ductilidad


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Solubilidad (Pureza)


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Horno de Película Delgada

Horno

Base de rotación

Recipiente Termómetro


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Especificaciones Típicas

PenetraciónPenetración 40 - 5040 - 50 200 - 300200 - 300

Punto IgniciónPunto Ignición, C 450+, C 450+ 350+ 350+

DuctilidadDuctilidad, cm, cm 100+ 100+ 100+ 100+SolubilidadSolubilidad, %, % 99.0+ 99.0+ 99.0+ 99.0+

Pen.Pen. RetenidaRetenida, % 55+, % 55+ 37+ 37+

DuctilidadDuctilidad, cm, cm NA NA 100+ 100+


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Temperatura

25C (77F)

Penetración, 0.1 mm

Alta

Media

Baja


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Ventajas

Representativo de temp. medias de trabajo

Rapidez Realizable en Laboratorios de campo

Bajo costo

Precisión bien definida

Se puede determinar la influencia de la

temperatura


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Desventajas

Empirismo

Velocidad de deformación

– Alta

– Variable

No hay información para seleccionar lastemperaturas de mezcla y compactación.

Penetraciones similares a 25C (77F) pueden

clasificar asfaltos diferentes en una mismacategoría


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Especificaciones base Viscosidad


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Viscosidad: Relación entre el esfuerzo de

corte aplicado y la correspondiente velocidadde deformación

η = τ / γ

Definición


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Tipos de Viscosidad

Asphalt Institute TubeZietfuchs Cross-Arm

Tube


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Ensaye

Viscosidad Absoluta

–

Tubo en U, graduado ylleno con asfalto

– Baño a 60°C

– Se aplica Vacío

– Se registra tiempo entre

marcas

– Visc. in Pa s (Poise)


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Ensaye

Viscosidad cinemática

– Tubo graduado l leno de

asfalto.

– Baño a 135°C

– Empuje gravitacional

– Se registra el t iempo entre

marcas

– Visc. in mm2 / s (centistoke)


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Especificaciones base Viscosidad

ASTM D3381

Tres especificaciones – Tabla 1

»Propiedades originales

– Tabla 2

»Propiedades originales

–

Table 3»Envejecimiento


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EnsayesTablas 1 & 2

Viscosidades a 60 y 135oC

Penetración a 25o

C Punto ignición

Solubilidad

En el residuo envejecido – Viscosidad a 60oC

– Ductilidad a 25oC


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TiposTablas 1 & 2

Tabla 1 – AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 40

Tabla 2

– AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 30, AC 40


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Tabla 1 Ejemplo

AC 2.5 AC 2.5 AC 40 AC 40

ViscVisc, 60C, 60C 250250 ++ 50 4,00050 4,000 ++ 800800

ViscVisc, 135C, 135C 80+ 80+ 300+ 300+PenetraciónPenetración 200+200+ 20+ 20+

ViscVisc, 60C, 60C


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Tabla 2 Ejemplo

AC 2.5 AC 2.5 AC 40 AC 40

ViscVisc, 60C, 60C 250250 ++ 50 4,00050 4,000 ++ 800800

ViscVisc, 135C, 135C 125+ 125+ 400+ 400+PenetraciónPenetración 220+220+ 40+ 40+

ViscVisc, 60C, 60C


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Temperatura

25C (77F) 60C (140F) 135C (275F)

Temp.

Media

Serv.

Mezcla

&

Compactación

Verano

Caliente

Tabla 1

40 Pen

210

Tabla 2

60 Pen

300

Bajo

2400

1600

V i s c o s i d a d ( R i g i d

e z )


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.1.1

.2.2

.3.3

.5.5

11

1010

55

100100 110110 120120 130130 140140 150150 160160 170170 180180 190190 200200

TemperaturaTemperatura, C, C

ViscosidadViscosidad, Pa s, Pa s

Rango Compactación Rango Compactación

Rango Mezcla Rango Mezcla

Temperaturas

Mezcla/Compactación


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Ventajas

(Especificación AC)

Propiedad fundamental

Rango amplio de temperaturas

Se basa en la Temp. Máx. Del Pavimento

Variedad de instrumentos

Precisión del método de prueba establecida Control de la influencia de la temperatura

Limites de envejecimiento

Información temperaturas de mezcla ycompactación


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Desventajas

(Especificación AC)

Más costosa

Mayor tiempo de prueba

Necesita técnicos experimentados

No aplica a materiales No-Newtonianos

Una misma clasificación no garantiza un

mismo comportamiento


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Tabla 3 Grados AR

– AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR

8000, AR 16000

Pruebas en el residuo envejecido a

60 y 135oC – Penetración a 25oC

– % de penetración original

– Ductilidad – Propiedades asfalto original

» Punto de ignición y

solubilidad


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Horno de Película Delgada


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EspecificacionesTabla 3

AR 1000 AR 1000 AR 16,000 AR 16,000

ViscVisc, 60C 1,000, 60C 1,000 ++ 250 16,000250 16,000 ++ 4,0004,000

ViscVisc, 135C, 135C 140+ 140+ 550+ 550+Pen.Pen. 65+ 65+ 20+ 20+

% Pen.Orig.% Pen.Orig. NS NS 52+ 52+

V t j


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Ventajas

(Especificación AR)

Representativo de las propiedadesdespués de la mezcla

Propiedades fundamentales

Gran rango de temperaturas Límites de envejecimiento

Desventajas


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Desventajas

(Especificaciones AR)

Muy regional

Equipos de prueba diferentes

Tiempos de prueba mayores

No hay ensaye de consistencia con el AC original

No aplica a materiales No-Newtonianos

Una misma clasif icación no garantiza un mismo

comportamiento


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40

50

60

7085

100

120

150200

300

Grados Penetración

AC 40

AC 20

AC 10

AC 5

AC 2.5

100

50

10

5

V

i s c o s i d a d

, 6 0 C (

1 4

0 F ) AR 16000

AR 8000

AR 4000

AR 2000

AR 1000


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Preguntas - ?

e. cementos asfálticos

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