MATERIALES DE CONSTRUCCION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

RECOPILADO POR:

MSC. ING. CLAUDIA ARAUZ S.

CLASE12, SEMANA6

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Unidad III. Generalidades y propiedades de los materiales aglomerantes

Tema: 3.2 Asfaltos               3.2.1 Aspectos generales del asfalto               3.2.2 Forma de obtención del asfalto               3.2.3 Clasificación y características de los asfaltos               3.2.4 Propiedades de los asfaltos               3.2.5 Control de calidad de los asfaltos

Objetivos: Conocer los principales aspectos del asfalto como material aglomerante y su uso en la construcción.

3.2 Asfaltos3.2.1 Aspectos generales del asfalto

El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como aglomerante en mezclas asfálticas   para   la   construcción   de   carreteras   o   autopistas.   También   es   utilizado   en impermeabilizantes.   Está   presente   en   el     petróleo   crudo   y   compuesto   casi  por   completo  de bitumen. Su nombre recuerda el Lago Asfaltites (el Mar Muerto), en la cuenca del río Jordán. 

Además del sitio mencionado, se encuentra en estado natural formando una mezcla compleja de hidrocarburos   sólidos   en   lagunas  de   algunas   cuencas  petroleras,   como   sucede  en   el   lago  de Guanoco,  el   lago de asfalto más extenso del  mundo (Estado Sucre,  Venezuela),  con 4 km² de extensión y 75 millones de barriles de asfalto natural. Le sigue en extensión e importancia el lago de asfalto de La Brea, en la isla de Trinidad.

3.2.2 Forma de obtención del asfalto

A pesar de la fácil explotación y excelente calidad del asfalto natural, no suele explotarse desde hace mucho tiempo ya que, al obtenerse en las refinerías petroleras como subproducto sólido en el   craqueo  o   fragmentación  que  se  produce  en   las   torres  de  destilación,   resulta  mucho  más económica   su  obtención  de  este  modo.   Sucede  algo  parecido   con   la  obtención  del  gas,  que también resulta un subproducto casi indeseable en el proceso de obtención de gasolina y otros derivados del petróleo. 

Betún y asfalto se confunden frecuentemente para eliminar tal confusión la “AMERICAN SOCIETY”, estableció lo siguiente: 

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BETUNES: mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirogénico o, combinación de ambas.

ASFALTO: producto de aspecto de cemento de color pardo oscuro o negro, de consistencia sólida o semisólida.

También se denomina asfalto a la mezcla cruda de los betunes que tienen impurezas adheridas tales como cieno, arcilla, o material mineral. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados de petróleos y los naturales: 

1-Asfaltos Derivados de Petróleo: Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados de  petróleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo resultando de esto: Gases y gasolina, Kerosene y Diesel.  Representan más del 90 % de la producción total de asfaltos.  La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces  casi  en  su   totalidad.    Sin  embargo existen  algunos  petróleos  crudos,  que no contienen asfalto.  En base a la proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:  

-Petróleos crudos de base asfáltica. 

- Petróleos crudos de base parafínica.

2- Asfaltos Naturales:  Los asfaltos naturales provienen de un proceso natural de destilación del petróleo. Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a lagos de asfalto, como los de las islas Trinidad y Bermudas.   También aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominándose rocas asfálticas. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza.   Estos asfaltos pueden clasificarse como: Asfaltos Nativos, sólidos o semisólidos     

3.2.3 Clasificación y características de los asfaltos

La mayor  parte de  los asfaltos  producidos son utilizados de pavimentación,  destinándose una menor para aplicaciones industriales como impermeabilizantes, aislantes y otros .De acuerdo a su aplicación, los asfaltos pueden ser clasificados en dos grupos: a) Asfaltos para pavimentación.- Cementos asfálticos.- Asfaltos Cortados.- Emulsiones asfálticas.

b) Asfaltos industriales.- Asfaltos oxidados. 

Tipos de asfaltos

1-Asfaltos oxidados o soplados: Estos son asfaltos sometidos a un proceso de des hidrogenación y luego a un proceso de polimeración. A elevada temperatura se le hace pasar una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y adaptarlos a aplicaciones más especializadas. El proceso de oxidación produce en los asfaltos las siguientes modificaciones físicas: - Aumento del peso específico. Aumento de la viscosidad. 

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2-Asfaltos sólidos o duros: Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10. Además   de   sus   propiedades   aglutinantes   e   impermeabilizantes,   posee   características   de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes. 

3-Fluxante o aceite fluxante: Fracción   de   petróleo   relativamente   poco   volátil   que   puede emplearse  para  ablandar  al   asfalto  hasta   la   consistencia  deseada;   frecuentemente  se  emplea como   producto   básico   para   la   fabricación   de   materiales   asfálticos   para   revestimientos   de cubiertas. 

4-Asfaltos líquidos: También denominados asfaltos rebajados o cutbacks, son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo   de penetración,   cuyo   límite   máximo   es   300.  Asfalto de curado rápido:  cuando   el disolvente es del tipo de la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de curado rápido y se  designan con  las   letras  RC(Rapid Curing),   seguidos  por  un número  que   indica  el  grado  de viscosidad cinemática en centiestokes. Asfalto de curado medio:  si el disolvente es queroseno, se designa   con   las   letras  MC(Medium Curing),   seguidos   con  un número  que   indica  el  grado  de viscosidad   cinemática   medida   en   centiestokes.  Asfalto de curado lento: su disolvente   o fluidificante es aceite liviano, relativamente poco volátil y se designa por las letras SC(Slow Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes. Road oil: Fracción pesada del petróleo usualmente uno de los grados de asfalto líquido de curado lento(SC).

5-Asfaltos emulsificados: Emulsiones asfálticas:  Son   parte   de   los   asfaltos   líquidos.  Emulsión asfáltica inversa: emulsión asfáltica en  la  que  la   fase continua es  asfalto,  usualmente de tipo líquido,   y   la   fase   discontinua   está   constituida   por   diminutos   glóbulos   de   agua   en   porción relativamente pequeña.

Otros tipos:

Roca asfáltica: Roca porosa como arenisca o caliza, que se ha impregnado con asfalto natural a lo largo de su vida geológica.

Producto asfáltico de imprimación :   Asfalto   líquido   de   baja   viscosidad   que   penetra   en   una superficie no bituminosa cuando se aplica a ella. 

Pintura asfáltica : Producto asfáltico líquido que a veces contiene pequeñas cantidades de otros materiales como negro de humo, polvo de aluminio y pigmentos minerales. 

Ventajas del asfalto

1-Resistente al ataque químico y bacteriológico.  2-Se puede aplicar sobre cualquier superficie.  3-Evitan el proceso de destrucción del concreto armado, que por su naturaleza propia es poroso y generalmente tiene microfisuras. 4-Protegen el acero de refuerzo de la corrosión. 5-Totalmente impermeable al agua y vapores de la misma.   

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6-Las propiedades del material permiten que se adhiera o integre a la superficie impermeabilizada, evitando  que   se   levante  por   cambios   bruscos  de   temperatura  o  dilataciones  que   se  puedan presentar por diferentes motivos                3.2.4 Propiedades de los asfaltos y 3.2.5 Control de calidad de los asfaltos

El  asfalto  se  presenta  en una  amplia  variedad  de  tipos y  grados  normalizados.  Con el  fin  de conocer o controlar la cantidad de asfaltos, se someten a ensayos específicos, según las normas específicas de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). Los siguientes son algunos de esos ensayos de laboratorio, los realizados por RECOPE, para asegurar que se cumplan las normas nacionales. 

1-Penetración: El ensayo de penetración determina la dureza o consistencia relativa, midiendo la distancia   que   una   aguja   normalizada   penetra   verticalmente   a   una   muestra   de   asfalto   en condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. 

2-Viscosidad: La viscosidad de un asfalto es usualmente medida en un  viscosímetro capilar en una manera similar a la que se miden los aceites lubricantes.  

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El Ensayo Fraass: Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas  temperaturas. En este ensayo, una lámina metálica es recubierta con una capa de 0,5 mm de espesor de asfalto y es movida de una cierta manera.  La temperatura es gradualmente reducida,  y el  valor al  cual  se produce la rotura de la capa de asfalto se denomina Temp. Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con que se obtuvo el asfalto. 

3-Ensayo en horno de película delgada: Este ensayo se emplea para prever el endurecimiento que puede  esperarse se produzca en el asfalto durante las operaciones de mezclado. Esta tendencia al endurecimiento se mide por ensayos de penetración realizados antes y después del tratamiento en el horno. 

4-Contenido de humedad: Se coloca en una retorta de metal un volumen medido de asfalto que se  mezcla   perfectamente   con   un   disolvente   de   tipo   nafta.   La   retorta   está   provista   de   un condensador de reflujo y que descarga en un colector graduado. Se aplica calor a la retorta y el agua contenida en la muestra se recoge en el colector. 

Características de las mezclas de los asfaltos

1-Asfaltos Diluidos:   El  asfalto  puede  ser  mezclado  con una amplia  variedad de  fracciones  de destilación del petróleo para diferentes aplicaciones. Fracciones volátiles livianas  se utilizan para los asfaltos diluidos donde un secado rápido es requerido. Fracciones como kerosén o gas oil se utilizan donde se permite un tiempo de secado más prolongado. Fracciones pesadas son utilizadas donde un permanente ablandamiento es  requerido.   (Estas mezclas  son virtualmente  iguales a asfaltos muy blandos). Dos reglas generales se aplican para solventes con asfaltos:  

Cuando más "pesada" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución. Cuando más "aromática" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución. 

Para grados oxidados, solventes aromáticos deben ser utilizados inexorablemente, en orden para evitar alguna separación de fases.

2-Mezclas de Asfalto y Parafinas: La parafina puede ser adicionada al asfalto por dos propósitos: Para reducir  la viscosidad cuando este calienta y para reducir  la "pegajosidad" cuando este se enfría.

3-Mezclas de Asfaltos y Fillers:   Los   fillers   son   sustancias   finamente  divididas   las   cuales   son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en el,  como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. Usualmente sus sustancias minerales; materiales orgánicos tales como madera o corcho, raramente se utilizan. Típicos fillers minerales: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible pulverizada, talco, sílice, etc. El efecto general de la adicción de fillers es endurecer el asfalto. En términos prácticos significa que existirá una reducción en su deformación o fluencia producida por una carga, un incremento en su punto de ablandamiento, una reducción de su penetración.

4-Polvo de Asfalto: Solo asfaltos de baja penetración puede ser triturados para ser reducidos a polvo, usualmente a una partícula de tamaño de 0.5 mm o menos. 

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5-Pavimento Asfaltico: Los   pavimentos   asfálticos   son   aquellos   compuestos   de   una   capa   de superficie de áridos envueltos en aglomerados con betún asfáltico, con un espesor mínimo de 25mm. Los concretos asfálticos constituyen la clase superior de los pavimentos bituminosos. El concreto asfáltico mezclado en planta y  compactado en caliente  es  el  pavimento asfáltico de mejor calidad y se compone de una mezcla  de agregados gradados y  asfalto,  realizada a una temperatura aproximada de 150°C colocada y compactada en caliente.  El concreto asfáltico mezclado en vía, consiste en una o varias capas compactadas de una mezcla de   agregados  minerales,   asfalto   líquido,   producido   en   la   vía   por  medio   de   plantas   viajeras, motoniveladoras, arados  agrícolas  o  cualquier  otro  tipo capaz de  mezclar  agregados  y  asfalto sobre  la  superficie  de  la  vía.  Este tipo de concreto asfáltico se puede emplear como capa de rodamiento  para  tráfico  liviano y  mediano y como base  de  pavimentos  flexibles  para   tráficos mediano y pesado.  El control de calidad de pavimentos asfalticos se mide por el método conocido como “Estabilidad Marshall: 

El método Marshall es aplicable solo a mezclas en caliente con cementos asfálticos que contengan Agregados con tamaño máximo igual o inferior a 25 mm. El método puede usarse tanto para el diseño en laboratorio como en el control de terreno. Previo a la ejecución del método se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: 

- Los materiales a usar deben cumplir con las especificaciones del proyecto- La mezcla de agregados debe cumplir con las especificaciones granulométricas del proyecto - Se deben determinar las densidades reales secas de todos los agregados y las del asfalto para ser usados en el análisis de huecos de la mezcla.-El método utiliza probetas normalizadas de 2½" de altura por 4" de diámetro. Estas se preparan de acuerdo a un procedimiento específico de calentamiento, mezclado y compactación. Las dos características principales del método de diseño son el análisis densidad-huecos y el ensayo de fluencia y estabilidad de las probetas.

-La estabilidad de la probeta de ensaye es la carga máxima en Newton que esta alcanza a 60°C y la fluencia será la deformación, en décimas de milímetros, que ocurre desde el instante que se aplica la carga hasta lograr la carga máxima.  

Máquina de ensayo Marshall:

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Usos 1-Mantos Impermeabilizantes:  Fabricados   a   base   de   asfalto   de   óptima   calidad   y   polímeros plastómeros del etileno y propileno. Reforzados con lámina integral de fibra de vidrio, poliéster o celulósica;   lo  que  le  otorga  mayor   resistencia  a   los  esfuerzos.  Los  mantos   impermeabilizantes pueden ser aplicados sobre cualquier superficie y todo tipo de pendiente, no se descomponen ni se cristalizan y son fáciles de mantener y reparar. Existen modelos aplicables con llama de gas, en frío o de forma autoadhesiva.   2-Tejas Asfálticas:  Las   tejas   son   fáciles   de   instalar   sobre   cualquier   superficie   y   brindan   una excelente protección contra los elementos. De gran belleza y disponibles en una amplia variedad de colores y en   formato rectangular o hexagonal, las tejas se adhieren con llama a gas, lo que evita que se desprendan o levanten con el paso del tiempo.   3- Emulsiones Asfálticas Y Productos Líquidos: Existe una amplia gama de productos líquidos y emulsiones   fabricados  con  las  más estrictas  normas de calidad para  todas   las  aplicaciones  de impermeabilización, acabado, imprimación y sellado.  

En la construcción de pavimentos el asfalto puede cumplir las siguientes funciones:

- Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación. 

- Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos. Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo disminuir su espesor.

Esparcido del asfalto:

-Antes de comenzar la operación, debe hacerse una línea a lo largo del camino, que servirá de guía al conductor del camión distribuidor.

-Esta línea puede hacerse unos 2 pies afuera del área a asfaltarse y pueden usarse rocas de un tamaño más o menos uniforme.

-En las calles de la ciudad pueden usarse las cunetas o el encintado de la acera como guías.

-Los  operarios  del  distribuidor  deben  tener  cuidado en  igualar  el  encintado a   la  cuneta  y  no hacerlo más corto s superponerla.

-Es conveniente proteger la cuneta o el encintado de los derrames, o cubrirlo con una coraza o papel.

El largo de cada esparcido debe ser determinado antes de comenzar la faena de la aplicación del asfalto, de acuerdo con el número de camiones que transporta el agregado, que haya disponibles. Otro factor muy importante, que debe tenerse presente, es determinar los períodos de tiempo entre el esparcido del asfalto y el esparcido del agregado. De ninguna manera se esparcirá más asfalto que el que se quiera cubrir con agregado en menos de un minuto. Habrá también que 

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considerar, para el asentamiento del largo del esparcido, tanto la cantidad de tráfico a controlarse, como, el movimiento en las intersecciones con otros caminos.

Una vez  efectuados   todos   los  ajustes  y  chequeos  necesarios,   incluyendo el  calentamiento  del asfalto hasta que adquiera la viscosidad apropiada para esparcirla,  la aplicación en proporción correcta no debiera presentar problemas.

El conductor del distribuidor, sencillamente se limitará a mantener la velocidad preestablecida, de acuerdo con la  lectura del dial  del bitumeter.  El  chequeo de la cantidad de asfalto consumido deberá hacerse de cada trayecto. 

Transporte y almacenamiento : El   transporte  de  cemento asfalticos  puede efectuarse  en tambores  o  a  granel.  En  el  caso  de tambores se entrega está limitada a obras de pequeña envergadura.

El transporte a granel puede efectuarse en camiones o vagones ferroviarios, el más común es a través   de   camiones.   Tanto   el   transporte   como   el   almacenamiento   a   granel,   requieren calentamiento existiendo los siguientes procesos:

1. Serpentines calentados con vapor de agua.2. Serpentines calentados por circulación de aceite.3. Serpentines calentados por gases de combustión.

El   calentamiento   nunca   debe   efectuares   a   través   de   llama   directa   debiendo   usarse, preferentemente,   calentamiento   a   través   de   serpentines   al   interior   de   los  estanques.   En   las operaciones de carga y descarga de asfalto a granel, es necesario verificar si los estanques están suficientes limpios, a fin de eliminar cualquier grado de contaminación.