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ASFALTOS MODIFICADOS
TECNOLOGIA DEL ASFALTO
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
DOCENTE : ING. WEINER DE LA CRUZ VILCAINTEGRANTES :• Gamarra Herrera Carla Stefani Emilia• Recuay Paitampoma Paul• Huaroc Olivera Jean Franco• Santa Cruz Veliz Paola
Daños ocasionados por factores climáticos
LOS FACTORES CLIMATICOS OCASIONAN
• Falla estructural• Tipo de falla funcional• No tiene resistencia al
derrapamiento• Apariencia inadecuada
ASFALTO MODIFICADO
Homopolimeros
Copolimeros
Plastomeros
Pseudoplasticas
+
Termoendurecibles
ASFALTO
• Mejoraran las características mecánicas , es decir la resistencia a las deformaciones por factores climáticos
=+
+
+
+
¿Qué son los asfaltos ?
• El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras, autovías o autopistas, También es utilizado en impermeabilizantes. Está presente en el petróleo crudo y compuesto casi por completo de bitumen.
Introducción.La modificación de un asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climáticos.
Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes mas viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez.
Conceptos Básicas. Cemento Asfáltico.
Sistema homogéneo de asfaltos y aceites aromáticos que poseen propiedades adecuadas como ligantes para la construcción de carreteras y pavimentos asfálticos.
Es un asfalto con propiedades físicas y reológicas mejoradas, se consigue con la integración de moléculas de polímeros en la estructura del asfalto.
Asfalto Modificado con Polímero.
Emulsiones Asfálticas con Polímeros.Es una emulsión asfáltica en donde la fase dispersa (asfalto) es mejorado en sus propiedades físicas con polímero, las características de la emulsión son igualmente mejoradas en estabilidad y viscosidad.
Emulsiones Asfálticas Cationicas.
Es una mezcla estable de agua (fase continua), y asfalto (fase dispersa), el asfalto y el agua son inmiscibles entre si, por lo que se utiliza agentes tenso activos, llamados también emulsificantes para lograr la estabilidad de la emulsión.
DEFINICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS PAVIMENTOS.
Un pavimento es un operador que funciona a base de respuestas, cuando es activado por funciones de excitación.Físicamente el pavimento es un sistema multicapa, construido por materiales de características mecánicas conocidas, dispuestos en capas de espesor conocido.De esta manera, el pavimento esta caracterizado por las propiedades, disposición y cantidad de los materiales utilizados, así como de la calidad de la construcción. Cuando actúan sobre el pavimento funciones tales como las cargas producidas por el tránsito, se generan respuestas inmediatas del pavimento que obedecen leyes casi identificadas como estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones.
El tiempo transcurrido hasta alcanzar las condiciones de falla constituye el ciclo de vida del pavimento, durante el cual, las condiciones y características del pavimento se degradan con el tiempo dando lugar a una curva de comportamiento, que refleja propiamente el nivel de servicio que el pavimento proporciona al usuario, lo cual tiene a su vez importantes implicaciones de tipo económico.
El proyecto de un pavimento debe involucrar los aspectos de diseño estructural, materiales y su disposición, tránsito, clima, aspectos constructivos y estrategias de conservación, cuya eficiencia debe juzgarse a través de su evaluación beneficio costo.
Falla estructural .
Colapso de la estructura del pavimento o de alguno de sus componentes, de tal manera que el pavimento es incapaz de soportar las cargas, o bien, se reduce a una interrupción en su continuidad o integridad. Puede degenerar en falla funcional.Tipo de falla funcional.
El pavimento no cumple con su función primordial, provocando incomodidad e inseguridad en el usuario, así como esfuerzos imprevistos en los vehículos.No siempre está acompañada de falla estructural.
Atributos de un pavimento.
Capacidad para soportar las cargas
Resistencia adecuada al derrapamiento
Regularidad superficial longitudinal y transversal
Rápida eliminación del agua superficial
Bajo nivel de ruido
Bajo nivel de desgaste de las llantas
Adecuadas propiedades de reflexión luminosa y
Apariencia agradable
Funciones de las capas de un pavimento flexible .
CarpetaSoporta directamente las solicitaciones del Transito, absorbe los esfuerzos horizontales Y parte de los verticales. Aporta las características funcionales y debe impedir el paso del Agua. Puede estar constituida por varias capas, esta expuesta directamente al ambiente.
BaseTiene una función resistente, absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales, debe ser resistente a la deformación bajo las acciones del Transito, por lo que en ocasiones debe estabilizarse con asfaltos o cemento.
SubbaseProporciona una capa de apoyo a la base, transmite los esfuerzos verticales a la capa subrasante, puede constituir una capa drenante y en ocasiones se omite.
Capa subrasanteEs la capa de apoyo de la estructura del pavimento y sus características son indispensables para su diseño. Sus atributos principales deben ser capacidad de soporte y resistencia a la deformación.
SECCIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS.
SECCIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS.
SECCIONES TÍPICAS DE PAVIMENTOS.
La carpeta asfáltica.
La carpeta asfáltica se constituye de tres elementos básicos que al ser mezclados son dan forma final al hipotético proyecto.El concreto asfálticoO mezcla asfáltica en caliente (hma) esta compuesto por un ligante asfáltico y un Agregado mineral.
El ligante (o modificador)Puede ser un cemento asfáltico normal o modificado, y actúa como un agente aglutinando las partículas formando una masa cohesiva, resistente e Impermeable.
El agregado mineral.
Actúa como un esqueleto pétreo que aporta resistencia y rigidez al sistema.El comportamiento de la mezcla es afectado por las propiedades individuales de los componentes y por su interrelación en el sistema.
Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados.
Los asfaltos modificados con polímeros se constituyen de dos fases; al agregar pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto.
Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del asfalto son la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros.
El efecto principal de mezclar polímeros con los asfaltos es mejorar la relación viscosidad-temperatura, permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a altas como a bajas temperaturas.
El asfalto es un material interesante que ha sido usado para construcción de pavimentos desde muchos años atrás, sin embargo, dependiendo de su fuente de origen, tiene un intervalo definido de temperatura donde muestra su mejor desempeño. Este intervalo de forma práctica se define en temperaturas positivas por arriba de 10°C y hasta 60°C, ya que por arriba de este intervalo el asfalto comienza a ablandarse, adquiriendo un comportamiento plástico.
Figura 1.- Deformación que experimenta el asfalto cuando empieza a ablandarse por efecto de la temperatura.
Por el otro lado, cuando el asfalto experimenta temperaturas menores a los 10°C y particularmente temperaturas negativas, el asfalto se convierte en un sólido rígido, que puede ser tan duro que no resiste deformaciones y puede sufrir fallas como fracturas cuando experimenta dichas deformaciones.
Figura 2.- Comportamiento rígido del asfalto cuando se somete a temperaturas menores a los 0°C y se somete a deformaciones.
Aquí es donde conviene preguntar: ¿Cómo mejorar el intervalo de temperatura de desempeño del asfalto con objeto de hacerlo mas versátil a cambios climáticos y condiciones variadas de deformación?
¿ PORQUE MODIFICAR LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO ?
TEMPERATURA DE DESEMPEÑO EN PAVIMENTOS
La respuesta a la pregunta del párrafo de arriba se contesta con el uso de aditivos modificadores del asfalto. En el mercado existen diferentes agentes modificadores del asfalto. La mayoría de estos son de naturaleza polimérica y entre otras cosas, permiten extender la temperatura de efectividad del asfalto como agente ligante en el diseño de pavimentos.
TIPOS DE MODIFICADORES.
POLÍMERO TIPO IMejora el comportamiento de mezclas asfálticas tanto a altas como a bajas temperaturas.Son polímeros elastómeros radiales a base de estireno, se usa en carpetas delgadas y estructurales de pavimentos con alto índice de tránsito, con vehículos pesados y climas fríos o calidos.POLÍMERO TIPO IIMejora el comportamiento de mezclas asfálticas a bajas temperaturas.Son polímeros elastomericos lineales, con una configuración de caucho de estireno, butadieno latex o neopreno latex.Se utiliza en todo tipo de mezclas asfálticas en las que se requiera mejorar su comportamiento en climas fríos.
POLÍMERO TIPO IIIMejorar la resistencia al ahuellamiento de las mezclas asfálticas, disminuye la susceptibilidad a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas.Es un polímero tipo plastomero, se utiliza en climas calientes, en mezclas asfálticas para carpetas estructurales y alto índice de tránsito.HULE MOLIDO DE NEUMÁTICOSMejora la flexibilidad y resistencia a la tensión de las mezclas asfálticas, reduciendo la aparición de grietas por fatiga o cambios de temperatura.Es fabricado con base en la molienda de neumáticos.Se utiliza en carpetas delgadas de granulometría abierta y tratamientos superficiales.
2. FUNDAMENTOS DE LA MODIFICACIÓN.
Los pavimentos sufren deterioro. Los tres principales factores que influyen en este deterioro son:
1. Clima. 2. Deformaciones por tránsito. 3. Tiempo.
El clima tiene que ver fundamentalmente con la temperatura promedio a la que se ve expuesto el pavimento y variaciones de temperatura por cuestiones climáticas y humedad propiciada por lluvia, así como las bajas temperaturas en los meses de invierno. Las deformaciones se deben al transito vehicular. Los pavimentos se diseñan para una carga promedio que genera una deformación debida a la circulación de vehículos.
RELACIÓN DE DETERIOROS O FALLASGeneralmente las deformaciones que sufren los pavimentos se se clasifican en
dos grandes grupos, dependiendo de su forma y el origen que las motiva.
Desprendimientos:
De acuerdo al Catalogo de Deterioros en Pavimentos Flexibles de Carreteras Mexicanas, emitida por el Instituto Mexicano del Transporte, se tiene en esta clasificación un total de 10 tipos de fallas.
Deformaciones:
En este tipo de fallas, se tiene plenamente identificado cinco problemáticas en las vías de comunicación aceptadas por en ente normativo antes mencionado.
Desprendimientos:
BACHES:
Consiste en oquedades de varios tamaños en la capa de rodamiento por desprendimiento o desintegración inicial. Desprendimiento inicial de los agregados que al paso de los vehículos van formando oquedades.
Causas probables:1. Falta de resistencia de la carpeta.2. Escasez de contenido de asfalto.3. Espesor deficiente.4. Drenaje deficiente.5. Puntos débiles en la superficie.
IDENTACIÓN:
Es el encajamiento de objetos duros en al superficie de rodamiento, produciendo identación o desgaste localizado en la superficie.
Causas probables:
1. Huellas de tractores o equipo pesado de construcción.
2. Ponchadura de llantas de vehículos pesados.
3. Accidentes de transito.
LEVANTAMIENTO POR CONGELACIÓN:
Consiste en el desplazamiento diferencial hacia arriba que produce desintegración parcial o total de capas de pavimento.
Causas probables:
1. Acción de heladas.2. Ciclos de congelamiento y
descongelamiento.3. Expansión localizada en capas inferiores4. Expansión localizada en alguna porción de
la sección estructural del pavimento.
DESPRENDIMIENTO DE AGREGADOS:
Son pequeñas depresiones en forma de cráter, por separación de los agregados gruesos de la carpeta asfáltica, dejando huecos en la superficie de rodamiento.
Causas probables:
1. Falta de afinidad con el asfalto.2. Escasez de asfalto.3. Expansión del agregado grueso.
EROSIÓN AVANZADA DE TALUDES:
Son los agrietamientos en sentido transversal en acotamientos, que con el tiempo y acción del medio ambiente, va formando oquedades o canalizaciones transversales, hasta llagar a la destrucción total de los taludes del cuerpo del terraplén.Causas probables:
1. Acción del viento.2. Acción de la lluvia.3. Falta de protección de taludes4. Falta de arropamiento de taludes.5. Mala compactación.6. Escasez de drenaje superficial.
EROSIÓN TOTAL:
Destrucción, eliminación o desaparición de una ovarios capas subyacentes a la carpeta asfáltica, produciendo falta total de apoyo interior.
Causas probables:
1. Falta de drenaje supercifial.2. Falta de subdrenaje.3. Acción de crecidas de aguas subyacentes al
cuerpo del terraplén.4. Mala compactación de capas interiores.5. Falta de armado o arrope en taludes de
terraplén..
PULIDO DE SUPERFICIE:
Desgaste acelerado en la superficie de la capa de rodamiento produciendo áreas lisas.
Causas probables:
1. Transito intenso.2. Agregado grueso de la carpeta con baja
resistencia al desgaste..3. Excesiva compactación.4. Mezclas demasiado ricas en asfalto.5. Agregados no apropiados a la intensidad del
transito.6. Hundimientos de agregados grueso en el cuerpo
de la carpeta, o en la base cuando se trata de tratamientos superficiales.
DESINTEGRACIÓN:
Deterioro grave de la carpeta asfáltica en pequeños fragmentos con perdida progresiva de materiales que la componen.
Causas probables:
1. Fin de la vida útil de la carpeta asfáltica.2. Acción de transito intenso y pesado.3. Tendido de la carpeta en climas fríos o húmedos.4. Agregados contaminados.5. Sobrecalentamiento de la mezcla.6. Compactación insuficiente.7. Presencia de arcilla en cualquiera de las capas.8. Separación de agregados y asfalto ligante.9. Sección estructural deficiente o escasa.
DESPRENDIMIENTO DE SELLO:
Desintegración parcial o zonificada de la superficie de rodamiento cuando ésta se forma por uno o varios sellos, el agregado tiende a desprenderse dejando zonas expuestas por arranque de la gravilla o granzón.
Causas probables:
1. Dosificación inadecuada del ligante.2. Calidad dudosa del material ligante.3. Mala adherencia en capa subyacente.4. Espesores insuficiente.5. Ejecución de trabajos en malas condiciones de clima.
EROSIÓN LONGITUDINAL DE LA CARPETA:
Desintegración parcial de la carpeta asfáltica principalmente en la frontera de la supercifie de rodamiento. La carpeta materialmente se va carcomiendo, reduciendo el ancho efectivo de carretera.
Causas probables:
1. Labores de conservación inadecuadas.2. Sobrecargas de pesos en acotamientos.3. Mala compactación en capas.4. Crecimiento significativo de hierba en
acotamientos.5. Erosión natural del agua y viento.
El tiempo se relaciona fundamentalmente con el envejecimiento térmico del pavimento ya que a medida que transcurre el tiempo posterior a su aplicación el asfalto se va degradando. Las principales fallas que sufren los pavimentos en esta clasificación, se mencionan a continuación.
Deformaciones.:
BURBUJA:
Consiste en una ampolla de tamaño variable localizada en la superficie de rodamiento.
Causas probables:
1. Presiones de vapor o aire en zonas de la capa de rodamiento.
2. Debilidad en espesor o consistencia.3. Liberación de cal en bases
estabilizadoras.
RODERAS O CANALIZACIONES:
Asentamiento o deformación permanente de la carpeta asfáltica en el sentido longitudinal debajo de las huellas o rodadas de los vehículos.
Causas probables:
1. Baja estabilidad de la carpeta.2. Carpeta mal compactada.3. Consolidación de una o varias de las
capas subyacentes.
ONDULACIONES TRANSVERSALES (CORRUGACIONES):
Ondulaciones de la carpeta asfáltica en el sentido perpendicular al eje del camino que contienen en forma regular crestas y valles alternados, regularmente con separación menor a 60 centímetros entre ellas.
Causas probables:
1. Unión deficiente entre capas asfálticas y/o base.2. Estabilidad de la mezcla deficiente.3. Acción de transito intenso.4. Bases de mala calidad.5. Fuerzas tangenciales producto de las aceleraciones y
frenado de los vehículos.6. Mala calidad de los materiales que conforman la carpeta.
PROTUBERANCIAS: Desplazamiento de parte del cuerpo de la carpeta asfáltica hacia la superficie, formando un montículo de considerables dimensiones.
Causas probables:
1. Acción de transito intenso.2. Estabilidad inadecuada.3. Liga deficiente entre capas.4. Compactación inadecuada.5. Deformaciones plásticas de los
materiales.
ASENTAMIENTO TRANSVERSAL.:
Áreas de pavimento localizadas en elevaciones mas bajas que las áreas adyacentes o elevaciones del diseño, en el sentido transversal al eje del camino.
Causas probables:
1. Peso propio de la sección del pavimento.2. Cargas excesivas o superiores a las del diseño.3. Cambios volumétricos del cuerpo del terraplén.4. Compactación inadecuada.5. Asentamientos diferenciales transversales.6. Procedimientos de construcción inadecuados.7. Contaminación de capas inferiores.8. Desplome de cavidades subterráneas.
La mayoría de estas fallas mencionadas se producen fundamentalmente por una baja recuperación elástica del pavimento, a excepción de la última falla mencionada por desprendimiento del asfalto o deslavado de la carretera que se dá por una pobre adherencia del asfalto al pavimento, bien sea por usar mayor relación de agregado a la mezcla en caliente, o a que el asfalto tenía poca fuerza cohesiva con el agregado o bien por un envejecimiento térmico prematuro.
Como ya se ha mencionado, esta pérdida de la memoria elástica del pavimento o de la propiedad de recuperación elástica se dá por el exceso de carga vehicular, degradación del pavimento por la exposición al sol, lluvia y cambios de temperatura; y el tiempo.
PROBLEMÁTICA EN EL EMPLEO DE ASFALTOS MODIFICADOS.
1.- Aún cuando se han incrementado las instalaciones para efectuar la incorporación de polímeros o hule molido de llanta a los cementos asfálticos, el tipo de equipo, la tecnología empleada, no siempre son los adecuados.
2.- En muchas de las plantas de emulsiones no cuentan con la tecnología para hacer las modificaciones.
3.- Falta implementar más laboratorios con equipo adecuado para el control de calidad de campo.
4.-Prácticamente no existen laboratorios equipados para desarrollar las pruebas de calidad completas, que incluyan la reología del asfalto.
Las ventajas que los asfaltos modificados poseen sobre los convencionales son entre otros los siguientes:
• Mayor plasticidad.• Mayor Cohesión• Mejora el modulo elástico• Mayor resistencia a la humedad.• Mayor resistencia al envejecimiento.
Dependiendo del diseño y condiciones climáticas, las carpetas asfálticas pueden ser elaboradas por tres tipos de mezclas de polímeros.
1) Mezclas drenantes 2) Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas y3) Mezclas densas.
Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con ligantes modificados con polímeros.
CONTROL RÁPIDO EN CAMPO DE ASFALTOS MODIFICADOS.
OBJETIVO:
Determinar calidad, grado de modificación y homogeneidad con rapidez y oportunidad, empleando métodos de prueba sencillos y económicos.Lograr un control de calidad preventivo, que con un grado de aproximación aceptable nos permita utilizar productos asfálticos adecuados.
Un método rápido de campo para determinar la calidad, grado de modificación, así como la homogeneidad del asfalto modificado mediante pruebas rápidas en la obra, para lo cual se tienen diferentes alcances en las tres siguientes variantes:
Variante I.
Corresponde a la verificación de la polimeridad del asfalto, así como su probable contenido de acuerdo al diseño y tiene por objeto determinar la homogeneidad de la mezcla asfalto-polímero.
Variante II.
Corresponde a la verificación de la homogeneidad de la mezcla polimerizada del polímero - asfalto, en algunas de sus pruebas dependiendo del equipo de que se disponga y del polímero utilizado.
Variante III. Corresponde a la verificación rápida de la homogeneidad del asfalto a una variante de la prueba de separación por anillo y esfera.
Pruebas a realizar
1.-Penetración a 4 y 25ºC2.-Recuperación elástica por torsión3.-Resilencia4.-Recuperación elástica5.-Separación por anillo y esfera
Tiempos de ensaye
5 Horas para las pruebas 1 a 430 Horas para la prueba No. 5
Existen métodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento; estos ensayos se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P.
Los Asfaltos Modificados con Polímeros, pueden ser sometidos a cinco tipos de ensayos, con el objetivo de revisar sus características físicas y químicas con la intensión de lograr buenas mezclas.
1) Ensaye de penetración.
Este tipo de ensaye es utilizado para la clasificación de los asfaltos, se considera como un método antiguo y empírico que aun se utiliza en la actualidad.
2) Ensaye de Punto de Ablandamiento.El punto de reblandecimiento se determina usualmente por el método de ensayo arbitrario de anillo y bola, es empleado frecuentemente para caracterizar los materiales mas duros empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura en la cual los asfaltos se hacen fluidos.3) Ensaye de Ductibilidad.
Esta prueba de ductibilidad se realiza en los cementos asfálticos con un ensaye del tipo “de extensión”4) Ensaye de Recuperación Elástica.
Este ensaye esta basado en el ensayo de Ductibilidad ya que se utiliza el mismo equipo, sin embargo el procedimiento para evaluar esta propiedad es distinta.
5) Ensaye STOA (Short Term Oven Aging)
Se utiliza para determinar el envejecimiento a corto plazo de mezclas asfálticas, este ensaye por los resultados que se han obtenido ha sido adoptado por el SHRP (Strategic Highway Research Program).
El ensaye consiste en someter a una muestra recién preparada y en estado suelto a un calentamiento en estufa con circulación forzada de aire mantenida a 135° durante 4 horas.
GRACIAS
Por su Atención
Carla 1 – 14 Paola 15 – 28Pol 29 – 41Jean 42 -53
