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• Freddy Jimenez

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Tecnología del asfalto Mario Orozco - M. Sc (c) Civil Engineer

Contenido • Capitulo 1: Generalidades.

• Capitulo 2: Materiales que componen un pavimento asfaltico. • Capitulo 3: Control de calidad que conforman un pavimento asfaltico. • Capitulo 4: Diseño y control de mezclas asfálticas.

Competencias •

Capitulo 1  Conocer los orígenes del material asfáltico.  Interpretar las características y los conceptos básicos de la producción de asfalto.

•

Capitulo 2  Analizar y comprender las propiedades químicas y físicas de los materiales que conforman la mezcla asfáltica.

•

Capitulo 3  Establecer el control de calidad de los materiales que conforman un pavimento asfáltico.

•

Capitulo 4  Diseñar mezclas asfálticas, utilizando el método Marshall.  Realizar controles de calidad a los diseños de las mezclas asfálticas.  Desarrollar técnicas de control para mezclas asfálticas.

Evaluación • Primer corte: Capitulo 1 y 2 • -Asistencia 10% -Tareas y Talleres 10 % -Examen escrito 10% (9 de marzo de 2015)

• Segundo corte: Capitulo 3 -Asistencia 10% -Tareas y Talleres 10 % -Examen escrito 10%

• Tercer corte: Capitulo 4 -Asistencia 10% -Tareas y Talleres 10 % -Examen escrito 10% -Exposiciones aleatorias artículos científicos.

Artículos científicos • Mezclas polímeros • Promotores asfálticas

asfálticas

modificadas

con

de adherencia en mezclas

• Pavimentos asfalticos reciclados (RAP) • Emulsiones asfálticas

Capitulo 1: Generalidades • ¿Qué es el asfalto? Es un material de color oscuro, que presenta propiedades ligantes y aglutinantes, conformado por una serie de elementos y compuestos en los que sobresalen los hidrocarburos; presenta consistencia semisólida a temperaturas ambientes ordinarias pero tiende a la liquidez al incrementarse la temperatura.

Resumen histórico Prehistoria.

3200 a 540 a. C.

300 a. C. 1802 d. C.

Se han encontrado esqueletos de animales prehistóricos conservados intactos hasta nuestros días en depósitos superficiales de asfalto en el pozo La Brea, en Los Angeles, California.

Excavaciones arqueológicas recientes indican el amplio uso del asfalto en Mesopotamia y en el valle del Indo como aglomerante para albañilería y construcción de carreteras y para capas de impermeabilización en estanques y depósitos de agua.

El asfalto se emplea extensamente en Egipto en los embalsamamientos. En Francia se emplea roca asfáltica para pavimentación de suelos, puentes y aceras.

Resumen histórico 1838 d. C. 1870 d. C. (aproximadamente)

1876 d .C.

1892 d. C.

A partir de 1924

En Filadelfia se emplea roca asfáltica importada en la construcción de aceras. Construcción del primer pavimento asfáltico en Newark, Nueva Jersey, por el profesor E. J. DeSmedt, químico belga.

Construcción del primer pavimento de tipo sheet asphalt en Washington D. C., con asfalto de lago importado. En los Estados Unidos se obtienen de la destilación del petróleo aproximadamente 20 000 t de asfalto por año. El asfalto de petróleo producido anualmente en Estados Unidos ha crecido constantemente desde 3 millones de toneladas en 1924 a unos 9 millones de toneladas en 1946. A partir de esta fecha, se ha más que duplicado, llegando a unos 19 millones de toneladas en 1956.

Petróleo • Proviene del latín petra: roca y oleum: aceite, que significa “aceite de roca”. Es un liquido mas o menos espeso, de densidad inferior a la del agua, muy viscoso y formado por una mezcla diversa de hidrocarburos líquidos. Mediante la destilación fraccionada del petróleo se obtiene: gasolina, bencina, parafina, asfalto y muchos otros productos derivados que tienen importantes aplicaciones industriales.

Proceso de formación del petróleo Existen numerosas teorías que buscan explicar el proceso de formación del petróleo, estas pueden agruparse en dos categorías: • Teorías Inorgánicas o de origen mineral: Suponen la existencia debajo de la superficie de la tierra de carburos metálicos que se descomponen en contacto con el agua, produciendo hidrocarburos que se condensan en los estratos superiores mas fríos, dando como resultado el petróleo.

Proceso de formación del petróleo • Teorías Orgánicas: es una de las mas aceptadas, afirma que el petróleo inició su formación hace millones de años por la acumulación de microorganismos que constituían el plancton marino. Estos, empujados por las corrientes marinas hacia las zonas ribereñas, morían y se depositaban en el fondo, quedando recubiertos por sucesivas capas de arena, limo y arcilla. Este residuo de materia orgánica, al quedar aprisionada, experimentó una descomposición provocada por bacterias en ausencia de aire, lo que unido a los factores de presión y temperatura dio lugar a los diversos hidrocarburos que componen el petróleo crudo.

Localización • Por lo general el petróleo se encuentra en las rocas sedimentarias, pocas ocasiones son las que se ha desplazado de su ambiente a rocas ígneas adyacentes. Las rocas que tienen los yacimiento comerciales son arenas, areniscas, conglomerados, calizas y dolomitas porosas, y en menos proporción esquistos fisurados.

• El petróleo no forma bolsas en sentido de lagos subterráneos, si no que se impregna o embebe en una roca, como agua en una esponja

Búsqueda sondeo y exploración •

La localización de una trampa petrolífera es una tarea larga y complicada la cual tiene varias fases.

•

1.Estudios detallados de los mapas geologicos donde se presume puede haber petróleo. Estos mapas proporcionan información sobre la estructura del subsuelo como los fenómenos que tuvieron lugar hace millones de años 2. Si los estudios preliminares resultan favorables se da inicio a la prospección geofísica del terreno para obtener ayor seguridad sobre la existencia de trampas que puedan contener hidrocarburos. Para esto se utilizan aparatos muy sensibles capaces de medir pequeñas variaciones de ondas sísmicas, con lo cual es posible elaborar mapas de las capas enterradas y determinar si se encuentran o no trampas estructurales.

Búsqueda, sondeo y exploración •

3. Una vez localizada la trampa, comienza el proceso de perforación, el cual es el único método con el que se cuenta para saber a ciencia cierta si hay o no petróleo.

•

4. Una vez descubierto el petróleo, se recubre la perforación para evitar derrumbes, se miden los caudales de producción, variaciones de presión se evalúa el porcentaje de gas que presenta; factores necesarios para determinar la rentabilidad de su explotación.

•

5. evaluada la trampa se procede con la extracción que puede ser de natural o artificial. Natural cuando a causa de la presión el petróleo mezclado con gas o agua que impregna a la roca asciende a través de los tubos de producción. Artificial cuando no sucede de la anterior forma y se procede a bombear el petróleo a la superficie

Clasificación de los crudos • Una forma de clasificar los petróleos es conociendo el contenido de facciones destilables y de betún residual. Para ello, se recurre a pruebas físicas sencillas como la densidad expresada de un modo arbitrario, tal como los grados API (American Petroleum Institute). La densidad o grados API. • La densidad o grados API esta definida por la siguiente expresión: API=(14,5/PE)-131,5 Donde PE: peso especifico del crudo.

Clasificación de los crudos De acuerdo con la densidad

Aceite crudo

Densidad ( g/ cm3)

Densidad grados API

Extrapesado

>1.0

10.0

Pesado

1.0 - 0.92

10.0 - 22.3

Mediano

0.92 - 0.87

22.3 - 31.1

Ligero Superligero

0.87 - 0.83 < 0.83

31.1 - 39 > 39

Clasificación de los crudos Según el contenido de bitume Petróleos de base asfáltica o nafténica, los cuales se caracterizan por tener altos contenidos de betún y algunas trazas de parafina y en su composición predominan los hidrocarburos nafténicos. Petróleos de base no asfáltica o parafínicos, los cuales no contienen asfalto, pero si cantidades apreciables de parafina solida, están compuestos por hidrocarburos parafínicos. De estos se obtienen lubricantes de buena calidad. Petróleos de base mixta o semiasfáltica o semiparafínica, contienen cantidades moderadas de asfalto y parafina solida; presentan en su composición hidrocarburos parafínicos y nafténicos y ciertas proporciones de aromáticos

Clasificación de los crudos Según su composición química. Petróleos de base parafínica, contienen elevadas proporciones de compuestos sencillos parafínicos y de ceras asfálticas del alto peso molecular. Petróleos de base asfáltica , contienen proporciones muy pequeñas de los compuestos predominantemente aromáticos y nafténicos de muy elevado peso molecular que producen el asfalto original Petróleos de base mixta o intermedios, presentan caracteristicas de amobos crudos.

Proceso de refinación El proceso de refinación del crudo es otra variable que tiene que ver con la calidad del asfalto producido, aunque la fuente de crudo sigue siendo el factor mas importante

Composición química Los principales componentes químicos de los crudos del petróleo son lo hidrocarburos, unidos a ellos se encuentran otros materiales que afectan el desempeño del producto de refinación como ligante asfaltico. Entre los principales se encuentran: • • • • •

Azufre ( 1 a 7%) Oxigeno (0.25 a 2%) Vanadio (100 a 1500 ppm) Níquel (20 a 200 ppm) Nitrógeno (0,5 a 3%)