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• Claudia Yucra Sullca

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Materiales Bituminosos

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Materiales bituminosos. Índice Bloque 4

1.- Introducción 1.1.- Historia 1.2.- Conceptos generales 2.- Naturaleza: composición. 2.1.- Clasificación general 2.2.- Composición química 3.- Obtención de los materiales bituminosos. 3.1.- Alquitrán. 3.2.- Betunes naturales 3.3.- Betunes artificiales 3.4.- Betunes fluidificados y fluxados 3.5.- Emulsiones bituminosas 3.6.- Materiales que mejoran las características de los betunes

Materiales de Construcción.

Materiales bituminosos.

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1- Introducción. Historia • Historia – Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología usada puede ser bastante confusa. – Los Sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y existen tanques de agua particularmente bien preservados. – Los egipcios fueron un hábil exponente: impermeabilización de los techos de palacios e ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación también. – Los betunes, junto con el barro, fueron los primeros materiales que utilizó el hombre. – Eran utilizados ya en Mesopotamia 3800 años a.C. porque tenían buenas propiedades adhesivas e impermeables. – Finales del siglo XIX se introdujeron los actuales usos de los materiales bituminosos, se comenzaron a utilizar productos que se obtenían del carbón (alquitrán), betunes naturales y luego el betún manufacturado a partir del crudo de petróleo. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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1- Introducción. Historia – El consumo intensivo del asfalto en obras viales fue debido a: • La aparición del automóvil con rueda neumática. • La explotación masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos. – Al principio € uso limitado, por su escasa disponibilidad, a la pavimentación de calles en Europa y E.E.U.U. – El uso del automóvil € buenos caminos para mayor seguridad y confort. – El transporte comercial € dependencia "camión-camino" € amplias carreteras para más y mejores vehículos.

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1- Introducción. Historia – El petróleo produjo importantes volúmenes de betún aptos para un directo uso vial (mezclas asfálticas) y diluidos con las fracciones ligeras (cut-backs). – Las emulsiones bituminosas de tipo aniónico aparecieron en 1.905, mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y EE.UU. respectivamente. Tanta actividad vial hizo que se hablara de la "era del automóvil y la construcción de carreteras". – No llevaban tratamiento superficial. Los recogían de las superficies de los lagos (de un material consolido) y que ellos utilizaban como material aglomerante. Estos lagos se siguen explotando en USA y Sudamérica. – A veces estos betunes impregnan rocas porosas y se las conoce como rocas asfálticas; y fueron el primer material bituminoso utilizado en pavimentación (en Francia, Italia, País Vasco... podemos encontrar estas rocas). UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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1- Introducción. Historia – En España: • Se empleo por primera vez de forma significativa los materiales bituminosas en El Circuito Nacional del Firmes Especiales en 1926, en un total de 200 km de vía. • La red de carreteras española está formada por unos 165.000 km, sin incluir las carreteras y calles en medio urbano, ni las carreteras o caminos agrícolas o forestales. • Además de unos 490.000 km de calles y carreteras urbanas gestionadas por los ayuntamientos.

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1- Introducción. Generalidades • Descripción general de los materiales bituminosos:

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1- Introducción. Generalidades • Características los materiales bituminosos:

– Naturaleza: Los materiales bituminosos son materiales aglomerantes de naturaleza orgánica. Mezclas complejas de hidrocarburos. – Origen: Provienen del petróleo crudo o del carbón. – Utilización: • En construcción y conservación de pavimentos de carreteras y calles, aeropuertos, áreas industriales, aparcamientos, pistas deportivas, etc. • Impermeabilizaciones. – Dos tipos principales: • Betunes. • Alquitranes. Amplia gama de variedades en cada caso. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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– Fácil puesta en obra. – Buena adhesividad a los áridos con los que los vamos a unir. – Buena cohesión entre las partículas, para que pueda soportar sin romperse a los esfuerzos a los que le vamos a someter. – Baja susceptibilidad térmica: esto significa que cuando se ponga en obra tenga comportamiento plástico, ya que este material viscoso cuando se calienta puede llegar a deformarse permanentemente y cando esta sometido a bajas temperaturas se fragilaza pudiendo llegar a romperse. – Envejecimiento lento, para que no pierda las características con el tiempo y que así resulte más rentable el material. – Elevada impermeabilidad.

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1- Introducción. Generalidades

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• Inconveniente de los materiales bituminosos – € el envejecimiento (baja durabilidad) € se alteran fácilmente con las acciones atmosféricas: • Radiación solar • Variaciones da temperatura, tanto diarios como estacionales. • Heladas y las sales fundentes empleadas contra ellas. – Causas de deterioro de los firmes: • El tráfico. • Los factores ambientales.

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2- Naturaleza: Clasificación general • Clasificación general: – Betún: Producto sólido, o líquido viscoso mezcla de hidrocarburos naturales o pirogenados (o combinaciones) solubles en sulfuro de carbono. • Tiene propiedades de impermeabilidad • Tiene propiedades de adhesividad y cohesión • Durabilidad: es poco volátil • Susceptibilidad térmica: se ablanda gradualmente al calentarse. • Dos tipos según su origen: – Betunes naturales: son aquellos que aparecen en la naturaleza. » Asfalto € Betún (natural o artificial) + materia mineral inerte. – Betunes artificiales: subproductos de obtención del petróleo a partir de diversos procesos.

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1.- Introducción 1.1.- Historia 1.2.- Generalidades 2.- Naturaleza: composición. 2.1.- Clasificación general 2.2.- Composición química 3.- Obtención de los materiales bituminosos. 3.1.- Alquitrán. 3.2.- Betunes naturales 3.3.- Betunes artificiales 3.4.- Betunes fluidificados y fluxados 3.5.- Emulsiones bituminosas 3.6.- Materiales que mejoran las características de los betunes

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2- Naturaleza: Clasificación general – Alquitranes: conjunto de hidrocarburos • Origen: se obtienen de la destilación destructiva de sustancias que contienen materia orgánica como: hulla, turba, antracita, lignito, madera … – El construcción (en general) € subproductos de obtener gas ciudad y coque metalúrgico. » El alquitrán bruto le somete a un proceso de destilación, donde vamos separando aceites de distinta finura, y al final nos va a quedar sólo la brea. » La brea unida a aceites de distintas densidades nos va dar obtener el alquitrán con el que vamos a trabajar.

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2- Naturaleza: Clasificación general Materiales bituminosos Ligantes hidrocarbonados

Betún natural

• Analogías entre betunes y alquitranes – Ambos son mezclas complejas de hidrocarburos solubles en sulfuro de carbono. – Presentan una amplia gama de variedades en cada caso. – Viscosidad variable con la temperatura. – Se utilizan en construcción y conservación de firmes de carretera.

Alquitrán

Betún

Betún artificial

Alquitranes de carbón

2- Naturaleza: Clasificación general

Alquitranes de madera

Asfalto Asfalto Betún asf. Betún asf. Betún asf. otros lacustre mineral penetración oxidación

• • • •

Son manejables durante la puesta en obra. Buena adhesividad a los áridos. Cohesión: capacidad de soportar las cargas del tráfico. Durabilidad: resistencia a los agentes atmosféricos.

Betún asf. Betún asf. Betún asf. modificado fluidificado fluxado UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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2- Naturaleza: Clasificación general

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2- Naturaleza: Composición química • Composición química betunes:

• Diferencias entre betunes y alquitranes: – Origen: los betunes pueden ser naturales u obtenidos a partir del petróleo, mientras que los alquitranes se obtienen por destilación destructiva carbón. – La viscosidad de los betunes es poco susceptibles a la temperatura, mientras que la de los alquitranes es notable. – Su respuesta al envejecimiento es diferentes, así, mientras los betunes tienen un comportamiento aceptable, los alquitranes presentan un mal comportamiento. – Por último el peso molecular de los betunes es mayor que el de los alquitranes.

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Carbono (C)

80-85%

– Es muy complicada, pero su composición Hidrógeno (H) 10-15% elemental se basa en: Oxígeno (O) 2-3% – De la composición no se pueden deducir Nitrógeno (N) 0-1% propiedades € realización de ensayos – Lo es normal hacer una separación como en el alquitrán: • Carboides: Insolubles en S2C. En poca cantidad y se obtienen cuando han sufrido de cracking. Dan rápido envejecimiento. • Carbenos: Solubles en S2C e insoluble en tetracloruro de carbono. Hasta un 2% cuando han sufrido un proceso de cracking ó de oxidación fuerte. Ocasionan pérdida de adhesividad y ductilidad. • Asfaltenos: Insolubles en éter de petróleo y solubles en tetracloruro de carbono. La mayoría formados por hidrocarburos aromáticos. • Maltenos: Solubles S2C , en éter de petróleo, tetracloruro de carbono. Son aceites. La mayor parte del betún está formado por asfaltenos y maltenos.

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2- Naturaleza: Composición química – La estructura del betún presenta forma de un coloide donde: • Maltenos: fase continua consistente en fluido aceitoso (medio de dispersión). • Asfaltenos: fase discontinua (micelas). – Es un coloide tipo gel, donde hay interacciones entre las micelas que requieren cierto esfuerzo deformarla. – Cuando más asfaltenos y menos maltenos tenemos más viscosidad.

Betunes duros

Betunes blandos

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1.- Introducción 1.1.- Historia 1.2.- Generalidades 2.- Naturaleza: composición. 2.1.- Clasificación general 2.2.- Composición química 3.- Obtención de los materiales bituminosos. 3.1.- Alquitrán. 3.2.- Betunes naturales 3.3.- Betunes artificiales 3.4.- Betunes fluidificados y fluxados 3.5.- Emulsiones bituminosas 3.6.- Materiales que mejoran las características de los betunes

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3- Obtención. Alquitranes

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3- Obtención. Alquitranes – En construcción los más utilizados provienen de: • las hullas (como subproductos en las fábricas de gas ciudad, combustible utilizado actualmente).

• Obtención del alquitrán – Se obtienen por destilación, en ausencia de aire, de carbones minerales (hullas, lignitos y turbas) y de la madera.

– La hulla se calienta en cámaras cerradas a 1200ºC dejando como residuo coque – Las materias volátiles ricas en hidrocarburos se se llevan a un condensador donde dejan como resid uo alquitrán y agua. En una segunda condensanción s e obtiene más alquitrán y amoníaco – El gas procedente de las fábricas se almacena en grandes depósitos cilíndricos llamados gasómetros.

Madera

Horno de coque

• Los hornos de coquización: El coque es un combustible muy importante para la fabricación del hierro y el acero, se emplea en el alto horno. • El alquitrán (unos 40 kg/Tn de carbón) varía: Turba

Hulla

– Composición de carbón. – Procedencia: gas u hornos de coquización.

Lignito

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Coque metalúrgico

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3- Obtención. Alquitranes

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3- Obtención. Alquitranes

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3- Obtención. Alquitranes – Alquitrán bruto • Obtención: por destilación destructiva de carbón o madera es el producto residual de un proceso de valor industrial más importante (producción de coque metalúrgico o producción de gas ciudad). • Características técnicas: producto poco viscoso y con alto contenido en agua. Poco poder aglomerante. Rápido envejecimiento por endurecimiento superficial (el procedente del coque por oxidación y el procedente del gas ciudad por evaporación de volátiles). • Utilización: el alquitrán bruto no se utiliza en carreteras por razones: – Económicas: contiene productos de alto valor económico: benceno, antraceno. – Técnicas: características anteriores

• Productos de destilar el alquitrán bruto: – Aceites ligeros, medios, pesados y de antraceno. – Brea (50-60%).

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3- Obtención. Alquitranes • Destilación del alquitrán: La destilación fraccionada del alquitrán bruto se esquematiza según el siguiente proceso: – – – – – –

Hasta 170ºC..............Aceites ligeros De 170 a 205ºC.........Aceites fenólicos De 205 a 240ºC.........Aceites de naftaleno De 240 a 280ºC.........Aceites lavados De 270 a 340ºC.........Aceite de antraceno y breas Brea: residuo de la destilación fraccionada del alquitrán bruto. Más o menos porcentaje según proceda de fábrica de gas o horno de coque (50–60%).

Brea de carbón: residuo de la destilación fraccionada del alquitrán bruto

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3- Obtención. Alquitranes – Alquitrán reconstituido • Obtención: Mezcla de brea con aceites proveniente de la destilación. • Características: – Son productos de distintas viscosidades y propiedades de endurecimiento y reblandecimiento (características de endurecimiento y reológicas) susceptibles de mejorarse mediante polimerización con resinas sintéticas: polivinilos, epoxi, poliéster. – El principal inconveniente es un rápido envejecimiento que conlleva un endurecimiento de la capa más externa, que se haría frágil y podría romperse e incluso desaparecer.

• Utilización: el alquitrán se emplea ampliamente en países con minas de carbón y sin petróleo por razones económicas. Empleo en mezclas en frío

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3- Obtención. Betunes naturales • Obtención de los betunes naturales – Obtención: se han producido a partir del petróleo, por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles. – Formando lagos en las cercanías de algunos depósitos subterráneos de crudo de petróleo. Este betún puede ser considerado un "asfalto natural", casi siempre acompañado por materia mineral. • El Lago Guanoco, conocido como lago Bermúdez, (Estado Sucre, Venezuela) es el lago de asfalto mas extenso del mundo con 400 Ha y 75 millones de barriles de asfalto natural. Se abandonó la explotación 1934. • El Lago de La Brea, en la isla de Trinidad (Caribe), le sigue en extensión, con 70 Ha y sigue en explotación. Este asfalto se emplea como material de pavimentación. m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes naturales – Además también se encuentra betún impregnando rocas € rocas asfálticas. Se obtienen el betún por destilación o se trituran para obtener polvo asfáltico. Los principales yacimientos de roca asfáltica están en Europa y Norteamérica, pero hay depósitos en todo el mundo. Se usan en pavimentación. – Utilización: a pesar de la fácil explotación y excelente calidad del asfalto natural, no suele explotarse desde hace mucho tiempo pues es mucho más económico obtenerlo en las refinerías petroleras, donde es un subproducto. Lago Guanoco

Lago de asfalto en el Caribe UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales • Betunes artificiales: – Se obtienen del petróleo: Es un recurso natural no renovable y la principal fuente de energía de los países desarrollados. – El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos. Variedad, desde amarillentos y líquidos a negros y viscosos. Tiene un olor característico y flota en el agua. – El número de átomos de carbono y la forma en que están colocados dentro de las moléculas de los diferentes compuestos proporciona al petróleo diferentes propiedades físicas y químicas. Así tenemos que los hidrocarburos compuestos por 1 a 4 átomos de carbono son gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son líquidos, y los de más de 20 son sólidos a la temperatura ambiente. Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 átomos de carbono. En un crudo determinado se han aislado hasta 277 compuestos de hidrocarburos. – Composición compleja y variada, depende del tipo de yacimiento de donde provenga. Como promedio podemos considerar que contiene sobre un 83-86% de carbono y 11-13% de hidrógeno. m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales – Podemos distinguir los siguientes petróleos: • Petróleos asfálticos: Gran cantidad de hidrocarburos cíclicos y aromáticos de la serie Nafténica (Cicloparafinas). Son los que van a producir mayor cantidad de betunes y de mayor calidad. Negros, viscosos y de elevada densidad: 0,95 Tn/m3. Gran cantidad de residuo similar al betún natural. Los betunes obtenidos a partir de este son aptos para la construcción y conservación de firmes. • Petróleos parafínicos: De color claro, fluidos y de baja densidad: 0,75-0,85 Tn/m3. Predominan los hidrocarburos saturados o parafínicos. Son productos obtenidos de gran valor comercial con poco residuo asfáltico. Los betunes obtenidos a partir de estos petróleos presentan mala adherencia y son muy susceptibles, por lo tanto no se utilizan en firmes. Suelen utilizarse como productos de impermeabilización. • Petróleos semiasfálticos o mixtos: Tienen contenidos intermedios de los dos anteriores. La mayoría de los yacimientos mundiales son de este tipo. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales – El petróleo. Tratamientos • En las refinerías se procesa el petróleo para obtener las diferentes fracciones. Como subproducto obtenemos betún. • Del petróleo se obtiene: – GLP (Gases licuados del petróleo: butano, propano) – Disolventes – Gasolinas – Naftas – Queroseno – Gasóleo. – Fuel - oil – Aceites y lubricantes – Residuos sólidos (betún)

Productos ligeros

Crudo

• Los tratamientos incluyen:

% SALIDA 2

Gas de refinería

1-5

GLP

FRACCIONES LIGERAS

Gasolina 15-20

FRACCIONES MEDIAS

PRODUCTO

Nº ÁTOMOS CARBONO

Nafta pesada

5-12

APLICACIONES

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Querosenos

18 - 24

Gasóleos

24 - 40

Lubricantes

24 - ~300

Fuél óleo pesado

~40 - ~300

Betún

Productos pesados

– Destilación, Oxidación y Craking m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales

GLP Gasolinas Gasolinas

Número de Carbonos 3-4 5 - 10 12 - 18

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3- Obtención. Betunes artificiales – Destilación fraccionada: • La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla. No rompe la estructura molecular. • Para este proceso utilizamos la torre de destilación. Primero se separan los éteres a temperatura ambiente; luego se aporta calor a la mezcla y a distintas alturas de la torre se van separando los demás compuestos. • Se realiza en dos pasos: – Destilación a presión atmosférica. – Destilación a vacío.

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3- Obtención. Betunes artificiales • Destilación atmosférica – Se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Primero se calienta el crudo a 400 °C para que entre vaporizado a la torre de destilación. Los vapores suben a través de pisos o compartimentos que impiden el paso de los líquidos de un nivel a otro. Al ascender por los pisos los vapores se van enfriando. – Este enfriamiento da lugar a que en cada uno de los pisos se vayan condensando distintas fracciones, cada una de las cuales posee una temperatura específica de licuefacción. – De esta destilación sale por la parte inferior de la columna el denominado crudo reducido, que alimenta a la columna de destilación a vacío.

• Destilación a vacío – En la torre de destilación a presión atmosférica se destila a la presión atmosférica, o sea, sin presión. Por lo tanto, sólo se pueden separar sin descomponerse los hidrocarburos que contienen de 1 a 20 átomos de carbono. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales • Cracking térmico – Las partes más pesadas del crudo se calientan a altas Tª bajo presión. Esto divide las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina — compuesta por este tipo de moléculas— producida . – La eficiencia del proceso es limitada porque, debido a las elevadas Tª y presiones, se deposita una gran cantidad de coque de petróleo (combustible sólido y poroso) en los reactores. – Se usan temperaturas elevadas (800-900 ºC).

• Cracking catalítico – En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido. – Los catalizadores realizan una acción selectiva que orienta la reacción de ruptura en un sentido perfectamente determinado, con lo que se evitan muchas reacciones secundarias indeseadas. – Se usan temperaturas de unos 500ºC.

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3- Obtención. Betunes artificiales – Para poder recuperar más combustibles de los residuos de la destilación primaria es necesario pasarlos por otra torre de fraccionamiento que trabaje a vacío ya que los hidrocarburos se destilarán a más baja temperatura € La torre de destilación a vacío. – En la torre de vacío se obtienen sólo dos fracciones, una de destilados y otra de residuos. – En la unidad de vacío se obtienen tres tipos de productos: » Gas Oil Ligero (GOL) » Gas Oil Pesado (GOP) » Residuo de vacío € Betún (y otros usos)

– Cracking: ruptura de las cadenas de los hidrocarburos. Consiste en romper las cadenas de los hidrocarburos más largas y convertirlas en hidrocarburos de cadenas más pequeñas. Se utiliza en crudos semipesados para obtener gasolinas mediante un tratamiento de alta Tª y presión. m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales – Betunes asfálticos de penetración • Obtención: son los residuos que hemos obtenido de la destilación del petróleo, y se clasifican por el resultado del ensayo de penetración. • Características: Los betunes obtenidos por destilación se presentan como sólidos o semisólidos a Tª ambiente. Para poder utilizarlos en obra es preciso calentarlos a fin de reducir su viscosidad. El proceso consiste en calentar los betunes para poder romper las interacciones entre las micelas. • Utilización: pavimentación, mezclas

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3- Obtención. Betunes artificiales

3- Obtención. Betunes artificiales

– Betunes asfálticos oxidados • Obtención: por oxidación. Mediante este proceso se elimina el agua y el anhídrido carbónico del betún obtenido por destilación fraccionada y se produce una polimerización del producto.

Destilados (de penetración)

– Se obtienen por soplado con aire caliente a muy alta temperatura, 200º C, durante 5-12 horas. Se elimina toda el agua residual y CO2, se polimeriza el betún con aumento del peso específico. – Al "soplar" oxígeno sobre una masa de asfalto en caliente se produce una mayor cantidad de asfaltenos en detrimento de los maltenos, ocasionando así de esta manera una mayor fragilidad, mayor resistencia a las altas temperatura. Contienen una pequeña cantidad de productos volátiles.

• Características: que pierden elasticidad pero tienen gran resistencia al envejecimiento, debido a su gran resistencia a los agentes atmosféricos. • Utilización: No se emplean en pavimentos por ser poco dúctiles, pero son muy adecuados como impermeabilizantes. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales – Betunes asfálticos de cracking: • Obtención: mediante Cracking. Consiste en romper las cadenas de los hidrocarburos más largas y convertirlas en hidrocarburos de cadenas más pequeñas. Se utiliza en crudos semipesados para obtener gasolinas mediante un tratamiento de alta temperatura y presión. • Características: – gran envejecimiento € no son buenos para pavimentos. – baratos de baja calidad (por presencia de Carboides y Carbenos).

• Utilización: no son buenos para pavimentos • Ventaja del cracking, de un barril de crudo (159 litros) produce: – 1920 € 41,5 litros de nafta, 20 litros de queroseno, 77 litros de gasoil y destilados y 20 litros de destilados más pesados. – 2000 € 79,5 litros de nafta, 11,5 litros de queroseno, 34 litros de gasoil y destilados, 15 litros de lubricantes y 11,5 litros de residuos más pesados. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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Soplados (oxidado) m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes fluidificados y fluxados – Betunes fluidificados (cutbaks) • Obtención: ligante hidrocarbonado resultante de la incorporación a un betún asfáltico de fracciones líquidas, más o menos volátiles, procedentes de la destilación del petróleo. • Características: – Reducen viscosidad. – Una vez que ponemos el betún fluidificado en la obra, el fluidificante se evapora (curado) dejando el betún con su viscosidad inicial en el firme (normalmente nunca se obtiene la viscosidad inicial, se obtiene una menor ya que la pérdida del disolvente no es total, obteniéndose un residuo más blando que el original, a no ser que lo destilemos, entonces si obtenemos la inicial). – Los materiales que se van a la atmósfera son contaminantes y además muy caros.

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3- Obtención. Betunes fluidificados y fluxados • La velocidad de curado depende de:

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3- Obtención. Betunes fluidificados y fluxados – Betunes fluxados • Obtención: Son aquellos betunes que se han fluidificado con un aceite procedente de la destilación del alquitrán.

– Tipo de fluidificante » Gasolina: curado rápido » Queroseno: curado medio » Gasóleo: curado lento – Temperatura ambiente – Velocidad del aire – Superficie de ligante en contacto con el aire

– Los aceites utilizados en los betunes fluxados deben cumplir: » Permiten mayor extensión de los betunes sobre el árido al bajar la tensión superficial del betún. » Contienen fenoles que en el proceso de ionización aumenta las tensiones eléctricas del árido y presentan mayor densidad que el agua € mayor adherencia al árido al desplazar el agua.

• Inconvenientes: – Fluidificante alto valor económico. – Manipulación con peligro de inflamación si es preciso calentar. – Se desprenden vapores contaminantes en el curado.

• Características: las de los fluidificados pero más baratos • Utilización: se desarrollaron en Francia para un uso muy específico en riego monocapa doble engravillado. En claro desuso

• Utilización: en carreteras para la impermeabilización de capas granulares no estabilizadas. Actualmente, la utilización de estos productos se encuentra en acusado declive. Especialmente cuando penetración no proporciona viscosidad. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Betunes artificiales – Betunes asfálticos modificados: • Obtención: Se obtienen por interacción físico y / o química de un polímero con un betún asfáltico de penetración. • Sus características, comparadas con las de los betunes de penetración son: – Disminución de la susceptibilidad térmica: mayor consistencia a altas temperaturas y disminución de la fragilidad a bajas temperaturas. – Mejor comportamiento mecánico: aumento de la resistencia a tracción. Mejora de las propiedades de elasticidad. Ausencia de fisuras por deformación de capas inferiores – Aumento de la durabilidad ante: acción del agua y envejecimiento – Costo elevado

• Utilización: pavimentación que necesita mejorar alguna característica

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3- Obtención. Emulsiones bituminosas • Emulsiones bituminosas – Emulsiones: composición • Sistema de al menos dos fases líquidas no mezclables, donde una de estas fases se encuentra dispersa dentro de la otra bajo la forma de finas gotitas con un diámetro, por lo general, superior a 0.1 µm. • Una emulsión es, pues, una suspensión relativamente estable de un líquido en múltiple subdivisión en otro líquido, en el cual es indisoluble. • En la dispersión de dos líquidos no miscibles se distingue la fase continua (liquido en el que se dispersa) y la fase discontinua (líquido que se dispersa en forma de gotas muy finas). • Las emulsiones son coloides (fase dispersa-fase continua) • Este sistema es de una estabilidad mínima que puede ser alterada por la adición de agentes apropiados.

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3- Obtención. Emulsiones bituminosas • Si dejamos la emulsión en reposo, las partículas de la fase dispersa empezarán a unirse dando lugar al fenómeno de la coagulación o desestabilización de la emulsión. Los glóbulos dispersos se unen por afinidad química. • Se definen como emulsionantes los productos que hacen que la emulsión sea estable, provocando la dispersión de las partículas, creando en cada una de ellas una película protectora constituida por un ión emulsionante. La función de los emulgentes es rodear todas las gotitas de la fase dispersa con iones cargados todos del mismo signo, de esta manera se produce una repulsión electroestática impidiendo así que se unan. • Si el emulgente es un anión (carga negativa), la emulsión se llama aniónica (ioniza las partículas de dispersa que quedan cargadas negativamente); y si el ión es un catión (carga positiva), la emulsión se denomina catiónica (las partículas de dispersa quedan cargadas positivamente). UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Emulsiones bituminosas – En el caso de las emulsiones aniónicas, el emulsionante normalmente utilizado es un jabón alcalino, que les confiere propiedades básicas (pH>7). Las emulsiones aniónicas tienen adherencia con áridos de tipo calizo. – Existen además emulsiones no iónicas, que son emulsionadas de otras maneras y sin formación de iones cargados positiva o negativamente.

• La misión del emulsionante es: – Disminuyen tensión superficial facilitando adhesividad con áridos y aumentando resistencia a desplazamiento por el agua tras puesta en obra. – Facilitan la dispersión y división – Evitan aglomeración al cargar eléctricamente a la partícula de betún – Con el se garantiza: » Estabilidad al almacenamiento. Bien preparadas permanecen largo tiempo estables » Estabilidad al contacto con árido fino UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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3- Obtención. Emulsiones bituminosas – Emulsión bituminosa: composición • Los líquidos que las componen son el betún -fase dispersa- y el agua-fase continua. Por motivos técnicos y de estabilidad, se añaden los emulsionales o emulgentes y, en su caso, fluidificantes. • Son dispersiones de pequeñas partículas de un ligante en una solución de agua y un agente emulsionante de carácter aniónico o catiónico, que determina la denominación de la emulsión. – Producto de naturaleza tensoactiva. Moléculas con grupo polar y no polar que forman película muy delgada alrededor partículas de betún – En las emulsiones catiónicas, el emulsionante usado es la sal de amina, que les confiere propiedades ácidas (pH +1: poca susceptibilidad. La mayoría de los oxidados pertenecen a este grupo. • IP< -1: mucha susceptibilidad. La mayoría de los del cracking y alquitranes pertenecen a este grupo. • IP entre +1 y –1: características intermedias entre los dos anteriores. La mayoría de los betunes que se utilizan en la construcción de carreteras, al ser éste el intervalo del valor del IP que recogen los pliegos de prescripciones. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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4- Propiedades y ensayos. Betunes asfálticos • Ductilidad de los materiales bituminosos – Es la capacidad que poseen los materiales de deformarse por alargamiento sin que su masa se disgregue. – Como los betunes van a estar sometidos a esfuerzos, vamos a rechazar aquellos que no sean dúctiles. – La ductilidad aumenta con la temperatura.

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4- Propiedades y ensayos. Betunes asfálticos – El procedimiento consiste en someter una probeta del material bituminoso a un ensayo de tracción, en condiciones determinadas de velocidad (5 cm/min) y temperatura (25ºC), en un baño de agua de igual densidad, definiéndose la ductilidad como la distancia máxima en cm que se estira la probeta hasta el instante de la rotura.

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4- Propiedades y ensayos. Betunes asfálticos • Punto de fragilidad Fraass – Indica la facilidad de alcanzar la rotura al someterse ante un esfuerzo. – El ensayo del punto de fragilidad Frass consiste en someter a una película del material que recubre una placa de acero a ciclos sucesivos de flexión a temperaturas decrecientes. – Se define como punto de fragilidad Fraass la temperatura en ºC a la que, a causa de la rigidez que va adquiriendo el material al enfriarse, se observa la primera fisura o rotura en la superficie de la película. – Este ensayo presenta grandes dispersiones y apenas tiene interés en carreteras, pero si lo tiene para impermeabilizaciones.

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4- Propiedades y ensayos. Betunes asfálticos • Pérdida por calentamiento

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4- Propiedades y ensayos. Betunes asfálticos • Solubilidad en tricloroetano

– Se determina la pérdida en peso, debida a la volatización de los componentes más ligeros, excluida el agua, de los materiales. – Se pone el material en una estufa. A la terminación del período de calentamiento se saca la muestra, se deja enfriar y se pesa calculando la pérdida en peso. Hasta un 5% de pérdida € correctos – Sobre ese material se realizan los ensayos de penetración, de viscosidad, punto de reblandecimiento... (menor penetración y un punto de reblandecimiento más alto). Se comparan con el patrón que no ha sido calentado en la estufa, conociendo así la mayor o menor variación de las características de ese material. – Tiene como finalidad someter al ligante a unas condiciones similares a las que estará sometido en una planta asfáltica de mezcla en caliente. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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– El betún puro es 100% soluble tricloroetano (y en sulfuro de carbono, pero éste es más tóxico e inflamable). – Se filtra el material disuelto, pudiendo así saber la cantidad de impurezas del betún, que deben ser inferiores al 0,5%. – Utilizando otros disolventes se pueden determinar la cantidad que contiene un betún de carboides, carbenos, asfaltenos y maltenos.

• Contenido en agua – El agua es perjudicial pues resta homogeneidad al material, forma espuma al calentarse, aumentando el volumen de las cisternas de transporte y da problemas en la envuelta de los áridos – El ensayo se realiza por destilación. m UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I.CCCaaam miin innooosss,,, Canales y Puertos

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4- Propiedades y ensayos. Betunes fluidificados • Punto de inflamación

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4- Propiedades y ensayos. Emulsiones bituminosas • Carga de las partículas de las emulsiones bituminosas

– Los ensayos para betunes fluidificados están destinados a conocer el punto de inflamación de los gases de ese betún para poder trabajar con la mayor precaución. – Se calienta el betún en un vaso abierto e iremos acercando una llama por la boca hasta que se inflamen los gases que se están desprendiendo; a esa temperatura la llamamos temperatura de inflamación – Los resultados de este ensayo deben tomarse solamente como elementos estimativos de las precauciones a tomar durante la manipulación de estos productos para prevenir los riesgos de incendio.

– Se utiliza para identificación de las emulsiones bituminosas aniónicas y catiónicas. – El ensayo está basado en la diferente carga eléctrica, negativa o positiva, que poseen las partículas bituminosas en las emulsiones aniónicas o catiónicas, y consiste en introducir en la emulsión una pareja de electrodos unidos a una fuente de alimentación continua, observando al cabo de un tiempo el electrodo en el que se ha depositado la película de ligante. – El resultado expresará que la carga de la partícula es “positiva”, si la película de ligante se deposita en el cátodo (electrodo negativo), y “negativa” si se deposita en el ánodo (electrodo positivo).

• pH de las emulsiones bituminosas – El ensayo mide el pH existente en la fase acuosa de las emulsiones fabricadas con betún asfáltico o betún fluidificado.

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4- Propiedades y ensayos. Emulsiones bituminosas • Tamizado de las emulsiones bituminosas

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4- Propiedades y ensayos. Emulsiones bituminosas • Contenido de ligante y agua

– Se determina la cantidad de producto bituminoso mal emulsionado que hay en la muestra. Los grumos o “barros”, así como la película que se forma a veces en la superficie, pueden ser debidas a la rotura de la emulsión, defectos de fabricación, contaminaciones, etc.

– Por destilación separamos el betún, el agua y el fluidificante (si procede).

• Miscibilidad con agua de las emulsiones bituminosas – Mediante este ensayo se determina si se produce rotura cuando se diluye la emulsión con agua para conseguir productos con muy poco asfalto.

• Sedimentación de las emulsiones bituminosas – El ensayo sirve para valorar la estabilidad al almacenamiento de las emulsiones, midiendo la diferente concentración de betún que se produce al cabo de cierto tiempo entre las partes superior e inferior de la emulsión. – Se extrae la muestra y se mete en un vaso y se deja en reposo. Las partículas de betún tienden a irse al fondo. Al cabo de 5 días se toman muestras de la parte superior y de la inferior y vemos el contenido de betún. Luego hacemos una diferencia en porcentaje que nos da la sedimentación. Cuánto mayor sea más peligro hay. UNIVERSIDADE DA CORUÑA E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos

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• Método del mezclado con cemento – Tiene por objetivo obtener la estabilidad de una emulsión de rotura lenta.

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Materiales bituminosos. Índice Bloque 4

– La designación de los alquitranes se realizará mediante las letras AQ o BQ, representativas del tipo de brea utilizada – AQ= Alquitranes con breas duras y aceites ligeros – BQ= Alquitranes con breas menos duras y aceites más pesados Ej: AQ 46, BQ 58 y BQ 62. A continuación aparece un número indicador del valor de su Tº de equiviscosidad, NLT-188/72.

– Características: • Elevado IV (susceptibilidad térmica), IP