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UNIVERSIDAD CATOLICA LOS ANGELES DE CHIMBOTE FACULTADA DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: PAVIMENTOS TEMA: ASFALTO Y SUS USOS

DOCENTE TUTOR: ING. MOROTE ARIAS MAXWUIL ANTONY

ALUMNOS: CAMPOS QUISPE LUCY VANESA VELASQUE VELAZQUE RUVEL AYACUCHO – PERÙ 2017

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Índice Asfalto Introducción…………………………………………........ 3 Definición de asfalto………………………………............ 4 Asfalto natural……………………………………………. 4 Puros o casi puros…………………………………... 5 Asociados con materia mineral……………………. 5 Asfalto artificial (derivados del petróleo)……………...... 6 Propiedades del asfalto Propiedades físicas………………………………………... 7 Composición química…………………………………….. 7 Propiedades mecánicas………………………………….... 8 Clasificación de los asfaltos Cemento asfáltico………………………………………......10 Asfalto liquido o diluido (emulsión asfáltica)………........ 10 Asfaltos oxidados o soplados con aire………………......... 11 Productos para la construcción Usos más comunes…………………………………………. 16 Pavimentos…………………………………………………. 16 Impermeabilizantes………………………………………... 16 Obras hidráulicas…………………………………............... 17

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INTRODUCCION Es uno de los materiales más antiguos usados en ingeniería civil. Proviene de fuentes naturales o del refinamiento del petróleo (cemento asfáltico) Los materiales bituminosos se clasifican en: Asfaltos: usados en construcción de pavimentos, también como selladores Alquitrán o brea: membranas impermeables (techos), tratamiento para pavimentos. Uno de los principales usos que se le da a los asfaltos es como material aglutinante (aquellos elementos que sirven para unir o pegar en las construcciones y llevan a cabo su cometido mediante reacciones químicas en presencia de agua y aire. Productos pulverizados que al mezclarlos con agua sufren transformaciones químicas que producen su endurecimiento al aire o bajo al agua)

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1. DEFINICION DE ASFALTO Un material bituminoso constituido principalmente por asfáltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan características de consistencias, aglutinación y ductilidad. Es una sustancia negra, pegajosa, solida o semisólida según la temperatura ambiente; a la temperatura de ebullición del agua tiene consistencia pastosa, por lo que se extiende con facilidad. Se utiliza mezclado con arena o gravilla. Se utiliza como aglomerante para revestir carreteras, impermeabilizar estructuras, como depósitos, techos o tejados, y en la fabricación de baldosas, pisos, tejas construcción de carreteras, autovías o autopistas. No se debe confundir con el alquitrán, que es también una sustancia negra, pero derivada del carbón, la madera y otras sustancias. El asfalto se encuentra en depósitos naturales como en el lago asfaltites o mar muerto, lo que se llamó betún de Judea en la cuenca del Río Jordán, pero casi todo el que se utiliza hoy es artificial, derivado del petróleo. Para pavimentar se emplean asfaltos de destilación, hechos con los hidrocarburos no volátiles que permanecen después de refinar el petróleo para obtener gasolina y otros productos. Los asfaltos son materiales aglomerantes de color oscuro, constituidos por complejas cadenas de hidrocarburos no volátiles y de elevado peso molecular. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados de petróleos y los naturales.

2. ASFALTO NATURAL Se han producido a partir de petróleo, pero por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles, dejando las asfálticas solamente. Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a los lagos de asfalto Entre ellos destacan el lago asfaltites o mar muerto, en palestina; llamado el lago de la brea, en la isla de Trinidad, y el lago Bermúdez, en Venezuela. También aparecen impregnado los poros de algunas rocas, denominándose rocas asfálticas. Así también se encuentran mezclados con elementos minerales, como pueden ser arenas y arcillas en cantidades variables. Debiendo someterse a posteriores procesos de purificación para luego poder ser utilizadas en pavimentación. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza. También se aprovechan los depósitos de rocas asfálticas o rocas impregnadas de asfalto. Otro tipo de asfalto de importancia comercial es la gilsonita, que se encuentra en la cuenca del río Uinta, al suroeste de Estados Unidos, y se utiliza en la fabricación de pinturas y lacas.

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2.1 Puros o casi puros; Asfalto del lago Bermúdez, se presenta en el lago del mismo nombre, en Venezuela. Este se ha empleado en la fabricación de asfalto emulsificador para carreteras y calles, en tejados y como impermeabilizante. Aún en nuestros días se usa como aglutinante para pisos de carreteras y como material para pavimentos. El asfalto del lago Bermúdez se refina al vapor igual que el del lago Trinidad. -

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Asfaltos emulsificador (emulsiones asfálticas): son parte de los asfaltos líquidos. Es un sistema heterogéneo de dos fases normalmente inmiscibles (no se mezclan), como son el asfalto y el agua, al que se le incorpora una pequeña cantidad de un agente activador de superficie, tenso activó o emulsificante de base jabonosa o solución alcalina, que mantiene en dispersión el sistema, siendo la fase continua el agua y la discontinua los glóbulos del asfalto, en tamaño, entre uno a diez micrones. El asfalto es emulsificado en un molino fluido con 40 – 50 % por peso de agua que contiene entre 0.5 – 1.5% por peso de emulsificante. Permite la aplicación del asfalto donde no es posible calentar el material. Cuando la emulsión se pone en contacto con el agregado se produce un desequilibrio que la rompa, llevando a las partículas del asfalto a unirse a las superficies del agregado. El agua fluye o se evapora, separándose de las partículas pétreas recubiertas por el asfalto. Existen emulsificantes que permiten que esta rotura sea instantánea y otros que retardan este fenómeno. De acuerdo con la velocidad de rotura, las emulsiones asfálticas pueden ser: • De rompimiento rápido. RS (Rapid setting ): forman una capa relativamente dura y principalmente se usan para aplicaciones en spray sobre agregados y arenas de sello, así como penetración sobre piedra quebrada; que por ser de alta viscosidad sirve de impermeabilizante. • De rompimiento medio. MS (Medium setting). • De rompimiento lento. SS (Slow seting). Sirven especialmente para una máxima estabilidad de mezclado. Se las emplea para dar un buen acabado con agregados compactos y asegurar una buena mezcla estabilizada. El tipo de emulsión a utilizar depende de varios factores, tales como las condiciones climáticas durante la construcción, tipos de agregados, etc. Las emulsiones asfálticas deben tener una buena adherencia. Esta cualidad la confiere el emulsificante, que puede darle polaridad negativa o positiva, tomando el nombre de anionicas, las primeras, afines a los áridos de cargas positivas y catiónica, las segundas, afines a áridos de cargas negativas; como son las de origen cuarzoso o silíceo.

◘ Emulsión asfáltica inversa Emulsión asfáltica en la que la fase continua es asfalto de tipo líquido, y la fase discontinua está constituida por diminutos glóbulos de agua en porción relativamente pequeña. Este tipo de emulsión puede ser también aniónica o catiónica. 2.2 Asociados con materia mineral; Asfaltos del lago Trinidad, se presenta en el lago de asfalto del lago de la isla Trinidad y es considerado como el depósito más importante de asfalto natural en todo el mundo. Este asfalto es bastante duro y hay que extraerlo usando maquinaria especial para dicho fin, tanto así que resulta apto para soportar el ferrocarril que sirve como medio de transporte en la zona. Asfaltos de roca europeos y americanos los cuales sus principales yacimientos de roca asfáltica están en Europa y Norteamérica, pero hay depósitos en todo el mundo. Los asfaltos de roca norteamericanos suelen componerse de arenisca o caliza o una mezcla de ambas, impregnadas con betún; los calizos se diferencian por su estructura física de los que contienen arenisca.

3. ASFALTO ARTIFICIAL (DERIVADOS DEL PETRÓLEO)

Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados de petróleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo. Representan más del 90 % de la producción total de asfaltos. La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces casi en su totalidad. Sin embargo existen algunos petróleos crudos, que no contienen asfalto. En el esquema podemos apreciar la secuencia de obtención de los asfaltos rebajados de fraguado rápido, medio y lento, así como también los asilatos oxidados tan comunes en nuestro medio por ser utilizaciones, principalmente como impermeabilizantes. En base a la proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:  Petróleos crudos de base asfáltica.  Petróleos crudos de base parafinita.  Petróleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

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El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la pérdida de ductilidad. Con los crudos asfálticos esto no sucede, dada su composición. El petróleo crudo extraído de los pozos, es sometido a un proceso de destilación en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosene de la base asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas. En consecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso anterior. El asfalto es además un material bituminoso pues contiene betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la destilación destructiva de un carbón graso, también contiene betún, por lo tanto también es un material bituminoso pero no debe confundirse con el asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente. El alquitrán tiene bajo contenido de betún, mientras que el asfalto está compuesto casi enteramente por betún, entre otros compuestos. El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de durabilidad que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.

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4. PROPIEDADES DEL ASFALTO 4.1 Propiedades físicas; El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero; capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas permanentes. Componente natural de la mayor parte de los petróleos, en los que existe en disolución y que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo pesado. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se le combina usualmente. Su color varía entre el café oscuro y el negro; de consistencia sólida, semisólida o líquida, dependiendo de la temperatura a la que se exponga o por la acción de disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.

4.2 Composición química; El asfalto consta de hidrocarburos y sus derivados y es completamente soluble en bisulfuro de carbono (CS2). Un análisis elemental de asfaltos fabricados de una variedad de crudos de petróleos muestra que la mayoría de asfaltos contienen: • Carbón 82- 88% • Hidrógeno 8- 11% • Azufre 0- 6% • Oxígeno • Nitrógeno Es posible separar los asfaltos en grupos químicos principales llamados Asfáltenos y Máltenos. Los máltenos a la vez se subdividen en saturados, aromáticos y resinas.

4.2.1 Asfáltenos; son Sólidos amorfos de color negro o marrón, solubles en heptano, y que además contienen carbón, hidrógeno, algo de nitrógeno, azufre y oxígeno. Son generalmente considerados materiales aromáticos complejos de alta polaridad y con gran peso molecular. Aumentando el contenido de asfálteno se produce un asfalto más duro y viscoso con una baja penetración, mayor punto de reblandecimiento y consecuentemente mayor viscosidad. Los asfáltenos constituyen entre 5 y 25 % del asfalto.

4.2.2 Máltenos; a) Resinas, son solubles en n- heptano. Al igual que los asfáltenos tienen una elevada proporción de hidrógeno y carbón y contienen pequeñas cantidades de oxígeno, azufre y nitrógeno. Son sólidos y semisólidos de color marrón oscuro, su naturaleza es polar y son altamente adhesivos.

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b) Aromáticos, constituyen entre el 40 y 65 % del total del asfalto y son líquidos viscosos de color marrón oscuro. c) Saturados, hidrocarburos alifáticos de cadenas lineales abiertas y ramificadas. Son aceites viscosos no polares los cuales son de color amarillo claro o blanco. Los porcentajes de asfáltenos y máltenos presentes en el asfalto se pueden determinar en un disolvente dado y se deben definir en términos de ese disolvente a fin de que tengan sentido. Según el grado de aromaticidad de los máltenos y la naturaleza de la concentración de los asfáltenos, se pueden formar dos tipos de estructuras:  Asfalto tipo sol, en los cuales las micelas del asfalto se mueven libremente entre sí. Estos asfaltos tienen una alta ductilidad, gran susceptibilidad a los cambios de temperatura.  Asfalto tipo gel, en el cual las micelas, por atracción mutua, forman una estructura en toda la masa bituminosa. Los asfaltos tipo gel tienen baja ductilidad, baja susceptibilidad a los cambios de temperatura.  Asfalto tipo mediano, que tiene una estructura intermedia entre sol y gel.

Componentes de un asfalto diluido Fracción

Peso molecular

C/H

Cantidad %

Asfáltenos

1000

9 – 10

10 – 20

a. Resinas

800

8

10

b. Aceites

600

6

70 – 80

Máltenos

4.3 Propiedades mecánicas; Cuando el asfalto es calentado a una temperatura lo suficientemente alta, por encima de su punto de inflamación, este comienza a fluidificarse, a veces como un fluido Newtoniano y sus propiedades mecánicas pueden definirse por su viscosidad.

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A temperaturas más bajas, el asfalto es un sólido visco-elástico, sus propiedades mecánicas son más complejas y se describen por su módulo de visco-elasticidad, conocido como el módulo de stiffness.

Viscosidad; La viscosidad de un asfalto es usualmente medida en un viscosímetro capilar en una manera similar a la que se miden los aceites lubricantes. La siguiente tabla muestra la viscosidad en centistokes de los grados standarts de asfaltos según su penetración o también en función de cierta viscosidad, conocer a que temperatura corresponde: Rango de penetración

VISCOCIDAD EN CENTISTOKES

180/200

20.000 70

5.000 85

2.000 100

1.000 110

200 140

100 155

50 175

80/100 60/70

80 85

95 100

105 115

120 125

150 155

170 175

190 195

50/60 40/50

90 90

105 110

115 120

125 130

160 165

175 180

200 200

30/40 20/30

95 100

110 120

125 130

135 145

170 175

185 195

210 220

10/20 115 RANGO EN pen/P.A

130

140

155

190

205

230

85/25 85/40

125 130

145 145

160 160

170 170

205 200

225 220

250 245

115/15

165

185

205

215

255

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5. Clasificación de los asfaltos 5.1 Cemento asfálticos Son los asfaltos de consistencia sólida o semi-sólida para cuya aplicación es necesario el calentamiento a temperaturas sustancialmente mayores que la temperatura ambiente (temperatura de aplicación superior a los 100 °C). Son asfaltos refinados o una combinación de asfalto refinado y aceite fluidificante de consistencia apropiada para trabajos de pavimentación. El cemento asfáltico es llamado así para distinguirlo de los asfaltos hechos para usos de impermeabilización y usos industriales. Puede proceder de depósitos naturales, que son enormes lagos de asfalto mezclado con un material mineral, agua y otras impurezas.

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Uso Los asfaltos para pavimentos se obtienen de los petróleos de base asfáltica y de base intermedia mediante destilación, quedando como residuos de este proceso. La mayor o menor dureza del asfalto depende de las condiciones de destilación, tales como presión, temperatura y tiempo. Estos asfaltos reciben el nombre de "destilado directo" para diferenciarlos de aquellos obtenidos por oxidación, que toman el nombre de “oxidados”, y que son empleados en impermeabilizaciones. El cemento asfáltico a temperatura normal es un material negro, muy pegajoso, semisólido y altamente viscoso. Debido a que el cemento asfáltico es pegajoso, se adhiere a las partículas de agregado y puede ser usado para cementarlas o ligarlas dentro del concreto asfáltico. El cemento asfáltico es impermeable y no es afectado por la mayoría de los ácidos, álcalis o sales. Es llamado material termoplástico porque se ablanda con el calor y se endurece si es enfriado. Esta combinación única de características y propiedades es una razón fundamental de por qué el asfalto es un material importante en el mantenimiento y rehabilitación de pavimentos. El cemento asfáltico S, especialmente preparado con la calidad y consistencia requerida para el uso de pavimentos asfálticos y debe calentarse al igual que los agregados para hacer la mezcla.

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Los cementos asfálticos se dividen en grados según su dureza o consistencia, que es medida mediante el ensaye de penetración medido en 1/10 mm, valor que es inverso a la dureza. De acuerdo a esto, los cementos asfálticos más comúnmente usados son los siguientes:  CA 40 - 50 (En mastic para sellado de juntas de pavimento de hormigón).  CA 60 - 70 (En concreto asfáltico).  CA 85 - 100 (En concreto asfáltico).  CA 120 - 150(Tratamientos superficiales). Las dos cifras indican los límites máximos y mínimos de la penetración. 5.1.1 Propiedades o características deseables en el cemento asfaltico  Consistencia Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su consistencia a distintas temperaturas, porque son materiales termoplásticos que se licuan gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada. Para poder comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es necesario fijar una temperatura de referencia. La clasificación de los cementos asfálticos se realiza en base al valor de la consistencia a una temperatura de referencia. Si se expone al aire cemento asfáltico en películas delgadas y se lo somete a un calentamiento prolongado, como por ejemplo durante el mezclado con el agregado, el asfalto tiende a endurecerse, a aumentar su consistencia. Se permite un aumento limitado de ésta. Por lo tanto, un control no adecuado de la temperatura y del mezclado puede provocar mayor daño al cemento asfáltico, por endurecimiento, que muchos años de servicio en el camino terminado. Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un asfalto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad o ensayos de penetración. (Para asfaltos soplados el ensayo de punto de ablandamiento).

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 Pureza El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de betunes, los cuales, por definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Los asfaltos refinados son, generalmente, más de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de carbono y por lo tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son inertes. Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería, está libre de agua o humedad, pero puede haber humedad en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, puede causar espumas al asfalto cuando se calienta por encima de los 100ºC (212ºF).  Seguridad La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por lo tanto las normas requieren que el asfalto no forme espuma hasta temperaturas de 175ºC (347ºF). El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La temperatura a la que esto ocurre es más elevada que la temperatura normalmente usada en las operaciones de pavimentación. Sin embargo, para tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto.

5.2 Asfalto liquido o diluido (emulsión asfáltica) Material asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que este fuera del campo de aplicación del ensayo de penetración cuyo límite máximo es 300. Generalmente se obtienen fluidificando el betún asfáltico con disolventes de petróleo, al exponer estos productos a los agentes atmosféricos los disolventes se evaporan, dejando solamente el betún asfaltico en condiciones de cumplir su función.

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Entre los asfaltos líquidos se pueden describir los siguientes:

5.2.1 Asfalto de curado rápido (RC): es un asfalto líquido compuesto de betún asfaltico y un disolvente tipo nafta o gasolina, muy volátil y punto de ebullición bajo. (26% gasolina). 5.2.2 Asfalto de curado medio (MC): es un asfalto líquido compuesto de betún asfaltico y un disolvente tipo querosene de volatilidad. (30% kerosene) 5.2.3 Asfalto de curado lento (SC): Es un asfalto liquido compuesto de betún asfaltico y aceites relativamente poco volátiles. (35% diésel). Cada uno de estos tipos presenta diferentes rangos de viscosidad cinemática o relativa determinada en función de la cantidad diluyente empleado en la mezcla.

Empleo y usos  Mezcla asfáltica en frio

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 Imprimación asfáltica



Riego de liga

 Tratamientos superficiales

5.3 Asfalto oxidados o soplados con aire Este asfalto es expuesto a una elevada temperatura pasándole una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y ser empleado en aplicaciones más especializadas.

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El proceso de oxidación en los asfaltos presenta las siguientes modificaciones físicas:  Aumento del peso específico.  Aumento de la viscosidad.  Disminución de la susceptibilidad térmica.  Asfaltos solidos o duros.

Empleo y usos Se usa para impermeabilizar techos, platabandas, revestimiento de tuberías, membranas envolventes, aplicaciones hidráulicas, entre otras.

Aplicación Se aplica en caliente: tanto en juntas horizontales y como en verticales. Después se debe calentar a una temperatura máxima de 150 ºC a la cual el material debe estar completamente fundido. Luego con una jarra resistente a esta temperatura se agrega el producto a la junta al sellar hasta rebosarlo y con una espátula cortarlo al ras del cemento una vez frio el producto. Para juntas verticales se debe hacer un encofrado.

6. Productos para la construcción 6.1 Usos más comunes 6.1.1 Pavimentos Uno de los principales usos que se le dan a los asfaltos es, entre otros, como material aglutinante en la elaboración de carpetas asfálticas para la construcción de pavimentos flexible. Tratamientos especiales consiste en una delgada capa de desgaste, de espesor comúnmente menor de 2.5 cm, compuesta de dos o más aplicaciones de asfalto liquido cubierto con áridos. El tratamiento superficiales un tipo de carpeta económica que da buenos resultados durante un periodo limitado de tiempo. Puede emplearse como un paso durante la construcción por etapas. El tratamiento superficial da una capa de una capa de desgaste impermeable adecuada para trafico ligero. Los materiales empleados en la construcción de carpetas asfálticas son 2: productos asfalticos y material pétreo.

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Estos 2 materiales deben seleccionarse adecuadamente, teniendo en mente la función que desempeñan bajo las distintas condiciones de tránsito y clima a que están sometidos.

6.1.2 Impermeabilizantes Los asfaltos soplados u oxidados se producen cuando se hace pasar aire a través de los asfaltos calentados, esto con el fin de darle las características necesarias para ciertos usos especiales. Su uso en carreteras está limitado en gran medida a la impermeabilización de estructuras y al relleno de juntas de los pavimentos de concreto hidráulico. También es común utilizarlo como impermeabilizante en la construcción de cimientos en obras civiles. En nuestro medio es muy utilizado como impermeabilizante en techos, desde pequeñas casas, habitaciones, hasta grandes obras de ingeniería y su aplicación es relativamente sencilla ya que solo se requiere de mínima experiencia en el trabajo de impermeabilizantes, lo que se puede recomendar a las personas que lo utilizan, como por lo general se somete a altas temperaturas.

6.1.3 Obras hidráulicas El principal uso en obras hidráulicas es como relleno en las juntas en la construcción de canales. Los objetivos a cumplir en las estructuras hidráulicas son varios, entre ellos podemos evitar la pérdida de agua, proteger las laderas de la erosión, disminuir el rozamiento, reducir el servicio de conservación.

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