t05 ligantes asfálticos [modo de compatibili

12/05/2010

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LIGANTES ASFÁLTICOSLIGANTES ASFÁLTICOS

ASIGNATURA / CURSO DE CAPACITACIÓN

Docentes

Ing. Jorge A. Páramo (director)

Ing. Hugo E. Poncino

Montevideo, - Uruguay mayo2010

T04 LIGANTES ASFÁLTICOS

T04 LIGANTES ASFÁLTICOS T04 LIGANTES ASFÁLTICOS

T04 LIGANTES ASFÁLTICOS T04 LIGANTES ASFÁLTICOS

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LIGANTES HIDROCARBONADOS

Son productos orgánicos y relativamente inertes,contrariamente a los ligantes hidráulicos, de origen mineral,que necesitan desarrollar “cementación” (fraguado) porreacción química en presencia de agua.

Cuando los ligantes negros se mezclan con áridos, confieren ala mezcla una cierta cohesión y por consecuencia resistencia ala tracción, a la compresión y al corte.


Son productos visco-elásticos que van a conducir a la obtenciónde materiales “flexibles” por oposición a las capas depavimentos tratadas con ligantes hidráulicos, calificadas como“rígidas”.

Son denominados ligantes “asfálticos o bituminosos” cuandoson derivados del petróleo.

Para obtener estos resultados se utilizan dospropiedades bien específicas: su poder deadherencia a los áridos y su consistencia variablecon la temperatura.

LIGANTES HIDROCARBONADOS


Son derivados del petróleo, es decir provienen deltratamiento natural o industrial del petróleo bruto.

El petróleo, por su parte, resulta de una lentatransformación a escala geológica de depósitos lacustres omarinos de origen animal.

La destilación del petróleo permite separar las diferentesfracciones en función de su punto de ebullición.

Las fracciones más pesadas que se obtienen de esta operación,realizada en destilería o naturalmente, son los betunes oasfaltos.

Soluble en sulfuro de carbono.

LIGANTES BITUMINOSOS


Betunes sólidos y semi sólidos, de color negro ocastaño oscuro.

Asfaltos naturales: formados por proceso natural (decantación,evaporación o absorción). Asfaltita: asfalto sólido, quebradizo,de fractura concoidal y muy alta temperatura deablandamiento.

Asfalto de petróleo: obtenido en refinería mediante un procesode destilación de un crudo de petróleo.

ASFALTOS


Ligante básico: cemento asfáltico.

Ligantes derivados: emulsiones asfálticas, asfaltos diluidos,asfaltos fluxados

Ligantes especiales: asfaltos modificados, asfaltoscompuestos, asfaltos fillerizados.

TIPOS DE ASFALTOS


Las propiedades y características de los asfaltosdependen de su estructura y composición química , lasque a su vez dependen de la naturaleza del crudo deorigen y del proceso de obtención.

PROPIEDADES


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Están constituidos fundamentalmente por unamezcla de hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos,aunque contienen también pequeñas proporciones de azufre,oxígeno y nitrógeno.

Sometidos a precipitación con pentano (hidrocarburo saturadode bajo peso molecular) se obtiene una fracción soluble(maltenos) y una insoluble (asfaltenos)

Los asfaltenos son los componentes de mayor peso molecular ytienen una notable influencia en las características adherentesy en el comportamiento reológico.

COMPOSICIÓN QUÍMICA


Los maltenos se separan a su vez en fracciones deaceites que son los constituyentes de menor peso molecular yrepresentan entre el 40 y el 60% en peso del asfalto; y deresinas de peso molecular más alto, mayor polaridad y muysusceptibles a la temperatura (comportamiento vítreo a bajastemperaturas)


ASFALTENOS

RESINAS ACEITES

MALTENOS

ASFALTOPentano

Soluble

Pentano

Insoluble

Benceno+

Metanol

Al2 O3


Los asfaltos son sistemas coloidales constituidos por unadispersión de micelas de asfaltenos, peptizadas por las resinasen un medio aceitoso. Por lo tanto: asfaltenos (fase dispersa),aceites (fase continua) y resinas (coloides protectoresalrededor de las micelas evitando la precipitación ycoagulación).

El tipo de sistema coloidal dependerá de las proporcionesrelativas de los tres componentes (asfaltenos, resinas yaceites) y de la compatibilidad de los mismos.


Sistema Coloidal


Tipo SOL: micelas bien peptizadas por las resinas y capas detransición con las moléculas de aceite.

Tipo GEL: gran proporción demicelas e insuficiente deresinas, no hay buenadispersión tendencia aformar estructura continuamicelar.

Entre estos dos tipos extremosexisten toda una gama de estructuras intermedias.


Pueden clasificarse en:

Sistema Coloidal


De acuerdo al proceso de obtención utilizado enrefinería los asfaltos pueden ser clasificados enlos siguientes grupos:

Asfaltos dedestilacióndirecta

Residuo de la torre de destilación a vacío,alimentada con crudo reducido (residuo deuna primera destilación a presiónatmosférica).

Las características de estos asfaltosdependen fundamentalmente de lanaturaleza del crudo de origen.

PROCESO DE OBTENCIÓN


Asfaltossoplados

Se obtienen del crudo reducido o del residuo delvacío, haciendo pasar una corriente de aire através de su masa a alta temperatura.

Se producen reacciones de deshidrogenación ypolimerización.

Las propiedades dependerán del crudo y delproceso (caudal de aire y temperatura)



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Asfaltossoplados yreconstituidos

Consiste en soplar un residuo dedestilación para aumentar su consistencia(penetración del orden de 10). Luego se lomezcla con otros residuos más blandospara obtener una gama de distintaspenetraciones

Asfaltosreconstituidos

Mezcla de extractos aromáticos,procedentes de la refinación de los aceiteslubricantes, con disolventes selectivos conlos residuos pesados de destilación o conel residuo desafaltado con propano.



Susceptibilidad Térmica

Carácter termoplástico, por aumento de la temperatura suconsistencia debe disminuir y así desarrollar capacidad para“mojar” y envolver los áridos. Al enfriarse deben volver a suconsistencia original y dar cohesión a la mezcla.

Adhesividad

Debe poder adherirse de manera fuerte y durable con los áridosa los que va a estar asociado.

PROPIEDADES MÁS IMPORTANTES


Su comportamiento mecánico y reológico debe conferircohesión y flexibilidad a la estructura de la mezcla asfálticapara que pueda resistir las tensiones impuestas por eltránsito.

PROPIEDADES MÁS IMPORTANTES

Comportamiento mecánico

Resistencia al envejecimiento

Debe conservar sus propiedades en el tiempo, frente a lasacciones de los agentes atmosféricos y las condicionesambientales.


CARACTERIZACIÓN

El comportamiento reológico de los asfaltos es de fundamentalimportancia para su empleo vial, tanto para conseguir unacorrecta manipulación y puesta en obra en la etapaconstructiva, como para valorar su comportamiento en servicio.

Los asfaltos presentan un comportamiento reológico muycomplejo que depende de la temperatura, de la carga y deltiempo de aplicación. A temperaturas bajas y cortos intervalosde tiempo el asfalto tiene carácter elástico, mientras que atemperaturas moderadamente elevadas o tiempos de aplicaciónlargos el asfalto se deforma permanentemente y fluye, carácterviscoso .

Comportamiento Mecánico - Reológico


CARACTERIZACIÓN


60ºC1 hora

25ºC1 hora 10 horas


CARACTERIZACIÓN


-30 25 60 135Temperatura, ºC

viscoso

elástico

RESPUESTA DEL STIFFNESS A LA CARGA

FluidoviscosoSólido

elástico


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CARACTERIZACIÓN

Mide la consistencia a 25ºC. Sirve de base en un grannúmero de especificaciones.


ENSAYO DE PENETRACIÓNNorma IRAM 6576 - 1975

a 25ºC

h en 1/10 de mm = penetración100g

100g

Después de 5s.


Mide en forma indirecta la consistencia y equivale a unatemperatura de equiviscosidad.

Comportamiento Mecánico - ReológicoCARACTERIZACIÓN

ENSAYO DE PUNTO DE ABLANDAMIENTONorma IRAM 115 - 1959

esfera ligante

cubeta

anillo

Posición inicial Posición final

tº P.A.

tº + 5ºC

d


Fue establecido por Pfeiffer y Van Doormal a partir de losvalores de penetración a 25ºC y del punto de ablandamiento.Es una medida de la susceptibilidad térmica. Su valor da unaindicación de la estructura coloidal y del comportamientoreológico.


ÍNDICE DE PENETRACIÓNNorma IRAM 6604 -1983

IP = --------- -10301+90ß

ß= --------------------log 800 - log P1.8 Ta - 45

Punto de ablandamiento(IRAM 115)

50 52 54 56

60 -0.8 -0.3 +0.2 +0.7

70 -0.4 +0.1 +0.6 +1.1

80 0.0 +0.5 +1.0 +1.5

Pen

etra

cion

(IR

AM

657

6)

90 +0.4 +0.9 +1.4 +1.9


Fue establecido por Pfeiffer y Van Doormal a partir de losvalores de penetración a 25ºC y del punto de ablandamiento.Es una medida de la susceptibilidad térmica. Su valor da unaindicación de la estructura coloidal y del comportamientoreológico.


ÍNDICE DE PENETRACIÓNNorma IRAM 6604 -1983

IP = --------- -10301+90ß

ß= --------------------log 800 - log P1.8 Ta - 45

Asfaltos con IP < -1 son muy susceptibles

Asfaltos con IP > +1 son poco susceptibles


TIPOS DEASFALTO

PENET.en

1/10mm

PUNTO DEABLANDAMIENTO

(ºC)

TEMP. DEBOMBEO

(ºC)

TEMP. DEMEZCLADO

(ºC)

PUNTO DEINFLAMACION

(ºC)

DENSIDADMEDIA A

25ºC(Kg/Dm3)

I 10-50 47 -60 125 170 250 1.05

II 50-60 44 -56 120 165 240 1.05

III 70-100 41 -51 115 155 230 1. 03

IV 150-200 33 -43 105 145 230 1.03

Temperaturas de utilización

CARACTERIZACIÓN


Es un ensayo de alargamiento a velocidad constante.

Existen dudas sobre su significado, aunque en general losasfaltos más susceptibles son los que presentan valores másaltos, por el contrario valores muy bajos indican falta decohesión y de adhesividad.


CARACTERIZACIÓN

ENSAYO DE DUCTILIDADNorma IRAM 6579 - 1966


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Mide en forma empírica la fragilidad a bajas temperaturas delos asfaltos y equivale a una temperatura de equiviscosidadpara condiciones de fragilidad.


CARACTERIZACIÓN

ENSAYO DE PUNTO DE FRAGILIDAD FRAASS


El viscosímetro Brookfield es del tipo rotacional.

Mide la fuerza de torque requerida para rotarun cilindro coaxial (rotor) sumergido en elasfalto.El rotor es accionado por un motor sincrónico através de un resorte calibrado, la deflexión quesufre el resorte es medida en un display digital.

Utilizando una transmisión múltiple de velocidad y distintosrotores intercambiables es posible medir viscosidades en unamplio rango.


ENSAYO DE VISCOSIDAD BROOKFIELDNorma IRAM 6837 - 2000


El equipo cuenta con un accesorio de control de temperaruta“Thermosel” que puede mantener la temperatura entre 38 y260ºC.Operando a una temperatura dada, con un determinado rotor y adiferentes velocidades de rotación, el aparato calculaautomáticamente las velocidades de fluir, los esfuerzos decorte y las viscosidades correspondientes.

Graficando en coordenadas logarítmicas los esfuerzos de corteen función de las velocidades es posible calcular el Índice deflujo complejo y de esta manera conocer el comportamientoreológico.


CARACTERIZACIÓN

ENSAYO DE VISCOSIDAD BROOKFIELD


En el comportamiento de una mezclaasfáltica se considera de vitalimportancia que el ligante moje alárido y lo recubra totalmente (Etapaconstructiva).

CARACTERIZACIÓN

Adherencia con los áridos

También, que exista resistencia aldesplazamiento del ligante por laacción combinada del agua y eltránsito (Etapa de vida de servicio).


Un buen contacto entre el asfalto y los áridosdependerá de:

Limpieza superficial del árido.

Ausencia de humedad en lasuperficie del árido.

Reducida consistencia del asfalto paraconseguir que “moje” al árido.

CARACTERIZACIÓN



Inmersión estática

Inmersión mecánica

Inmersión con tránsito

Inmersión dinámica

CARACTERIZACIÓN


COMO SE EVALÚA ?


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Inmersión estática

Valores admisibles > 95%

CARACTERIZACIÓN

COMO SE EVALÚA ?

Adherencia con el asfalto

Una cantidad determinada de áridos,de tamaño uniforme y envueltos con el asfalto se sumergen enagua durante 48 horas, se evalúa visualmente el porcentaje desuperficie descubierta.Con árido de referencia de comportamiento conocido esposible evaluar la adherencia de un ligante determinado.


Se evalúa el efecto de la inmersión en agua por pérdida deuna propiedad mecánica determinada.


CARACTERIZACION



COMO SE EVALÚA ?

•Estabilidad Marshall Remanente. Norma de Ensayo VN – E 32 67

•Inmersión – Compresión

•Inmersión – Tracción Indirecta


Se evalúa el efecto de la inmersión en agua por pérdida deuna propiedad mecánica determinada.


CARACTERÍSTICAS



COMO SE EVALÚA ?

•Estabilidad Marshall Remanente. Norma de Ensayo VN – E 32 67

•Inmersión – Compresión

•Inmersión – Tracción Indirecta



CARACTERIZACIÓN

Ensayo Vialit


COMO SE EVALÚA ?

Se incrustan 100 áridos sobre una película de asfalto de 2mmde espesor extendida sobre una placa metálica.Se invierte la placa y se deja caer unabola de acero desde una alturadeterminada.

Se calcula un índice a partir del númerode piedras desprendidas


Envejecimiento: cambios en las propiedadesde los materiales que ocurren en períodosde tiempo más o menos prolongados y queoriginan la degradación parcial o total de losmismos.

En los asfaltos el envejecimiento es un fenómeno físico-químico que consiste en la pérdida de los componentes másvolátiles y en un proceso de oxidación.

Por lo tanto depende de la composición y estructura químicadel asfalto y de otros parámetros inherentes a la mezclaasfáltica (vacíos, espesor de la película de asfalto), así comode las condiciones ambientales (temperatura, radiación solar,humedad)

CARACTERIZACIÓN



Estas variaciones (oxidación) se traducen en un aumento dela consistencia (endurecimiento) y consecuentemente de lafragilidad y en una pérdida de la capacidad adherente. Seproducen en tres períodos bien diferenciados:

Transporte, almacenamiento y manipuleo en planta.

Elaboración y colocación de la mezcla.

Vida en servicio

CARACTERIZACIÓN



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1- Se somete la muestra de asfalto al efecto decalor. El asfalto en condición de película delgada.

3- El ensayo se realiza a 163 ºC,durante 85 minutos.

ENSAYO DE PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO ENPELÍCULA DELGADA ROTATIVA (RTFOT).

Norma IRAM 6839 – (En estudio)

CARACTERIZACIÓNResistencia al envejecimiento

Este ensayo guarda relación con las alteraciones del asfaltodurante el proceso constructivo.

2- Se gira en forma continua y se insufla una corriente deaire caliente a un caudal determinado.


1- El asfalto en condición de película delgada sesomete durante 20 horas a condiciones de alta presióny elevada temperatura.

3- La presión es de 2070 Kpa.

ENSAYO DE ENVEJECIMIENTO A PRESIÓN (PAV)

CARACTERIZACIÓNResistencia al envejecimiento

Este ensayo simula el envejecimiento que sufre el ligantedurante su vida en servicio .

2- La temperatura de ensayo es de entre 90 y110 ºC.


CARACTERIZACIÓN

1- Se somete la muestra de asfalto al efecto de calor en unaestufa provista de una placa giratoria, durante 5 horas a163ºC, en condición de película delgada, 3,2mm.

2- Se valora la pérdida de volátiles y la oxidación.

3- Guarda relación con las alteraciones del asfalto durante elproceso de mezclado con los áridos en caliente.


ENSAYO DE PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO ENPELÍCULA DELGADA (TFOT).

Norma IRAM 6582


LAS NORMAS IRAM Y SUS MODIFICACIONES

IRAM 6604 – 1983 – Clasificación por Penetración

Características UnidadTipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V

Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max

Penetración a 25ºC, 5 seg, 100g 0,1 mm 40 50 50 60 70 100 150 200 200 300

Punto de inflamación Clevelandvaso abierto ºC 230 - 230 - 230 - 230 - 180 -

Solubilidad en tricloroetano % V 99 - 99 - 99 - 99 - 99 -

Oliensis - Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo

Indice de penetración --

1,5+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+1,5

Densidad a 25ºC / 25ºC -0,99 -

0,99 -

0,99 -

0,98 -

0,98 -

Ductilidad a 25ºC, 5 cm/min cm 100 - 100 - 100 - 100 - 100 -

Ensayo s/ el residuo de Pérdida por calentamiento - TFOT

Penetración retenida a 25ºC % P 50 - 50 - 50 - 40 - 35 -

Pérdida por calentamiento % - 1,0 - 1,0 - 1,0 - 1,5 - 1,5




IRAM-IAPG 6604* – – Clasificación por Penetración2002

Características UnidadTipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V


Penetración a 25ºC, 5 seg, 100g 0,1 mm 40 50 50 60 70 100 150 200 200 300


Solubilidad en tricloroetano % V 99 - 99 - 99 - 99 - 99 -



1,5+

0,5-

1,5+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+1,5

Densidad a 25ºC / 25ºC -0,99 -

0,99 -

0,99 -

0,98 -

0,98 -


Ensayo s/ el residuo de Pérdida por calentamiento -

Penetración retenida a 25ºC % P 50 - 50 - 50 - 40 - 35 -

Pérdida por calentamiento % - 0,8 - 0,8 - 0,8 - 0,8 - 0,8Ductilidad a 25ºC, 5 cm/min cm 50 - 50 - 75 - 75 - 100 -

RTFOT

Modificaciónes Introducidas por la subcomisión de asfaltos del IAPG a partir de febrero de 2001.



IRAM 6835 – 1998 – Clasificación por Viscosidad

Características UnidadCA 5 CA 10 CA 20 CA 30 CA 40


Viscosidad a 60ºC Poises 400 800 800 1600

1600

2400

2400

3600

3600

4800

Viscosidad a 135ºC cSt 175 - 250 - 300 - 350 - 400 -


Solubilidad en tricloroetano g/100g 99 - 99 - 99 - 99 - 99 -



1,5+

0,5-

1,5+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+0,5

-1,5

+1,5


Viscosidad a 60ºC Poises - 2500 - 500

0 - 10000 - 150

00 - 20000



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IRAM-IAPG 6835* – – Clasificación por Viscosidad2002

Modificaciónes Introducidas por la subcomisión de asfaltos del IAPG a partir de febrero de 2001.

Características UnidadCA 5 CA 10 CA 20 CA 30 CA 40


Viscosidad a 60ºC Poises 400 800 800160

0160

0 24002400 3600

3600 4800

Viscosidad a 135ºC cSt 175 - 250 - 300 - 350 - 400 -

Punto de inflamaciónCleveland vaso abierto ºC 230 - 230 - 230 - 230 - 180 -

Solubilidad en tricloroetano g/100g 99 - 99 - 99 - 99 - 99 -



1,5+0,5

-1,5

+0,5

-1,5 + 0,5

-1,5 + 0,5

-1,5 + 1,5


Indice de durabilidad - - 3,0 - 3,0 - 3,0 - 3,0 - 3,0Ductilidad a 25ºC, 5 cm/min cm 100 - 75 - 50 - 40 - 25 -

RTFOT


COMPARACION DE RESULTADOS

ASFALTO 1 – Indice de Durabilidad

2000 2002

CONDICIÓN ORIGINAL

ENVEJECIDO EN TFOT

ENVEJECIDO ENRTFOT

ENVEJECIDO EN PAV

0 2 4 6 8 10

Índice de Durabilidad

IRAM-IAPG 6835* - 2002

IRAM 6835- 1998


1998 2000 2002

0 2 4 6 8 10

CONDICIÓN ORIGINAL

ENVEJECIDO EN TFOT

ENVEJECIDO EN RTFOT

ENVEJECIDO EN PAV

IRAM-IAPG 6835* - 2002

IRAM 6835 - 1998




2002

CONDICIÓN ORIGINAL

ENVEJECIDO EN TFOT

ENVEJECIDO ENRTFOT

ENVEJECIDO EN PAV

0 2 4 6 8 10


IRAM- IAPG 6835* - 2002

IRAM 6835- 1998




2000 2002

CONDICIÓN ORIGINAL

ENVEJECIDO EN TFOT

ENVEJECIDO ENRTFOT

ENVEJECIDO EN PAV

0 2 4 6 8 10


IRAM- IAPG 6835* - 2002

IRAM 6835- 1998




ASFALTOS CON BUEN COMPORTAMIENTO - 1 Y 3 ASFALTOS CON MAL COMPORTAMIENTO - 2 Y 4

TFOT

RTFOT

PAV

Ensayos Convencionales

MOLDEOY RECUPERACIÓN

ENVEJ ACORTO PLAZO

ENVEJ ALARGO PLAZO

Ensayos Norma AASHTO PP2 -94

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

RECUP PLANTA

RECUP A 2 AÑOS

RECUP A 1 MES

Asfalto Recuperado de obra

ANALISIS COMPARATIVO – VISCOSIDAD BROOKFIELD A 60ºC


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ANALISIS COMPARATIVO

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Vis

cosi

dad

a60

ºC

Obra con deterioroAsfalto recuperado

a los 2 años de construcción

Obra en buen estadoAsfalto Recuperado


Obra en buen estadoAsfalto Recuperado


0 20 40 60 80 100 120

Duc

tilid

ada

25ºC

0 10 20 30 40 50 60

Pene

trac

ión


t05 ligantes asfálticos [modo de compatibili

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