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• Rocky T. Ramírez Q.

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PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

Tema

2.2

ASFALTOS

Beatriz M. Núñez Yanes Lourdes J. Arias Duque Presentado por: Pedro Blanco Seminario Técnico de Productos PDV

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1

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Tema 2.2: Asfaltos

ASFALTOS Contenido 9 Definición 9 Características 9 Origen 9 Procesos de obtención 9 Propiedades 9 Tipos 9 Clasificación 9 ¿Que es SUPERPAVE? 9 Productos PDV

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2

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Tema 2.2: Asfaltos

DEFINICIÓN

Se define ASFALTO como un material aglomerante de coloración marrón o negra, de consistencia sólida o semisólida, cuya constitución principal son bitúmenes que existen en forma natural o se obtienen del procesamiento del petróleo.

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DEFINICIÓN MODELOS Las interacciones de todo el conjunto de moléculas puede imaginarse como una red continua, sin ninguna molécula aislada. El modelo clásico se basa en la existencia de los asfaltenos como unidades discretas suspendidos y/o peptizados en forma de coloides en los maltenos. MODELO CLÁSICO 1940

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MODELO SHRP 1993

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Tema 2.2: Asfaltos

CARACTERÍSTICAS

•

Alta flexibilidad y ductilidad.

•

Fuertemente adhesivo, produciendo mezclas cohesivas con piedras.

•

Susceptible a la temperatura.

•

Durable.

•

Resistente al agua.

•

Alta resistencia eléctrica.

•

Resistente a la corrosión.

•

No tóxico.

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60 °C

1 hora

1 hora

10 horas

25 °C

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5

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ORIGEN

Sphalto

Asfalton

Latín

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Francés

Inglés

Español

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PROCESOS DE OBTENCIÓN

DESTILACIÓN ² ² ² ²

Residuos puros atmosféricos o de vacío Mezclas de residuos con destilados Asfaltos blandos tratados térmicamente Emulsiones con agua

DESASFALTACIÓN CON SOLVENTES ² Mezcla del residuo con destilados ² Emulsiones con agua

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PROCESOS DE OBTENCIÓN DESTILACIÓN DIRECTA Nafta

Crudo

DESTIL. ATMOSF.

Kerosén Gasóleo Gasóleo

Residuo Largo

DESTIL. VACÍO

Residuo Corto Seminario Técnico de Productos PDV

ASFALTOS

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PROCESOS DE OBTENCIÓN VÍA MEZCLA Nafta

Crudo

DESTIL. ATMOSF.

Residuo Largo

Kerosén Gasóleo

Formulación de asfaltos Pen / Vis / PG

DESTIL. VACÍO

Residuo Corto Seminario Técnico de Productos PDV

HVGO / Componente Blando

Componente Duro

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PROCESOS DE OBTENCIÓN ASFALTOS DEL TREN DE COMBUSTIBLE CON SOPLADO Nafta

DESTIL. ATMOSF.

Crudo

Kerosén Gasóleo Gasóleo

Residuo Largo

DESTIL. VACÍO Residuo Corto

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SOPLADO

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PROCESOS DE OBTENCIÓN ASFALTOS DEL TREN DE COMBUSTIBLE CON DESASFALTACIÓN Nafta Crudo

Kerosén

DESTIL. ATMOSF. Residuo Largo

Gasóleo

FCC/ HYDROCRACKER

VGO DESTIL. VACIO

Gasolina Destilados

DAO

Residuo DESASF. Asfalto (R&B: 100-150°C) Seminario Técnico de Productos PDV

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PROPIEDADES EFECTO DE LA TEMPERATURA DE CORTE 225

120

P e n e tra c ió n

200 100

P to . Ab la n d a mie n to

175

80

150 125

60 100 75

40

50

R e n d imie n to

20

25 0

0 410

425

443

460

530

593

T e m p e ra tura (AE T ) d e c o rte , °C

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Tema 2.2: Asfaltos

PROPIEDADES PROPIEDADES EVALUADAS A LOS ASFALTOS

ASTM (Otro)

Penetración a 25ºC (dmm)

D5 D36 D70 (CAL) D92 D2170 D2171 (INT) D113

Acidez (mgKOH/g) Elementos Azufre Vanadio Niquel

D664

Punto de ablandamiento, R&B (ºC) Gravedad específica Indice de penetración Punto de inflamación (ºC) Viscosidad cinemática a 135ºC (mm2/s) Viscosidad absoluta a 60ºC (Pa.s) Iatroscan- S.A.R.A. (%p) Ductilidad (cm), 7,13,18,25ºC

RTFOT Cambio por calentamiento (%p) Penetración a 25ºC (dmm) Punto de ablandamiento (ºC) Índice de penetración Viscosidad cinemática a 135ºC (mm2/s) Viscosidad absoluta a 60ºC (Pa.s) Iatroscan S.A.R.A. (%p)

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D2872 D5 D36 (CAL) D2170 D2171 (INT)

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TIPOS

² Cementos asfálticos ² Asfaltos oxidados (soplados) ² Asfaltos diluidos ² Emulsiones ² Asfaltos modificados

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TIPOS CEMENTOS ASFÁLTICOS Es un material bituminoso que se utiliza mayormente para unir el agregado formando una masa sólida y cohesiva de concreto. El cemento asfáltico es llamado material visco-elástico porque exhibe simultáneamente características viscosas y elásticas. Su principal uso es para pavimentación en carreteras.

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Respuesta a la Carga Elástico

Fluido Viscoso Viscoso

Sólido Elástico -30

25

60

135

Temperatura, °C

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CLASIFICACIÓN

• Penetración

CEMENTOS ASFÁLTICOS

• Viscosidad • Grados PG

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ESPECIFICACIONES

Cementos Asfálticos según Penetración, ASTM D946, Covenin 1670 Propiedades Penetración a 25 °C,100g,5s, dmm Punto de Inflamación, Cleveland Copa Abierta, °C Ductilidad a 25°C, 5cm/min, cm Solubilidad en Tricloroetileno, %

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40-50

Grados de Penetración 60-70 85-100 120-150 200-300

Mín

Máx Mín

Máx Mín

Máx Mín

40

50

70

100 120 150 200 300

60

85

Máx Mín

232

232

232

218

177

100

100

100

100

100

99

99

99

99

99

Máx

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Tema 2.2: Asfaltos

ESPECIFICACIONES Cementos Asfálticos según Viscosidad, ASTM D3381, Tabla 2 Propiedades Viscosidad a 60°C, P Viscosidad a 135°C, cSt Penetración a 25 °C,100g,5s, dmm Punto de Inflamación, Cleveland Copa Abierta, °C Solubilidad en Tricloroetileno, % Ensayo en el residuo de TFOT Viscosidad a 60°C, máx, P Ductilidad a 25°C, 5cm/min, cm Seminario Técnico de Productos PDV

AC-2.5 250 ± 50 125

Grados por Viscosidad AC-5 AC-10 AC-20 AC-30 500 ± 1000 ± 2000 ± 3000 ± 100 200 400 600 175 250 300 350

AC-40 4000 ± 800 400

220

140

80

60

50

40

163

177

219

232

232

232

99

99

99

99

99

99

1250

2500

5000

10000

15000

20000

100

100

75

50

40

25

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ESPECIFICACIONES Especificación del Grado de Comportamiento del Ligante, AASHTO MP1, ASTM D6373 GR ADO DE C OM P OR TAM IENTO

34

P G 4640 46

10

16

22

P G 5228 34

40

46

16

22

P G 5828 34

40

10

16

P G 6422 28

34

40

10

16

P G 7022 28

34

40

10

16

P G 7622 28

34

10

16

P G 82 22

Temp eratura máxima d e d is eño d el p avimento (p ro med io d e 7 d ías ), ºc Temp eratura mí nima ºC

-28 >-34 >-40 >-46 >-16 >-22 >-28 >-34 >-40 >-10 >-16 >-22 >-28 >-34 >-40 >-10 >-16 >-22 >-28 >-34 >-40 >-10 >-16 >-22 >-28 >-34 >-10 >-16 >-22 LIGANTE AS F ALTIC O OR IGINAL

230

P unto de infla m a c io n.AS TM D92, M in. ºC Vis c o s ida d, AS TM D4402

135

M á xim o , 3P a .s , Te m p e ns a yo ,ºC Es fue rzo c o rta nte diná m ic o

46

G*/s e n d, m ínim o , 1,00KP a

52

58

64

70

76

82

70

76

82

100(110)

100(110)

100(110

10ra d/s . Te m pe ra tura e ns a yo ªC

R ES IDUO DEL LIGANTE AS F ALTIC O ENVEJ EC IDO P OR "R o lling Thin F ilm Ove n Te s t" (AS TM D-2872)

1.00

P é rdida de m a s a , m á xim o , %p Es fue rzo c o rta nte diná m ic o G*/s e n d, m ínim o , 2,20KP a

46

52

90

90

58

64

10ra d/s . Te m pe ra tura e ns a yo ªC

R ES IDUO DEL LIGANTE AS F ALTIC O ENVEJ EC IDO P OR "P re s s ure Aging Ve s s e l (P AV)" Te m pe ra tura de l e ns a yo P AV, ºC

100

100

Es fue rzo c o rta nte diná m ic o G*.s e n d, m á xim o , 5,00M P a

10

7

4

25

22

19

16

13

10

7

25

22

19

16

13

31

28

25

22

19

16

34

31

28

25

22

19

37

34

31

28

25

40

37

34

10ra d/s . Te m pe ra tura e ns a yo ªC INDIC E DE DUR EZA

REPORTAR

R e s is te nc ia a la fle xió n R igide z, S a 60s , m á xim o 300M P a m , a 60s , m ínim o 0,30

-24 -30 -36

0

-6

-12 -18 -24 -30 -36

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24

0

-6

-12

-24 -30 -36

0

-6

-12 -18 -24 -30 -36

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24 -30

0

-6

-12 -18 -24

0

-6

-12

Te m pe ra tura de l e ns a yo , ºC Te ns ió n dire c ta F a lla a la te ns ió n, 1m m /m in. m inim o 1,0%, Te m pe ra tura de l e ns a yo ºC

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TIPOS ASFALTOS OXIDADOS (SOPLADOS) En la preparación de asfaltos oxidados se utiliza un cemento asfáltico blando y se hace pasar aire a altas temperaturas. Este proceso prosigue hasta que el residuo ha alcanzado las propiedades deseadas. La adición de un catalizador durante el proceso de oxidación, produce un material que conserva su plasticidad a temperatura inferiores a aquellas a las que un asfalto ordinario se hace frágil. Seminario Técnico de Productos PDV

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TIPOS

Se clasifican por su Penetración y por su Punto de Ablandamiento. Se utiliza principalmente en la preparación de láminas asfálticas para recubrimiento de techos, para impermeabilización, manufactura de baterías eléctricas, aislamiento de cables y transformadores.

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Penetración (dmm)

ASFALTOS OXIDADOS (SOPLADOS) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Tipo. I

Tipo. III Tipo. IV Tipo. II

40

60

80

100

120

R&B (°C) Roofer. Sin Cat.

Roofer con Cat.

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TIPOS ASFALTOS OXIDADOS (SOPLADOS) Asfalto Tipo SOL Características: Alto contenido de Resinas y aceites.

OXIDACIÓN

Asfalto Tipo GEL Características:

H3PO4

Alto contenido de asfaltenos en forma de micelas.

Poco viscosos a altas temperaturas.

Moderada viscosidad a altas temperaturas.

Vitrosos y quebradizos en estado sólido.

Comportamiento elástico en estado sólido.

Susceptibles a cambios de temperaturas.

Menor susceptibilidad a la temperatura.

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CLASIFICACIÓN

• Tipo I

ASFALTOS OXIDADOS (SOPLADOS)

• Tipo II • Tipo III • Tipo IV

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ESPECIFICACIONES

Requerimiento para Asfaltos Oxidados, ASTM D312, Covenin 1716 Propiedades Punto de Ablandamiento, °C Punto de Inflamación, Cleveland Copa Abierta, °C Penetración, dmm

0°C 25°C 46°C Ductilidad a 25°C, 5cm/min, cm Solubilidad en Tricloroetileno, % Seminario Técnico de Productos PDV

Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx 57 66 70 80 85 96 99 107 260

260

260

260

3 18 90 10 99

6 18

6 15

6 12

60 180

3 99

40 100

2.5 99

35 90

25 75

1.5 99

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TIPOS

ASFALTOS DILUIDOS Son asfaltos preparados en refinerías o en otro tipo de instalaciones por dilución del asfalto original con solventes livianos para facilitar su aplicación reduciendo la viscosidad y disminuyendo su tiempo de secado en pavimentos.

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CLASIFICACIÓN

• RC

ASFALTOS DILUIDOS

• MC • SC

TIPOS

SOLVENTE

CURADO RÁPIDO

RC-

NAFTA (30 - 200 °C)

CURADO MEDIO

MC-

KEROSENE (175 - 265 °C)

CURADO LENTO

SC-

GASOLEO (255 - 370 °C)

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ESPECIFICACIONES Asfaltos Diluidos (Curado Rápido), ASTM D2028, Covenin 1471 P r o p ie d a d e s V is c o s id a d C in e m á t ic a a 6 0 ° C , cS t P u n t o d e I n f la m a c i ó n , T a g C o p a A b ie r t a , ° C D e s t ila c ió n : % d e l v o l. T o ta l d e s t ila d o a 3 6 0 °C a 1 9 0 °C a 2 2 5 °C a 2 6 0 °C a 3 1 6 °C R e s id u o d e la d e s t . a 3 6 0 ° C , % v o l . p o r d if e r e n c i a P r u e b a s a l r e s id u o d e d e s t ila d o V is c o s id a d a 6 0 ° C , P a . s D u c t ilid a d a 2 5 ° C , 5 c m /m in , c m S o lu b ilid a d e n T r ic lo r o e t ile n o , % Agua, % Seminario Técnico de Productos PDV

R C -7 0

R C -2 5 0

R C -8 0 0

R C -3 0 0 0

M ín

M áx

M ín

M áx

M ín

M áx

M ín

M áx

70

140

250

500

800

1600

3000

6000

27+

27+

27+

10 50 70 85

35 60 80

15 45 75

25 70

55

65

75

80

60 100 99

240 0 .2

60 100 99

240 0 .2

60 100 99

240 0 .2

60 100 99

240 0 .2

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Tema 2.2: Asfaltos

ESPECIFICACIONES Asfaltos Diluidos (Curado Medio), ASTM D2027, Covenin 1471 P r o p ie d a d e s V is c o s id a d C in e m á t ic a a 6 0 °C , cS t P u n t o d e I n f la m a c ió n , T a g C o p a A b ie r ta , ° C D e s t ila c ió n : % d e l v o l. T o ta l d e s t ila d o a 3 6 0 ° C a 2 2 5 °C a 2 6 0 °C a 3 1 6 °C R e s id u o d e la d e s t . a 3 6 0 ° C , % v o l. p o r d if e r e n c ia P r u e b a s a l r e s id u o d e d e s t ila d o V is c o s id a d a 6 0 ° C , P a .s D u c t ilid a d a 2 5 ° C , 5 c m /m in , c m S o lu b ilid a d e n T r ic lo r o e t ile n o , % A gua, % Seminario Técnico de Productos PDV

M C -3 0 M ín M áx 30

60

38

40 75

70

140

38

25 70 93

50

30

M C -7 0 M ín M áx

20 65

30

M C -8 0 0 M ín M áx

250

800

500

66

20 60 90

55

120

M C -2 5 0 M ín M áx

15 60

66

10 55 87

67

120

30

1600

45

30

3000

35 80

15

120

30

100

100

100

100

99

99

99

99

99

0 .2

0 .2

15 75

80

100

0 .2

6000

66

75

120

M C -3 0 0 0 M ín M áx

0 .2

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120

0 .2 28

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Tema 2.2: Asfaltos

ESPECIFICACIONES Asfaltos Diluidos (Curado Lento), ASTM D2026, Covenin 1471 Propiedades Viscosidad Cinemática a 60°C, cSt Punto de Inflamación, Cleveland Copa Abierta, °C % del vol. Total destilado a 360°C Solubilidad en Tricloroetileno, % Agua, %

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SC-70 Mín

Máx

SC-250 Mín

Máx

SC-800 Mín

Máx

SC-3000 Mín

Máx

70 140 250 500 800 1600 3000 6000 66 10

79 30

99

4

93 20

99 0.5

2

107 12

99 0.5

5 99

0.5

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0.5

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Tema 2.2: Asfaltos

TIPOS EMULSIONES Son dispersiones de asfaltos de penetración en agua, que contienen pequeñas cantidades de agentes emulsificantes, constituyendo dos fases inmiscibles (agua como fase contínua y asfalto como fase dispersa). Se clasifican por el tipo de emulsificante utilizado (aniónicos y catiónicos) y por su velocidad de rotura después de aplicadas. Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

TIPOS EMULSIONES Se utiliza principalmente en la pavimentación a bajas temperaturas de carreteras, aplicaciones adhesivas en frío, mezclas con agregados para pavimentos, pinturas (recubrimientos protectores) y relleno y sellado de concreto y cementos asfálticos.

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Tema 2.2: Asfaltos

TIPOS EMULSIONES EMULSIFICANTE

ÁCIDO / BASE

FASE ACUOSA

ASFALTO

Entrada Energía

AGUA

MOLINO COLOIDAL

EMULSIÓN Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

CLASIFICACIÓN

EMULSIONES

• Aniónicas • Catiónicas

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PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

ESPECIFICACIONES Emulsiones Asfálticas Catiónicas, ASTM D2397, Covenin 1383 P r o p ie d a d e s V is c o s id a d S a y b o lt F u ro l a 5 0 °C , s E s t a b ilid a d e n e l a lm a c e n a m ie n t o , 2 4 h , % D e m u ls ib ilid a d , 3 5 m L , 0 .8 % d e d io c t ils u lf o s u c c in a t o d e s o d io , % C u b r im ie n to y r e s is t e n c ia a l a g u a : A g re g a d o s e c o D e s p u é s d e l r ie g o A g re g a d o h ú m e d o D e s p u é s d e l r ie g o D e s t ila c ió n : A c e it e d e s t ila d o p o r v o l. T o t a l d e e m u ls ió n , % R e s id u o , % Seminario Técnico de Productos PDV

C R S -1 M ín M áx 20

100

C R S -2 M ín M áx 100

1

40

400

C M S -2 M ín M áx 50

1

450

C M S -2 h M ín M áx 50

1

C S S -1 M ín M áx

450 1

1

40

B ueno R e g u la r R e g u la r R e g u la r

3 60

3 65

12 65

12 65

57

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34

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Tema 2.2: Asfaltos

ESPECIFICACIONES Emulsiones Asfálticas Aniónicas, ASTM D997, Covenin 1442 P r o p ie d a d e s V is c o s id a d S a y b o lt F u ro l a 2 5 ° C , s V is c o s id a d S a y b o lt F u ro l a 5 0 ° C , s E s ta b ilid a d e n e l a lm a c e n a m ie n to , 2 4 h , % D e m u ls ib ilid a d , 3 5 m L , 0 .0 2 N d e C a C l 2 , % C u b rim ie n to y re s is te n c ia a l a g u a : A g re g a d o s e c o D e s p u é s d e l rie g o A g re g a d o h ú m e d o D e s p u é s d e l rie g o R e s id u o p o r D e s tila c ió n , % Seminario Técnico de Productos PDV

R S -1 M ín M áx 20

R S -2 M ín M áx

100 75 1

60

400

M S -1 M ín M áx 20

100

75

400

1 60

M S -2 M ín M áx

M S -2 h M ín M áx

100

100

1

1

1

60

Bueno R e g u la r R e g u la r R e g u la r 55

63

63

55

65

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35

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Tema 2.2: Asfaltos

TIPOS ASFALTOS MODIFICADOS Son asfaltos a los cuales se les han agregado compuestos orgánicos o inorgánicos para mejorar sus propiedades.

Tipos de Modificación: ² Aditivos no poliméricos ² Aditivos poliméricos ² Modificación por reacción química

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36

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Tema 2.2: Asfaltos

TIPOS ASFALTOS MODIFICADOS Los compuestos más utilizados para modificación de asfaltos son los polímeros, ya que proporcionan: ± Alto punto de ablandamiento ± Mayor resistencia a la deformación permanente a altas temperaturas ± Mayor flexibilidad a bajas temperaturas ± Mayor resistencia a la fatiga ± Mayor resistencia al envejecimiento ± Mayor adhesión de agregados

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37

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Tema 2.2: Asfaltos

CLASIFICACIÓN SHRP SHRP (Strategic Highway Research Program) es un programa de estudios de asfaltos formado por los principales actores en el área de asfaltos de pavimentación de Estados Unidos. Surgió a finales de los años 80 debido a la preocupación por la calidad comparativa de los pavimentos americanos respecto a los europeos. 1993. SHRP incluye un total de 8 ensayos de laboratorio para evaluar el comportamiento reológico del asfalto sometido a cargas oscilantes a diferentes temperaturas, antes y después de ensayos que simulan el deterioro del asfalto en plantas de mezcla y campo. Total de grados de comportamiento 37. Seminario Técnico de Productos PDV

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38

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Tema 2.2: Asfaltos

CLASIFICACIÓN SHRP ASFALTOS VENEZOLANOS Y SU UBICACIÓN DENTRO DE LOS GRADOS PG El grado PG es afectado por: Calidad del crudo de origen. Proceso de obtención y/o optimización de los mismos. Modificación del bitúmen con polímeros, u otros materiales. Los procesos actuales y la investigación en el área permiten obtener asfaltos con un amplio espectro de grados PG. ASFALTOS PEN AC 180/200 AC-5 80/100 AC-10 60/70 AC-20 40/50 AC-30 Seminario Técnico de Productos PDV

GRADOS PG OBTENIDOS PG 46-34, 58-34, 58-28. PG 58-34, 58-28, 64-34, 64-28. PG 58-28, 64-28, 70-28, 70-22. PG 70-28, 70-22. © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

REFINERÍAS ASFALTERAS CIRCUITO REFINADOR PDVSA NYNAS

CITGO, Savannah

RUHR OEL

CITGO, Paulsboro CRP, Amuay

REFINERIA ISLA

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CRP, Bajo Grande

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Tema 2.2: Asfaltos

¿QUÉ ES SUPERPAVE? Superior Perfoming Asphalt Pavements

Seminario Técnico de Productos PDV

X

Especificaciones para ligantes asfálticos: Grados PG

X

Diseño de Mezclas

X

Sistema de software para computadoras © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

TENEMOS TRES LIGANTES ASFÁLTICOS X

P. ¿CÓMO SE DETERMINA CUÁL ASFALTO ES MEJOR PARA NUESTRO PROYECTO?

X

R. EL ASFALTO QUE BRINDE EL MEJOR DESEMPEÑO

A Seminario Técnico de Productos PDV

B

C

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42

PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

¿ DESEMPEÑO ? X

P. ¿QUÉ TIPO DE DESEMPEÑO SE DESEA LOGRAR O SE DEBE EVITAR?

X

O, EN OTRAS PALABRAS, ¿CÓMO FALLAN LOS PAVIMENTOS?

Seminario Técnico de Productos PDV

?

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43

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Tema 2.2: Asfaltos

FORMACIÓN DE SURCOS

Seminario Técnico de Productos PDV

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44

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Tema 2.2: Asfaltos

GRIETAS POR FATIGA Seminario Técnico de Productos PDV

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45

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Tema 2.2: Asfaltos

GRIETAS POR TEMPERATURAS BAJAS

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46

PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

¿CÓMO SE DETERMINABAN LAS PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS ANTES DEL SISTEMA POR GRADOS PG?

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X

GRADOS DE PENETRACIÓN

X

GRADOS POR VISCOSIDAD

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Tema 2.2: Asfaltos

Penetración 0s 100 g

penetración

Viscosidad vacío

5s 100 g

25° C Seminario Técnico de Productos PDV

60° C © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

Penetración NORMA ASTM D 5 Es la consistencia de un material bituminoso expresada como la distancia, medida en décimas de milímetro, que una aguja estándar penetra verticalmente una muestra bajo condiciones conocidas de carga, tiempo y temperatura. La muestra se funde y se coloca en una cápsula de dimensiones estándar y se introduce en un baño de agua. La penetración es medida en un Penetrómetro.

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Tema 2.2: Asfaltos

Viscosidad VISCOSIDAD ABSOLUTA NORMA ASTM D 2171 Es la medida de la resistencia a fluir de un líquido. Se coloca un volumen fijo de muestra en el viscosímetro calibrado, se espera que equilibre a la temperatura requerida y luego aplicando vacío, se mide el tiempo que tarda en subir por el tubo una distancia definida. Se anota el tiempo y se multiplica por el factor de calibración del viscosímetro.

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Tema 2.2: Asfaltos

Problemas con la asignación de grados por temperatura HARD DURO

PEN

A

VISC

A

B B

B SOFT BLANDO

C

25°C Seminario Técnico de Productos PDV

C

60°C © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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PDVSA INTEVEP

X

Tema 2.2: Asfaltos

De acuerdo al Sistema por Penetración:

A

X

=

C

De acuerdo al Sistema por Viscosidad:

B Seminario Técnico de Productos PDV

=

C

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Tema 2.2: Asfaltos

Ligantes Asfálticos

X P. ¿Son constantes las propiedades de los ligantes asfálticos durante los años de servicio de un pavimento? X

R. NO! La respuesta de un ligante asfáltico a la carga es función de tres factores: ² Edad ² Temperatura ² Velocidad de carga

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Tema 2.2: Asfaltos

La respuesta de un ligante asfáltico a la carga es función de:

1. Edad

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Tema 2.2: Asfaltos

Envejecimiento X

Los ligantes asfálticos experimentan envejecimiento a través de la pérdida de los volátiles (componentes más livianos) y por oxidación.

X

Desde el punto de vista de la determinación del desempeño de un ligante asfáltico, existen tres edades clave:

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Tema 2.2: Asfaltos

Edades clave X

Material nuevo - no envejecido

X

Durante la pavimentación ² Envejecimiento en la planta ² Envejecimiento durante la colocación

X

Más tarde en la vida del pavimento ² 7 - 10 años de servicio

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Tema 2.2: Asfaltos

¿Envejecimiento - Cómo?

X

Temprano: Para simular el envejecimiento que ocurre debido al proceso de pavimentación, se emplea el Horno Rotatorio de Película Delgada, RTFO (Rolling Thin-Film Oven). Este es un método estándar, Norma ASTM 2872.

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Tema 2.2: Asfaltos

Rolling Thin Film Oven ventilador

controles 163°C

jet de aire Seminario Técnico de Productos PDV

Carrusel para botellas © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

RTFO NORMA ASTM D 2872 El asfalto virgen colocado en botellas se hace girar por 85 min. dentro de un horno a una temp. de 163°C, al cual se le inyecta aire. Luego se determina el % de cambio de masa y propiedades adicionales. Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

Rolling Thin Film Oven Botellas

Botella limpia

Seminario Técnico de Productos PDV

Luego de añadir el asfalto

Botella cubierta de asfalto luego del ensayo © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

¿Envejecimiento - Cómo? X

Largo tiempo: Para simular el envejecimiento debido a la oxidación ocurrida a lo largo de la vida del pavimento, se somete al residuo obtenido del RTFO a un tratamiento más severo de temperatura, presión y tiempo. Para ello se utiliza el Envase de Envejecimiento Presurizado, PAV (Pressure Aging Vessel).

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Tema 2.2: Asfaltos

Pressure Aging Vessel PAV asfalto

rack Seminario Técnico de Productos PDV

platillo © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

62

PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

PAV NORMA ASTM D 6521 Una cantidad definida de asfalto (previamente envejecida por RTFO) se vierte en un platillo. Luego el rack se coloca en el equipo y se envejece durante 20h a una temperatura dada (90 110°C) y con una presión de aire de 2,10 MPa. Seminario Técnico de Productos PDV

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63

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Tema 2.2: Asfaltos

La respuesta de un ligante asfáltico a la carga es función de:

1. Edad 2. Temperatura

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64

PDVSA INTEVEP

- 20

Tema 2.2: Asfaltos

20

60

135

Temperatura del pavimento, °C Seminario Técnico de Productos PDV

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65

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Tema 2.2: Asfaltos

Temperaturas X

X X X

P. ¿Cuáles son las temperaturas de interés? 1. La formación de surcos ocurre a... 2. La formación de grietas por fatiga ocurre a. . . 3. La formación de grietas por bajas temperaturas ocurre a. . .

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PDVSA INTEVEP

Tema 2.2: Asfaltos

Temperaturas X

1. La formación de surcos ocurre a temperaturas altas del pavimento, T(alta)

X

2. Las grietas por fatiga ocurren a temperaturas intermedias del pavimento, T(inter), y

X

3. Las grietas por bajas temperaturas ocurren a bajas temperaturas del pavimento, T(baja).

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Tema 2.2: Asfaltos

Selección de los Grados de Desempeño

Promedio de 7 días de altas temperaturas del pavimento 46

52

58

64

70

76

82

Promedio de 1 día de bajas temperaturas del pavimento -10

-16

Seminario Técnico de Productos PDV

-22

-28

-34

-40

-46

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Tema 2.2: Asfaltos

Especificaciones Superpave para ligantes asfálticos

Sistema de grados basado en el clima

PG 64-22 Performance Grade Seminario Técnico de Productos PDV

Promedio de 7 días Temperatura min. de diseño del temperatura máx. de pavimento diseño del pavimento © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Mezcla en planta

Tema 2.2: Asfaltos

Formación de surcos

[VR]

Agrietamiento por Fatiga

[DSR]

Agrietamiento baja temp.

[BBR]

Edad del pavimento No envej. Seminario Técnico de Productos PDV

envej. - RTFO envej. - PAV © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

70

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Tema 2.2: Asfaltos

Reómetro de Corte Dinámico, DSR

X X

Aplicación de una carga oscilante Medición de la deformación resultante

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Tema 2.2: Asfaltos

DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES REOLÓGICAS NORMA AASHTO TP 5

De este ensayo se obtiene la temperatura a la cual un asfalto es apto para ser utilizado, dependiendo del área geográfica. Una muestra con un espesor y diámetro dado se coloca entre dos platos paralelos. Uno de ellos gira a una frecuencia específica mientras la temperatura se mantiene controlada. Se determina el Módulo Complejo (G*) y el Ángulo de Fase (δ). Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

Del DSR se obtiene G* y δ X X

X

X

G*, Módulo Complejo δ , Ángulo de fase

G* / sin δ ² Correlaciona la resistencia a la formación de surcos. G* sin δ ² Correlaciona la resistencia a la fatiga.

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Tema 2.2: Asfaltos

Especificaciones Para T(alta) / sin δ > 1.00 kPa asfalto virgen

X G*

X

Para T(inter) G* sin δ < 5000 kPa asfalto envejecido por PAV X

G* / sin δ > 2.20 kPa asfalto envejecido por RTFO

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Mezcla en planta

Tema 2.2: Asfaltos

Formación de surcos

[VR]

Agrietamiento por Fatiga

[DSR]

Agrietamiento baja temp.

[BBR]

Edad del pavimento No envej. Seminario Técnico de Productos PDV

RTFO - envej. envej. - PAV © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

Caracterización a baja temperatura BBR

X

El Reómetro de Flexión, Rheometer (BBR) determina bajo Carga Constante (S) asfáltico a baja temperatura.

X

Si un ligante es muy rígido a la temperatura de servicio, se puede esperar agrietamiento a bajas temperaturas.

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Bending Beam la Deformación de un ligante

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Tema 2.2: Asfaltos

Bending Beam Rheometer, BBR Lector de deflexión

Control y adquisición de datos

Baño Celda de carga

Barra de asfalto

Sensor de Temperatura Soporte Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

DETERMINACIÓN DE LA RIGIDEZ DE UN ASFALTO ASTM D 6648 Una barra de asfalto se coloca en un baño a una temp. controlada y se ejerce una carga ctte de 980 mN por 240s. Se mide la desviación respecto a la posición original de la barra. Se determina el valor S y m.

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Tema 2.2: Asfaltos

Reómetro de Flexión, BBR Muestra de asfalto en el molde Molde de aluminio O-rings

12.7 mm Tira de acetato

125 mm 6.35 mm

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Seminario Técnico de Productos PDV

Tema 2.2: Asfaltos

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80

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Tema 2.2: Asfaltos

Reómetro de Flexión, BBR

980 mN (100 g) Carga

Barra de asfalto Posición original

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Barra de asfalto Posición desviada

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Tema 2.2: Asfaltos

Reómetro de Flexión, BBR Carga

Tiempo

Desviación

Tiempo Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

Especificaciones para el Agrietamiento por baja temperatura

X

Rigidez S S < 300 MPa

X

m-valor m > 0.300

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Tema 2.2: Asfaltos

Otros ensayos para los ligantes . . .

X

P. ¿Qué otros ensayos describen el comportamiento de los ligantes asfálticos ?

X

R. Para simular el comportamiento en planta (durante el mezclado) se determina la Viscosidad Rotacional, Norma ASTM D 4402

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Mezcla en planta

Tema 2.2: Asfaltos

Formación de surcos

[VR]

Agrietamiento por Fatiga

[DSR]

Agrietamiento baja temp.

[BBR]

Edad del pavimento No envej. Seminario Técnico de Productos PDV

RTFO - envej. envej. - PAV © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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Tema 2.2: Asfaltos

Viscosímetro Rotacional Torque aplicado por el motor spindle Muestra de asfalto

Cámara para la muestra Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

Viscosímetro Rotacional Display digital

Panel de control

ThermoselTM

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Viscosímetro Brookfield

Extensión del spindle Controlador de temperatura

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Tema 2.2: Asfaltos

Viscosidad Rotacional NORMA ASTM D 4402 Es la resistencia relativa que presenta el asfalto a la rotación, bajo condiciones de temperatura y velocidad dadas. Un cilindro concéntrico se introduce en la muestra asfáltica y se hace girar. El equipo mide el torque necesario para producir una velocidad dada y determina automáticamente la viscosidad.

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Tema 2.2: Asfaltos

Viscosidad Rotacional Especificación

Seminario Técnico de Productos PDV

X

Viscosidad @ 135ºC < 3.0 Pa-s

X

Se determina la viscosidad rotacional a 135 y 165ºC para determinar las temperaturas de mezcla y compactación utilizadas en el laboratorio

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Tema 2.2: Asfaltos

La respuesta de un ligante asfáltico a la carga es función de:

1. Edad 2. Temperatura 3. Velocidad de carga

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90

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Tema 2.2: Asfaltos

Tiempo vs. Temperatura

60 °C

1 hora

1 hora

10 horas

25 °C Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

Regla # 1 PG 82

PG 76 PG 70 PG 64 PG 58

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Mientras más alto es el grado, más duro es el ligante. Es más resistente a la formación de surcos.

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Tema 2.2: Asfaltos

Regla # 2

PG

- 22 - 28 -34

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Mientras más bajo es el número, es más resistente al agrietamiento térmico

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Regla # 3

Tema 2.2: Asfaltos

PG 82° PG 76° PG 70° PG 64° PG 64° PG 58°

104° 98° 92° 92° 86° 86°

22° 22° 22° 28° 22° 28°

Mayor la diferencia, implica mayor es el costo Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

OTROS ENSAYOS REALIZADOS • Punto de Ablandamiento • Ductilidad • Punto de Inflamación

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Tema 2.2: Asfaltos

NORMA ASTM D 36

PUNTO DE ABLANDAMIENTO

Temperatura a la cual un asfalto tiene un grado particular de consistencia a las condiciones especificadas en la prueba. Dentro de un baño de agua se coloca en el soporte una bola de acero sobre un anillo que contiene la muestra. Se comienza a calentar hasta que la bola deforme la superficie y caiga junto con el asfalto una distancia de 25mm.

ASTM D 36

ANILLO

BOLA Seminario Técnico de Productos PDV

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Tema 2.2: Asfaltos

PUNTO DE ABLANDAMIENTO (RING & BALL)

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Tema 2.2: Asfaltos

ASTM D 113

DUCTILIDAD

La ductilidad de un asfalto es expresada como la distancia en cm en la cual una briqueta puede ser estirada antes de que se rompa. El asfalto se calienta y se vierte en un molde para formar la briqueta, se enfría y se coloca en un Ductilómetro y se somete a una temperatura de 25,0 + 0,5°C y a una velocidad de extensión de 5,00 + 0,25 cm/min.

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98

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Tema 2.2: Asfaltos

DUCTILÓMETRO

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Tema 2.2: Asfaltos

ASTM D 92

PUNTO DE INFLAMACIÓN

La menor temperatura a la cual el vapor de la muestra arde momentáneamente. Se calienta la muestra a una velocidad determinada. A intervalos específicos de tiempo, se pasa una llama por encima de la muestra, cuando ésta arde, se toma esta temperatura como el Punto de Inflamación.

LLAMA

PORTA MUESTRA

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CALENTAMIENTO ELÉCTRICO

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Tema 2.2: Asfaltos

PUNTO DE INFLAMACIÓN

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101

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Tema 2.2: Asfaltos

PRODUCTOS PDV

• ASFALTO DE PENETRACIÓN • ASFALTO RC-250 • ROOFER FLUX

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Tema 2.2: Asfaltos

ASFALTO DE PENETRACIÓN

Generalidades El ASFALTO DE PENETRACIÓN, PENETRACIÓN llamado también Cemento Asfáltico, es el material por excelencia para la pavimentación, en virtud de sus propiedades y características. Es un material altamente cementante, temoplástico, repelente del agua y es resistente al ataque de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. Cumple con los requisitos de la Norma Venezolana COVENIN N° 1670

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ASFALTO DE PENETRACIÓN

Usos • Preparación de mezclas asfálticas para pavimentación. • Materia prima para la industria de impermeabilizantes. • Materia prima en la preparación de emulsiones asfálticas. • Revestimientos de diques y canales. • Pinturas asfálticas.

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ASFALTO DE PENETRACIÓN

Valores típicos GRADO

A20

A30

mm/10

60

50

°C

300

300

adim.

1,0185

1,090

cSt

330

380

Viscosidad absoluta a 60°C

P

2100

3100

Punto de ablandamiento

°C

52

52

Penetración a 25°C Punto de Inflamación Densidad relativa a 15,6°C Viscosidad cinemática a 135°C

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ASFALTO RC-250

Generalidades El ASFALTO RC-250 es una mezcla de ASFALTO DE PENETRACIÓN con un destilado de petróleo muy volátil, del tipo de la gasolina, por lo cual el producto se clasifica como Asfalto de Curado Rápido. El número 250 asociado con el nombre indica la viscosidad cinemática permisible en cSt a 60°C. La viscosidad del producto depende del tipo de ASFALTO DE PENETRACIÓN, PENETRACIÓN de la volatilidad del solvente y de la proporción de los componentes. Cumple con los requerimientos de la Norma Venezolana COVENIN N° 1471.

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ASFALTO RC-250 Usos • Riego de imprimación (sellado para la construcción de carreteras). • Preparación de mezclas asfálticas para pavimentación . • Estabilización de suelos para bases y sub bases. • Riego de adherencia

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ASFALTO RC-250 Valores típicos GRADO

Densidad relativa a 15,6°C

adim.

RC-250 0,920

Punto de inflamación

°C

54

Viscosidad SSF a 60°C

SSF

200

Viscosidad cinemática a 60°C

cSt

424

Destilación

%V

Recuperado a 190°C

37

Recuperado a 225°C

43

Recuperado a 260°C

67

Recuperado a 316°C

81

Residuo de la destilación a 360°C Seminario Técnico de Productos PDV

%V

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ROOFER FLUX

Generalidades El ROOFER FLUX es el material ideal para el proceso de oxidación de asfaltos, ya que permite en forma segura, debido a su alto punto de inflamación y a la ausencia de destilados a temperaturas menores a 250°C, la obtención de asfaltos oxidados tipo III y IV dentro de los límites de calidad de la Norma COVENIN N° 1716. Permite la obtención de productos con mayor ductilidad, menos frágiles a bajas temperaturas, mayor penetración para igual punto de ablandamiento y menor susceptibilidad con la temperatura.

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ROOFER FLUX Usos • Fabricación de productos impermeabilizantes para techos. • Revestimientos de tuberías. • Membranas envolventes. • Aplicaciones industriales.

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ROOFER FLUX Valores típicos Penetración a 25°C

mm/10

225

Punto de Inflamación PM

°C

230

Punto de Inflamación CCA

°C

310

Densidad relativa a 15,6°C

adim.

1,010

cSt

1680

Viscosidad cinemática a 100°C

Características después del proceso de oxidación: Punto de Ablandamiento, °C 104 107 110 113 Seminario Técnico de Productos PDV

Penetración mm/10 19 18 17 16 © COPYRIGHT, PDVSA INTEVEP, 2004

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PERSONAL DE CONTACTO LABORATORIO DE ASFALTOS 9 Beatriz Núñez

Ext: 56641

9 Lourdes Arias

Ext: 57481

9 Pedro Blanco

Ext: 56177

9 Ramón Salazar Ext. 56347

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