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MAESTRÍA EN INGENIERÍA VIAL CON MENCIÓN EN CARRETERAS, PUENTES Y TÚNELES UNIVERSIDAD RICARDO PALMA ESCUELA DE POSGRADO

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MAESTRÍA EN INGENIERÍA VIAL CON MENCIÓN EN CARRETERAS, PUENTES Y TÚNELES

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA ESCUELA DE POSGRADO MAESTRÍA EN INGENIERÍA VIAL CON MENCIÓN EN CARRETERAS, PUENTES Y TÚNELES

ASFALTOS OXIDADOS -

ESPECIFICACIONES

USOS CURSO

:

TECNOLOGÍA DEL ASFALTO

DOCENTE

:

Ing. Jorge Rodolfo ESCALANTE ZEGARRA

ESTUDIANTES

:

● AQUINO BALTAZAR, Joe Brayan ● CAMARENA DE LA CRUZ, Rony Alejandro ● CASTAÑEDA QUISPE, Luis Wilfredo ● CASTILLO ARIZA, Fernando ● DE LA SOTA CÓRDOVA, Shirley Alexandra ● DEL CARPIO CASTILLO, Armando LIMA – PERÚ – 2020

Y

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RESUMEN

Los asfaltos oxidados o asfaltos soplados es un producto que se obtiene del proceso de destilación al vacío del petróleo hasta llegar a su forma básica conocida como residuo asfaltico, el asfalto oxidado se produce bajo condiciones de temperatura predeterminada e inyectando una corriente de aire continua a través de la masa del betún, creando una reacción química conocida como la deshidrogenación y posteriormente a un proceso de polimeración. De esta manera se obtiene un producto con características diferentes al asfalto común, además de ser aglutinante e impermeabilizante, sus principales características es la flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes, así mismo brinda una mayor resistencia mecánica y actúa como aislante eléctrico. Las propiedades de los asfaltos oxidados se centran esencialmente en la penetración (PEN) y el punto de ablandamiento (PA), poseen una penetración a temperatura ambiente menor a 10mm y un punto de ablandamiento superior a los asfaltos normalmente refinados de penetración comparable, lo cual lo hace adecuado para revestimiento de techos, tuberías, su uso en carreteras está limitado en gran a la impermeabilización de estructuras y al relleno de juntas de los pavimentos de concreto hidráulico, así como también es común utilizarlo como impermeabilizante en la construcción de cimentaciones de obras civiles. Palabras clave: Residuo asfaltico, asfalto oxidado, oxidación industrial, penetración, ablandamiento.

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INDICE RESUMEN...........................................................................................................................................2 INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................4 1.

GENERALIDADES......................................................................................................................5 1.1

2.

OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................5

MARCO TEÓRICO.......................................................................................................................5

2.1. 3.

DESCRIPCIÓN DE ASFALTOS OXIDADOS........................................................................5 DESARROLLO.............................................................................................................................7

3.1. 3.2.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ASFALTO OXIDADO.............................................7 ENSAYOS APLICADOS A LA CLASIFICACION DE ASFALTOS OXIDADOS...............9

3.2.1.

PENETRACION....................................................................................................................9

3.2.2.

PUNTO DE ABLANDAMIENTO........................................................................................9

3.2.3.

INDICE DE PENETRACION................................................................................................9

3.2.4.

CAMBIOS EN SUS PROPIEDADES DEL ASFALTO OXIDADO..................................11

3.3.

ESPECIFICACIONES DE ASFALTOS OXIDADOS........................................................15

5.

3.3.1.

ASFALTO OXIDADO DE GRADO BLANDO..............................................................15

3.3.2.

ASFALTO OXIDADO DE GRADO MEDIO.................................................................16

3.3.3.

ASFALTO OXIDADO DE GRADO DURO...................................................................17

3.4.

ESPECIFICACIONES INTERNACIONALES...................................................................19

3.5.

USOS DE LOS ASFALTOS OXIDADOS............................................................................2

BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................................5

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INTRODUCCIÓN

La presente investigación se denomina “características y usos de los asfaltos oxidados” La tendencia mundial en el uso de hidrocarburos facilita el acceso al residuo de la destilación del petróleo conocido como asfalto, y debido a las nuevas solicitudes del mercado se realiza modificaciones en la composición química de este producto para dotarlo de nuevas características físicas y químicas que satisfagan las demandas del actual mercado. Si bien los asfaltos tienen como uso principal la pavimentación de pistas y carreteras, los cambios conferidos por la oxidación del asfalto amplia el espectro de uso hacia otras áreas de la ingeniería civil y la industria para los cuales se requieren características de adhesión específicas, impermeabilidad, aglutinante, aislamiento y sellado. El Asfalto oxidado proviene de un proceso industrial, bajo condiciones de temperatura predeterminada la cual oscila entre 175°C – 288°C, bajo estas condiciones se dispone de un flujo de aire continuo motivo por el cual el asfalto sufre un proceso de deshidrogenación y descarbonizacion, generándose la oxidación del asfalto siendo el mejor método que se dispone para aumentar el índice de penetración que equivale a reducir la tendencia a ablandamiento a temperaturas elevadas y a hacerse quebradizo a temperaturas bajas. En nuestro país se tienen diversas empresas extractoras del petróleo como son el Lote 67 (Perenco), el Lote 39 (Repsol), Lote 1AB (Pluspetrol), asi mismo el Perú cuenta con refinerías de petróleo como son la Pampilla, Talara, Conchán, a pesar de ello en el Perú actualmente no se produce el

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asfalto oxidado, así como tampoco se encuentra normado en los reglamentos correspondientes del Perú.

1. GENERALIDADES I.1 OBJETIVO GENERAL

♦ Dar a conocer las especificaciones técnicas y usos del asfalto oxidado (asfalto soplado) en la industria, así como en la ingeniería civil. I.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

♦ Conocer las especificaciones técnicas que satisfagan los requerimientos del asfalto oxidado en la industria y la construcción. ♦ Dar a conocer el uso del asfalto oxidado en la industria y la construcción nacional e internacional.

2. MARCO TEÓRICO 2.1.

DESCRIPCIÓN DE ASFALTOS OXIDADOS

Es aquel asfalto al cual se le ha modificado alguna de sus características naturales, debido a que se le ha inyectado aire a temperatura elevada durante su destilación. Este asfalto tiene un punto de fusión más alto que el asfalto de la misma consistencia elaborado por simple destilación o evaporización; Crespo (2004). Estos son asfaltos sometidos a un proceso de deshidrogenación y luego a un proceso de polimeración. A elevada temperatura se le hace pasar una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y adaptarlos a aplicaciones más especializadas. El proceso de

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oxidación produce en los asfaltos las siguientes modificaciones físicas: - Aumento del peso específico. Aumento de la viscosidad. Asfalto En La Ingeniería Civil ( 2012). El asfalto soplado por aire es un proceso mediante el cual el asfalto de reserva se convierte en un producto de asfalto que tiene propiedades más deseables por la introducción forzada de aire por soplado a temperaturas que varían de 300 ° F a 600 ° F. En sus formas no procesadas, el asfalto puede no ser adecuado para aplicaciones particulares debido a una dureza excesiva o un punto de ablandamiento demasiado bajo. Eidem K. (1984).

Los asfaltos soplados u oxidados se producen cuando se hace pasar aire a través de los materiales asfalticos calientes, esto con el fin de darle las características necesarias para ciertos usos especiales, tienen punto de ablandamiento superior a los asfaltos normalmente refinado de penetración comparable, lo que los hace adecuados para revestimiento de techos y otras aplicaciones similares. Su uso en carreteras está limitado en gran medida a la impermeabilización de estructuras y al relleno de juntas de los pavimentos de concreto hidráulico. Jeferson P. (1980)

El asfalto oxidado denominado también asfalto soplado o refinado por aire, es asfalto que ha sido tratado soplando a través de él aire a temperatura elevada a fin de conseguir las propiedades físicas necesarias para el uso industrial del producto. La producción de asfalto viene determinada por las especificaciones de rendimiento (por ejemplo, asfalto para pavimentación y para techado), no por la composición química. La composición química exacta del asfalto depende de la complejidad del petróleo. Joann W. (2004)

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El asfalto oxidado consiste en soplar aire, que es un proceso de oxidación que implica soplar aire a través del asfalto fundido para modificar las propiedades físicas del asfalto. En dicho proceso de soplado de aire, se sopla aire a través de un flujo de asfalto durante un período de tiempo particular a una temperatura elevada. El proceso de asfalto por soplado de aire generalmente eleva el punto de ablandamiento del asfalto, lo que aumenta la capacidad de las tejas para resistir el flujo a altas temperaturas en un techo, reduce la penetración de las tejas en un rango que permite la presión adecuada de los gránulos sin volverse demasiado frágil, eleva su Viscosidad del material fundido de tal manera que cuando se agrega relleno, la viscosidad del recubrimiento relleno está en un rango que permite que la teja del techo se procese a altas velocidades, y crea una teja que funcionará durante muchos años en el techo a pesar de estar expuesta al sol temperaturas y condiciones climáticas inclementes. USPTO 0275496 (2017)

3. DESARROLLO 3.1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ASFALTO OXIDADO El petróleo (crudo) es un líquido viscoso constituido por una mezcla de hidrocarburos, compuestos que contienen en su estructura molecular, principalmente, carbono e hidrógeno con diferentes propiedades físicas y químicas. En promedio, podemos considerar que contiene entre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrógeno. El primer paso en la refinación de petróleo es la destilación o fraccionamiento del crudo (Destilación primaria), el crudo ingresa a la columna de fraccionamiento a una temperatura aproximada de 370°C y parcialmente vaporizado. La destilación es un proceso continuo, las fracciones que más se elevan en la columna se denominan "ligeras" o "livianas" (como el gas de refinería, gases licuados de petróleo, propano y butano GLP, naftta, kerosene, gasolina) y las que

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se condensan en las bandejas inferiores, se denominan "pesadas" (como aceites lubricantes, asfalto). Los asfaltos oxidados se obtienen procesando un residuo de la destilación al vacío de petróleo oxidándolo comúnmente con aire para generar cambios químicos en la composición del material básico, que lo hagan apto para usos especiales. Estos cambios originan en el producto oxidado una mayor consistencia frente a la elevación de temperatura, una mejor durabilidad y estabilidad a los cambios originados por el intemperismo y el envejecimiento, una mayor resistencia mecánica y mejor aislante eléctrico. La temperatura de los fondos de la torre de vacío se mantiene en el banco de soplado entre 450 ° F y 500 ° F mientras se sopla aire. Si bien este proceso a menudo se llama oxidación (que resulta en betún oxidado), hay más reacciones durante el proceso de soplado de aire. Algunas de estas reacciones incluyen deshidrogenación, condensación, polimerización y muchas otras. Una vez que se cumplen las características deseadas para ese lote, el proceso finaliza y el asfalto se envía al almacenamiento para su envío por camión o ferrocarril. También se puede usar en el sitio para la producción de productos para techos. Los parámetros de punto final típicos incluyen un punto de reblandecimiento de 215 ° F y una penetración de 20 para asfaltos de grado de cubierta. Los grados comunes de los asfaltos de grado de pavimentación son 95/25, 85/25, 90/40 y 115/15. Algunos asfaltos de grado de pavimentación se modifican agregando ácido polifosfórico al soplete antes de comenzar el flujo de aire.

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Figura 1. Proceso de destilación del petróleo crudo hasta la producción del asfalto oxidado 3.2. 3.2.1.

ENSAYOS APLICADOS A LA CLASIFICACION DE ASFALTOS OXIDADOS PENETRACION Según la norma INV E-706-13. (2017) La Penetración de los materiales Bituminosos procede derritiendo una muestra del producto bituminoso (si al inicio se encontraba a temperatura ambiente) y se deja enfriar de manera controlada. Posteriormente, empleando un penetrómetro con una aguja normalizada se penetra la muestra bajo unas condiciones específicas. El ensayo de penetración se usa para medir la consistencia de los productos bituminosos a la temperatura de ensayo. Altos valores de penetración indican consistencias más blandas.

3.2.2. PUNTO DE ABLANDAMIENTO Según la norma INV E-712-13. (2017). Se coloca dos discos horizontales de material bituminoso, fundidos entre anillos de latón, se calientan a una velocidad controlada en un baño líquido, mientras cada uno de ellos soporta una bola de acero. El punto de ablandamiento se considera como el valor medio de las temperaturas a las cuales los

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dos discos se ablanda lo suficiente, para que cada bola envuelta en material bituminoso caiga una distancia de 25mm (1”). El punto de ablandamiento es útil en la clasificación de los productos bituminosos y es un buen indicador de la tendencia del material a fluir cuando está sometido a temperaturas elevadas durante su vida de servicio. También, sirve para establecer la uniformidad de los suministros del producto y de las fuentes de abastecimiento. 3.2.3. INDICE DE PENETRACION Según la norma INV E-712-13. (2017). El fundamento del método de obtención de IP se basa en aceptar, por un lado, que a la temperatura del punto de ablandamiento (anillo y bola) la penetración de un cemento asfaltico es 800(0.1 mm), y, por otro, que los valores de la penetración en función de la temperatura se representan por una línea recta, si se elige en ordenadas una escala logarítmica para la penetración. 

IP > -1: Son cementos asfálticos con poca susceptibilidad a la temperatura, presentando cierta elasticidad y tixotropía. Se les denomina tipo gel o soplado, ya que la mayoría de los asfaltos oxidados pertenecen a este grupo.



IP < -1: Cementos asfalticos con mayor susceptibilidad a la temperatura; ricos en resinas y con comportamiento algo viscoso.



IP entre +1 y -1: Características intermedias entre los dos anteriores; pertenecen a este grupo la mayoría de los cementos asfálticos que se utilizan en la construcción de carreteras.

El cálculo del IP se obtiene mediante la expresión:

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Siendo: u=log 4 (t AB −t P ) v=log 800−log Pt t AB=temperatura del punto de rebladecimiento anillo y bola , en ° C Cálculo del IP mediante monograma:

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Figura 2. Monograma para el cálculo del índice de penetración

3.2.4. CAMBIOS EN SUS PROPIEDADES DEL ASFALTO OXIDADO Las propiedades de asfaltos oxidados se centran esencialmente en Penetración (PEN) y Punto de Ablandamiento (PA). La oxidación es el principal método que se dispone para aumentar

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el indice de penetración que equivale a reducir la tendencia a ablandamiento a temperaturas elevadas y a hacerse quebradizo a temperaturas bajas. En la Figura se muestran curvas genéricas de la variación de la penetración en función del punto de ablandamiento durante la oxidación, comparadas con una curva obtenida de ir reduciendo un residuo asfáltico por destilación, sin oxidar. La curva más baja representa a un asfalto straight run (SR), es decir, producido por destilación al vacío, donde el punto de ablandamiento más alto que se puede obtener, sin producir cracking térmico en forma extensa, es de 195°F (90°C). En esta curva una misma alimentación se procesa en una fraccionadora al vacío haciendo cada vez más exigente el fraccionamiento de tal manera de ir reduciendo progresivamente el valor de la Penetración. Esta curva es esencialmente una línea recta. Las curvas superiores corresponden a alimentaciones de diferente consistencia que han sido progresivamente oxidadas con aire. La curva intermedia corresponde a una alimentación de alta consistencia, como por ejemplo una alimentación de 400-500 SSF1 a 210°F (99°C) mientras que la curva superior corresponde a una alimentación más blanda, de menor consistencia, como por ejemplo una alimentación de 53 SSF a 210°F (99°C). Muchas veces la curva intermedia o de alimentación de alta consistencia se denomina "Alimentación de Grado Penetración" ya que es tan alta su consistencia que se puede especificar por su valor de penetración a 77°F (25°C), por ejemplo, en el caso anterior con un valor menor de 300 que es el límite práctico para estas mediciones. La curva superior es convenientemente expresada por su viscosidad y por eso se le llama "Alimentación de Grado Viscosidad". El hecho de que las pendientes de las curvas PEN/PA, 1

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sean en general de mayor valor absoluto para la alimentación de mayor consistencia que para la alimentación de menor consistencia implica una mayor susceptibilidad a los cambios de temperatura de las primeras. Así para una misma PEN el PA de la alimentación de mayor consistencia será menor que el respectivo de la alimentación de menor consistencia. Luego se concluye que, a menor consistencia de la alimentación, se obtiene una más baja (menor) susceptibilidad a la temperatura.

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Figura 3. Relación general PEN/PA y la variación del índice de penetración

3.3.

ESPECIFICACIONES DE ASFALTOS OXIDADOS

Los asfaltos soplados se clasifican en:

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3.3.1. ASFALTO OXIDADO DE GRADO BLANDO  Asfalto oxidado 75/25 

Asfalto oxidado 75/35



Asfalto oxidado 85/25



Asfalto oxidado 85/30



Asfalto oxidado 85/40 Los Asfalto oxidado de grado blando (75/25 – 75/35 – 85/25 – 85/30 – 85/40) son asfaltos levemente oxidados son sistemas coloidales Tipo Mixto. Al aumentar la concentración de asfaltenos, se eleva el índice de penetración y disminuye la ductilidad de los mismos, así como también se rigidizarán los mismos a bajas temperaturas.

Figura 4. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 75/25

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Figura 5. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 75/35 3.3.2. ASFALTO OXIDADO DE GRADO MEDIO  Asfalto oxidado 90/10 

Asfalto oxidado 90/15



Asfalto oxidado 90/40



Asfalto oxidado 95/25 Los asfaltos oxidados de grado medio (90/10 – 90/15 – 90/40 – 95/25), son productos a los que se han modificado sus características por insuflación de aire a elevadas temperaturas. Están identificados por los valores medios de los rangos especificados de punto de ablandamiento en ºC y de penetración 1/10 Mm.

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Fi gura 6. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 90/10

Figura 7. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 90/40

3.3.3. ASFALTO OXIDADO DE GRADO DURO  Asfalto oxidado 115/15 

Asfalto oxidado 105/15



Asfalto oxidado 105/35



Asfalto oxidado 150/5

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Los asfaltos oxidados de grado duro (115/15 – 105/15 – 105/35 – 150/5), son productos a los que se han modificado sus características por insuflación de aire a elevadas temperaturas. Están identificados por los valores medios de los rangos especificados de punto de ablandamiento en ºC y de penetración 1/10 Mm.

Fi gura 8. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 105/35

Figura 9. Especificaciones técnicas del asfalto oxidado 115/15

3.4.

ESPECIFICACIONES INTERNACIONALES

La producción actual normalmente se trata de ajustar a especificaciones internacionales. Se adjuntan las siguientes tablas y las especificaciones internacionales de asfaltos oxidados según

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norma de la ASTM D312: "Standard Specification for Asphalt Used in Roofing" para asfaltos aplicados en caliente para techos (BUR) y algunos valores típicos según el uso, obtenido de diversas bibliografías. Otra norma referida a especificación de asfalto por su uso es la ASTM D6152: "Standard Specification for SEBS-Modified Mopping Asphalt Used in Roofing".

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Figura 10. Especificaciones internacionales de asfaltos oxidados

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Figura 11. Especificaciones internacionales de asfaltos oxidados por usos

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F igura 12. Especificaciones de asfaltos oxidados venezolanos

5

Fi gura 13. Especificaciones de asfaltos oxidados de arabia saudita

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Figura 14. Antiguas especificaciones de asfaltos oxidados producidos en el Perú 3.5.

USOS DE LOS ASFALTOS OXIDADOS

Los asfaltos oxidados que se utilizan en la industria química, combustible, pinturas, lacas, barnices, tableros de pulpa de papel, procesamiento de textiles, construcción de carreteras, pavimentos, sellado y reparación de grietas, obras civiles, techos, industrias de la construcción; sellado y aislamiento de edificios, adhesivos, aditivos para materiales de construcción, aglutinantes de polvo, recubrimientos, agentes aislantes e impregnantes, se fabrican productos de caucho y plástico, también se utiliza en pinturas a base de asfalto para la protección contra la corrosión de metales, en el revestimiento de estructuras de obras públicas, adhesivos en laminados eléctricos, base para césped sintético, revestimiento de tuberías, fabricación de pintura.

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Figura 15. Colocado de asfalto oxidado En el techo de una vivienda Figura 16. Almacenado de asfaltos oxidados

Figura 17. Almacenamiento de asfaltos oxidados

Figura 18. Impermeabilización de estructuras con asfaltos oxidados

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Figura 20. Recubrimiento de tuberías con asfaltos oxidados

Figura 21. Impermeabilización de muros con asfaltos oxidados

Figura 22. Protección de techos con asfaltos oxidados 4. RECOMENDACIONES faltaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

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5 5. BIBLIOGRAFÍA 1) http://oxiasfalto.com/betun-oxidado/betun-oxidado-105-15.html 2) http://aulavirtual.urp.edu.pe/bdacademicas/docview/1465036685?accountid=45097 3) https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf? docId=US37582719&tab=NATIONALBIBLIO&_cid=P22-KAOPJR-29513-1 4) http://www.carreteros.org/normativa/otros/nlt/pdfs/negras/1988/181_88.pdf

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