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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES TECNOLOGIA DEL ASFALTO

INTRODUCCION:

Los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias, tanto mecánicas como de adhesión, en sus aplicaciones en obras viales, bajo distintas condiciones climáticas y de tránsito. Sin embargo, la necesidad de optimizar las inversiones, las cada vez mayores exigencias de volumen y magnitud de cargas del tráfico que experimentan nuestros caminos, así como el incremento en la presión de inflado de los neumáticos, hacen que las propiedades de estos asfaltos convencionales resulten insuficientes y no satisfagan, en muchos casos, las expectativas de cumplir un determinado periodo de servicio. La utilización de asfaltos cuyas propiedades han sido modificadas por la adición de polímeros evidencia una mejora importante en las propiedades y/o características mecánicas de resistencia a las deformaciones presentadas por factores climatológicos y de tránsito (ahuellamiento y fatiga respectivamente) del asfalto convencional que el presente trabajo pretende de resaltar. En nuestro país, el costo adicional del m3 de mezcla asfáltica en caliente con asfalto modificado con polímeros SBS respecto del preparado con asfalto convencional es del orden de 35-40 % y se estima que la utilización de asfaltos modificados con polímeros SBS en la preparación de mezclas asfálticas para pavimentación, elevan la vida útil del pavimento de 2 a 3 veces.

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OBJETIVO Modificar el asfalto convencional mediante la adición de polímeros SBS con el fin de mejorar sus características mecánicas de resistencia a las deformaciones presentadas por factores climatológicos y de tránsito (ahuellamiento y fatiga respectivamente). DEFINICIÓN DE POLÍMERO Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas. Algunos modificadores poliméricos que han dado buenos resultados, se enlistan a continuación:  Homopolímeros: Que tienen una sola unidad estructural (monómero).  Copo limeros: Tienen varias unidades estructurales distintas (EVA, SBS).  Elastómeros: Al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. Tiene deformaciones pseudo plásticas con poca elasticidad. ASFALTO MODIFICADO Los materiales asfálticos modificados son el producto de la disolución o incorporación en el asfalto, de un polímero o de hule molido de neumáticos, que son sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, que se le añaden al material asfáltico para modificar sus propiedades físicas y reológicas, y disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, así como a la oxidación. Los modificadores producen una actividad superficial iónica, que incrementa la adherencia en la interface entre el material pétreo y el material asfáltico, conservándola aun en presencia del agua. También aumentan la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asfálticas a las variaciones de temperatura. Estos modificadores por lo general se aplican directamente al material asfáltico, antes de mezclarlo con el material pétreo.

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PRINCIPALES MODIFICADORES UTILIZADOS EN EL ASFALTO. Los principales modificadores utilizados en los materiales asfálticos son:  POLÍMERO TIPO I: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asfálticas tanto a altas como a bajas temperaturas. Es fabricado con base en bloques de estireno, en polímeros elastoméricos radiales de tipo bibloque o tribloque, mediante configuraciones como Estireno- ButadienoEstireno (SBS) o Estireno-Butadieno (SB), entre otras. Se utiliza en mezclas asfálticas para carpetas delgadas y carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de tránsito y de vehículos pesados, en climas fríos y cálidos, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.  POLÍMERO TIPO II: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asfálticas a bajas temperaturas. Es fabricado con base en polímeros elastoméricos lineales, mediante una configuración de caucho de Estireno, Butadieno-Látex o Neopreno-Látex. Se utiliza en todo tipo de mezclas asfálticas para pavimentos en los que se requiera mejorar su comportamiento de servicio, en climas fríos y templados, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

 POLÍMERO TIPO III: Es un modificador de asfaltos que mejora la resistencia a las roderas de las mezclas asfálticas, disminuye la susceptibilidad del cemento asfáltico a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas. Es fabricado con base en un polímero de tipo elastómero, mediante configuraciones como Etil-Vinil-Acetato (EVA) o polietilenote alta o baja densidad, entre otras. Se utiliza en climas calientes, en mezclas asfálticas para carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de tránsito, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

MODIFICACIÓN DEL ASFALTO. La modificación del asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías carreteras. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus pág. 4

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características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tránsito (peso vehicular). Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (roderas), de las mezclas que componen las capas o superficie de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente contar con un ligante de mejores características adhesivas. ESTRUCTURA DE LOS ASFALTOS MODIFICADOS Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. Está micro morfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros.

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TÉCNICAS PARA MODIFICAR ASFALTOS. Cuando se añaden polímeros al asfalto, las propiedades del asfalto modificado dependen de los siguientes parámetros:  Tipo de polímero a emplearse ya sean elastómeros o plástomeros.  Su forma física.  Naturaleza y grado de asfalto.  Tipo de equipo.  Tiempo y temperatura durante el mezclado.  La compatibilidad Asfalto-Polímero. El proceso apropiado de modificación es variable de acuerdo al tipo de polímero, polímeros del tipo SBS requieren etapas de molienda. Se mencionan de manera general las etapas importantes del proceso de modificación. ASFALTOS PARA TIPO I. SBS (estireno, butadieno, estireno). Etapa 1.Evaluar el asfalto base. Se analizaran dos de las variables que se modifican con las adiciones de polímero, penetración a 25ºC y punto de ablandamiento. Registrando las variaciones en estas propiedades, se arribará a una dosificación primaria sobre la cual se realizará una caracterización completa según los requerimientos esperados. La determinación del tiempo de mezclado para el equipo de modificación en el laboratorio pasará por una adecuada elección de la velocidad de cizalla y la temperatura adecuada que sea tolerable por el cemento asfáltico base, sin sufrir variaciones en sus características físico-mecánicas (en su equilibrio coloidal) y químicas (oxidación del cemento asfáltico base) y el polímero (degradación prematura del polímero debido a incisión de las cadenas del bloque butadieno) La adición de distintos tipos de polímeros al cemento asfáltico, tiene por objeto obtener un asfalto modificado que cumpla con las especificaciones del expediente técnico. Se determina las características Reológicas y mecánicas de cada una de las mezclas realizadas identificando sus características.

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Metodología para modificación de asfalto base con polímero SBS

Etapa 2. Incrementar la temperatura del asfalto. El fabricante recomienda que la temperatura normal de operación deber ser entre 157 y 163°C y debe tenerse agitación ya sea mecánica o con bombas de recirculación. No se debe permitir que la temperatura de almacenaje exceda los 204°C y no debe exceder de 193°C por más de dos horas. Etapa 3. Proceso de molienda y/o homogeneización asfalto-polímero. Se requiere de un molido de alto corte. Molino coloidal modelo LAB CVERM-50 básico.- Equipo piloto para modificación de asfalto con polímeros SBS en laboratorio. Capacidad de batch: 6 litros, rotor estator con dientes gruesos para betún-polímero, dispositivo de recirculación, motor eléctrico 3hp trifásico de 2,850 rpm, regulador de velocidad de 1,000 a 4,000 rpm, cañerías con aislamiento térmico. Molino coloidal para pruebas en Laboratorio

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Etapa 4. Controlar la calidad a través de microscopia óptica. Es necesario mencionar que se tuvo siempre presente como premisa, que cada polímero tiene un tamaño de partícula de dispersión óptima que mejora las propiedades reológicas del asfalto base, de manera que por encima de este tamaño el polímero solo actúa como fitrer. Observación a contraluz de la dispersión del polímero SBS

Etapa 5. Finalización de la reacción. Control de calidad realizando corrida de pruebas físicas para asfaltos modificados después de 24 horas de reacción. Las temperaturas de mezclado oscilan entre 180° C y 190° C. Y el tiempo de mezclado varía dependiendo de la dispersión del polímero.

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EVALUACIÓN DE RESULTADOS IN SITU

MODIFICACION DEL CEMENTO ASFALTICO CON POLIMERO SBS Para la modificación del cemento asfáltico 85/100 con polímeros SBS, se siguió el proceso metodológico expuesto en el capítulo anterior, y se obtuvieron los siguientes datos: a. Caracterización del asfalto base Para la preparación de asfalto modificado se utilizaron asfaltos base de tres refinerías, los cuales mostraron en promedio los siguientes parámetros: Características de los asfaltos bases

b. Caracterización de los polímeros Para encontrar el polímero adecuado, se realizaron los ensayos con los siguientes polímeros:

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Características de los polímeros

Bolsa de Polímero SBS-LG 501

c. Puesta a punto del dispersor Se fijaron los siguientes parámetros:  Velocidad de cizalla de 3500 rpm.  Volumen de asfalto a recircular de 1 galón.  Elevar la temperatura del sistema hasta 180°C, para el equipo de obra este tiempo fue de 90min en promedio, usándose para ello aceite quemado de motor.  Tiempo de modificación: 30, 40, 50, 60 y 90 min. Para las modificaciones realizadas con los polímeros SBS LG-501, Taipol TPE 3201 y KTR 401, los tiempos de modificación no superaron los 30 min.

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d. Aditivaciones con distintos tipos de polímeros. Después de la caracterización del asfalto base y el polímero, el procedimiento de aditivación del polímero es como sigue: 1) Se prepara la muestra de asfalto base en volumen de 1 galón. 2) Se ·eleva la temperatura del asfalto base a 180º C. 3) Se vierte el cemento asfáltico elevado a una temperatura de 180ºC, dentro del recipiente de 6 litros (batch), el cual cuenta con un dispositivo de resistencias que mantiene la temperatura al de mezclado. 4) Se adiciona el polímero SBS gradualmente (concentraciones de 3 a 4.5%) manteniendo la temperatura de mezclado entre 180 y 185ºC. 5) Todo el proceso no debe exceder de 40 minutos para no alterar las propiedades básicas del cemento asfáltico. Se consideró concluida la dispersión después de aprox. 30 min., cuando por inspección visual a contraluz de una fina película del producto final (mezcla asfalto base-polímero), se mostrara homogéneo y sin trazas de polímero parcialmente dispersado o sin dispersar. Adicionalmente a este resultado debe ser corroborado con ensayos de laboratorio que verifiquen el cumplimiento de las características especificadas por el proyecto.

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CONCLUSIONES:  La modificación del cemento asfáltico con polímeros SBS fabricado en obra ha permitido contar con un ligante de mejores características de resistencia a las deformaciones permanentes y mejor comportamiento a loa fatiga.  El empleo de una mezcla asfáltica con polímero constituye una solución más económica a largo plazo, para proyectos viales en donde se requiere mezclas de gran durabilidad y resistencia a las deformaciones permanentes.  Los asfaltos modificados con

polímero, tienen una mayor capacidad de

mantener su forma bajo las presiones a los cuales son sometidos.  Las mezclas asfálticas modificadas con polímeros se utilizan como capa de rodadura en pavimentos de alto desempeño, teniendo como función principal brindar mayor vida útil al pavimento, alta resistencia al tránsito y confort a los usuarios de la vía.

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