clase materiales asfálticos-parte1

MATERIALES ASFÁLTICOS

Parte I

Ing. Maylin Corros B.

PETRÓLEO(Latín: petra-oleum: aceite de piedra)

Aceite mineral localizado en el subsuelo, de consistencia viscosa. Mezcla de

compuestos de hidrógeno, carbono y contenidos variables de azufre, nitrógeno

y oxígeno.

CRUDO: Petróleo EXTRAÍDO del subsuelo sin que se le haya aplicado transformación alguna

PETRÓLEO

FORMACIÓNTeoría mas aceptada:

El aceite Proviene de la descomposición de grandes masas de animales y plantas -en su mayoría habitantes de mares desaparecidos - que al morir

se acumularon en el fondo y con el tiempo fueron cubiertos por sedimentos que -por cambios de presión y temperatura - fueron transformados en roca

sedimentaria (cuencas sedimentarias) en cuyos poros se aloja dicho aceite.

HIDROCARBUROS PESADOS Y BITUMINOSOS: SON MAS VISCOSOS. YACIMIENTOS “CERCANOS” A LA SUPERFICIE (VENEZUELA: 1.000 -1.500 m. DE PROFUNDIDAD - FAJA DEL ORINOCO-).

HIDROCARBUROS LIVIANOS: YACIMIENTOS PROFUNDOS (VENEZUELA: 6.000 -10.000 m. DE PROFUNDIDAD)

Fuente: Montiel O., L. Guía para Estudiantes Sobre Petróleo y Gas. Editorial Arte. Caracas, Venezuela (1999).

PETRÓLEO(Latín: petra-oleum: aceite de piedra)

OTROS HIDROCARBUROS QUE ACOMPAÑAN AL PETRÓLEO DURANTE SU EXTRACCIÓN :

• Betún Natural (En estado líquido en el yacimiento pero en la superficie por la pérdida de los componentes mas livianos y volátiles se convierte en un coloide gelatinoso (tipo gel) con apariencia sólida).

• Hidrocarburos condensados (estado gaseoso en el yacimiento pero en la superficie son líquidos tipo gasolina natural, se confunden con el petróleo liviano)

IMPORTANCIA

DEL

PETRÓLEO

Productos Combustibles y Petroquímicos!!!

MATERIALES ASFÁLTICOS

ASFALTO

Material cementante de consistencia sólida, semi-sólida o líquida (dependiendo de la temperatura), compuesto principalmente de bitumen (mezcla de hidrocarburos+derivados gaseosos, líquidos, sólidos, semi-sólidos).

Es obtenido como residuo en la refinación del petróleo o en forma natural.

Es totalmente soluble en bisulfuro de carbono.

MATERIALES ASFÁLTICOS

¿ POR QUÉ ASFALTOS ?

1. Son cementantes.

2. Se adhieren fácilmente.

3. Son impermeables y muy durables.

4. Imparten flexibilidad a la mezcla.

5. Son altamente resistentes a la acción de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales.

6. Son sólidos o semi-sólidos a temperatura ambiente pero a altas temperaturas alcanzan elevados grados de fluidez.

CONSTITUCIÓN QUÍMICA DEL

BITUMEN

HH

H H

C

C: CARBONO

H: HIDRÓGENO

Carbono

HidrógenoNitrógeno

OxígenoAzufre

CONSTITUCIÓN QUÍMICA DEL

BITUMEN (HIDROCARBURO)

Carbono: 82 – 86%

Hidrógeno: 1-11%

Azufre: 0-6%

Oxígeno: 0-1,5%

Nitrógeno: 0-1%

ESTRUCTURA COLOIDAL DEL BITUMEN

ESTRUCTURA COLOIDAL DEL BITUMEN

COLOIDE

(Raíz griega: kolas. Significa: que puede pegarse):

SISTEMA CONSTITUIDO POR UN MEDIO DE DISPERSIÓN (O FASE CONTINUA) Y UNA FASE DISPERSA MUY SUB-DIVIDIDA (tamaño partícula 10 a 1000 Aº)* EN SUSPENSIÓN EN EL MEDIO DE DISPERSIÓN.

SISTEMAS COLOIDALES:

1. Tipo Sol

2. Tipo Gel

(*): ºA = Angstrom

1Aº = 10-10 m.

PARTÍCULA = MICELA

SISTEMA COLOIDAL

Tipo Sol

• Los componentes de la fase dispersa (micelas) se encuentran en equilibrio por compensación de fuerzas de atracción y repulsión.

• El sistema tipo sol se comporta como un líquido simple.

SISTEMA COLOIDAL

Tipo GEL(GEL: del latín gelu - frío, helado o gelatus - congelado, inmóvil)

La fase continua es sólida y la discontinua es líquida.

La estructura interna se produce por la unión entre partículas (micelas) de la fase dispersa las cuales ocupan posiciones fijas en el medio de dispersión.

Presentan una densidad similar a los líquidos, sin embargo su estructura se asemeja más a la de un sólido. El ejemplo más común de gel es la gelatina comestible.

Ciertos geles presentan la PROPIEDAD DE TIXOTROPÍA (capacidad de pasar de un estado coloidal a otro, es decir, permanecen fluidos cuando son agitados y se solidifican cuando permanecen inmóviles).

Pfeiffer y colaboradores (1940):

BETUNES = SISTEMAS COLOIDALES

BETUNES = CONSTITUIDOS POR MICELAS DE ASFALTENOS (hidrocarburos de alto Peso Molecular) dispersos en los

MALTENOS (Hidrocarburos de bajo Peso Molecular).

Los Asfaltenos tienen adsorbida una capa de hidrocarburos aromáticos al alto Peso Molecular denominados RESINAS

(Agentes estabilizantes o protectores de micelas).

POSTULADOS DE LA TEORÍA DE PFEIFFER:

1. BETUN TIPO SOL: la cantidad de resinas y compuestos aromáticos son suficientes para saturar la capacidad de adsorción de los asfaltenos, éstos se comportan como unidades individuales.

BETUNES TIPO SOL =

PROVENIENTES DE CRUDOS DE BASE ASFÁLTICA.

2. BETUN TIPO GEL: el contenido de resinas y compuestos aromáticos es bajo respecto a la capacidad de adsorción de los asfaltenos, éstos se atraen mutuamente, originando puntos de unión que conducen a una estructura gelificada.

BETUNES TIPO GEL =

PROVENIENTES DE CRUDOS DE BASE MIXTA

REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA ESTRUCTURA

COLOIDAL DE LOS ASFALTOS

ESTRUCTURA TIPO SOL

ESTRUCTURA TIPO GEL

Fuente Imágenes: AGNUSDEI, JORGE. CURSO SOBRE MATERIALES ASFÁLTICOS. PRIMERA PARTE, ARGENTINA (2001)

EL PASO DEL ESTADO SOL AL GEL IMPLICA UN AUMENTO DE

CONSISTENCIA!!!!!

CLASIFICACIÓN DEL PETRÓLEO

CLASIFICACIÓN DE LOS PETRÓLEOSFuente: AGNUSDEI, JORGE. CURSO SOBRE MATERIALES ASFÁLTICOS.

PRIMERA PARTE, ARGENTINA (2001)

141,5Peso Específicoa 60ºF (15,5ºC)

- 131,5=º API

º API % BETUN

º API % BETUN

GRADO API: American Petroleum Institute (Cantidad de crudo)

Referencia: º API del AGUA = 10

MATERIALES ASFÁLTICOS

COMPOSICIÓN DE LOS DIFERENTES CRUDOS VENEZOLANOS Y GRAVEDAD API

GRADO API: American Petroleum Institute (Cantidad de crudo)

Mientras menor API, mayor

contenido de asfalto para

pavimentación CORREDOR M., G. Apuntes de Pavimentos. Volumen II. Universidades Santa María y Católica Andrés Bello. Caracas. Venezuela (2004).

CLASIFICACIÓN DE ASFALTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

MATERIALES ASFÁLTICOS

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

CORREDOR M., G. Apuntes de Pavimentos. Volumen II. Universidades Santa María y Católica Andrés Bello. Caracas. Venezuela (2004).

(*): ALQUITRÁN:

BETÚN OBTENIDO DE LA

DESTILACIÓN DE CARBONES

FÓSILES, MADERAS U OTRAS

SUSTANCIAS ORGÁNICAS

BREA: BETÚN SÓLIDO O SEMI-

SÓLIDO OBTENIDO DE LA

DESTILACIÓN DEL ALQUITRÁN (SU CONSISTENCIA

DISMINUYE CON LA TEMPERATURA)

*

CLASIFICACIÓN DE ASFALTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

BASE ASFÁLTICA. Contiene:

Cantidad apreciable de asfalto.

Trazos (o nada) de parafina sólida.

Predominan hidrocarburos nafténicos.

BASE PARAFÍNICA. Contiene:

No contienen asfalto.

Contiene cantidades apreciables de parafina sólida ó cera (10-25%).

Predominan hidrocarburos parafínicos.

BASE MIXTA. Contiene:

Cantidad moderada de asfalto.

Cantidad moderada de parafina sólida (0,5-10%).

Presentan hidrocarburos nafténicos, parafínicos y cierta proporción de aromáticos.

CLASIFICACIÓN DE ASFALTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

PROCESOS DE

REFINACIÓN DEL PETRÓLEO

PROCESOS DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO

1. REFINACIÓN POR DESTILACIÓN (VAPOR Y VACÍO)

ÚNICO UTILIZADO EN VENEZUELA !!!

Consiste en someter al crudo a ciertas condiciones de temperatura tanto a la presión barométrica normal como al vacío.

Se utiliza principalmente en crudos de Base Asfáltica.

Se producen cambios físicos.

Es posible la recombinación de las fracciones obtenidas.

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

...REFINACIÓN POR DESTILACIÓN (VAPOR Y VACÍO)

MATERIALES ASFÁLTICOS

PRODUCTOS Y TEMPERATURAS TÍPICAS DE DESTILACIÓN

DESTILACIÓN:PROCEDIMIENTOUTILIZADOENVENEZUELA

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

... PROCESOS DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO2. REFINACIÓN POR EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

(DE-ASFALTADO ó Desafaltizado POR PROPANO)

Se utiliza en crudos difíciles de fraccionar por destilación (crudos de Base Parafínica o Base Mixta).

Se aplica a residuos de la torre de vacío.

En una torre de extracción se inyecta propano (o butano) líquido a 60-70ºC y 20 atmósferas de presión.

El propano disuelve el aceite y el asfalto queda insoluble en forma precipitada.

Se producen cambios químicos (modificaciones moleculares).

El asfalto obtenido es de baja Penetración (5-10 mm.). Puede ser usado como componente de una mezcla para obtener cementos asfálticos.

... PROCESOS DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO

3. REFINACIÓN POR CRACKING

Se aplican altas temperaturas y presiones, produciendo cambios químicos.

LOS PRODUCTOS DERIVADOS POR CRACKING NO SON UTILIZADOS PARA PAVIMENTACIÓN

(se obtienen asfaltos excesivamente duros).

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

40 – 50 (mas duro) AC-40 (4000 poises a 60ºC)

AC-20 (2000 poises a 60ºC)

AC-30 (3000 poises a 60ºC)

85 - 100 AC-10 (1000 poises a 60ºC)

120 - 150 AC-5 (500 poises a 60ºC)

200 – 300 (mas blando) AC-2,5 (250 poises a 60ºC)

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

1. Cementos Asfálticos:

Son producto directo de la refinación y se clasifican en función de su penetración o viscosidad.

PENTRACIÓN VISCOSIDAD1/10 mm.

VENEZUELA 60 - 70

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN2. Asfaltos Líquidos:

Se obtienen cuando el cemento asfáltico se vuelve a mezclar con un solvente a temperatura ambiente.

Pueden ser:

ASFALTO LÍQUIDO DE CURADO RÁPIDO (RC):Cemento asfáltico=85/100 ; Solvente=nafta. RC-70; RC-250, RC-800; RC-3000

ASFALTO LÍQUIDO DE CURADO MEDIO (MC):Cemento asfáltico=120/150 ; Solvente=kerosene. MC-70;MC-250, MC-800; MC-3000

ASFALTO LÍQUIDO DE CURADO LENTO (SC):Cemento asfáltico=200/300 ; Solvente=gasóleos. También se obtiene directo de la refinería (sin mezclar con solvente). Se conoce con el nombre de “Road Oil”. SC-70; SC-250, SC-800; SC-3000

Curado = Pérdida de solvente

VENEZUELA!!!

75%ca+25%nafta

MATERIALES ASFÁLTICOSTIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

3. Asfaltos Emulsionados:

Cemento asfáltico + Agua + Agente emulsificante (jabón/arcilla/resinas)

El asfalto y el agua no se mezclan !!!!

Se utilizan agentes emulsificantes para mezclarlos.

El cemento asfáltico se lleva a un molino coloidal donde se obtienen glóbulos que se cubren con el agente emulsificante, logrando que floten en el agua sin agruparse.

MATERIALES ASFÁLTICOSTIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN... Asfaltos Emulsionados:

Se produce carga eléctrica sobre sobre el asfalto para pavimentación, lo cual favorece su adherencia a los agregados con carga eléctrica

contraria.

Emulsión Aniónica: Asfalto con carga (-). Produce mejores resultados cuando se combina con agregados de carga (+), por ejemplo: caliza y

dolomita.

Emulsión Catiónica: Asfalto con carga (+). Produce mejores resultados cuando se combina con agregados de carga (-), por ejemplo: cuarzo y

sílice (gravas).

Rotura: evaporación del agua y coagulación de las partículas de asfalto

MATERIALES ASFÁLTICOSTIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN... Asfaltos Emulsionados:

Emulsión de Rotura Rápida (RS): la rotura es por el contacto entre el agregado grueso y la emulsión. Agente Emulsificante=jabones formados por soda cáustica del agua emulsificada y los ácidos naturales del asfalto.

Emulsión de Rotura Media (MS): la rotura es por el contacto entre el agregado fino y la emulsión. Agente Emulsificante=jabones preformados de resinas y ácidos grasos.

Emulsión de Rotura Lenta (SS): la rotura depende principalmente de la evaporación agua. Agente Emulsificante=sub-productos resinosos de la madera o proteínas animales.

ENSAYOS SOBRE

MATERIALES ASFÁLTICOS

CEMENTOS ASFÁLTICOS DE PENETRACIÓN. REQUISITOS

NORMA VENEZOLANA

CEMENTOS ASFÁLTIOS DE PENETRACIÓN. REQUISITOS

NORMA VENEZOLANA

COVENIN 1670-95 (ACTUALIZACIÓN FONDONORMA NTF 1670)

ENSAYOS SOBRE MATERIALES ASFÁLTICOS

1. ENSAYOS DE IDENTIFICACIÓN:

Penetración (dureza o consistencia relativa de los cementos asfálticos a 25ºC).

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USAFUENTE: www.soiltest.com

FUENTE IMÁGENES: www.umng.edu.co (Universidad Militar de Nueva Granada-Colombia)

Ensayo de Penetración

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE IDENTIFICACIÓN:

Viscosidad. Grado de fluidez a 60ºC -vida servicio del pavimento- y a 135ºC –mezclado y compactación-.

Viscosidad Saybolt-Furol (Segundos).

Viscosidad Absoluta (Poise). Vacío Parcial. 60ºC

Viscosidad Cinemática (Stokes). 135ºC

Viscosidad Absoluta (Poise). Vacío Parcial. 60ºC

Viscosímetro de vacío del Asphalt Institute

Viscosímetro de vacío de Cannon- Manning

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de

Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales

No.22 (MS-22). USA

CORREDOR M., G. Apuntes de Pavimentos. Volumen II. Universidades Santa María y Católica Andrés Bello. Caracas. Venezuela (2004).

Viscosidad Absoluta (Poise). Vacío Parcial. 60ºC

Viscosímetro en el “Baño de María”(Temperatura Constante)

Viscosidad Cinemática (Stokes). 135ºC

Viscosímetro Zeitfuchs(“Brazos Cruzados”)

Viscosímetro en el“Baño de María”

(Temperatura Constante)

Viscosidad

Saybolt-Furol (Segundos)

FUENTE IMÁGENES: www.umng.edu.co (Universidad Militar de Nueva Granada-Colombia)

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE IDENTIFICACIÓN:

Punto de Ablandamiento

(grado de susceptibilidad

del material ante las

variaciones de temperatura).

FUENTE IMÁGENES: www.umng.edu.co

(Universidad Militar de Nueva Granada-Colombia)

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES

ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE IDENTIFICACIÓN:

Punto de Inflamación (Copa Abierta de Cleveland. Permite conocer la temperatura mas baja a la cual se separan, en suficiente concentración, los componentes volátiles como para que se inflamen en presencia de una llama externa). Mide posibilidad de contaminación con otras sustancias.

Ensayo de punto de inflamación"Vaso Abierto Cleveland"

FUENTE IMÁGENES: www.umng.edu.co (Universidad Militar de Nueva Granada-Colombia)

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

2. ENSAYOS DE CALIDAD:

Ductilidad (medida de las propiedades de adherencia de los cementos asfálticos).

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

FUENTE: www.soiltest.com

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES

ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE CALIDAD:

Estufa de Película Delgada. Reproduce condiciones de temperatura y tiempo de manejo en planta asfáltica. Envejecimiento.

FUENTE IMÁGENES: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en

Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en

Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS

MATERIALES ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE CALIDAD:

Solubilidad (determina la pureza de las partes solubles de los cementos asfálticos).Solvente:

Bisulfuro de carbono o tricloroetileno (Norma)

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

... ENSAYOS DE CALIDAD:

Mancha de Oliensis (permite verificar si una muestra de cemento asfáltico no sufrió temperaturas excesivas durante su refinación).

TIPOS DE ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES ASFÁLTICOS

3. OTROS ENSAYOS MISCELÁNEOS

Peso Específico. Se define como la relación del peso de un volumen determinado de material y el peso de un volumen igual de agua, ambos volúmenes a una misma temperatura.

Se requiere para realizar correcciones de volumen cuando se manipula a altas temperaturas.

Se necesita conocer para el cálculo de densidad y vacíos de las mezclas asfálticas.

FUENTE: ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de

Manuales No.22 (MS-22). USA

Bibliografía

AGNUSDEI, J. Curso Sobre Materiales Asfálticos. Primera Parte. Argentina (2001).

ASPHALT INSTITUTE. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22). USA.

CORREDOR M., G. Apuntes de Pavimentos. Volumen II. Universidades Santa María y Católica Andrés Bello. Caracas. Venezuela (2004).

MONTIEL O., L. Guía para Estudiantes Sobre Petróleo y Gas. Editorial Arte. Caracas, Venezuela (1999).