Ligantes Asfálticos Gonzalo A. Valdés Vidal Doctor en Infraestructuras del Transporte
Tecnología del Asfalto
Contenidos Conteni dos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos
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Contenidos Conteni dos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos
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Introducción ¿Qué ¿Qu é deb debe e re resis sistir tir un pa pavim vimen ento to asf asfált áltico ico?? Cargas del tránsito
Agentes climáticos
Deformación permanente d a d i l i " a r u d u s o d n a z i m i ! a
Agrietamiento por fatiga
Agrietamiento térmico
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Introducción ¿Qué ¿Qu é deb debe e re resis sistir tir un pa pavim vimen ento to asf asfált áltico ico?? Cargas del tránsito
Agentes climáticos
Deformación permanente d a d i l i " a r u d u s o d n a z i m i ! a
Agrietamiento por fatiga
Agrietamiento térmico
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Introducción Mate Ma teria riales les com compo ponen nente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltic icos os
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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico
$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante impermea"ilizante (uena ad%esión
#ridos
#ridos
$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee
#ridos
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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico
$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante
ad%esión $roporciona una íntima ligazón entre los áridos) capaz de resistir la (uena acción mecánica de las cargas de los &e%ículos.
#ridos
#ridos
#ridos
$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee
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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico
$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante impermea"ilizante
ad%esión $roporciona una íntima ligazón entre los áridos) capaz de resistir la (uena acción mecánica de las cargas de los &e%ículos.
$roporciona al pa&imento una acción eficaz contra la penetración del agua #ridos pro&eniente de las precipitaciones o del su"suelo por acción capilar capilar..
#ridos
$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee
#ridos
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Introducción Definición de igante Asfáltico Def. "ásica. aterial aglomerante compuesto de una mezcla de %idrocar"uros 'ue puede o"tenerse de *acimientos naturales o por destilación del petróleo. Def. $a&ement Interacti&e. +idrocar"uro café oscuro a negro) altamente &iscoso) producido del residuo de la destilación del petróleo. ,sta destilación puede ocurrir naturalmente) resultando en lagos de asfalto o ocurre en refinerías de petróleo. Def. Asp%alt Institute. Lí'uido &iscoso o sólido consistente en un mezcla de %idrocar"uros * sus deri&ados 'ue son solu"les en disulfuro de car"ono. aterial no-&olátil a temperatura am"iente 'ue se re"landece a medida 'ue es calentado. ,s considerado a menudo como un material &iscoelástico) 'ue se comporta como un sólido elástico a "aas temperaturas * como un lí'uido &iscoso a altas temperaturas /tras.... American 0ociet* of Testing and aterials 1A0T2) ,uropean Committee for 0tandarization) 3ormas locales) etc4
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Introducción !ropiedades físicas del ligante asfáltico Dura"ilidad
5esistencia a la degradación * en&eecimiento. Ad%esión * co%esión
Capacidad de mantener unida la estructura árido-ligante. 0uscepti"ilidad térmica
De"e entenderse 'ue es rele&ante 'ue un asfalto sea suscepti"le a la temperatura. De"e ser suficientemente fluido para 'ue pueda cu"rir las partículas de agregado durante el mezclado) para luego &ol&erse lo suficientemente &iscoso 1a temperatura am"iente2 para mantener unidas las partículas de agregado en la mezcla. ,ndurecimiento * en&eecimiento
Los asfaltos tienden a endurecerse durante el proceso de confección de la mezcla asfáltica) durante su construcción * durante su &ida de ser&icio) causado principalmente por el proceso de o!idación 1el asfalto com"inándose con el o!ígeno2) el cual ocurre más fácilmente a altas temperaturas * en películas delgadas de asfalto 1como la película 'ue cu"re la partícula de agregado2.
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Introducción "btención del asfalto para carreteras #$
!arte residual de los petróleos de base asfáltica$
%$
&n forma de afloraciones de asfalto$
'$
&s(uistos bituminosos o también llamados como rocas asfálticas$
¿)ual es la más utili*ada?
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Introducción !roceso de refinación + obtención de los ligantes asfálticos
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Características de los ligantes asfálticos )omposición (uímica del ligante asfáltico
La composición 'uímica e!acta de cada LA dependerá de su fuente * proceso de o"tención. 0in em"argo) se puede %a"lar de una composición general del LA. &lemento
,ango "bservado
)arbono
67 - 668
-idrógeno
6-998
A*ufre
:-;8
".igeno
: - 9)<8
/itrógeno
:-98 The Shell bitumen handbook, sixth edition
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Características de los ligantes asfálticos )omposición molecular del ligante asfáltico
Fracciones 0A,A D A D 1 , A
Asfaltenos 1<-7:82
0
,esinas
"
1=:-><82
Aromáticos
!
&
1=:-;<82
T
0aturados
1<-7:82
A
"
/
M
Fracciones genéricas SARA ,(saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos) Ada!tada de "asthauer et al #$$%
icroestructura del LA? 0istema coloidal consistente en micelas de asfaltenos dispersas en un medio oleico de "ao peso molecular 1altenos2
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Características de los ligantes asfálticos Microestructura del ligante asfáltico Aun'ue los constitu*entes moleculares del LA tiene características 'ue uegan un rol importante en las propiedades reológicas del LA) es la interacción entre éstos) es decir la IC5/,0T5@CT@5A la 'ue go"ierna su comportamiento reológico 15o"ertson) 992.
$or efecto de las altas temperaturas) parte de los aceites li&ianos &olatilizan) * por reacciones 'uímicas) se transforman en resinas. A la &ez) por o!idación) los maltenos se transforman en asfaltenos. $or tal moti&o el LA aumenta su dureza * pierde poder aglomerante.
De la proporción de los asfaltenos * los maltenos en el LA depende las propiedades de &iscoelasticidad.
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Características de los ligantes asfálticos )omportamiento reológico del ligante asfáltico La rigidez del LA es proporcional al tiempo 1&elocidad2 * magnitud de carga e in&ersamente proporcional a la temperatura. – Cuando se aplican cargas rápidas el LA es más duro. – Cuando la temperatura incrementa) el LA se a"landa.
Duro
Duro
2lando
2lando enta
,ápida
2a3a
&fecto de la carga
Alta
&fecto de la Temperatura
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Características de los ligantes asfálticos )omportamiento reológico del ligante asfáltico ,fecto de la temperatura en el comportamiento del LA. Sólido - elástico
Viscoelástico
Viscoso τ
ε
σ
ε 0ºC
4ºC
25ºC
t
γ 60ºC
135ºC
Compactación Clima frío
Temperatura intermedia
Clima cálido
mezclado bombeo
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Características de los ligantes asfálticos Modelo de comportamiento del ligante asfáltico
,fecto de la temperatura en el comportamiento del LA. T&/01"/&0 1
t4
t#
T
Tiempo de aplicación de carga D&F",MA)1"/&0
Deformación ba3o tensión constante
,ecuperación instantánea 5ecuperación gradual
&lasticidad instantánea
t#
t4
T
,espuesta elástica 52a3as T67
t4
Def$ permanente
t#
T
t4
t#
T
,espuesta viscosa 5T6 altas7
,espuesta viscoelástica 5T6 intermedias7
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Características de los ligantes asfálticos )omportamiento reológico del ligante asfáltico ,fecto de la temperatura en el comportamiento del LA. Sólido - elástico
Viscoelástico
Viscoso τ
ε
σ
ε 0ºC
4ºC
25ºC
t
γ 60ºC
135ºC
Compactación Clima frío
Temperatura intermedia
Clima cálido
mezclado bombeo
Dada la compleidad del LA) la caracterización de su comportamiento se %a realizado "ásicamente por medio de ensa*os simples) e&aluando parcial o indirectamente solo las propiedades del LA) generalmente a una temperatura esta"lecida.
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Características de los ligantes asfálticos )aracteri*ación del ligante asfáltico 8 ensa+os tradicionales
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Características de los ligantes asfálticos 0usceptibilidad térmica Def.? ,s la &ariación de consistencia 1&iscosidad2 ante cam"ios de temperatura.
3o todos los asfaltos presentan la misma &ariación de consistencia lo 'ue de"e ser considerado en la etapa de construcción * especialmente durante la &ida de ser&icio. 0e utilizan &arios parámetros para medir la 0uscepti"ilidad Térmica pero) el más utilizado mundialmente %a sido el 9ndice de !enetración. Bste parámetro proporciona un criterio de medida de la suscepti"ilidad del ligante para cam"iar su consistencia con la temperatura * de sus características reológicas. → $enetración a 7< C → $unto de re"landecimiento anillo * "ola
IP =
1952 – 500·log(Pen) - 20 TAyB 50·log(Pen) – TAyB - 120
&l 1! de los A utili*ados en carreteras suele estar entre :% + ;#
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Características de los ligantes asfálticos 1nterpretación del 9ndice de !enetración 1!<;# LA poco suscepti"les a la temperatura) con cierta elasticidad * ti!otropía encontrándose en estos &alores los "etunes modificados con polímeros) aun'ue tam"ién los "etunes o!idados con alto contenido de asfaltenos tienen esos &alores. 1! = :%>4 LA altamente suscepti"les a la temperatura) ricos en resinas * con comportamiento algo &iscoso. :%>4 = 1! =;# LA posee características reológicas * de fluo intermedias a los casos anteriores. La ma*oría de los asfaltos para pa&imentación poseen estas características.
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom •
Caracteriza los cementos asfálticos con&encionales desde el punto de &ista reológico 1suscepti"ilidad térmica2 a partir de cinco ensa*os. – $unto de fragilidad raass – $enetración – $unto de anillo * "ola 1a"landamiento2 – Viscosidad a"soluta a =:: mm %g) ;: C – Viscosidad cinemática a 9=<C
!ermite obtener las temperaturas de me*clado + compactación T6 de me*clado@ % !oises : T6 de compactación@ ' !oises
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Características de los ligantes asfálticos !$ Frass
5&B@ )A pen C4:#447 I$ E -:)= !$ !en$
!$ A2
T6 de )ompactación T6 de Me*clado
E$ Absoluta
E$ )inemática
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom
)omparación de )A de distinta penetración de un mismo crudo
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom
)omparación de varios )A de penetración #44 dmm de diferentes crudos
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de Ean der !oel •
$ermite predecir la propiedad de módulo de rigidez de los LA para un amplio rango de temperaturas * tiempos de carga) a partir de los siguientes ensa*os? – $enetración – $unto de anillo * "ola 1a"landamiento2
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Características de los ligantes asfálticos /omograma de Ean der !oel 8 predicción del módulo de rigide* del A
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Características de los ligantes asfálticos &nve3ecimiento del A • •
•
,s la modificación de las propiedades reológicas * 'uímicas 'ue sufren los LA a tra&és del tiempo por un proceso natural. La principal causa del en&eecimiento es la o!idación de las moléculas de %idrocar"uros. /tra causa importante es la e&aporación de los componentes más &olátiles del LA. ,stos procesos de en&eecimiento se aceleran cuando el LA está sometido a altas temperaturas. 0e caracteriza por un incremento de la &iscosidad del LA 'ue produce un endurecimiento * fragilización del LA en el tiempo.
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Características de los ligantes asfálticos &nve3ecimiento del A Ligante sfáltico
!n"e#ece
. o.idación
Viscoelástico
Sólido - elástico
$igidiza Viscoso τ
ε
σ
0ºC
4ºC
γ
t
ε 25ºC
60ºC
135ºC
&nve3ecimiento Compactación Clima frío
Temperatura intermedia
Fisuración Térmica
mezclado bombeo
Clima cálido
Agrietamiento por Fatiga
Dao por -umedad
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Características de los ligantes asfálticos &fecto de la ".idación 5&nve3ecimiento7 sobre la microestructura del A
".idación
!roceso Asociativo AromáGcos H ,esinas H Asfaltenos
Asfaltenos Aromáticos
Cetonas 0ulfo!idos #cidos car"o!ílicos An%idridos
!olaridad del sistema
0olubles en agua
Agregación de asfaltenos
Debilitan la película de ligante (ue cubre agregados
AdIesividad Desprendimiento
Tamao !eso
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Características de los ligantes asfálticos &nve3ecimiento de A Técnicas para reducir el enve3ecimiento a!imizar el espesor del film asfáltico a tra&és del aumento del contenido asfáltico) la adecuada graduación granulométrica * selección de agregados. Compactar la mezcla para un porcentae de &acíos má!imo del orden 68. DiseFar mezclas con granulometrías densas de agregados resistentes a la %umedad. @so de mezclas ti"ias.
&nve3ecimiento primario corto pla*o
Incorporación de filler en la granulometría de los agregados. Adición de antio!idantes.
,&DJ)1, "K1DA)1L/ D1,&)TA " 1/D1,&)TAM&/T&
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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de ligantes asfálticos
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Tipos de ligantes asfálticos Algunas empresas productoras 5proveedoras7 de A en )Iile
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Tipos de ligantes asfálticos Formas de utili*ar los ligantes asfálticos ,l asfalto para pa&imentación 1cemento asfáltico2 'ue a temperatura atmosférica es semisólido * altamente &iscoso) de"e ser lle&ado temporalmente a una condición fluida) para poder manipularlo durante las operaciones de construcción) como el "om"eo a tra&és de caFerías) transporte en tan'ues) distri"ución a tra&és de rociadores * el mezclado con el agregado pétreo. Cuando las operaciones de construcción del pa&imento terminan) el cemento asfáltico se &uel&e a su condición normal * funciona como el agente cementante o ligante) e impermea"ilizante 'ue %ace al pa&imento esta"le * dura"le.
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Tipos de ligantes asfálticos Formas de utili*ar los ligantes asfálticos ,l cemento asfáltico puede es lle&ado normalmente a esta condición fluida 1lí'uido2 para las operaciones de construcción) de tres maneras? 9.
undiéndolo 1Cementos asfálticos2
7.
Dilu*éndolo en sol&entes de petróleo seleccionados 1Asfaltos cortados2
=.
,mulsificándolo con agua 1,mulsiones asfálticas2
a función del fluidificante es la de permitir la traba3abilidad del ligante a menores temperaturas$
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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de cementos asfálticos
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos Los cementos asfálticos se designan por las letras CA * son asfaltos refinados o una com"inación de asfalto refinado * aceite fluidificante 'ue otorga la consistencia apropiada para tra"aos de pa&imentación. Los cementos asfálticos se pueden clasificar por diferentes formas? – $or Grado de Viscosidad /riginal 1C%ile2 – $or Grado de $enetración – $or Grado de DesempeFo 1@0A2 0us uso se especifica por zona climática 1temperatura de ser&icio2 * función dentro de la estructura de pa&imento
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos 8 clasificados por grado de viscosidad ,l ensa*o de &iscosidad permite medir las características reológicas del ligante asfáltico) siendo esta una propiedad intrínseca del material. • •
,? CA 7> 1Clima cálido - templado2. Viscosidad a"soluta original a ;: C * =:: mm +g) de"e ser ma*or o igual a 7>:: poises. ,? CA 9> 1Clima frío2. Viscosidad a"soluta original a ;: C * =:: mm +g) de"e ser ma*or o igual a 9>:: poises.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos 8 clasificados por grado de penetración Los CA se clasifican segHn su dureza o consistencia a 7< C) 'ue se mide mediante el ensa*o de penetración) e!presados en 99: mm) &alor 'ue es in&erso a la dureza.
Los CA mas comHnmente utilizados son los siguientes? – CA >:-<: – CA ;:-6: – CA 6:-9:: – CA 97:-9<:
as dos cifras indican un rango mínimo + má.imo de penetración de un determinado cemento asfáltico
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos 8 clasificados por grado de desempeo ! ,specifica ligantes en "ase al clima * en la temperatura pre&ista en el pa&imento. Las propiedades físicas e!igidas se mantienen sin cam"ios) pero se cam"ia la temperatura para la cual el ligante de"e cumplir esas propiedades 1a%uellamiento) agrietamiento por fatiga * agrietamiento térmico2. ,. $G ;>-77. ,l primer nHmero 1;>2 es el Jgrado de alta temperaturaK significa 'ue el ligante posee propiedades físicas adecuadas al menos %asta los ;> C 1alta temperatura del pa&imento correspondiente al clima en el 'ue el ligante estará en ser&icio2. ,l segundo numero) -77) es el Jgrado de "aa temperaturaK * significa 'ue el ligante posee propiedades físicas adecuadas %asta al menos los -77 C.
PG 64 - 22 Grado de Performance
Temperatura Min. el Pavimento
Promedio de los 7-días máx. temperatura del pavimento
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos 8 clasificados por grado de desempeo ! !ara el uso de los grados ! de la especificación 0J!&,!AE&> es necesario tener un mapa con las condiciones climáticas de los sectores donde se utili*ará cada )A os valores KK e RR se deben determinar en base a registros Iistóricos de temperatura considerando un factor de confiabilidad
Nonificación 0J!&,!AE& de )Iile : OCP confiabilidad
0egovia> %4#
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados Técnica utilizada para meorar la calidad de los CA utilizados en pa&imentación. Consiste en la adición de modificadores 1polímeros generalmente2 a los CA con&encionales con el fin de meorar las siguientes propiedades? • le!i"ilidad • Dura"ilidad • Ad%erencia • Disminución de la suscepti"ilidad térmica • eor comportamiento frente a la aplicación de cargas estáticas • Disminución de las deformaciones plásticas permanentes • Aumento de la resistencia a fatiga. /ecesidad de me3orar el desempeo de los pavimentos asfálticos en *onas de temperaturas e.tremas> altos volSmenes de tráfico> altas cargas de tráfico> *onas críticas para reducir frecuencias de mantención 5pea3es> *onas de detención> curvas lentas7
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados 8 tipos de agentes modificadores
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros Los polímeros son sustancias de alto peso molecular. 3o todos los polímeros son compati"les con el asfalto) los mas utilizados son los plastómeros * elastómeros. • ,lastómeros. ,l proceso es re&ersi"le) &uel&e a su posición original después de estirarlos) es decir) son elásticos. • 0(0 1,stireno-(utadieno-,stireno2 es uno de los polímeros más utilizados de"ido a su "uen comportamiento durante su &ida Htil. • $lastómeros. Al estirarlos so"repasan el esfuerzo o tensión de fluencia) proceso irre&ersi"le al cesar el esfuerzo realizado. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros ,lastómeros termoplásticos ,structuras formadas por "lo'ues unidos entre si por cadenas 'ue forman redes tridimensionales. •
(lo'ue? aporta con la resistencia. Cadena? aporta elasticidad. $unto de fusión so"re 9::C) a esta temperatura las cadenas se disocian) "ao punto de fusión) las cadenas * estructuras tridimensionales se rearman.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros ,lastómeros termoplásticos ,s importante destacar 'ue la adición del polímero no de"e afectar negati&amente el comportamiento del ligante a otras temperaturas. ,n el gráfico se o"ser&a el comportamiento de un asfalto modificado con M8 0(0 &s >:;: * su nomograma de +euNelom •
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros •
,lastómeros termoplásticos
• 0on polímeros 'ue al calor se
funden * al enfriarse se rigidizan. • 0e utilizan a'uellos 'ue tiene un
punto de fusión por so"re el punto de fusión del CA de manera de aumentar la &iscosidad del CA a ma*or temperatura * pre&enir la deformación permanente.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros ,lastómeros termoplásticos 0e utilizan en? mezclas drenantes 1proporcionar "uena ad%erencia2) microaglomerados discontinuos en caliente 1poco espesor2) mezclas en caliente donde el pa&imentos re'uiera soportar altas cargas) alto tránsito &e%icular *o condiciones climáticas ad&ersas 1fuertes gradientes térmicos2. •
Las propiedades del asfalto modificado con polímero son? • • • • • •
a*or rango de plasticidad 1diferencia entre el punto de a"landamiento * el índice de raass2. a*or co%esión. eor respuesta elástica. a*or resistencia a la acción del agua. a*or resistencia al en&eecimiento. a*or resistencia a fatiga.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros •
,fecto del cemento asfáltico modificado con polímeros
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros •
,fecto del cemento asfáltico modificado con polímeros
Trata de acercarse al ligante ideal$
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polímeros ,fecto del cemento asfáltico modificado con polímeros ,l principal efecto del polímero en el asfalto es el cam"io en la relación Viscosidad O Temperatura) permitiendo tener una menor suscepti"ilidad térmica) meorando su comportamiento tanto a "aas como altas temperaturas. • A "aas temperaturas meora la elasticidad e&itando fisuraciones. • A altas temperaturas aumenta la &iscosidad) e&itando deformaciones. •
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos multigrado • • • • •
,s un asfalto modificado 'uímicamente) sin polímero. DiseFado para aumentar la resistencia al a%uellamientos * la fatiga en superficies de rodadura de pa&imentos asfálticos. ,s un producto termoplástico 'ue posee una relación &iscosidad temperatura meorada. Com"ina &entaas de CA de alta &iscosidad a ele&adas temperaturas * CA de "aa &iscosidad para "aas temperaturas 1"aa suscepti"ilidad térmica2. Alternati&a mas económica a los CA modificados con polímeros * pro&ee meores prestaciones 'ue los CA tradicionales) resultando en pa&imentos de ma*or &ida Htil.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polvo de neumático •
La incorporación del pol&o de neumático en mezclas asfálticas %a sido aceptada %ace algunas décadas en &arios países.
•
0u efecto es ma*oritariamente incrementar la &iscosidad del ligante.
•
3o poseen estructuras polimerizadas * entrecruzadas como en el caso de los elastómeros termoplásticos.
•
/"tenido principalmente de 3@ 1neumático fuera de uso2. Los resultados o"tenidos %an sido de moderados a "uenos en el desempeFos de los pa&imentos asfálticos. ,ntrega meoras en propiedades mecánicas e incremento de &ida Htil en el pa&imento) ma*or elasticidad * resistencia a la fatiga.
• •
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con polvo de neumático La incorporación del pol&o de neumático en los CA se "asa en el proceso en %Hmedo. ,s mezclado directamente con el ligante 1asfalto-cauc%o2) 'ue se utiliza de igual forma 'ue un ligante modificado. ,l porcentae de pol&o de neumático utilizado está entre 9>8 * 7:8 respecto al peso total de la mezcla asfalto-cauc%o.
!roceso ISmedo$ Modifica el )A
!roceso 0eco$ &n la me*cla como agregado 5#:UP sVa7
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos reductores de viscosidad Aditi&os como ceras naturales o sintéticas so"re cu*o punto de fusión reduce significati&amente la &iscosidad del asfalto permitiendo reducir %asta en =:C las temperaturas de mezcla * compactación con la consiguiente reducción del consumo energético) costo de producción * emisiones al medio am"iente. (ao el punto de fusión del aditi&o) aumenta la &iscosidad del asfalto reduciendo el potencial de daFo por deformación permanente.
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos me3oradores de adIesión 5anti: stripping7 Aditi&os como cal o amidas 'ue permiten meorar la respuesta de las mezclas asfálticas ante el daFo por %umedad.
5iang> %4#7
AdIesión del )A en el momento de me*cla
5iang> %4#7
Despla*amiento + desprendimiento del )A en presencia de Iumedad
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos me3oradores de adIesión 5anti: stripping7 Aditi&os como cal o amidas 'ue permiten meorar la respuesta de las mezclas asfálticas ante el daFo por %umedad. Menor adIesión
Ma+or adIesión
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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos fuel:resisting • •
DiseFados para resistir el ata'ue de com"usti"les. 1%asta ;: &eces2 0u aplicación se relaciona con pa&imentos para aeropuertos o a'uellos 'ue se &en e!puestos cotidianamente al ata'ue de estos agentes.
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Tipos de ligantes asfálticos Aditivos vs propiedad deseada a me3orar
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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de asfaltos cortados o diluidos
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Tipos de ligantes asfálticos Asfaltos cortados o diluidos ,s un ligante asfáltico lí'uido compuesto por un CA mas un sol&ente &olátil o"tenido del refinado o destilación del petróleo. ,l sol&ente puede ser "encina) Nerosene o aceite. Los %a* de curado rápido 15C2) medio 1C2 * lento 10C2 segHn la &elocidad de e&aporación del sol&ente. 0u finalidad es o"tener un producto más fluido 'ue puede ser aplicado a temperaturas más "aas 'ue las aplicadas al CA original. @na &ez ela"orada la mezcla) el sol&ente se e&apora) deando el residuo asfáltico 'ue en&uel&e * co%esiona las partículas de agregado.
-o+ en día prácticamente no se utili*an debido a su alto grado de contaminación$ as emulsiones asfálticas Ian reempla*ado sus funciones$
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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de ligantes asfálticos
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas ,s un ligante asfáltico lí'uido compuesto por dos fases? cemento asfáltico * agua. La esta"ilidad se logra a tra&és de un agente emulgente) generalmente de "ase a"onosa o solución alcalina) el cual mantiene esta"le el sistema de las fases continua 'ue es el agua * la discontinua constituida por pe'ueFos gló"ulos de asfalto en suspensión de tamaFa entre 9 * 9: micrones. ,l principio de su fa"ricación es "aar la &iscosidad del LA para %acerlo tra"aa"le a menor temperatura 16:C2.
/o producen contaminación +a (ue el veIículo solvente (ue se evapora es agua> ra*ón por la cual los a sfaltos cortados Ian ido desapareciendo$
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas 5producción7 'roducci&n de emulsi&n asfáltica
os agentes emulgentes forman una película protectora en los glóbulos de a sfaltos estableciéndoles de una determinada polaridad$
Ti!os de emulsi&n asfáltica
&mulsiones Asfálticas )atiónicas De carga positiva + afines a áridos de carga negativa como los de origen cuar*oso o silíceo> (ue son los (ue más abundan en )Iile$ &mulsiones Asfálticas Aniónicas De carga negativa afines a áridos de carga positiva como los de origen cali*o$
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas @na &ez %ec%a la mezcla con áridos) se espera 'ue el agua se e&apore * solo 'uede el residuo LA cu"riendo las partículas de agregado. A este proceso se le llama curado) * su inicio se denomina 'uie"re. ,l 'uie"re de la emulsión se produce cuando se pone en contacto la emulsión con el agregado * se produce un dese'uili"rio eléctrico 'ue rompe la emulsión lle&ando a las partículas de CA a unirse a la superficie del agregado) * el agua flu*e * se e&apora. ,!isten emulsificadores 'ue permiten 'ue el J'uie"reK sea instantáneo * otros mas poderosos 'ue retardan este fenómeno.
&l color de la emulsión es de café antes del (uiebre + luego de color negro$
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas catiónicas Dependiendo de su &elocidad de 'uie"re) se clasifican en emulsiones de 'uie"re rápido) 'uie"re medio * 'uie"re lento. • • •
Catiónicas de Puie"re 5ápido 1Cationic 5apid 0etting2? C50-9 * C50-7. Catiónicas de Puie"re edio 1Cationic edium 0etting2? C0-9) C0-7 * C0-7%. Catiónicas de Puie"re Lento 1Cationic 0loQ 0etting2? C00-9 ) C00-9%. ,l 9 o 7 indica el grado de &iscosidad de la emulsión. 0i el residuo asfáltico de las emulsiones medias * lentas es de penetración >:-: dmm se le agrega la letra J%K
&n )Iile las emulsiones más utili*adas son las )atiónicas
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas aniónicas Dependiendo de su &elocidad de 'uie"re) se clasifican en emulsiones de 'uie"re rápido) 'uie"re medio * 'uie"re lento. • • •
Puie"re 5ápido 15apid 0etting2? 50-9 * 50-7. Puie"re edio 1edium 0etting2? 0-9) 0-7 * 0-7%. Puie"re Lento 10loQ 0etting2? 00-9 ) 00-9%. ,l 9 o 7 indica el grado de &iscosidad de la emulsión. 0i el residuo asfáltico de las emulsiones medias * lentas es de penetración >:-: dmm se le agrega la letra J%K
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas de (uiebre controlado ,!isten operaciones en terreno donde el 'uie"re de la emulsión es fundamental para una "uena eecución 1e.? lec%adas asfálticas2. $ara cumplir con ello) se le adicionan aditi&os 'ue regulan el 'uie"re. Los ensa*os * re'uisitos para estas emulsiones son los mismos 'ue para una emulsión C00-9%) C00-9) 00-9% * 00-9) solo cam"ia el tiempo de 'uie"re.
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas imprimantes ,specialmente diseFadas para realizar imprimación de materiales de "ases compactadas * esta"ilizadas. • $enetra en las "ases granulares en forma similar a los asfaltos cortados) permitiendo además una "uena ad%erencia con la capa asfáltica. • La penetración e!igida para una emulsión imprimante de"erá ser R = mm.
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas modificadas con polímeros 0e utilizan cuando se desea un ligante asfáltico con una ma*or fle!i"ilidad. • ,stas emulsiones presentan una e!celente ad%esi&idad frente a todo tipo de áridos * "uena elasticidad a "aas * altas temperaturas . • $or tanto) disminu*en los riesgos de fisuración en épocas frías * de e!udación en épocas de calor 1aumenta el rango de temperaturas de ser&icio2. • 0e %a desarrollado emulsiones de 'uie"re rápido modificadas con polímeros) principalmente para su uso en Tratamientos 0uperficiales 1C50-7e 2. • Tam"ién) emulsiones de 'uie"re lento modificadas con polímeros para su uso en Lec%adas Asfálticas 1C00-9% e2. • S) emulsiones de 'uie"re controlado modificadas con polímeros para icroaglomerados en río.
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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas sintéticas de color ,sta tecnología se consigue a partir de un producto sintético transparente en reemplazo del cemento asfáltico con&encional) mezclado con pigmentos 'ue le otorgan el color. • ,stas emulsiones se pueden mezclar con áridos de diferentes granulometrías dando origen a los pa&imentos de color. • ,l desarrollo de pa&imentos de color están a&alados por criterios de seguridad &ial * medioam"ientales. • ,stas emulsiones son utilizadas en la fa"ricación de lec%adas cuando la aplicación es realizada en zonas ur"anas de "ao tráfico. • ,n zonas de ma*or e!igencias) como a&enidas * carreteras) en micropa&imentos en frío.
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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de ligantes asfálticos
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Tipos de ligantes asfálticos Asfaltos soplados Cuando el residuo de refinería es mu* li&iano) se modifican sus propiedades a tra&és de un proceso de in*ección de aire a alta temperatura. • ,ste proceso acti&a la o!idación del LA) la &aporización * des%idrogenización) modificando la proporción de fracciones 0A5A * la microestructura del LA. • La consecuencia fundamental es una rigidización del LA. • 0u uso es más "ien industrial teas) mem"ranas de sello) sellante de estan'ue entre otras.
)omSnmente estos asfaltos se conocen también como asfaltos o.idados$
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Contenidos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos La clasificación de los cementos asfálticos despende de las normati&as propias de los países. • Las más frecuentes son las clasificaciones por &iscosidad * penetración. • La clasificación por grado de desempeFo 1$G2 propuesta por 0@$,5$AV, está comenzando a ser mu* utilizada por las &entaas conceptuales 'ue entrega. Tiene el incon&eniente de 'ue esta clasificación re'uiere de e'uipamiento costoso * personal mu* calificado. &n )Iile> la clasificación vigente para )A convencionales es por viscosidad desde el %44> antes de lo cual la clasificación era por penetración$
)A #U )A %U
#U44 = viscosidad a W4X) = %U44 5!oises7 viscosidad a W4X) < %U44 5!oises7
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos
Eariación de viscosidad con temperatura de dos cementos asfálticos graduados por penetración$
Eariación de viscosidad con temperatura de dos cementos asfálticos graduados por viscosidad$
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos )omo la clasificación tradicional por del )A se reali*a a una sola temperatura> + el )A es susceptible a la temperatura> para especificar el material acorde a las necesidades particulares de un pro+ecto es necesario complementar la clasificación con una serie de e.igencias respecto de propiedades deseable en rangos aceptable$ &stos re(uerimientos constitu+en la &specificaciones Técnicas del material$
Sólido - elástico
Viscoelástico
Viscoso τ
ε
σ
ε 0ºC
4ºC
25ºC
t
γ 60ºC
135ºC
Compactación Clima frío
Temperatura intermedia
Clima cálido
mezclado bombeo
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Clasificación de los ligantes asfálticos )aracteri*ación del ligante asfáltico 8 ensa+os tradicionales
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos tradicionales por viscosidad
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos modificados con polímero
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos multigrado
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos cortados o diluidos
&l nSmero indica el grado de viscosidad cinemática medida en centistoes$
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de emulsiones asfálticas
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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de emulsiones asfálticas especiales
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Contenidos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos
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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación Los ligantes asfalticos se utilizan en? • 5iegos Asfálticos • Capas Asfálticas de $rotección • Capas Asfálticas ,structurales • Capas Asfálticas ,speciales
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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación ,iegos asfálticos Tipo de igante
igante
1mprimación
1mprimación refor*ada
Asfaltos )ortados
M):'4
K
K
M):Y4
K
K
&mulsiones Asfálticas
&mulsiones Asfálticas &speciales
,iego de iga 5Tac )oat7
,iego /eblina
0ello /egro 5Fog 0eal7
Matapolvo
)00:#> 00:#
K
K
K
K
)00:#I> 00:#I
K
K
K
K
,):%4
K
),0:%
K
),0:#
&mulsión 1mprimante &mulsión asfáltica para riego de liga
K
K K
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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación )apas asfálticas de protección Tipo de igante
igante
0ello 2ituminoso
ecIada Asfáltica
Microaglomerado en Frío
Tratamiento 0uperficial 0imple
Doble
MSltiple
)ementos Asfálticos
)A #%4V#4
K
K
K
K
)A %44V'44
K
K
K
K
&mulsiones
),0:%
K
K
K
K
),0:#
K
K
K
K
K
K
K
)00:#> 00:#
K
)00:#I> 00:#I
K
De (uiebre controlado
K
&mulsiones modificadas con polímeros
De (uiebre rápido
&mulsiones sintéticas
K
De (uiebre lento
K
De (uiebre controlado
K
K
)on color
K
K
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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación )apas asfálticas estructurales Tipo de igante
igante
)arpeta Asfáltica de ,odado
)arpeta 1ntermedia o 2inder
)apa 2ase Asfáltica ruesa
)apa 2ase Asfáltica Abierta
)ementos Asfálticos "riginales
)A %U
K
K
K
K
)A #U
K
K
K
K
)ementos Asfálticos Modificados
)A W4VC4 &
K
K
K
K
)A C4V#44 &
K
K
K
K
)A Multigrado
K
.
K
K
Asfalto )aucIo
K
)ementos Asfálticos Modificados con )aucIo