UNIVERSIDAD VERACRUZANAFACULTAD DE INGENIERA

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLMEROS EN LOS ASFALTOS

MONOGRAFA

QUE PARA OBTENER EL TTULO DE:

INGENIERO CIVIL

PRESENTAVZQUEZ RUIZ IDALIT

COATZACOALCOS, VER.

JUNIO 2010 1

DEDICATORIA

LA FAMILIA VAZQUEZ RUIZ, MIS MADRES, HERMANOS Y AMIGOS, MAESTROS, A TI NATHAN QUE ME HAS APOYADO INCONDICIONALMENTE Y SOBRE TODO A TI QUE NUNCA ME ABANDONASTE AUNQUE NO ESTUVISTE PRESENTE SIEMPRE ESTUVISTE A MI LADO.

LA POSIBILIDAD DE REALIZAR UN SUEO ES LO QUE HACE QUE LA VIDA SEA INTERESANTE.

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INDICE

INTRODUCCIN JUSTIFICACIN OBJETIVO GENERAL OBJETIVO ESPECFICO

5 6 7 8

CAPTULO I ASFALTOS MODIFICADOS. 1.1 Generalidades de los asfaltos. 1.2 Polmeros. 1.3 Mezclas asflticas. 1.4 Asfaltos modificados 1.5 Maquinaria necesaria. 1.6 Betn modificado. 1.7 Riesgos de seguridad

9 10 21 26 29 30 33 34

CAPTULO II ASFALTOS MODIFICADOS MS UTILIZADOS. 2.1 Asfaltos modificados con polmeros tipo elastmeros. 2.2 Ltex, hule natural, SBS, SBR. 2.3 Hule de llanta. 2.4 Asfaltos modificados con polmeros tipo plastomeros 2.5 Polietileno. 2.6 Policloruro de vinilo.

37 38 39 40 41 42 43

3

2.7 Etilo-vinil-acetato 2.8 Estadstica de consumo.

44 45

CAPTULO III VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLMEROS EN LOS ASFALTOS. 3.1 Ventajas del uso de polmeros. 3.2 Desventajas del uso de polmeros. 47 53 57

RECOMENDACIONES CONCLUSIONES GLOSARIO BIBLIOGRAFA ANEXO NORMAS Y REGLAMENTOS

59 60 61 68 69 71

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INTRODUCCIN

El presente trabajo, fue realizado con el fin de evaluar las caractersticas de los asfaltos modificados y su uso para pavimentacin de carreteras.

Se evalan las ventajas y desventajas, costo/beneficio, que representa el uso de un asfalto modificado; las propiedades fsico-mecnicas de ste y cmo contribuyen a la reduccin de la susceptibilidad trmica del asfalto, hacindolo ms rgido a temperaturas elevadas y ms flexible a bajas temperaturas.

Es necesario adecuarse a las demandas actuales de trfico, pero tambin se deben prever las futuras, esto se logra mediante una mejor seleccin de materiales, es decir, es necesario caracterizarlo para poder evaluar sus propiedades fsicas y mecnicas. En el mercado actual este producto se est dando a conocer por lo tanto no existen fuentes escritas de informacin sobre el tema; la mayora de la informacin de este trabajo fue recopilada de pginas webs que contenan dicha informacin.

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JUSTIFICACIN

Las carreteras ocupan un lugar muy importante dentro de la infraestructura debido a que contribuyen al desarrollo del pas, por ello es necesario darles el mantenimiento adecuado para alargar su vida til. Existen diferentes tratamientos, entre los que se encuentra: el uso de mezclas asflticas en caliente, en fro. Actualmente se quiere introducir el uso de mezcla con asfaltos modificados.

El uso de cemento asfltico modificado es una tcnica usada en varios pases con el fin de aprovechar los asfaltos en la pavimentacin de vas. ste consiste en la adicin de polmeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus caractersticas mecnicas; es decir, su resistencia a las

deformaciones por factores climatolgicos y del trnsito (peso vehicular); adems, incrementan la adherencia en la interfase entre el material ptreo y el material asfltico, conservndola an en presencia del agua. Estas mezclas aumentan la resistencia a la deformacin, a los esfuerzos de tensin repetida y, por lo tanto a la fatiga, reducen el agrietamiento, as como la susceptibilidad de las capas asflticas a las variaciones de temperatura.

El presente trabajo de investigacin se realiz con el fin de evaluar las caractersticas fsico-mecnicas de los asfaltos modificados con polmeros. Se realizo tomando en cuenta las Especificaciones Generales para Construccin de Carreteras y Puentes XXII ao 2001 de la Direccin General de Caminos, especficamente la seccin 411 (Asfaltos modificados).

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OBJETIVO GENERAL:

ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE LA CARPETA ASFLTICA CON EL USO DE POLMEROS PARA EVALUAR SU RENDIMIENTO EN

COMPARACIN CON UNA CARPETA ASFLTICA CONVENCIONAL.

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OBJETIVOS ESPECFICOS:

Evaluar las caractersticas fsico-mecnicas de asfaltos modificados con polmeros, de acuerdo a las especificaciones aplicables.

Presentar informacin sobre asfaltos modificados con polmeros.

Utilizar las normas correspondientes para la construccin de pavimentos modificados

Identificar ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con polmeros respecto al asfalto convencional.

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CAPTULO 1 ASFALTOS MODIFICADOS

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1.1

Generalidades de los asfaltos.

En este captulo se definir que es un asfalto modificado; como surgen y cules son sus caractersticas. El Asfalto es un producto natural o compuesto que proviene de la destilacin seca de productos orgnicos vegetales. Es una mezcla de Betn con productos materiales inertes tales como Slice, Arena, Arcilla, etc. El Asfalto se utiliza principalmente en la pavimentacin de viales. Como se explica en el manual del Instituto del Asfalto, el asfalto es uno de los componentes ingenieriles ms arcaico utilizado desde los inicios del hombre para la construccin. Fue en Egipto, aproximadamente en el ao 2500 a.c. que el asfalto fue descubierto; es una palabra cuyo vocablo que deriva del acadio Sphalto que significa que deja caer, este trmino se utilizaba en Asiria entre los aos 1400 y 600 a.c., tiempo despus esta palabra fue adoptada por los griegos, quienes le otorgaron el significado de que rigidiza o estabiliza, y finalmente evolucion al latn y despus al francs (Asphalte) y al espaol (Asfalto), hasta llegar al ingls (Asphalt).

En el antiguo mundo el asfalto era utilizado como mortero para la pega de bloques en la construccin, en la realizacin de pavimentos interiores y como impermeabilizante en la industria naval y numerosas aplicaciones ms. Como ejemplos histricos de ello se encuentran: la industria naval que produca y utilizaba el asfalto en Sumeria cerca de los 6000 a.c., el uso del asfalto como mortero en la construccin de las Torres de Babel y la utilizacin como material impermeable que le daban los egipcios al igual que como material de relleno del cuerpo humano en el proceso de momificacin.

En aquel entonces era comn encontrar asfalto natural depositado en estanques y lagos de asfalto, as como en piedras porosas como la caliza y la

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arenisca (piedras conocidas tambin como piedras asflticas). Esto se explica debido a las fuerzas geolgicas que provocaron el ascenso del asfalto a la superficie y al hacer contacto este con los elementos de la atmsfera provocaban su endurecimiento, ejemplo de esto son los depsitos del lago de asfalto de Trinidad, el cual se encuentra en la isla del mismo nombre en la Costa

Septentrional de Venezuela. Sin embargo, en la actualidad el asfalto que se utiliza es artificial y se deriva del petrleo. El asfalto refinado comenz a utilizarse hace casi doscientos aos como sustituto del asfalto natural debido a que este ltimo slo se encontraba en lugares apartados y su reologa no era tan buena, ya que su contenido maltnico al calentarse se evaporaba con rapidez y se endureca con mucha facilidad. Al mismo tiempo, la industria automotriz empez a expandirse por lo que una nueva industria lleg para mejorar las condiciones de las carreteras proporcionndoles texturas ms suaves y diseos ms modernos, por lo que el asfalto comenz a verse como un producto industrial barato e inagotable; fue as como se inici el uso del asfalto en la construccin de las carreteras. A principios del siglo XIX, sus aplicaciones se enfocaron en el mbito de las vas terrestres, por lo que fue en 1802 cuando se utilizaron por primera vez en Francia rocas asflticas como material para la construccin de banquetas, y en Filadelfia se utilizaron en 1838, pero la evolucin del asfalto y su aplicacin en las vas terrestres se dio en 1870 en Newark, New Jersey, cuando se construy el primer pavimento de asfalto en el mundo.

Conforme la industria de las mezclas asflticas iba en ascenso, comenzaron a surgir nuevas investigaciones para conocer el comportamiento de los asfaltos por medio numerosas pruebas que fueron desarrollndose. En 1925, Prevost Hubbard desarroll uno de los primeros mtodos de evaluacin para determinar el Gmb (Propiedad fsica de una mezcla asfltica compactada) con el fin de simular el comportamiento de sta en campo.

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Cinco aos ms tarde, Francis Hveem desarroll un mtodo de evaluacin para evitar el sangrado por exceso de asfalto en una mezcla asfltica compactada y tambin obtener una mezcla ms estable. Al mismo tiempo, Bruce Marshall desarroll uno de los mtodos ms importantes de la historia, el cual determina la cantidad ptima de asfalto y de densidad que debe tener una mezcla asfltica compactada para resistir las cargas transmitidas por los vehculos hacia la estructura. Como se muestra en la Figura 1, la estructura tpica de un pavimento asfltico (firme) en Mxico, desde la superficie de la subrasante (explanada) y la superficie de rodadura, consiste en una sub-base, una base, un riego asfltico de impregnacin, la carpeta asfltica que tiene capacidad estructural para resistir las cargas del trnsito y una capa asfltica de rodadura, cuya finalidad principal es mejorar la seguridad y comodidad en la circulacin de los vehculos.

Figura 1 Seccin estructural tpica de un pavimento asfltico.

El costo de los materiales, incluyendo desperdicios, puestos en el lugar de su uso, para subrasante, la sub-base, la base, los riegos de impregnacin y de liga y la carpeta asfltica.

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La fabricacin del concreto asfltico en planta, acarreos, cargas y descargas, tendido, compactado y todas las operaciones necesarias para su completa terminacin. El costo de la mano de obra necesaria para llevar a cabo, hasta su total terminacin dicho concepto de trabajo incluye, la construccin de la subrasante, de la sub-base, de la base y de la carpeta; los cortes, nivelacin, compactacin, aplicacin de riego de impregnacin y de liga y ampliacin del sello de cemento. Las pruebas de laboratorio necesarias para verificar la composicin y el grado de compactacin de las subrasantes, sub base, base y carpeta, as como las propiedades de la emulsin asfltica, penetracin, punto de ignicin y ductilidad. La restitucin parcial o total, por cuenta del contratista, de las subrasantes, sub base, bases y carpetas que no hayan sido correctamente ejecutadas, conforme a proyecto y especificaciones. La renta y dems cargos derivados del uso de maquinaria, equipo, herramienta y sealamientos necesarios para la correcta ejecucin de los trabajos. Los acarreos de materiales hasta el lugar de su uso. Limpieza de la zona de trabajo. Acarreo de los materiales sobrantes y desperdicios hasta el lugar de carga del camin. Todos los cargos indicados en el contrato de obras y que no se mencionen en estas especificaciones. La idea bsica para la construccin de una ruta o un rea de estacionamiento en todas las condiciones utilizadas por vehculos es preparar una adecuada sub-base fundacin, proveer un necesario drenaje, y construir un pavimento que: Tendr un espesor total suficiente y resistencia interna para soportar cargas de trfico esperadas. Tendr una adecuada compactacin para prevenir la penetracin la acumulacin interna de humedad. Tendr una superficie final suave, resistencia al deslizamiento, resistente al rozamiento, distorsin y resistente al deterioro por la accin de qumicos anticongelantes.

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La estructura de pavimento modificado est compuesta por dos capas de material. Cada capa recibe las cargas por encima de la capa, se extiende en ella, entonces pasa a estas cargas a la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa ms abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga. Con el fin aprovechar al mximo esta propiedad, las capas son generalmente dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa superior ser la que posee la mayor capacidad de carga de material (y la ms cara) y la de ms baja capacidad de carga de material (y ms barata) ira en la parte inferior. El espesor de la carpeta asfltica, ya compactada, ser de 3 a 5 cm de acuerdo a lo indicado en proyecto. En las bases y sub-bases se construir la subbase con tepetate o material limo-arenoso o arcilla-arenosa y directamente sobre la subrasante previamente compactada. El espesor de la sub-base para trnsito pesado ser de 40 cm, en tanto que para trnsito ligero ser de 30 cm. El espesor total de la base para trnsito pesado ser de 20 cm, en tanto que para trnsito ligero ser de 15 cm o de acuerdo a lo indicado en proyecto, como se muestra en la figura

30 mm espesor Mayor carga de material

20 cm espesor

10 cm espesor

Menor carga de material

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Cemento Asfltico La ASTM define al asfalto o cemento asfltico como un cementante de color marrn oscuro a negro en el que sus componentes predominantes son los

asfltenos que pueden ser naturales u obtenidos como residuo en la refinacin del petrleo crudo. El asfalto posee caractersticas tanto qumicas como fsicas, que son los elementos que le proveen todas sus particularidades y hacen de ste el producto esencial que es hoy en la industria de la construccin. Este cementante contiene tres importantes propiedades qumicas: consistencia, pureza y seguridad, donde la primera se debe a su habilidad para fluir a diferentes temperaturas, esto en razn a que el asfalto es un material termoplstico, es decir, se fluidifica a altas temperaturas. La segunda define la composicin qumica del asfalto, donde las impurezas de ste, son prcticamente inertes. La tercera precisa el

comportamiento de afinidad qumica con las diferentes cargas elctricas. De la misma manera, dentro de su composicin qumica contiene caractersticas de aglutinacin, esto debido a su constitucin principalmente de asfltenos y mltenos, que son los elementos que le proporcionan dichas particularidades; este ltimo define la capacidad del asfalto para ser manejado a altas temperaturas con seguridad.

As mismo, el asfalto posee las siguientes propiedades de reologa fsicomecnicas, mismas que son determinantes para calificar la capacidad de un asfalto: Viscosidad: Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan mayor resistencia a fluir en comparacin de un fluido con baja viscosidad que fluye con facilidad. Es importante mencionar que la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura; a mayor temperatura, menor viscosidad.

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Elasticidad: Propiedad que tienen los materiales para recuperar su forma al finalizar o disminuir la carga que los modifica. Resistencia al corte: Es la capacidad de resistencia a altas temperaturas, la cual se determina con un remetro de corte dinmico, que es el aparato que imprime una fuerza cortante cosenoidal con la que se miden dichas resistencias. Ductilidad: Es la capacidad de disipacin de energa que tiene un material dentro de su rango plstico. La rotura del material es dependiente de la deformacin del mismo. En el caso del asfalto, la ductilidad le permite normalmente tener mejores propiedades aglomerantes, y los asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura. Prdida de masa: Es la prdida de solventes o ligeros.

Los asfaltos son ligantes que se encuentran de diversas maneras en la naturaleza o se pueden producir por el hombre a partir del proceso de destilacin del petrleo en una planta de refinacin. En la naturaleza se pueden encontrar en estado puro o con una matriz de agregados ptreos gruesos o finos. Otra posibilidad de obtener asfalto es a partir de la refinacin del petrleo.

Figura 2 Composicin de un asfalto.

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Los asfaltos estn compuestos fundamentalmente por asfltenos que proporcionan las caractersticas estructurales y dureza del asfalto, por resinas que asumen las propiedades cementantes o aglutinantes, y por aceites que aportan la consistencia para mejor trabajabilidad (Figura 2).

Figura 3 Pavimentacin de carreteras.

Los asfaltos tienen propiedades ligantes y aglutinantes, compuestos en gran parte por hidrocarburos de consistencia semislida a temperatura ambiente, pero pueden ser ms fluidos en la medida en que se les incrementa la temperatura (Arenas, 2000).

Uno de los aspectos que dificulta el estudio del comportamiento de los asfaltos es su condicin termoplstica, es decir, que al incrementarse la

temperatura presenta las caractersticas de un flujo newtoniano, esto es, la velocidad de desplazamiento es proporcional al esfuerzo de corte aplicado. En este caso la viscosidad es el coeficiente de proporcionalidad a esa temperatura, o sea, es independiente del tiempo de carga aplicado. As mismo, al disminuir la temperatura se comporta como un flujo no newtoniano, o lo que es igual, como un flujo visco elstico cuando ha sufrido envejecimiento o se ha sometido a baja temperatura (Arenas, 2000). En este caso la viscosidad depende de los cambios que se producen en el esfuerzo aplicado. Esta condicin se llama susceptibilidad al corte o ndice de corte, el cual aumenta a medida que el asfalto se envejece.17

Otros aspectos que se deben controlar son los del comportamiento y la viscosidad del asfalto durante la elaboracin de las mezclas asflticas en caliente, debido a que pueden presentar problemas con la temperatura de mezclado.

Se ha de garantizar la viscosidad obtenida en el laboratorio a 135 C. Una baja viscosidad a altas temperaturas de servicio genera ahuellamiento y una alta viscosidad, a baja temperatura de servicio lo rigidiza y se presentan fisuras.1

Figura 4 Variacin de la velocidad de deformacin para diferentes tipos de cementos asfalticos.

181.- http://www.e-asfalto.com/orig_asf/origenasf.htm

ASFALTO TIPO l

MEJORAS

El comportamiento de mezclas asflticas tanto en altas como en bajas temperaturas

FABRICADO

Con base en bloques de estireno, en polmeros elastomricos radiales del tipo bibloque o tribloque; mediante configuraciones como Estireno-Butadieno-Estireno (SBS) o Estireno-Butadieno (SB).

UTILIZADO EN

Mezclas asflticas para carpetas delgadas y carpetas estructurales de pavimentos con elevados ndices de trnsito y de vehculos pesados, en climas fros y clidos, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

ASFALTO TIPO ll

MEJORAS

El comportamiento de mezclas asflticas a bajas temperaturas.

Con base en polmeros elastomricos lineales, mediante unaFABRICADO

configuracin de caucho de Estireno, Butadieno-Ltex o NeoprenoLtex.

Todo tipo de mezclas asflticas para pavimentos en los que se requieraUTILIZADO EN

mejorar su comportamiento de servicio, en climas fros y templados, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

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ASFALTO TIPO lll

MEJORAS

La resistencia a las roderas de las mezclas asflticas, disminuye la susceptibilidad del cemento asfltico a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas.

FABRICADO

Es fabricado con base en un polmero de tipo elastmero, mediante configuraciones como Etil-Vinil-Acetato (EVA) o polietileno de alta o baja densidad, entre otras.

UTILIZADO EN

Climas calientes, en mezclas asflticas para carpetas estructurales de pavimentos con elevados ndices de trnsito, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

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1.2

POLMEROS.

Antecedentes

En el siglo XVI con el descubrimiento de Amrica, espaoles y portugueses tuvieron el primer contacto con un material extrado del rbol nativo (Vahea Brasiliensis), este era producto de la coagulacin del caucho, el cual presentaba caractersticas de gran elasticidad y flexibilidad desconocidas en ese entonces, al ser llevado a Europa adquiere el nombre de hule o caucho.

En 1846 Christian Schnbien (qumico alemn) mezcla algodn con acido ntrico dando origen a la nitrocelulosa que fue el primer polmero semi-sinttico. Aos ms tarde, (1862) Alexander Parker (ingles) patenta la nitrocelulosa, tambin conocida como parquetina.

El primer polmero sinttico fue producido por Leo Baekeland en 1912 a partir de la reaccin entre fenol y formaldehido, dando origen a un producto slido (resina fenlica) conocido como baquelita. Todos estos compuestos fueron tratados como macromolculas y en 1953 el creador de esta teora el cientfico alemn Hermann Staundinger obtuvo el Premio Nobel de Qumica.

En Norteamrica, (1910) los laboratorios de la casa Du Pont, el qumico W. H. Carothers descubre por medio de reacciones de condensacin de poliamidas un polmero al que bautiza con el nombre de Nylon. Con la segunda guerra mundial (1939 1945) hubo un gran auge en el campo de investigacin de los polmeros sintticos, un ejemplo es el descubrimiento del hule sinttico (SBR) en Alemania.

Haciendo un poco de historia, los asfaltos modificados se utilizaron primero en las emulsiones para impermeabilizantes y despus se empezaron a utilizar en

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la pavimentacin; en riegos como tratamientos superficiales en fro, y posteriormente se empez a modificar el cemento asfltico para utilizarse cuando se requera un asfalto de mejor calidad o mayor resistencia que la que ofreca un cemento asfltico normal.

Hoy en da, el uso de los polmeros se ha expandido a varias aplicaciones debido a su baja densidad, alta resistencia a la corrosin, alta resistencia mecnica y otras propiedades importantes.

La utilizacin comercial de un nuevo producto como el caso de los polmeros depende del costo y sus propiedades. El costo, depende bsicamente de su proceso de polimerizacin y la disponibilidad de los monmeros. As, las principales fuentes de materia prima para la produccin de monmeros son: Productos Naturales. Hulla o Carbn Mineral. Petrleo

Productos naturales:

En un principio esta fue la fuente utilizada para la produccin de polmeros comerciales. La primera macromolcula modificada fue la celulosa, la cual se encuentra en la mayora de los vegetales y presenta una estructura qumica constituida por unidades de glucosa enlazadas por tomos de oxigeno formando largas cadenas. Cuando son eliminados los grupos hidroxilos por diferentes reacciones, se obtienen derivados de la celulosa.

Cuando esta reacciona con cido ntrico da origen a la nitrocelulosa, de igual forma se puede obtener el acetato de celulosa.

De todos los productos naturales, el petrleo es el ms importante.

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A travs de la destilacin fraccionada del crudo, se pueden obtener varios productos (naftas, gasolina, kerosina, diesel, grasas parafinitas, aceites

lubricantes, etc.). La fraccin de donde se obtienen los polmeros es la nafta, la cual al ser procesada genera varias partes gaseosas con molculas saturadas e insaturadas. Las molculas insaturadas (etileno, propileno, butadieno, butano, isobutileno) son separadas y aprovechadas para la produccin de polmeros.

Hulla o carbn mineral:

Al ser sometida a un proceso de destilacin en seco, se pueden obtener gas de hulla, amonio, alquitrn de hulla o coque. Del gas de hulla es posible separar el etileno (para posteriormente producir polietileno), metano (que por medio de oxidacin produce formaldehido, materia bsica para la formacin de resinas de tipo fenol- formaldehido, urea formaldehido) y finalmente, el amonio que es utilizado para producir urea y aminas para resinas epxicas.

El alquitrn de hulla es una mezcla compleja que por destilacin produce benceno (utilizado para producir fenol y estireno). Del coque se obtiene acetileno, el cual por hidrogenacin produce etileno y este reacciona con acido clorhdrico produciendo cloruro de vinilo.

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Produccin de los polmeros.

Los polmeros al igual que muchos materiales se obtienen a partir de materia prima en plantas especializadas.

El proceso para producir un polmero es llamado polimerizacin, existen dos tipos:

Polimerizacin en cadena: El material inicial para la polimerizacin en cadena con frecuencia es un monmero, en el que hay un enlace doble que se puede abrir con la ayuda de un compuesto llamado iniciador (sustancia orgnica o inorgnica o tambin puede ser un catalizador que no se consume en la reaccin).

Se lleva a cabo utilizando temperatura elevada y presin baja, este proceso es conocido tambin como polimerizacin por adicin.

Las estructuras ms frecuentes para llevar a cabo este tipo de reaccin son los hidrocarburos, en los que el carbono y el hidrogeno pueden formar cadenas rectas (hidrocarburos alifticos) y anillos de benceno (hidrocarburos aromticos).

Polmeros de reacciones por pasos: En este caso se unen dos monmeros en grupos cortos que crecen gradualmente, pero tambin se libera un derivado de bajo peso molecular, por ello se le llama tambin reaccin por condensacin.

En estos polmeros, la longitud promedio de la partcula es controlada cuando se lleva a cabo la reaccin, esto significa que el grado de polimerizacin o nmero de meros es controlado.

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Los polmeros se clasifican de la siguiente manera:

1. Cadena Carbnica. Estructura Qumica. 2. Cadena Heterognea. 1. Termoplsticos. 2. Termorgidos (Plastomeros)

1. Plsticos.

Clasificacin de Polmeros.

Comportamiento Mecnico.

2. Elastmeros. 3. Fibras.

Desempeo Mecnico.

Termoplsticos convencionales, Termoplsticos especiales, Termoplsticos de ingeniera, Termoplsticos de ingeniera especiales.

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1.3

MEZCLAS ASFLTICAS1.La Normativa SCT considera los siguientes tipos de mezclas asflticas para

la construccin de carpetas y capas de rodadura:

Mezclas asflticas en caliente Son las mezclas, uniformes y homogneas, de cemento asfltico y materiales ptreos, elaboradas en caliente utilizando una planta mezcladora

estacionaria o mvil, provista del equipo necesario para calentar los componentes de la mezcla y pueden ser: Mezclas asflticas en caliente de granulometra densa Son las elaboradas con materiales ptreos bien graduados, con tamaos nominales entre 9,5 y 37,5 mm ( y 1 in). Normalmente se utilizan en la construccin de carpetas asflticas de pavimentos nuevos, en los que se requiere una alta resistencia estructural o en renivelaciones y refuerzos de pavimentos existentes.

Mezclas asflticas de granulometra abierta

Son las elaboradas con materiales ptreos de granulometra uniforme, con tamaos mximos de 19 y 25 mm ( y 1 in). Estas mezclas no tienen funcin estructural por su alto porcentaje de vacos, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura sobre carpetas de granulometra densa, con la finalidad de permitir que el agua de lluvia sea desplazada por las llantas de los vehculos, ocupando los vacos de la capa, con lo que se incrementa la friccin entre las llantas y la superficie de rodadura, se minimiza el acuaplaneo, se reduce la cantidad de agua que se impulsa sobre los vehculos adyacentes y se mejora la visibilidad del sealamiento horizontal. No deben colocarse en zonas susceptibles al congelamiento ni donde la precipitacin sea menor de 600 mm/ao.

1.- NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA CARRETERAS

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Mezclas asflticas de granulometra discontinua, tipo SMA

Son las mezclas elaboradas con materiales ptreos de granulometra discontinua, con tamaos nominales entre 9,5 y 19,0 mm ( y in). Estas mezclas tienen una elevada macrotextura, con lo que se evita que el agua de lluvia forme una pelcula continua sobre la superficie del pavimento, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura, aunque tambin pueden utilizarse en capas inferiores en carreteras de alto trnsito. Cuando son usadas como capas de rodadura, su finalidad principal es mejorar las condiciones de circulacin de los vehculos respecto a una carpeta asfltica convencional, incrementando la friccin de las llantas, minimizando el acuaplaneo, reduciendo la cantidad de agua que se proyecta sobre los vehculos adyacentes, mejorando la visibilidad del sealamiento horizontal y reduciendo el ruido hacia el entorno por la friccin entre las llantas y el pavimento.

Mezclas asflticas en fro

Son las mezclas, uniformes y homogneas, de emulsiones asflticas o de asfaltos rebajados y materiales ptreos, elaboradas en fro utilizando una planta mezcladora mvil y pueden ser:

Mezclas asflticas en fro de granulometra densa

Son las elaboradas con materiales ptreos bien graduados, con tamaos nominales entre 9,5 y 37,5 mm ( y 1 in). Normalmente se utilizan en la construccin de carpetas asflticas de pavimentos nuevos en los que se requiere buena resistencia estructural, cuando el trnsito esperado durante la vida til del pavimento (L), en trminos del nmero de ejes equivalentes acumulados de 8,2 t,

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es igual que 1 milln o menor, y en carpetas para el refuerzo de pavimentos existentes, as como para la reparacin de baches.

Morteros asflticos

Son los elaborados con arena de tamao mximo de 4,75 mm (N4). Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfltica, como capa de rodadura.

Mezclas asflticas por el sistema de riegos

Son las que se construyen mediante la aplicacin de uno o dos riegos de un material asfltico, intercalados con una, dos o tres capas sucesivas de material ptreo triturado de tamaos decrecientes. Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfltica, nueva o existente, como capa de rodadura con el objeto de proporcionar resistencia al derrapamiento y al pulimento.

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1.4

ASFALTO MODIFICADO.

Los asfaltos modificados con polmeros elevan la vida til de un pavimento de dos a tres veces (segn el caso a aplicar) con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfltica. Esta plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecnicas como de adhesin en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climticas y de transito. Sin embargo, el creciente incremento de volumen del trnsito y la magnitud de las cargas, y la necesidad de optimizar las inversiones, provoca que, en algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Por ejemplo, con los asfaltos convencionales, aun con los grados ms duros, no es posible eliminar el problema de las deformaciones producidas por el transito canalizado (ahuellamiento), especialmente cuando se deben afrontar condiciones de alta temperatura. Adems, con la simple adopcin de asfaltos ms duros se corren el riesgo de fisuraciones por efectos trmicos cuando las temperaturas son muy bajas.

Con ciertas mezclas abiertas, alternativa generada por razones de confort y seguridad, con los ligantes convencionales no se alcanzara una resistencia mecnica suficiente a causa de una insuficiente cohesin y adhesividad, lo que unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podra redundar en una disminucin en su durabilidad. Del mismo modo, las nuevas capas superficiales delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de transito. Ante las situaciones mencionadas, adems de apelar a nuevas tecnologas constructivas y del resto de los materiales (ridos), una solucin evidente fue mejorar algunas caractersticas de los asfaltos para lograr un mejor

comportamiento de los pavimentos. Ello dio origen a nuevos asfaltos que genricamente fueron denominados "Asfaltos Modificados".29

Existen entonces asfaltos modificados por: - Elastmeros - Plastomeros - Otros Adems de los Asfaltos Modificados con polmeros, algunos pases emplean asfaltos especiales y multigrados, comnmente denominados alto ndice. Los polmeros del tipo SBS son, por lejos, los ms utilizados siguindole en las preferencias los plastomeros del tipo EVA. El uso de asfaltos especiales o de alto ndice no ha alcanzado hasta el momento el mismo crecimiento que los asfaltos modificados con polmeros pero se observan buenas perspectivas de crecimiento. Una crtica generalizada es que se ha enfatizado mostrar las ventajas tcnicas de los asfaltos modificados, pero se han realizado pocos estudios que tengan en cuenta la relacin costo-beneficio.

1.5

MAQUINARIA NECESARIA.Cada empresa que maneja los asfaltos modificados y sus derivados ocupa

diferente maquinaria toda muy semejante a la que se ocupa normalmente para los asfaltos convencionales pero se necesitan de maquinaria especial para el manejo de los polmeros. A continuacin se presenta una planta porttil para la aplicacin de asfaltos modificados con polmeros. Forma de operacin: Se vierte el producto sin refinar en el recipiente, luego se ubica el equipo y se lo coloca en marcha, para agregar a continuacin, el polmero a disolver o por ejemplo, pigmentos, aditivos, vehculos regenerantes, polvos, etc. Est provisto de una turbina abierta.30

Posee una cabeza mezcladora que trabaja segn el principio de inyeccin. Los medios de sujecin pueden ser: bridas, brazos de apoyo, preparado para colgar, etc. La triple accin positiva explica su superioridad aceptada tanto en su velocidad como eficiencia en agitadores y disolvedores.

Con estos agitadores la accin total est limitada al mezclado o recirculacin del lquido o alguna solucin o mezclados. Las tres etapas del ciclo de mezclado son: Etapa 1: Los materiales son colocados por succin en el fondo del cabezal de trabajo Fig.1. y sujetados a una intensa accin de mezclado por la rotacin a alta velocidad de las hojas en el espacio cerrado.

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Etapa 2: Durante la expulsin desde el cabezal de trabajo, las hojas del rotor sujetan el material a una intensa accin de corte a la mas alta velocidad, lo que garantiza un extra rpido y total proceso de corte y disolucin. La malla emulsora o el cabezal desintegrador asiste al proceso, disolviendo aglomerados, removiendo grandes tamaos de partculas de manera que produce emulsiones homogneas y dispersiones en minutos.

Etapa 3: Los materiales procesados son luego expedidos con gran fuerza y velocidad dentro del cuerpo de la mezcla. Al mismo tiempo el material nuevo ingresa a la base del cabezal mezclador. Esta entrada y salida de las mezclas indica un patrn de circulacin el cual depender del tamao del tanque y el tipo de cabezal o equipamiento utilizado. El total de la mezcla pasa a travs del cabezal mezclador cientos de veces durante el proceso y la combinacin de las tres etapas del ciclo resulta un mezclado positivo, controlado y eficiente. La accin de la maquina es tan suave que puede ser usada con el liquido a menos de tres centmetros del borde inferior del tanque. Est completamente libre de vibraciones y de las innecesarias y no deseables caractersticas de turbulencias contra todo otro tipo de mezcladores de alta velocidad. Todas las partes de trabajo estn construidas de acero inoxidable con excepcin de los bujes auto lubricados. Son fcilmente limpiables, poco o nulo mantenimiento siendo necesario.

32

1.6

BETN MODIFICADO.El betn, procedente del petrleo, se utiliz por primera vez en construccin

de carreteras a principios de este siglo con el propsito de evitar el polvo levantado por el paso de los vehculos sobre los, todava, ridos sueltos en calles y pavimentaciones. Las ventajas del betn asfltico residen fundamentalmente en sus caractersticas termoplsticas, adherencia y naturaleza impermeable. Sometido a temperaturas elevadas se comporta como un fluido permitiendo su mezclado con ridos y a las temperaturas usuales de servicio, se convierte en un semislido rgido, actuando como ligante y otorgando todas aquellas propiedades conocidas a las mezclas resultantes.

Generalmente, la temperatura de fabricacin de las mezclas asflticas oscila entre 140 y 180 C (dependiendo del tipo de ligante utilizado y de la mezcla asfltica a fabricar) y la temperatura de compactacin entre, 80 y 140 C. En este ltimo margen de temperatura, el betn es an suficientemente fluido como para permitir la correcta compactacin de la mezcla, endurecindose o medida que la temperatura desciende de modo que dentro del rango de temperaturas normales de servicio de los pavimentos (0 a 70 C), la mezcla asfltica resultante ofrezca una superficie duradera capaz de soportar, a la vez, las distintas cargas impuestas por el trfico y los cambios de temperatura a los que se ve sometida.

Los factores que afectan al comportamiento final de las mezclas asflticas son muchos, entre los que podemos citar:

calidad y granulometra de los ridos caractersticas del ligante nivel de compactacin grosor de la pelcula de ligante rango de temperatura de servicio cargas del trfico

33

velocidad del trfico Razones Que Justifican La Utilizacin De Los Betunes Modificados Con Polmeros En la mayora de las aplicaciones, con betunes de penetracin convencionales, se obtienen resultados satisfactorios. Sin embargo al aumentar Las intensidades del trfico y cargas por vehculo (hasta 44 toneladas en la mayora de los pases europeos y el uso creciente de ejes "sper sencillos"), las exigencias sobre los materiales bituminosos son cada da ms elevados. Combinando lo dicho anteriormente con los costes originados por las perturbaciones y retrasos ante la necesidad de reconstruccin y mantenimiento de la red de carreteras, resulta evidente que los betunes modificados con polmeros pueden aportar respuestas a estas peticiones, cada vez ms frecuentes.

All por 1873, ya se estableci una patente de un aglomerado asfltico conteniendo goma ltex aplicndose en 1902 en Francia una mezcla asfltica modificada con ltex.

1.7

RIESGOS DE SEGURIDAD.

Son productos que requieren un proceso diferente y ms complicado esto requiere ms cuidado en el manejo de los materiales pero tambin se debe considerar los riesgos a la salud y a la seguridad del personal.

RIESGOS FSICOS: Se almacenan y manejan normalmente por encima de los 100 C por lo que el contacto con agua puede producir una expansin violenta, peligro de salpicaduras y desbordamiento por ebullicin.

Aunque no estn clasificados como inflamables, los asfaltos son materiales hidrocarbonados y pueden arder.34

35

TOXICOLGICOS:

INHALACIN: Cuando son calentados, los asfaltos producen humos. Aunque no se piensa que stos produzcan dao significativo para la salud, la prudencia aconseja que se debe minimizar la exposicin, observando buenas prcticas de trabajo y asegurando buena ventilacin en las reas de trabajo. El sulfuro de hidrgeno puede acumularse en el espacio de cabeza de los tanques de almacenamiento y potencialmente puede alcanzar concentraciones peligrosas.

INGESTIN: No es probable.

CONTACTO PIEL/OJOS: Los asfaltos se manejan normalmente a alta temperatura lo que puede causar quemaduras trmicas.

EFECTOS TXICOS GENERALES: El problema principal puede provenir por quemaduras de piel y por exposiciones prolongadas a vapores.

PRECAUCIONES GENERAL: Cuando se manipula asfalto en lugares cerrados, debe existir una buena ventilacin local.

36

CAPTULO 2 ASFALTOS MODIFICADOS MS UTILIZADOS.

37

2.1 Asfaltos modificados con polmeros tipo elastmeros1

Se requiere mezclar tres componentes: asfalto, resina base y un endurecedor, lo que complica la modificacin ya que debe existir compatibilidad entre estos.

Figura 5 Elastmero

Los asfaltos modificados tienen una elevada resistencia mecnica, gran resistencia a la traccin, buen poder humectante y adhesin a los agregados. Si el trabajo con este tipo de asfalto es realizado dentro de los parmetros correctos, su tiempo de vida est condicionado por la vida del agregado, no por el asfalto; en otras palabras el pavimento se deteriora por trituracin o abrasin del agregado antes que por la falla del ligante (asfalto). Su resistencia al envejecimiento es excelente.

Son empleados para casos especficos como: Zonas de frenado intenso, donde se requiere una gran resistencia al derrapaje. Zonas donde se requiere resistir a las maniobras o a los agentes qumicos. Zonas donde se requiere mantener una buena rugosidad durante largos periodos de tiempo.

1.http://www.semgroupcorp.com/operationsandcommodities/asphalt/semmaterialsmexico/products andsystems.aspx?sc_lang=es-MX

38

2.2 Latex, hule natural, SBS, SBR:

Este tipo de polmero es el ms utilizado en la modificacin del asfalto, el efecto de la adicin de estos al asfalto es aumentar su intervalo de plasticidad y disminuir la susceptibilidad trmica. El punto de ablandamiento puede aumentar hasta 20C, a temperaturas inferiores a 70C los asfaltos tienen menor penetracin, esto es interesante ya que a estas temperaturas se dan deformaciones en las superficies de rodamiento.

Figura 6 SBR

Figura 7 SBS procesado.

Los asfaltos son ms duros pero siguen siendo elsticos lo que evita la formacin de roderas y el agrietamiento de las mismas. La rigidez de estos asfaltos ayuda a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.

Entre -10C y + 10C el elastmero proporciona al asfalto mayor elasticidad sin aumentar la rigidez.

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2.3 Hule de llanta:

Las propiedades que adquiere el asfalto al aadirle este tipo de hule son similares a las que se obtienen con el polmero SBR o SBS aunque, se deben utilizar dosificaciones ms elevadas. Las llantas para ser utilizadas como agentes modificadores de asfalto requieren de un proceso fsico para reducir sus dimensiones, el cual suele ser complejo.

Figura 8 Hule de llanta triturado.

Estos asfaltos modificados presentan altas viscosidades por lo que se requiere el empleo de algn fluidificante, alrededor del 6% de queroseno. Son usados principalmente en riegos de sello destinados a absorber las grietas debidas a contracciones y dilataciones, estos riegos son llamados SAM (membranas de absorcin de tensiones).

40

2.4 Asfaltos modificados con polmeros tipo plastmeros

Debido a la forma en que estos polmeros se incorporan al asfalto aumentan de forma considerable su viscosidad, incluso en bajas dosificaciones.

Si se aumenta la concentracin del polmero, se llega a un punto en el cual la mayora de los aceites estn asociados con el polmero y se produce un cambio drstico en las propiedades fsicas del asfalto. Estas se acercan ms a las propiedades del polmero que a las del asfalto.

Figura 9 Plastmero

Esto sucede cuando el contenido del polmero va de 8 10%, en este punto, el asfalto aumenta el intervalo de plasticidad, aumenta la resistencia a la ruptura, disminuye su sensibilidad trmica sobre todo en el intervalo de temperaturas de aplicacin.

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2.5 Polietileno:

Este polmero no tiene una alta compatibilidad con el asfalto ni le confiere propiedades espectaculares, pero se usa ya que es un componente de bajo costo y soluciona un problema ecolgico, al poder disponer de los desechos de este material en las carreteras.

Figura 10 Polietileno.

Los asfaltos modificados con este tipo de polmero termoplstico cuando son aadidos en bajas proporciones, poseen las siguientes propiedades: Buena resistencia al calor. Buena resistencia al envejecimiento. Baja viscosidad.

En el plano mecnico:

Buena flexibilidad a baja temperatura. Cuando es utilizado en concentraciones de 7% aumenta la rigidez del asfalto a temperaturas elevadas. Buena resistencia a deformaciones permanentes.

42

2.6 POLICLORURO DE VINILO (PVC):

Este polmero conocido cientficamente como policloruro de vinilo tiene baja compatibilidad con el asfalto, no es resistente al calor y se descompone por la accin de la luz solar.

Figura 11 PVC granulo suave.

Resiste muy bien al agua y/o agentes qumicos; es por esto que no es utilizado para la modificacin de asfalto.

43

2.7 ETILO-VINIL-ACETATO (EVA): Los polmeros o resinas Etilo-Vinil - Acetato son relativamente nuevos en la modificacin de asfaltos, son muy compatibles con estos.

La relacin acetato de vinilo/ etileno es muy importante, pudindose variar el contenido de acetato de vinilo de algn % hasta 50% o incluso ms. Cuando los contenidos de acetato de vinilo son bajos las propiedades se asemejan a las de los asfaltos mencionados anteriormente.

Figura 12 EVA

Un polmero EVA con un contenido del 18% de acetato de vinilo es el ms adecuado para ser usado en la construccin de carreteras. Cuando se aumenta la concentracin de acetato de vinilo en el polmero (15 a 30%), adquiere un excelente poder adherente.

Los asfaltos modificados con EVA poseen las siguientes caractersticas:

Buena estabilidad trmica a un costo razonable. Las dosificaciones de polmero oscilan entre el 2 hasta un 10% dependiendo de las propiedades que se pretende obtener. La temperatura de ablandamiento aumenta entre 6 y 12C. Excelente resistencia al resquebrajamiento en flexin es decir a las fatigas provocadas por las flexiones o vibraciones repetidas. Aumentan la cohesin de las mezclas a medida que se aumenta el contenido del polmero.44

2.8 ESTADISTICAS DE CONSUMO

Ya se detallo anteriormente los materiales aditivos para los asfaltos modificados, ahora se mostraran las estadsticas de consumo de los materiales con mayor demanda.

Los asfaltos modificados para el segmento vial marcaron un nuevo rumbo dentro de la estructura del mercado de asfaltos. En cuanto al mercado de los asfaltos viales, constituidos en componentes de especial importancia en las calzadas, se observa una pronunciada declinacin, no obstante la variedad de productos disponibles, calculando que de mantenerse la actual tendencia, el consumo caera a un 50% de los valores del ao 1999. El perjuicio del sistema vial impacta negativamente en los costos operativos del transporte automotor, reduce el confort y compromete la seguridad de los usuarios. En contraste, debe rescatarse el continuo desarrollo tecnolgico de los asfaltos viales y sus mezclas, dando origen a una variedad de productos que han mejorado el comportamiento y durabilidad de las estructuras, influyendo, por extensin, a la fabricacin de nuevos equipos, con modelos de alta calidad y rendimiento. Lo nuevo en cuanto a construccin de carreteras son los asfaltos

modificados, los mismos estn compuestos por una base asfltica regular, proveniente de un proceso de destilacin, con una mezcla de polmeros, que despus de un proceso de mezclado y un tiempo de digestin, dan forma a un asfalto particular con una gran elasticidad y un gran poder de escurrimiento al agua, lo que los hace ideales para utilizar en emprendimientos viales de gran escala (autopistas, rutas).

45

En el mercado mundial la demanda de pavimentos est distribuida de la siguiente manera:

ESTRUCTURA DEL MERCADOmodificados 9% cementos asflticos 49% diluidos 12% emulsiones 13%

pintura asfltica 0%

plastico mas base 17%

Figura 13 Estadstica de Consumo

Los asfaltos modificados para el segmento vial marcaron un nuevo rumbo dentro de la estructura del mercado de asfaltos. Se espera una misma situacin para el mercado de asfaltos para las membranas asflticas.1

461. http://www.e-asphalt.com/estconsumo/index.htm

CAPTULO 3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLMEROS EN LOS ASFALTOS.

47

Para entender las ventajas de los asfaltos modificados es necesario conocer antes las diferencias entre los asfaltos convencionales y asfaltos modificados con polmeros

A continuacin se presenta grficamente las diferencias ms notables entre ambos asfaltos:

alta

100% 90% 80% 70% 60 % 60% 50% 40% 90%

100%

100%

60%

media

baja A.C. A.M.P. A.CCOSTOS

A.M.P. A.C. A.M.P. A.C. A.M.P. A.C. A.M.P. A.C. A.M.P. DURABILIDAD CAMBIOS ADHESION TRAFICO PERMEABILIDADCLIMATICOS

En esta imagen se muestra una grfica de los asfaltos modificados con polmeros, involucrando todos los diferentes tipos de polmeros que se manejan en el mercado, ya que determinar cada uno de ellos requerira hacer una grfica por cada polmero. Los porcentajes fueron determinados con respecto al consumo del asfalto convencional con respecto al asfalto modificado con polmeros, y por las caractersticas que le distinguen a cada uno de estos asfaltos.

La primera diferencia significativa entre asfaltos modificados con polmeros compatibles e incompatibles se muestra en el envejecimiento.

48

Los asfaltos modificados compatibles presentan una mayor resistencia al envejecimiento que los no compatibles. Los asfaltos modificados con polmeros elevan la vida til de un pavimento de dos a tres veces con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfltica. Esta plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecnicas como de adhesin en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climticas y de transito. Sin embargo, el creciente incremento de volumen del trnsito y la magnitud de las cargas, y la necesidad de optimizar las inversiones, provoca que, en algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Con ciertas mezclas abiertas, alternativa generada por razones de confort y seguridad, con los ligantes convencionales no se alcanzara una resistencia mecnica suficiente a causa de una insuficiente cohesin y adhesividad, lo que unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podra redundar en una disminucin en su durabilidad. Del mismo modo, las nuevas capas superficiales delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de transito.

49

En el efecto de ahuellamiento entre los asfaltos modificados y los asfaltos convencionales se nota una gran diferencia como se muestra en las siguientes imgenes.

Figura 14 Asfalto convencional sometido a trafico a 60C.

Figura 15 Asfalto modificado sometido a trafico a 60C.

La resistencia de estas mezclas se consigue con ridos de buena calidad, elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polmeros. En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa subyacente (esta tambin influye en la durabilidad). Estas tambin deben ser resistentes, para soportar la accin del trnsito y el desprendimiento de los ridos.50

Comparando a estos dos tipos de asfaltos viscosidad/temperatura se obtendra la siguiente grafica1:

en

una

relacin

Efecto del Asfalto modificado con polmeros sobre la rigidez y la temperatura.A.M.Viscosidad del asfalto

A.C.baja Temperatura del pavimento alta

Los asfaltos modificados con polmeros estn constituidos por dos fases, una formada por pequeas partculas de polmero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentracin de polmeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polmero; pero si se aumenta la proporcin de polmero en el asfalto se produce una inversin de fases, estando la fase continua constituida por el polmero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. El efecto principal de aadir polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin viscosidad-temperatura(sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asflticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas. Mientras que la relacin tensin/fatiga mostrara los siguientes resultados:

51

Relacin Tensin/Fatiga entre asfaltos convenionales y modificados.

A.M.PTensin superfiial.

ASFALTO CONVENCIONAL

Retraso del fallo por fatiga.

Los polmeros compatibles producen rpidamente un asfalto estable, usando tcnicas convencionales de preparacin. Estos sistemas convencionales de preparacin de asfaltos modificados con polmeros son grandes recipientes de mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculacin con agitadores mecnicos de corte de gran velocidad. El polmero puede venir en polvo, en forma de pequeas bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de polmero utilizado. En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos especializados para la preparacin de A.M.P, estas centrales producen asfaltos modificados con polmeros que alcanzan altas prestaciones.

52

3.1 Ventajas del Uso de Polmeros en el Asfalto.

Ya que se conocen las diferencias ms destacadas entre los asfaltos convencionales y los modificados con polmeros; se pueden deducir las ventajas y desventajas de aadir polmeros en los asfaltos.

A continuacin se clasifican las ventajas de los asfaltos modificados:

MCANICAS Disminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicacin de carga.

Aumentan la resistencia a la deformacin permanente y a la rotura en un rango ms amplio de temperaturas, tensiones y tiempo de carga.

Tienen una elevada resistencia mecnica, gran resistencia a la traccin, buen poder humectante y adhesin los agregados.

Los asfaltos modificados con ltex, hule natural, SBS y SBR son ms duros pero siguen siendo elsticos lo que evita la formacin de roderas y agrietamiento de los mismos.

El polmero elastmero se comprime al aplicar un esfuerzo, pero recobran su forma original al ser retirado.

Se obtienen mezclas ms flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.

Disminuye la exudacin del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad.

53

Mayor elasticidad: debido a los polmeros de cadenas largas.

Mayor adherencia: debido a los polmeros de cadenas cortas.

Mayor cohesin: el polmero refuerza la cohesin de la mezcla.

Mejor trabajabilidad y compactacin: por la accin lubricante del polmero o de los aditivos incorporados para el mezclado.

Mejor impermeabilizacin: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagacin de las fisuras.

Mayor resistencia al derrame de combustibles.

Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.

No requieren equipos especiales.

TRMICAS

Disminuyen la susceptibilidad trmica.

Disminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesin en tiempos de calor. Vara su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que se encuentren.

Los elastmeros son deformables a temperatura ambiente.54

ECONMICAS El costo, depende bsicamente de su proceso de polimerizacin y la disponibilidad de los monmeros.

Fcilmente disponible en el mercado.

TIEMPO DE VIDA Los asfaltos modificados con elastmeros se deteriora por la trituracin o abrasin del agregado antes que por la falla del ligante (asfalto).

El

polmero

elastmero

proporciona

una

excelente

resistencia

al

envejecimiento. Mejora la vida til de las mezclas: menos trabajos de conservacin.

La rigidez de los asfaltos compuestos de ltex, hule natural, SBS y SBR ayudan a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.

FSICAS Mejorar la adherencia a los agregados.

Mejoran el comportamiento tanto a bajas como a altas temperaturas; dado que el efecto principal de aadir polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin viscosidad temperatura. Mayor intervalo de plasticidad.

Mayor cohesin

Mayor resistencia a la accin del agua.

55

El modificar un asfalto con un polmero compatible produce rpidamente un asfalto estable usando tcnicas convencionales de preparacin.

El asfalto modificado con polmero Stylink no requiere de agitacin constante ni ser mantenido a altas temperaturas. Las propiedades del producto no se ven afectadas si se mantiene almacenado a temperatura ambiente por periodos prolongados. Permiten mayor espesor de la pelcula de asfalto sobre el agregado.

ECOLOGICAS.

La mayora de los polmeros estn basados en un esqueleto de carbono, por lo que son materiales orgnicos.

56

3.2 Desventajas del Uso de Polmeros en el AsfaltoAlto costo del polmero.

Dificultades del mezclado: no todos los polmeros son compatibles con el asfalto base (existen aditivos correctores).

Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboracin de la mezcla.

Los agregados no deben estar hmedos ni sucios. La temperatura mnima de distribucin es de 145C por su rpido endurecimiento.

57

En la siguiente grafica se muestra la diferencia econmica entre los asfaltos convencional y modificado con polmeros.

Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son: Mayor intervalo de plasticidad(diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass) Mayor cohesin. Mejora de la respuesta elstica. Mayor resistencia a la accin del agua. Mayor resistencia al envejecimiento. Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores: Tipo y composicin del polmero incorporado. Caracterstica y estructura coloidal del asfalto base. Proporcin relativa de asfalto y polmero.

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RECOMENDACIONES

Este trabajo se realizo sobre los asfaltos modificados con polmeros en general y se espera tenga continuidad profundizando sobre los diferentes polmeros y mezclas asflticas que se pueden lograr; as como tambin un estudio sobre los beneficios obtenidos a largo y mediano plazo de los asfaltos modificados.

59

CONCLUSIONES

El utilizar polmeros en los asfaltos ha cambiado las propiedades de la capa asfltica; lo cual ha permitido aadir nuevas propiedades los asfaltos mejorando las caractersticas de los mismos. Cada polmero aadir una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la finalidad del pavimento ya que la eleccin del polmero depende de las circunstancias tales como trfico, temperatura, tipo de terreno, etc. Pero sin embargo a demostrado tener mejor rendimiento que los asfaltos comunes aunque su costo es ms elevado.

El uso de polmeros en mezclas modificadas no altera los procedimientos usados normalmente en los trabajos de pavimentacin. As mismo ha demostrado beneficios en pases de Europa y en Estados Unidos; a pesar del incremento en el costo inicial en los cementos asfalticos.

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GLOSARIO

AASHTO: American Association of State Highway Officials (Asociacin Americana de Oficiales de Autopista Estatal y Transportacin)

Adhesin: Estado en el cual dos superficies se mantienen unidas por fuerzas interfasiales.

Aditivo: Es todo aquel producto que se adiciona a un material asfltico o emulsin, con el objeto de proporcionarle alguna otra propiedad que no tiene originalmente, cambiando de esta forma, su comportamiento durante su aplicacin.

Adhesividad: Es la propiedad de un ligante y un agregado de adherirse uno a otro, sin peligro de perder esta propiedad en presencia de la humedad.

Agregado Material granular duro de composicin mineralgica como la arena, la grava, la escoria o la roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaos.

Agregado grueso Agregado retenido en el tamiz de 4.75 mm (# 4).

Agregado fino Agregado que pasa el tamiz de 4.75 mm (# 4).61

Ahuellamiento Surcos que se desarrollan en el pavimento, en los carriles de las ruedas. Puede ser resultado de una consolidacin por movimiento lateral de una o ms capas del pavimento bajo efectos del trfico o, pueden ser generados por un desplazamiento de la superficie misma del pavimento. Ocurren como resultado del movimiento plstico de una mezcla que tiene muy poca estabilidad para resistir el trfico.

Alquitrn de hulla Material de color carmelito oscuro a negro, producido mediante la destilacin destructiva del carbn bituminoso de piedra.

Aninico: Que debe sus caractersticas a la presencia o a la concentracin, sea en la superficie o en la masa, de iones negativos o aniones.

Asfltenos Son la fraccin de hidrocarburo de alto peso molecular, en el asfalto, que es precipitada por medio de un solvente parafnico de nafta, usando una proporcin especfica de solvente - asfalto.

Asfalto Material cementante, de color entre carmelito oscuro y negro, en el cual los constituyentes predominantes son bitmenes que aparecen en la naturaleza o se obtienen en el procesamiento del petrleo. El asfalto es un constituyente, en proporciones variables, de la mayora de petrleos crudos.

Asfalto modificado Producto resultante de la incorporacin en el asfalto de un polmero o de hule molido.

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ASTM: American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales).

Betun: Asfalto, chapopote, etc. es lo mismo. Se dice que es una mezcla de hidrocarburos que se presentan en estado natural y como residuo de la destilacin del petrleo.

Bitumen Sustancia cementante de color negro (slida, semi- slida o viscosa), natural o fabricada, compuesta principalmente de hidrocarburos de alto peso molecular, siendo tpicos los asfaltos, las breas o alquitranes, los betunes y las asfaltitas.

Briqueta: Es un anglicismo con el cual se denomina al espcimen formado empleando un molde de acuerdo a la prueba que se vaya a realizar.

Catinico: Que debe sus caractersticas a una concentracin o a una absorcin de iones positivos o cationes.

Cemento asfltico Un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente preparado en cuanto a calidad y consistencia para ser usado directamente en la produccin de pavimentos asflticos.

Cohesin: Tipo de atraccin entre dos substancias o materiales.63

Compactacin Acto de comprimir un volumen dado de material en un volumen ms pequeo. Generalmente la compactacin se logra usando los rodillos o compactadores neumticos.

Consistencia Describe el grado de fluidez o plasticidad de un cemento asfltico a determinada temperatura. La consistencia de un cemento asfltico vara con la temperatura: por lo tanto es necesario usar una temperatura patrn cuando se est comparando la consistencia de un cemento asfltico con la de otro. La temperatura utilizada para este propsito es 60C (140F).

Curado: De un mortero asfltico o de una mezcla asfltica con emulsin tienen para muchas personas el mismo sentido que fraguado. Se dice que es el estado fsico de estas mezclas en el momento que son capaces de soportar cargas sin deformarse. Estos trminos se han tomado de la tcnica de los concretos hidrulicos u hormigones.

Deformacin Cualquier cambio que presente un pavimento respecto a su forma original.

Densidad Grado de solidez que puede alcanzarse en una mezcla dada. Est limitada por la eliminacin total de los vacos que se encuentran entre las partculas de la mezcla.

Desintegracin Separacin progresiva de las partculas del agregado en el pavimento desde la superficie hacia abajo, o desde los bordes hacia el interior. Puede64

ser causada por falta de compactacin, construccin de una capa de rodadura muy delgada en periodos fros, agregado sucio o desintegrable, muy poco asfalto en la mezcla o sobrecalentamiento de la mezcla asfltica.

Dispersin: Este trmino se debe tomar literalmente cuando se aplique a trabajos con emulsin; sin embargo, cuando se refiere a la fabricacin de estos, la palabra dispersin indica que el asfalto est disperso en un medio acuoso especial. Esto se logra por medio de aparatos especiales, tales como molinos coloidales.

Ductilidad Capacidad de una sustancia para ser estirada o estrechada en forma delgada.

Estabilidad Capacidad de una mezcla asfltica de resistir deformacin bajo las cargas impuestas. La estabilidad est en funcin de la cohesin y la friccin interna del material.

Flexibilidad Capacidad del pavimento asfltico de ajustarse a los asentamientos en la fundacin.

Grietas Fracturas en la superficie del pavimento asfltico.

Impermeabilidad Capacidad de un pavimento asfltico de resistir el paso de aire y agua dentro o a travs del mismo.65

Mezcla en caliente Mezclas de planta que deben ser colocadas y compactadas a temperaturas elevadas.

Ondulaciones Deformacin en el pavimento, dando origen a un movimiento plstico caracterizado por ondas en la superficie del pavimento.

Penetracin Consistencia de un material bituminoso, se expresa como la distancia, en dcimas de milmetro (0.1 mm), que una aguja patrn penetra verticalmente una muestra del material bajo condiciones especficas de carga, tiempo y temperatura.

Poise Unidad, centmetro-gramo-segundo, de viscosidad absoluta.

Polmero Sustancia que consiste en grandes molculas formadas por muchas unidades pequeas que se repiten.

Resistencia a la fatiga Capacidad de un pavimento asfltico para resistir flexin repetida causada por cargas mviles. Entre ms alto contenido de asfalto, mayor ser la resistencia a la fatiga.

Resistencia al deslizamiento Propiedad de la superficie asfltica de resistir el deslizamiento,

particularmente cuando esta mojado.

66

Stoke Unidad de viscosidad cinemtica igual a la viscosidad de un fluido en poises dividida entre la densidad del fluido en gramos por centmetro cbico.

Tamiz Aparato de aberturas cuadradas, utilizado para separar tamaos de material.

Trabajabilidad Facilidad con que las mezclas de pavimentacin pueden ser colocadas y compactadas.

Vacos Espacios de aire en una mezcla compactada rodeados de partculas cubiertas de asfalto.

Viscosidad Medida de la resistencia al flujo. Mtodo usado para medir la consistencia del asfalto.

Viscosidad absoluta Mtodo utilizado para medir viscosidad usando el poise como la unidad de medida. Este mtodo hace uso de un vaco parcial para inducir el flujo en el viscosmetro.

Viscosidad cinemtica Mtodo utilizado para medir viscosidad usando el poise como la unidad de medida

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BIBLIOGRAFA SECRETARA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES, NORMATIVA PARA LA INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE, EDITORIAL 2000.

NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA CARRETERAS

PAGINAS ELECTRONICAS CONSULTADAS:

http://www.monografas.com/trabajos15/asfaltos-modificados/asfaltosmodificados.shtml 15/marzo/2010

http://www.e-asfalto.com/orig_asf/origenasf.htm 15/marzo/2010

http://www.e-asfalto.com/go?org_asf/historia_del_asfalto.htm 15/marzo/2010

http://www.e-asphalt.com/modificados/modificados.htm 16/marzo/2010 http://www.e-asfalto.com/pavimentos/pavimentos.htm 15/marzo/2010

http://construccionyseguridad.blogspot.com 15/marzo/2010

http://www.amaac.org.mx/asfalt/index.php?1sum 17/marzo/201068

ANEXO

ENSAYO DE PENETRACIN Este ensayo se utiliza para la clasificacin de los asfaltos. Este es un mtodo antiguo y emprico que consiste en: Calentar un recipiente con cemento asfltico hasta llevarlo a una temperatura de 25C (77F), en un bao de agua a temperatura controlada. Se apoya una aguja normalizada, de 100 gr. Sobre la superficie del cemento asfltico durante 5 segundos. La medida de penetracin es la longitud que la aguja penetr en el cemento asfltico (unidades de medida 0.1mm). Existen casos excepcionales donde el ensayo de penetracin se realiza para una temperatura distinta, con lo cual cambia el peso de la aguja y el tiempo de penetracin.

ENSAYO DE DUCTILIDAD La ductilidad se mide en un cemento asfltico con un ensayo del tipo "de extensin". El ensayo consiste en: Se moldean probetas de asfalto en condiciones y medidas normadas. Se la lleva a la temperatura del ensayo (generalmente 25 C) Se separa una parte de la probeta de la otra a una velocidad de 5cm/min, hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra. La ductilidad es la distancia en cm a la cual se rompe dicho hilo.

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ENSAYO DE RECUPERACIN ELSTICA Este ensayo est basado en el ensayo de Ductilidad. En ste se emplea la misma tcnica para la preparacin de las muestras y el mismo equipo para realizar el ensayo. La muestra es estirada a una velocidad de 5 cm/min, hasta una distancia de 20 cm. El hilo se corta al medio y al cabo de 30 min. Se mide la recuperacin elstica. Se expresa la recuperacin elstica como un porcentaje de la deformacin aplicada. El ensayo de acuerdo a las distintas especificaciones, puede realizarse a una temperatura de 7C, 13C y a 25C. Si la rotura del hilo se produce antes de los 20 cm, se tomar esta distancia para el clculo de la recuperacin elstica.

ENSAYO DE HOMOGENEIDAD EN EL ALMACENAJE EN CALIENTE La especificacin desarrollada por la Sociedad de Investigaciones Viales de Alemania. Incluye un ensayo que permite controlar la homogeneidad del asfalto modificado luego de un calentamiento prolongado, tratando de simular lo que ocurre en el almacenaje en obra, verificando que no haya separacin del polmero del asfalto. El ensayo consiste en: Colocar la muestra de asfalto modificado en un recipiente de forma cilndrica. El recipiente, con la muestra, es mantenido a 180C. Durante tres das. Al cabo del perodo se determina el punto de ablandamiento en el tercio superior y en el tercio inferior del contenido en el recipiente. La diferencia entre ambas determinaciones no debe ser superior a los 2C.

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NORMAS Y REGLAMENTOS

AASHTO (American Association of State Highway And Transportation Officials)

ASTM (American Society for Testing and Materials) AMAAC (Asociacin Mexicana del Asfalto, A. C.) NORMATIVA SCT (Secretaria de Comunicaciones y Transportes) NORMAS IMT (Instituto Mexicano del Transporte)

NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA CARRETERAS.

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AGRADECIMIENTOS

PARA PODER REALIZAR ESTE TRABAJO DE LA MEJOR MANERA POSIBLE FUE NECESARIO DEL APOYO DE MUCHAS PERSONAS A LAS CUALES QUIERO AGRADECER.

EN PRIMER LUGAR A LA FAMILIA VAZQUEZ RUIZ QUIENES HAN SIDO UN APOYO MORAL, ECONOMICO E INCONDICIONAL PARA LOGRAR ESTE FIN, GRACIAS POR SU PACIENCIA Y POR SU CONFIANZA.

A TI QUE AUNQUE YA NO ESTES AQU, SIEMPRE ESTARAS Y SEGUIRAS PRESENTA EN CADA MOMENTO DE MI VIDA TU QUE FUITE MI INSPIRACIN, MOTIVACIN Y SOBRE TODO MI EJEMPLO A SEGUIR, ESTE LOGRO ES PARA TI Y POR TI.

A MIS MADRES QUE ME HAN DADO ESA FUERZA, VALOR Y AMOR PARA SEGUIR ADELANTE GRACIAS.

A TI NATHAN QUE NUNCA DEJASTE DE CREER EN MI, QUE SIEMPRE ESTUVISTE CONMIGO APOYANDOME Y ANIMANDOME A SER MEJOR, Y AGRADEZCO POR COMPARTIR TU EXISTENCIA CONMIGO, GRACIAS POR TU TIEMPO, ENTREGA Y DEDICACIN.

A MIS AMIGOS QUE DE CIERTA FORMA SIEMPRE ESTUVIERON CONMIGO

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A MIS ASESORES DE TESIS QUE ADMIRO POR SU SABIDURIA, POR SU APOYO, POR FACILITARME LAS COSAS, POR COMPARTIR SUS

CONOCIMIENTOS, POR SU ENTREGA EN CADA CLASE Y DEDICACIN A SU PROFESIN.

AGRADEZCO A DIOS POR LLENAR MI VIDA DE DICHA, PACIENCIA, AMOR Y BENDICIONES.

A LA VIRGEN MARIA POR DEVOLVERME LA VIDA GRACIAS.

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