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• Yuli SIERRA GOMEZ

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Materiales Asfálticos

Introducción a la Ingeniería de Pavimentos

ASFALTOS (cemento asfáltico, ligante asfáltico)

Asfalto-definición

Material cementante de color negro que puede ser obtenido naturalmente o producido industrialmente por detilamiento de petróleo (crudo).

Tipos de Asfalto Los asfaltos son el resultado del destilamiento del petróleo crudo. Asfalto industrial

Asfalto natural (Lago Trinidad, Trinidad):

Producto residual de la destilación del crudo por vapor o por aire (hidrocarburosorgánicos).

suplió asfalto US entre 1875 y 1900

http://classes.engr.oregonstate.edu/cce/spring2014/ce492/ Modules/03_materials/03-3_body.htm

Tipos de Asfalto Asfalto-arena natural en Colombia (7 depósitos). Mina en Norcasia:

CUNDINAMARCA

Aplicaciones: Fabricación de mezclas en frío o en caliente. Estabilización de capas granulares para bases y subbases.

=

+

Tipos de Asfalto Asfalto-arena natural en Colombia (7 depósitos). Mina en Norcasia. Fabricación de especímenes para caracterización:

Molde de compactación

Especímenes tipo DMA

Homogeneidad

Tipos de Asfalto Asfalto-arena natural en Colombia (7 depósitos). Mina en Norcasia. Impacto de la temperatura de compactación en el módulo: 1.E+10

G* (Pa)

Tcomp: 140oC 1.E+09

Tcomp: 90oC

1.E+08

Tcomp: 25oC

1.E+07 0.0001 c)

0.01

1

fred (Hz)

100

Tipos de Asfalto Los asfaltos son el resultado del destilamiento del petróleo crudo. Asfalto industrial

Aunque son productos estables, debe tenerse cuidado al calentarlos a temperaturas cercanas a 450 °F (232.2 °C) debido a que los vapores emitidos pueden hacer combustión en presencia de llama. Para su manejo deben aplicarse todas las medidas de seguridad establecidas para manipulación de materiales a altas temperaturas.

Tipos de Asfalto

Propiedades de asfaltos: varían en composición según la fuente del crudo. Según fuente crudo: cantidades de cemento asfáltico y otras fracciones de la destilación.

Refinamiento del petróleo Refinerías Integradas

Tipos de Asfalto Productos asfálticos para pavimentos

1

Cemento asfáltico

2

Asfaltos líquidos (reducidos o rebajados)

3

Emulsiones

Tipos de Asfalto Crudo destilado (modelo clásico)

aceites

Miscelas

Asfaltenos Maltenos

Tipos de Asfalto Asfaltos (miscelas)

Asfaltenos

Módulo y resistencia del asfalto

Miscelas Maltenos

Adherencia con los agregados.

Tipos de Asfalto 1

Cemento asfáltico

Crudo destilado MENOS aceites = concreto asfáltico Pérdida de aceites

Eliminación de aceites: destilación al vacío (no es eficiente con altas temperaturas: menos ductilidad, más fragilidad y productos poco homogéneos).

Tipos de Asfalto

1

Cemento asfáltico Ligante viscoso y denso que a temperatura ambiente es semisólido, pegajoso y de color variable entre café oscuro y negro.

http://www.vaasphalt.org/intersections/

Propiedades básicas de los asfaltos Penetración

http://www.youtube.com/watch?v=H QH5Wf07tRk&feature=related

Anillo y Bola (ablandamiento)

http://www.youtube.com/watch?v=r1T0FOzp OI8

Propiedades básicas de los asfaltos Ductilidad

http://www.youtube.com/watch?v=WamGNTJ dTVE&feature=related

Propiedades básicas de los asfaltos viscosidad

cP 375 SP21 20RPM 125.0°C

Asfalto (< 11 gr)

Torque requerido para mantener la velocidad rotacional constante del objeto metálico sumergido en asfalto a temperatura constante http://www.youtube.com/watch?v=qhFVc5bw3bc

  

Comentario sobre propiedades básicas - clasificación Las especificaciones técnicas de clasificación de asfaltos basados en estas propiedades sólo garantizan que el material cumple ciertas propiedades físicas. La complejidad química de cada asfalto hace que esta clasificación NO permita predecir el comportamiento mecánico y su desempeño. En consecuencia: dos asfaltos con las mismas propiedades físicas NO son intercambiables (en términos de desempeño)

Tipos de Asfalto 1

Cemento asfáltico

Se clasifica(ba) comercialmente en 5 rangos de resistencia con base en el ensayo de penetración o viscosidad: Tipo

Penetración (1/10 mm)

Pen

40 – 50

Pen

60 – 70

Pen

85 – 100

Pen

120 – 150

Pen

200 - 300

En general: a menor penetración: mayor rígidez

Tipos de Asfalto 1

Cemento asfáltico En Colombia se producían los siguientes concretos asfálticos*: Nombre

Penetración

Apiay

60 / 70

Cartagena

No produce

Barranca

60/70 (80/100) hasta 2012-2013 40/50?

* Ecopetrol

Hoy en día el país produce asfalto 60/70 (y algo de asfalto 80/100).

Tipos de Asfalto 2

Asfaltos reducidos o rebajados

Cemento asfáltico + solvente líquido. Clasificación: velocidad de curado del asfalto (evaporación del solvente): Velocidad

Sigla

Solvente

Colombia

De curado lento

SC

Aceite pesado de baja volatidad

No se produce

De curado medio

MC

Kerosene

MC 70

De curado rápido

RC

Nafta o gasolina

RC 250

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Emulsión: dispersión de un sólido o un líquido (fase dispersa) en forma de glóbulos minúsculos en un líquido no miscible con el elemento disperso (fase continua). Fases en equilibrio sin que las partículas en suspensión se aglomeren o sedimenten: ESTABLE. Algunas emulsiones necesitan un agente emulsificador para alcanzar y mantener el equilibrio.

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Dispersión en agua de glóbulos asfálticos de 2 a 5 micrones de diámetro. Requiere agentes emulsificantes o emulgentes para alcanzar estabilidad.

http://www.youtube.com/watch?v=2OTXQWufKRM

http://mill.globecore.com/solutions/road-constructionindustry/cationic-bitumen-emulsion.html#.VNi1UCm4laQ

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Según el emulsificante se producen: emulsiones catiónicas o emulsiones aniónicas (los glóbulos de asfalto están cargados eléctricamente). Rompimiento de la emulsión Disociación de las dos fases. Pérdida del equilibrio electrostático que mantiene los glóbulos de asfalto suspendidos en la fase acuosa.

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones

Se clasifican de acuerdo con la velocidad de rompimiento: Nombre

Tipo

ARR

Aniónica de rompimiento rápido

ARM

Aniónica de rompimiento medio

ARL

Aniónica de rompimiento lento

CRR

Catiónica de rompimiento rápido

CRM

Catiónica de rompimiento medio

CRL

Catinónica de rompimiento lento

Según su viscosidad se clasifican como: 1 (baja viscosidad) o 2 (alta viscosidad)

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Son muy empleadas en la tecnología en frío (beneficios según la literatura): Permite el empleo de agregados ‘húmedos’.

Ampliación de la temporada de las obras. Permite el empleo de equipos más sencillos. Evita un mayor consumo de combustible porque es tecnología en frío, lo cual también hace que su empleo no produzca tanta contaminación y que no haya problemas de sobrecalentamiento.

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Su uso general en ingeniería de los pavimentos: Rompimiento rápido

Tratamientos superficiales y riegos de adherencia o de enganche

Rompimiento medio

Mezclas abiertas

Rompimiento lento

Mezclas densas, grava emulsión, riegos de imprimación, lechadas asfálticas, estabilización de suelos.

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Su uso general en ingeniería de los pavimentos: Riego para tratamiento superficial

http://www.walkerind.com/emulsions/asphalt-emulsions-limited/

Tipos de Asfalto 3

Emulsiones Tipo

Emulsión

Tipo

Emulsión

Tipo

Emulsión

Riego de imprimación

MC 70

Riego de curado

CRR-1 CRR-2

Mezclas abiertas en frío

CRM

Riego de liga

RC 250

Riego de sellado

CRR-1 CRR-2

Mezclas densas en frío

CRM CRL

Riego en Negro

CRR-1 CRR-2 CRL-1

Tratamiento de penetración

CRR-1 CRR-2

Lechadas asfálticas

CRL-1

Riego antipolvo

CRR-1 CRL-1

Tratamiento superficiales

varios

Tipos de Asfalto Composiciones de los productos asfálticos Asfaltos

Asfalto líquido

Emulsiones 1%

CA

T mezcla = 135 – 165 ºC

CA

30 – 40%

CA

solvente

emulgente agua

T mezcla = 110 – 125 ºC

T mezcla = ambientales

Oleoductos de Ecopetrol

Productos Asfálticos Colombianos Oleoductos de Ecopetrol

Apiay

Barranca Cartagena Nombre

Penetración

Apiay

60 / 70

Cartagena

-----

Barranca

60 / 70 40/50 (?)

Productos Asfálticos Colombianos Oleoductos de Ecopetrol

http://www.incoasfaltos.com/links PRESENTACIÓN_GENERAL_NOVIEMBR_30_DE_2015.pdf

Productos Asfálticos Colombianos Capacidad instalada para asfaltos en refinerías

http://www.incoasfaltos.com/links PRESENTACIÓN_GENERAL_NOVIEMBR_30_DE_2015.pdf

Productos Asfálticos Colombianos Consumo proyectado de asfalto (ton/mes)

http://www.incoasfaltos.com/links PRESENTACIÓN_GENERAL_NOVIEMBR_30_DE_2015.pdf

Productos Asfálticos Colombianos Consumo proyectado de asfalto (ton/mes)

http://www.incoasfaltos.com/links PRESENTACIÓN_GENERAL_NOVIEMBR_30_DE_2015.pdf

Asfalto Colombiano

Asfalto Colombiano

http://www.incoasfaltos.com/links PRESENTACIÓN_GENERAL_NOVIEMBR_30_DE_2015.pdf

Productos Asfálticos Colombianos Variación del asfalto : 80/100 (2007)

Penetración (1/10mm)

Softening point (ºC)

Días

Arenas (2008)

Química del Asfalto

Química del asfalto Química básica del asfalto

La composición básica del asfalto son cadenas de hidrocarburos: H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

El número de carbonos determina el tipo de material: Asfaltos sólidos Asfaltos líquidos Gases asfálticos

más de 20 carbonos entre 14 y 20 carbonos menos de 7 carbonos

H

Química del asfalto Nivel molecular

Oxidación: Reacción de oxígeno gaseoso (aire) con un líquido viscoso (asfalto) Según los compuestos químicos del asfalto, éste es más fácil o más difícil de oxidar. HACE PARTE DE LOS PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTO (aging)

En términos prácticos: la oxidación del asfalto RIGIDIZA el material (rigidiza la mezcla asfáltica)

Mecánica del Asfalto

Mecánica de materiales asfálticos

Los asfaltos y los materiales asfálticos son materiales VISCOELASTICOS. La VISCOELASTICIDAD se estudia/caracteriza mediante estudios de REOLOGÍA

¿Esto qué significa?