UNIVERSIDAD VERACRUZANAFACULTAD DE INGENIERÍA VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLÍMEROS EN LOS ASFALTOS MONOGRAFíA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO CIVIL PRESENTA VÁZQUEZ RUIZ IDALIT COATZACOALCOS, VER. JUNIO 2010 1 DEDICATORIA LA FAMILIA VAZQUEZ RUIZ, MIS MADRES, HERMANOS Y AMIGOS, MAESTROS, A TI NATHAN QUE ME HAS APOYADO INCONDICIONALMENTE Y SOBRE TODO A TI QUE NUNCA ME ABANDONASTE AUNQUE NO ESTUVISTE PRESENTE SIEMPRE ESTUVISTE A MI LADO. LA POSIBILIDAD DE REALIZAR UN SUEÑO… ES LO QUE HACE QUE LA VIDA SEA INTERESANTE. 2 INDICE INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVO ESPECÍFICO 5 6 7 8 CAPÍTULO I ASFALTOS MODIFICADOS. 1.1 Generalidades de los asfaltos. 1.2 Polímeros. 1.3 Mezclas asfálticas. 1.4 Asfaltos modificados 1.5 Maquinaria necesaria. 1.6 Betún modificado. 1.7 Riesgos de seguridad 9 10 21 26 29 30 33 34 CAPÍTULO II ASFALTOS MODIFICADOS MÁS UTILIZADOS. 2.1 Asfaltos modificados con polímeros tipo elastómeros. 2.2 Làtex, hule natural, SBS, SBR. 2.3 Hule de llanta. 2.4 Asfaltos modificados con polímeros tipo plastomeros 2.5 Polietileno. 2.6 Policloruro de vinilo. 37 38 39 40 41 42 43 3 44 45 CAPÍTULO III VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLÍMEROS EN LOS ASFALTOS.1 Ventajas del uso de polímeros.2 Desventajas del uso de polímeros.2. 47 53 57 RECOMENDACIONES CONCLUSIONES GLOSARIO BIBLIOGRAFÍA ANEXO NORMAS Y REGLAMENTOS 59 60 61 68 69 71 4 . 3.8 Estadística de consumo.7 Etilo-vinil-acetato 2. 3. INTRODUCCIÓN El presente trabajo. es necesario caracterizarlo para poder evaluar sus propiedades físicas y mecánicas. esto se logra mediante una mejor selección de materiales. En el mercado actual este producto se está dando a conocer por lo tanto no existen fuentes escritas de información sobre el tema. costo/beneficio. 5 . fue realizado con el fin de evaluar las características de los asfaltos modificados y su uso para pavimentación de carreteras. la mayoría de la información de este trabajo fue recopilada de páginas webs que contenían dicha información. pero también se deben prever las futuras. es decir. haciéndolo más rígido a temperaturas elevadas y más flexible a bajas temperaturas. Es necesario adecuarse a las demandas actuales de tráfico. las propiedades físico-mecánicas de éste y cómo contribuyen a la reducción de la susceptibilidad térmica del asfalto. Se evalúan las ventajas y desventajas. que representa el uso de un asfalto modificado. Éste consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas. El uso de cemento asfáltico modificado es una técnica usada en varios países con el fin de aprovechar los asfaltos en la pavimentación de vías. El presente trabajo de investigación se realizó con el fin de evaluar las características físico-mecánicas de los asfaltos modificados con polímeros. es decir. además. 6 . Se realizo tomando en cuenta las Especificaciones Generales para Construcción de Carreteras y Puentes XXII año 2001 de la Dirección General de Caminos. Estas mezclas aumentan la resistencia a la deformación. reducen el agrietamiento. a los esfuerzos de tensión repetida y. Actualmente se quiere introducir el uso de mezcla con asfaltos modificados.JUSTIFICACIÓN Las carreteras ocupan un lugar muy importante dentro de la infraestructura debido a que contribuyen al desarrollo del país. así como la susceptibilidad de las capas asfálticas a las variaciones de temperatura. entre los que se encuentra: el uso de mezclas asfálticas en caliente. en frío. por lo tanto a la fatiga. por ello es necesario darles el mantenimiento adecuado para alargar su vida útil. conservándola aún en presencia del agua. específicamente la sección 411 (Asfaltos modificados). incrementan la adherencia en la interfase entre el material pétreo y el material asfáltico. su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tránsito (peso vehicular). Existen diferentes tratamientos. 7 .OBJETIVO GENERAL: ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE LA CARPETA ASFÁLTICA CON EL USO DE POLÍMEROS PARA EVALUAR SU RENDIMIENTO EN COMPARACIÓN CON UNA CARPETA ASFÁLTICA CONVENCIONAL. Presentar información sobre asfaltos modificados con polímeros. de acuerdo a las especificaciones aplicables. 8 .OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Evaluar las características físico-mecánicas de asfaltos modificados con polímeros. Utilizar las normas correspondientes para la construcción de pavimentos modificados Identificar ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con polímeros respecto al asfalto convencional. CAPÍTULO 1 ASFALTOS MODIFICADOS 9 . y finalmente evolucionó al latín y después al francés (Asphalte) y al español (Asfalto). en la realización de pavimentos interiores y como impermeabilizante en la industria naval y numerosas aplicaciones más. Como ejemplos históricos de ello se encuentran: la industria naval que producía y utilizaba el asfalto en Sumeria cerca de los 6000 a. el uso del asfalto como mortero en la construcción de las Torres de Babel y la utilización como material impermeable que le daban los egipcios al igual que como material de relleno del cuerpo humano en el proceso de momificación. como surgen y cuáles son sus características. hasta llegar al inglés (Asphalt). es una palabra cuyo vocablo que deriva del acadio “Sphalto” que significa “que deja caer”. etc. que el asfalto fue descubierto.1 Generalidades de los asfaltos. quienes le otorgaron el significado de “que rigidiza o estabiliza. Como se explica en el manual del Instituto del Asfalto.c. Arcilla. Es una mezcla de Betún con productos materiales inertes tales como Sílice. aproximadamente en el año 2500 a. El Asfalto es un producto natural o compuesto que proviene de la destilación seca de productos orgánicos vegetales.. En aquel entonces era común encontrar asfalto natural depositado en estanques y lagos de asfalto. este término se utilizaba en Asiria entre los años 1400 y 600 a.c. En el antiguo mundo el asfalto era utilizado como mortero para la pega de bloques en la construcción. En este capítulo se definirá que es un asfalto modificado.1. El Asfalto se utiliza principalmente en la pavimentación de viales..c. el asfalto es uno de los componentes ingenieriles más arcaico utilizado desde los inicios del hombre para la construcción. tiempo después esta palabra fue adoptada por los griegos. Fue en Egipto. Arena. así como en piedras porosas como la caliza y la 10 . Al mismo tiempo. pero la evolución del asfalto y su aplicación en las vías terrestres se dio en 1870 en Newark. New Jersey. Esto se explica debido a las fuerzas geológicas que provocaron el ascenso del asfalto a la superficie y al hacer contacto este con los elementos de la atmósfera provocaban su endurecimiento. la industria automotriz empezó a expandirse por lo que una nueva industria llegó para mejorar las condiciones de las carreteras proporcionándoles texturas más suaves y diseños más modernos. 11 . ya que su contenido malténico al calentarse se evaporaba con rapidez y se endurecía con mucha facilidad. Sin embargo. en la actualidad el asfalto que se utiliza es artificial y se deriva del petróleo. sus aplicaciones se enfocaron en el ámbito de las vías terrestres. A principios del siglo XIX. por lo que el asfalto comenzó a verse como un producto industrial barato e inagotable. comenzaron a surgir nuevas investigaciones para conocer el comportamiento de los asfaltos por medio numerosas pruebas que fueron desarrollándose.arenisca (piedras conocidas también como “piedras asfálticas”). ejemplo de esto son los depósitos del lago de asfalto de Trinidad. Conforme la industria de las mezclas asfálticas iba en ascenso. En 1925. por lo que fue en 1802 cuando se utilizaron por primera vez en Francia rocas asfálticas como material para la construcción de banquetas. fue así como se inició el uso del asfalto en la construcción de las carreteras. El asfalto refinado comenzó a utilizarse hace casi doscientos años como sustituto del asfalto natural debido a que este último sólo se encontraba en lugares apartados y su reología no era tan buena. el cual se encuentra en la isla del mismo nombre en la Costa Septentrional de Venezuela. cuando se construyó el primer pavimento de asfalto en el mundo. Prevost Hubbard desarrolló uno de los primeros métodos de evaluación para determinar el Gmb (Propiedad física de una mezcla asfáltica compactada) con el fin de simular el comportamiento de ésta en campo. y en Filadelfia se utilizaron en 1838. cuya finalidad principal es mejorar la seguridad y comodidad en la circulación de los vehículos. puestos en el lugar de su uso. Francis Hveem desarrolló un método de evaluación para evitar el sangrado por exceso de asfalto en una mezcla asfáltica compactada y también obtener una mezcla más estable. 12 . Figura 1 Sección estructural típica de un pavimento asfáltico. los riegos de impregnación y de liga y la carpeta asfáltica. Como se muestra en la Figura 1. para subrasante. incluyendo desperdicios. El costo de los materiales. una base. el cual determina la cantidad óptima de asfalto y de densidad que debe tener una mezcla asfáltica compactada para resistir las cargas transmitidas por los vehículos hacia la estructura. un riego asfáltico de impregnación. Al mismo tiempo. desde la superficie de la subrasante (explanada) y la superficie de rodadura. la sub-base. la estructura típica de un pavimento asfáltico (firme) en México.Cinco años más tarde. la base. la carpeta asfáltica que tiene capacidad estructural para resistir las cargas del tránsito y una capa asfáltica de rodadura. Bruce Marshall desarrolló uno de los métodos más importantes de la historia. consiste en una sub-base. distorsión y resistente al deterioro por la acción de químicos anticongelantes. resistencia al deslizamiento. resistente al rozamiento. los cortes. proveer un necesario drenaje. El costo de la mano de obra necesaria para llevar a cabo. penetración. por cuenta del contratista. la construcción de la subrasante. herramienta y señalamientos necesarios para la correcta ejecución de los trabajos. Las pruebas de laboratorio necesarias para verificar la composición y el grado de compactación de las subrasantes.La fabricación del concreto asfáltico en planta. equipo. compactación. de la base y de la carpeta. sub base. Todos los cargos indicados en el contrato de obras y que no se mencionen en estas especificaciones. nivelación. y construir un pavimento que: Tendrá un espesor total suficiente y resistencia interna para soportar cargas de tráfico esperadas. La idea básica para la construcción de una ruta o un área de estacionamiento en todas las condiciones utilizadas por vehículos es preparar una adecuada sub-base ó fundación. bases y carpetas que no hayan sido correctamente ejecutadas. de las subrasantes. así como las propiedades de la emulsión asfáltica. base y carpeta. Los acarreos de materiales hasta el lugar de su uso. aplicación de riego de impregnación y de liga y ampliación del sello de cemento. Tendrá una adecuada compactación para prevenir la penetración ó la acumulación interna de humedad. La renta y demás cargos derivados del uso de maquinaria. hasta su total terminación dicho concepto de trabajo incluye. La restitución parcial o total. tendido. Acarreo de los materiales sobrantes y desperdicios hasta el lugar de carga del camión. de la sub-base. compactado y todas las operaciones necesarias para su completa terminación. conforme a proyecto y especificaciones. acarreos. sub base. 13 . punto de ignición y ductilidad. Tendrá una superficie final suave. cargas y descargas. Limpieza de la zona de trabajo. entonces pasa a estas cargas a la siguiente capa inferior. la capa más abajo en la estructura del pavimento. Por lo tanto. se extiende en ella. como se muestra en la figura 30 mm espesor Mayor carga de material 20 cm espesor 10 cm espesor Menor carga de material 14 . ya compactada.La estructura de pavimento modificado está compuesta por dos capas de material. en tanto que para tránsito ligero será de 15 cm o de acuerdo a lo indicado en proyecto. en tanto que para tránsito ligero será de 30 cm. El espesor de la sub-base para tránsito pesado será de 40 cm. las capas son generalmente dispuestas en orden descendente de capacidad de carga. El espesor de la carpeta asfáltica. recibe menos carga. El espesor total de la base para tránsito pesado será de 20 cm. será de 3 a 5 cm de acuerdo a lo indicado en proyecto. En las bases y sub-bases se construirá la subbase con tepetate o material limo-arenoso o arcilla-arenosa y directamente sobre la subrasante previamente compactada. Cada capa recibe las cargas por encima de la capa. Con el fin aprovechar al máximo esta propiedad. por lo tanto la capa superior será la que posee la mayor capacidad de carga de material (y la más cara) y la de más baja capacidad de carga de material (y más barata) ira en la parte inferior. pureza y seguridad. a mayor temperatura. que son los elementos que le proporcionan dichas particularidades. este último define la capacidad del asfalto para ser manejado a altas temperaturas con seguridad. mismas que son determinantes para calificar la capacidad de un asfalto: Viscosidad: Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. De la misma manera. donde las impurezas de éste. que son los elementos que le proveen todas sus particularidades y hacen de éste el producto esencial que es hoy en la industria de la construcción. el asfalto posee las siguientes propiedades de reología físicomecánicas. La tercera precisa el comportamiento de afinidad química con las diferentes cargas eléctricas. Así mismo. esto debido a su constitución principalmente de asfáltenos y máltenos. se fluidifica a altas temperaturas. menor viscosidad. Los fluidos de alta viscosidad presentan mayor resistencia a fluir en comparación de un fluido con baja viscosidad que fluye con facilidad. Es importante mencionar que la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura. El asfalto posee características tanto químicas como físicas. 15 .Cemento Asfáltico La ASTM define al asfalto o cemento asfáltico como “un cementante de color marrón oscuro a negro en el que sus componentes predominantes son los asfáltenos que pueden ser naturales u obtenidos como residuo en la refinación del petróleo crudo”. esto en razón a que el asfalto es un material termoplástico. donde la primera se debe a su habilidad para fluir a diferentes temperaturas. son prácticamente inertes. Este cementante contiene tres importantes propiedades químicas: consistencia. La segunda define la composición química del asfalto. dentro de su composición química contiene características de aglutinación. es decir. Ductilidad: Es la capacidad de disipación de energía que tiene un material dentro de su rango plástico. En el caso del asfalto. la ductilidad le permite normalmente tener mejores propiedades aglomerantes. la cual se determina con un “reómetro de corte dinámico”. y los asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura. Resistencia al corte: Es la capacidad de resistencia a altas temperaturas. Figura 2 Composición de un asfalto. Otra posibilidad de obtener asfalto es a partir de la refinación del petróleo. En la naturaleza se pueden encontrar en estado puro o con una matriz de agregados pétreos gruesos o finos. Los asfaltos son ligantes que se encuentran de diversas maneras en la naturaleza o se pueden producir por el hombre a partir del proceso de destilación del petróleo en una planta de refinación.Elasticidad: Propiedad que tienen los materiales para recuperar su forma al finalizar o disminuir la carga que los modifica. Pérdida de masa: Es la pérdida de solventes o ligeros. 16 . La rotura del material es dependiente de la deformación del mismo. que es el aparato que imprime una fuerza cortante cosenoidal con la que se miden dichas resistencias. En este caso la viscosidad es el coeficiente de proporcionalidad a esa temperatura.Los asfaltos están compuestos fundamentalmente por asfáltenos que proporcionan las características estructurales y dureza del asfalto. que al incrementarse la temperatura presenta las características de un flujo newtoniano. compuestos en gran parte por hidrocarburos de consistencia semisólida a temperatura ambiente. 2000). Esta condición se llama “susceptibilidad al corte” o “índice de corte”. 17 . En este caso la viscosidad depende de los cambios que se producen en el esfuerzo aplicado. el cual aumenta a medida que el asfalto se envejece. por resinas que asumen las propiedades cementantes o aglutinantes. al disminuir la temperatura se comporta como un flujo no newtoniano. Así mismo. como un flujo visco elástico cuando ha sufrido envejecimiento o se ha sometido a baja temperatura (Arenas. Figura 3 Pavimentación de carreteras. esto es. 2000). o lo que es igual. es independiente del tiempo de carga aplicado. es decir. o sea. Uno de los aspectos que dificulta el estudio del comportamiento de los asfaltos es su condición termoplástica. y por aceites que aportan la consistencia para mejor trabajabilidad (Figura 2). la velocidad de desplazamiento es proporcional al esfuerzo de corte aplicado. pero pueden ser más fluidos en la medida en que se les incrementa la temperatura (Arenas. Los asfaltos tienen propiedades ligantes y aglutinantes. . a baja temperatura de servicio lo rigidiza y se presentan fisuras.com/orig_asf/origenasf. Se ha de garantizar la viscosidad obtenida en el laboratorio a 135 °C.e-asfalto.Otros aspectos que se deben controlar son los del comportamiento y la viscosidad del asfalto durante la elaboración de las mezclas asfálticas en caliente.http://www.1 Figura 4 Variación de la velocidad de deformación para diferentes tipos de cementos asfalticos. debido a que pueden presentar problemas con la temperatura de mezclado. 18 1.htm . Una baja viscosidad a altas temperaturas de servicio genera ahuellamiento y una alta viscosidad. así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales. ASFALTO TIPO ll MEJORAS El comportamiento de mezclas asfálticas a bajas temperaturas. Todo tipo de mezclas asfálticas para pavimentos en los que se requiera UTILIZADO EN mejorar su comportamiento de servicio. en polímeros elastoméricos radiales del tipo bibloque o tribloque. mediante una FABRICADO configuración de caucho de Estireno. mediante configuraciones como Estireno-Butadieno-Estireno (SBS) o Estireno-Butadieno (SB).ASFALTO TIPO l MEJORAS El comportamiento de mezclas asfálticas tanto en altas como en bajas temperaturas FABRICADO Con base en bloques de estireno. UTILIZADO EN Mezclas asfálticas para carpetas delgadas y carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de tránsito y de vehículos pesados. Butadieno-Látex o NeoprenoLátex. en climas fríos y templados. en climas fríos y cálidos. Con base en polímeros elastoméricos lineales. así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales. 19 . disminuye la susceptibilidad del cemento asfáltico a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas. UTILIZADO EN Climas calientes. en mezclas asfálticas para carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de tránsito.ASFALTO TIPO lll MEJORAS La resistencia a las roderas de las mezclas asfálticas. FABRICADO Es fabricado con base en un polímero de tipo elastómero. 20 . así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales. mediante configuraciones como Etil-Vinil-Acetato (EVA) o polietileno de alta o baja densidad. entre otras. (1862) Alexander Parker (ingles) patenta la nitrocelulosa. dando origen a un producto sólido (resina fenólica) conocido como baquelita. Años más tarde. Todos estos compuestos fueron tratados como macromoléculas y en 1953 el creador de esta teoría el científico alemán Hermann Staundinger obtuvo el Premio Nobel de Química. (1910) los laboratorios de la casa Du Pont. Haciendo un poco de historia. al ser llevado a Europa adquiere el nombre de hule o caucho. el cual presentaba características de gran elasticidad y flexibilidad desconocidas en ese entonces. españoles y portugueses tuvieron el primer contacto con un material extraído del árbol nativo (Vahea Brasiliensis). Carothers descubre por medio de reacciones de condensación de poliamidas un polímero al que bautiza con el nombre de Nylon. Antecedentes En el siglo XVI con el descubrimiento de América. los asfaltos modificados se utilizaron primero en las emulsiones para impermeabilizantes y después se empezaron a utilizar en 21 . el químico W. también conocida como parquetina. un ejemplo es el descubrimiento del hule sintético (SBR) en Alemania.1. En Norteamérica. Con la segunda guerra mundial (1939 – 1945) hubo un gran auge en el campo de investigación de los polímeros sintéticos.2 POLÍMEROS. El primer polímero sintético fue producido por Leo Baekeland en 1912 a partir de la reacción entre fenol y formaldehido. En 1846 Christian Schónbien (químico alemán) mezcla algodón con acido nítrico dando origen a la nitrocelulosa que fue el primer polímero semi-sintético. este era producto de la coagulación del caucho. H. Hoy en día. la cual se encuentra en la mayoría de los vegetales y presenta una estructura química constituida por unidades de glucosa enlazadas por átomos de oxigeno formando largas cadenas. Así. alta resistencia mecánica y otras propiedades importantes. De todos los productos naturales. en riegos como tratamientos superficiales en frío. La primera macromolécula modificada fue la celulosa. Cuando esta reacciona con ácido nítrico da origen a la nitrocelulosa. La utilización comercial de un nuevo producto como el caso de los polímeros depende del costo y sus propiedades. Cuando son eliminados los grupos hidroxilos por diferentes reacciones. y posteriormente se empezó a modificar el cemento asfáltico para utilizarse cuando se requería un asfalto de mejor calidad o mayor resistencia que la que ofrecía un cemento asfáltico normal. el petróleo es el más importante. alta resistencia a la corrosión. se obtienen derivados de la celulosa. depende básicamente de su proceso de polimerización y la disponibilidad de los monómeros. 22 . el uso de los polímeros se ha expandido a varias aplicaciones debido a su baja densidad. Petróleo Productos naturales: En un principio esta fue la fuente utilizada para la producción de polímeros comerciales. las principales fuentes de materia prima para la producción de monómeros son: • • • Productos Naturales. Hulla o Carbón Mineral. El costo. de igual forma se puede obtener el acetato de celulosa.la pavimentación. Del gas de hulla es posible separar el etileno (para posteriormente producir polietileno). grasas parafinitas. butadieno. kerosina. butano. aceites lubricantes.). isobutileno) son separadas y aprovechadas para la producción de polímeros. Del coque se obtiene acetileno. diesel. se pueden obtener gas de hulla. 23 . Las moléculas insaturadas (etileno.A través de la destilación fraccionada del crudo. urea formaldehido) y finalmente. El alquitrán de hulla es una mezcla compleja que por destilación produce benceno (utilizado para producir fenol y estireno). el cual por hidrogenación produce etileno y este reacciona con acido clorhídrico produciendo cloruro de vinilo. alquitrán de hulla o coque. etc. gasolina. materia básica para la formación de resinas de tipo fenol. el amonio que es utilizado para producir urea y aminas para resinas epóxicas. amonio. metano (que por medio de oxidación produce formaldehido. Hulla o carbón mineral: Al ser sometida a un proceso de destilación en seco. La fracción de donde se obtienen los polímeros es la nafta. propileno. se pueden obtener varios productos (naftas. la cual al ser procesada genera varias partes gaseosas con moléculas saturadas e insaturadas.formaldehido. por ello se le llama también reacción por condensación. Se lleva a cabo utilizando temperatura elevada y presión baja. existen dos tipos: Polimerización en cadena: El material inicial para la polimerización en cadena con frecuencia es un monómero. Polímeros de reacciones por pasos: En este caso se unen dos monómeros en grupos cortos que crecen gradualmente. esto significa que el grado de polimerización o número de meros es controlado. 24 . Los polímeros al igual que muchos materiales se obtienen a partir de materia prima en plantas especializadas.Producción de los polímeros. pero también se libera un derivado de bajo peso molecular. El proceso para producir un polímero es llamado polimerización. Las estructuras más frecuentes para llevar a cabo este tipo de reacción son los hidrocarburos. en el que hay un enlace doble que se puede abrir con la ayuda de un compuesto llamado iniciador (sustancia orgánica o inorgánica o también puede ser un catalizador que no se consume en la reacción). En estos polímeros. este proceso es conocido también como polimerización por adición. la longitud promedio de la partícula es controlada cuando se lleva a cabo la reacción. en los que el carbono y el hidrogeno pueden formar cadenas rectas (hidrocarburos alifáticos) y anillos de benceno (hidrocarburos aromáticos). Clasificación de Polímeros. 2. Cadena Heterogénea. Termoplásticos. Termoplásticos de ingeniería. Termoplásticos especiales.Los polímeros se clasifican de la siguiente manera: 1. Termoplásticos de ingeniería especiales. 3. Desempeño Mecánico. 25 . Estructura Química. Termoplásticos convencionales. 2. Elastómeros. 2. 1. Termorígidos (Plastomeros) 1. Cadena Carbónica. Plásticos. Comportamiento Mecánico. Fibras. 1.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS1. La Normativa SCT considera los siguientes tipos de mezclas asfálticas para la construcción de carpetas y capas de rodadura: Mezclas asfálticas en caliente Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de cemento asfáltico y materiales pétreos, elaboradas en caliente utilizando una planta mezcladora estacionaria o móvil, provista del equipo necesario para calentar los componentes de la mezcla y pueden ser: • Mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de carpetas asfálticas de pavimentos nuevos, en los que se requiere una alta resistencia estructural o en renivelaciones y refuerzos de pavimentos existentes. Mezclas asfálticas de granulometría abierta Son las elaboradas con materiales pétreos de granulometría uniforme, con tamaños máximos de 19 y 25 mm (¾ y 1 in). Estas mezclas no tienen función estructural por su alto porcentaje de vacíos, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura sobre carpetas de granulometría densa, con la finalidad de permitir que el agua de lluvia sea desplazada por las llantas de los vehículos, ocupando los vacíos de la capa, con lo que se incrementa la fricción entre las llantas y la superficie de rodadura, se minimiza el acuaplaneo, se reduce la cantidad de agua que se impulsa sobre los vehículos adyacentes y se mejora la visibilidad del señalamiento horizontal. No deben colocarse en zonas susceptibles al congelamiento ni donde la precipitación sea menor de 600 mm/año. 1.- NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA CARRETERAS 26 • Mezclas asfálticas de granulometría discontinua, tipo SMA Son las mezclas elaboradas con materiales pétreos de granulometría discontinua, con tamaños nominales entre 9,5 y 19,0 mm (⅜ y ¾ in). Estas mezclas tienen una elevada macrotextura, con lo que se evita que el agua de lluvia forme una película continua sobre la superficie del pavimento, por lo que normalmente se utilizan para formar capas de rodadura, aunque también pueden utilizarse en capas inferiores en carreteras de alto tránsito. Cuando son usadas como capas de rodadura, su finalidad principal es mejorar las condiciones de circulación de los vehículos respecto a una carpeta asfáltica convencional, incrementando la fricción de las llantas, minimizando el acuaplaneo, reduciendo la cantidad de agua que se proyecta sobre los vehículos adyacentes, mejorando la visibilidad del señalamiento horizontal y reduciendo el ruido hacia el entorno por la fricción entre las llantas y el pavimento. Mezclas asfálticas en frío Son las mezclas, uniformes y homogéneas, de emulsiones asfálticas o de asfaltos rebajados y materiales pétreos, elaboradas en frío utilizando una planta mezcladora móvil y pueden ser: • Mezclas asfálticas en frío de granulometría densa Son las elaboradas con materiales pétreos bien graduados, con tamaños nominales entre 9,5 y 37,5 mm (⅜ y 1½ in). Normalmente se utilizan en la construcción de carpetas asfálticas de pavimentos nuevos en los que se requiere buena resistencia estructural, cuando el tránsito esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL), en términos del número de ejes equivalentes acumulados de 8,2 t, 27 es igual que 1 millón o menor, y en carpetas para el refuerzo de pavimentos existentes, así como para la reparación de baches. • Morteros asfálticos Son los elaborados con arena de tamaño máximo de 4,75 mm (N°4). Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfáltica, como capa de rodadura. Mezclas asfálticas por el sistema de riegos Son las que se construyen mediante la aplicación de uno o dos riegos de un material asfáltico, intercalados con una, dos o tres capas sucesivas de material pétreo triturado de tamaños decrecientes. Normalmente se colocan sobre una base impregnada o una carpeta asfáltica, nueva o existente, como capa de rodadura con el objeto de proporcionar resistencia al derrapamiento y al pulimento. 28 provoca que.4 ASFALTO MODIFICADO. Además. Esta plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climáticas y de transito. con los asfaltos convencionales. una solución evidente fue mejorar algunas características de los asfaltos para lograr un mejor comportamiento de los pavimentos. con la simple adopción de asfaltos más duros se corren el riesgo de fisuraciones por efectos térmicos cuando las temperaturas son muy bajas. Ante las situaciones mencionadas. aun con los grados más duros. el creciente incremento de volumen del tránsito y la magnitud de las cargas. no es posible eliminar el problema de las deformaciones producidas por el transito canalizado (ahuellamiento). en algunos casos. y la necesidad de optimizar las inversiones. las nuevas capas superficiales delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de transito. Los asfaltos modificados con polímeros elevan la vida útil de un pavimento de dos a tres veces (según el caso a aplicar) con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfáltica. especialmente cuando se deben afrontar condiciones de alta temperatura. alternativa generada por razones de confort y seguridad.1. lo que unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podría redundar en una disminución en su durabilidad. Sin embargo. Ello dio origen a nuevos asfaltos que genéricamente fueron denominados "Asfaltos Modificados". con los ligantes convencionales no se alcanzaría una resistencia mecánica suficiente a causa de una insuficiente cohesión y adhesividad. Con ciertas mezclas abiertas. Por ejemplo. las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Del mismo modo. además de apelar a nuevas tecnologías constructivas y del resto de los materiales (áridos). 29 . aditivos.Elastómeros . Los polímeros del tipo SBS son. para agregar a continuación. luego se ubica el equipo y se lo coloca en marcha.Existen entonces asfaltos modificados por: . Forma de operación: Se vierte el producto sin refinar en el recipiente. polvos. A continuación se presenta una planta portátil para la aplicación de asfaltos modificados con polímeros. Una crítica generalizada es que se ha enfatizado mostrar las ventajas técnicas de los asfaltos modificados. Está provisto de una turbina abierta. 1. algunos países emplean asfaltos especiales y multigrados. etc. pigmentos.Plastomeros . comúnmente denominados alto índice.5 MAQUINARIA NECESARIA. los más utilizados siguiéndole en las preferencias los plastomeros del tipo EVA. Cada empresa que maneja los asfaltos modificados y sus derivados ocupa diferente maquinaria toda muy semejante a la que se ocupa normalmente para los asfaltos convencionales pero se necesitan de maquinaria especial para el manejo de los polímeros.Otros Además de los Asfaltos Modificados con polímeros. 30 . vehículos regenerantes. pero se han realizado pocos estudios que tengan en cuenta la relación costo-beneficio. El uso de asfaltos especiales o de alto índice no ha alcanzado hasta el momento el mismo crecimiento que los asfaltos modificados con polímeros pero se observan buenas perspectivas de crecimiento. el polímero a disolver o por ejemplo. por lejos. y sujetados a una intensa acción de mezclado por la rotación a alta velocidad de las hojas en el espacio cerrado. 31 . brazos de apoyo. La triple acción positiva explica su superioridad aceptada tanto en su velocidad como eficiencia en agitadores y disolvedores. Con estos agitadores la acción total está limitada al mezclado o recirculación del líquido o alguna solución o mezclados.Posee una cabeza mezcladora que trabaja según el principio de inyección.1. Los medios de sujeción pueden ser: bridas. etc. preparado para colgar. Las tres etapas del ciclo de mezclado son: Etapa 1: Los materiales son colocados por succión en el fondo del cabezal de trabajo Fig. El total de la mezcla pasa a través del cabezal mezclador cientos de veces durante el proceso y la combinación de las tres etapas del ciclo resulta un mezclado positivo. La malla emulsora o el cabezal desintegrador asiste al proceso. controlado y eficiente. Al mismo tiempo el material nuevo ingresa a la base del cabezal mezclador. lo que garantiza un extra rápido y total proceso de corte y disolución. las hojas del rotor sujetan el material a una intensa acción de corte a la mas alta velocidad. Está completamente libre de vibraciones y de las innecesarias y no deseables características de turbulencias contra todo otro tipo de mezcladores de alta velocidad. Esta entrada y salida de las mezclas indica un patrón de circulación el cual dependerá del tamaño del tanque y el tipo de cabezal o equipamiento utilizado. removiendo grandes tamaños de partículas de manera que produce emulsiones homogéneas y dispersiones en minutos. disolviendo aglomerados. poco o nulo mantenimiento siendo necesario.Etapa 2: Durante la expulsión desde el cabezal de trabajo. La acción de la maquina es tan suave que puede ser usada con el liquido a menos de tres centímetros del borde inferior del tanque. Etapa 3: Los materiales procesados son luego expedidos con gran fuerza y velocidad dentro del cuerpo de la mezcla. 32 . Son fácilmente limpiables. Todas las partes de trabajo están construidas de acero inoxidable con excepción de los bujes auto lubricados. endureciéndose o medida que la temperatura desciende de modo que dentro del rango de temperaturas normales de servicio de los pavimentos (0 a 70 ºC). Las ventajas del betún asfáltico residen fundamentalmente en sus características termoplásticas. áridos sueltos en calles y pavimentaciones. Los factores que afectan al comportamiento final de las mezclas asfálticas son muchos. El betún.6 BETÚN MODIFICADO. Sometido a temperaturas elevadas se comporta como un fluido permitiendo su mezclado con áridos y a las temperaturas usuales de servicio. todavía. entre los que podemos citar: calidad y granulometría de los áridos características del ligante nivel de compactación grosor de la película de ligante rango de temperatura de servicio cargas del tráfico 33 . adherencia y naturaleza impermeable. la mezcla asfáltica resultante ofrezca una superficie duradera capaz de soportar. la temperatura de fabricación de las mezclas asfálticas oscila entre 140 y 180 ºC (dependiendo del tipo de ligante utilizado y de la mezcla asfáltica a fabricar) y la temperatura de compactación entre. a la vez. actuando como ligante y otorgando todas aquellas propiedades conocidas a las mezclas resultantes. se convierte en un semisólido rígido. se utilizó por primera vez en construcción de carreteras a principios de este siglo con el propósito de evitar el polvo levantado por el paso de los vehículos sobre los. En este último margen de temperatura. las distintas cargas impuestas por el tráfico y los cambios de temperatura a los que se ve sometida. procedente del petróleo. el betún es aún suficientemente fluido como para permitir la correcta compactación de la mezcla.1. Generalmente. 80 y 140 ºC. 1. Combinando lo dicho anteriormente con los costes originados por las perturbaciones y retrasos ante la necesidad de reconstrucción y mantenimiento de la red de carreteras. las exigencias sobre los materiales bituminosos son cada día más elevados. se obtienen resultados satisfactorios. Allá por 1873. Son productos que requieren un proceso diferente y más complicado esto requiere más cuidado en el manejo de los materiales pero también se debe considerar los riesgos a la salud y a la seguridad del personal.7 RIESGOS DE SEGURIDAD. con betunes de penetración convencionales. peligro de salpicaduras y desbordamiento por ebullición. Aunque no están clasificados como inflamables. ya se estableció una patente de un aglomerado asfáltico conteniendo goma látex aplicándose en 1902 en Francia una mezcla asfáltica modificada con látex. cada vez más frecuentes. RIESGOS FÍSICOS: Se almacenan y manejan normalmente por encima de los 100 ºC por lo que el contacto con agua puede producir una expansión violenta. resulta evidente que los betunes modificados con polímeros pueden aportar respuestas a estas peticiones. Sin embargo al aumentar Las intensidades del tráfico y cargas por vehículo (hasta 44 toneladas en la mayoría de los países europeos y el uso creciente de ejes "súper sencillos"). 34 . los asfaltos son materiales hidrocarbonados y pueden arder.velocidad del tráfico Razones Que Justifican La Utilización De Los Betunes Modificados Con Polímeros En la mayoría de las aplicaciones. 35 . PRECAUCIONES GENERAL: Cuando se manipula asfalto en lugares cerrados. INGESTIÓN: No es probable. 36 . los asfaltos producen humos. El sulfuro de hidrógeno puede acumularse en el espacio de cabeza de los tanques de almacenamiento y potencialmente puede alcanzar concentraciones peligrosas. EFECTOS TÓXICOS GENERALES: El problema principal puede provenir por quemaduras de piel y por exposiciones prolongadas a vapores. la prudencia aconseja que se debe minimizar la exposición. Aunque no se piensa que éstos produzcan daño significativo para la salud. observando buenas prácticas de trabajo y asegurando buena ventilación en las áreas de trabajo. CONTACTO PIEL/OJOS: Los asfaltos se manejan normalmente a alta temperatura lo que puede causar quemaduras térmicas. debe existir una buena ventilación local.TOXICOLÓGICOS: INHALACIÓN: Cuando son calentados. CAPÍTULO 2 ASFALTOS MODIFICADOS MÁS UTILIZADOS. 37 . Son empleados para casos específicos como: • Zonas de frenado intenso. lo que complica la modificación ya que debe existir compatibilidad entre estos.semgroupcorp. • Zonas donde se requiere mantener una buena rugosidad durante largos periodos de tiempo. donde se requiere una gran resistencia al derrapaje. su tiempo de vida está condicionado por la vida del agregado. 1.com/operationsandcommodities/asphalt/semmaterialsmexico/products andsystems.1 Asfaltos modificados con polímeros tipo elastómeros1 Se requiere mezclar tres componentes: asfalto. • Zonas donde se requiere resistir a las maniobras o a los agentes químicos.2. resina base y un endurecedor. en otras palabras el pavimento se deteriora por trituración o abrasión del agregado antes que por la falla del ligante (asfalto).http://www.aspx?sc_lang=es-MX 38 . Si el trabajo con este tipo de asfalto es realizado dentro de los parámetros correctos. Su resistencia al envejecimiento es excelente. buen poder humectante y adhesión a los agregados. no por el asfalto. gran resistencia a la tracción. Figura 5 Elastómero Los asfaltos modificados tienen una elevada resistencia mecánica. el efecto de la adición de estos al asfalto es aumentar su intervalo de plasticidad y disminuir la susceptibilidad térmica. 39 . Entre -10°C y + 10°C el elastómero proporciona al asfalto mayor elasticidad sin aumentar la rigidez. SBR: Este tipo de polímero es el más utilizado en la modificación del asfalto. esto es interesante ya que a estas temperaturas se dan deformaciones en las superficies de rodamiento.2. La rigidez de estos asfaltos ayuda a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.2 Latex. SBS. Los asfaltos son más duros pero siguen siendo elásticos lo que evita la formación de roderas y el agrietamiento de las mismas. hule natural. Figura 6 SBR Figura 7 SBS procesado. a temperaturas inferiores a 70°C los asfaltos tienen menor penetración. El punto de ablandamiento puede aumentar hasta 20°C. 3 Hule de llanta: Las propiedades que adquiere el asfalto al añadirle este tipo de hule son similares a las que se obtienen con el polímero SBR o SBS aunque. el cual suele ser complejo. Las llantas para ser utilizadas como agentes modificadores de asfalto requieren de un proceso físico para reducir sus dimensiones.2. estos riegos son llamados SAM (membranas de absorción de tensiones). Figura 8 Hule de llanta triturado. alrededor del 6% de queroseno. Estos asfaltos modificados presentan altas viscosidades por lo que se requiere el empleo de algún fluidificante. Son usados principalmente en riegos de sello destinados a absorber las grietas debidas a contracciones y dilataciones. 40 . se deben utilizar dosificaciones más elevadas. en este punto. Si se aumenta la concentración del polímero. 41 . Figura 9 Plastómero Esto sucede cuando el contenido del polímero va de 8 – 10%. Estas se acercan más a las propiedades del polímero que a las del asfalto. incluso en bajas dosificaciones. se llega a un punto en el cual la mayoría de los aceites están asociados con el polímero y se produce un cambio drástico en las propiedades físicas del asfalto. el asfalto aumenta el intervalo de plasticidad. aumenta la resistencia a la ruptura. disminuye su sensibilidad térmica sobre todo en el intervalo de temperaturas de aplicación.2.4 Asfaltos modificados con polímeros tipo plastómeros Debido a la forma en que estos polímeros se incorporan al asfalto aumentan de forma considerable su viscosidad. 2. Figura 10 Polietileno. En el plano mecánico: • • • Buena flexibilidad a baja temperatura. Baja viscosidad. Cuando es utilizado en concentraciones de 7% aumenta la rigidez del asfalto a temperaturas elevadas. Buena resistencia al envejecimiento. pero se usa ya que es un componente de bajo costo y soluciona un problema ecológico. poseen las siguientes propiedades: • • • Buena resistencia al calor. Buena resistencia a deformaciones permanentes.5 Polietileno: Este polímero no tiene una alta compatibilidad con el asfalto ni le confiere propiedades espectaculares. 42 . Los asfaltos modificados con este tipo de polímero termoplástico cuando son añadidos en bajas proporciones. al poder disponer de los desechos de este material en las carreteras. 6 POLICLORURO DE VINILO (PVC): Este polímero conocido científicamente como policloruro de vinilo tiene baja compatibilidad con el asfalto. Resiste muy bien al agua y/o agentes químicos.2. no es resistente al calor y se descompone por la acción de la luz solar. es por esto que no es utilizado para la modificación de asfalto. 43 . Figura 11 PVC granulo suave. pudiéndose variar el contenido de acetato de vinilo de algún % hasta 50% o incluso más. son muy compatibles con estos. La relación acetato de vinilo/ etileno es muy importante. La temperatura de ablandamiento aumenta entre 6 y 12°C. 44 . Figura 12 EVA Un polímero EVA con un contenido del 18% de acetato de vinilo es el más adecuado para ser usado en la construcción de carreteras. Los asfaltos modificados con EVA poseen las siguientes características: • • • • • Buena estabilidad térmica a un costo razonable. Aumentan la cohesión de las mezclas a medida que se aumenta el contenido del polímero. Las dosificaciones de polímero oscilan entre el 2 hasta un 10% dependiendo de las propiedades que se pretende obtener. Cuando se aumenta la concentración de acetato de vinilo en el polímero (15 a 30%).Acetato son relativamente nuevos en la modificación de asfaltos. Cuando los contenidos de acetato de vinilo son bajos las propiedades se asemejan a las de los asfaltos mencionados anteriormente.7 ETILO-VINIL-ACETATO (EVA): Los polímeros o resinas Etilo-Vinil . Excelente resistencia al resquebrajamiento en flexión es decir a las fatigas provocadas por las flexiones o vibraciones repetidas.2. adquiere un excelente poder adherente. ahora se mostraran las estadísticas de consumo de los materiales con mayor demanda. con modelos de alta calidad y rendimiento. influyendo. debe rescatarse el continuo desarrollo tecnológico de los asfaltos viales y sus mezclas. calculando que de mantenerse la actual tendencia. dan forma a un asfalto particular con una gran elasticidad y un gran poder de escurrimiento al agua. El perjuicio del sistema vial impacta negativamente en los costos operativos del transporte automotor. reduce el confort y compromete la seguridad de los usuarios. con una mezcla de polímeros. lo que los hace ideales para utilizar en emprendimientos viales de gran escala (autopistas. 45 . que después de un proceso de mezclado y un tiempo de digestión. constituidos en componentes de especial importancia en las calzadas. se observa una pronunciada declinación. dando origen a una variedad de productos que han mejorado el comportamiento y durabilidad de las estructuras. el consumo caería a un 50% de los valores del año 1999. a la fabricación de nuevos equipos. En cuanto al mercado de los asfaltos viales. no obstante la variedad de productos disponibles. Lo nuevo en cuanto a construcción de carreteras son los asfaltos modificados. rutas). proveniente de un proceso de destilación. Los asfaltos modificados para el segmento vial marcaron un nuevo rumbo dentro de la estructura del mercado de asfaltos.8 ESTADISTICAS DE CONSUMO Ya se detallo anteriormente los materiales aditivos para los asfaltos modificados.2. En contraste. por extensión. los mismos están compuestos por una base asfáltica regular. e-asphalt.En el mercado mundial la demanda de pavimentos está distribuida de la siguiente manera: ESTRUCTURA DEL MERCADO modificados 9% cementos asfálticos 49% diluidos 12% emulsiones 13% pintura asfáltica 0% plastico mas base 17% Figura 13 Estadística de Consumo Los asfaltos modificados para el segmento vial marcaron un nuevo rumbo dentro de la estructura del mercado de asfaltos.1 46 1. http://www.htm . Se espera una misma situación para el mercado de asfaltos para las membranas asfálticas.com/estconsumo/index. 47 .CAPÍTULO 3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLÍMEROS EN LOS ASFALTOS. A.P.M. A. A. A.M. involucrando todos los diferentes tipos de polímeros que se manejan en el mercado.P.C.P. A. Los porcentajes fueron determinados con respecto al consumo del asfalto convencional con respecto al asfalto modificado con polímeros. A.Para entender las ventajas de los asfaltos modificados es necesario conocer antes las diferencias entre los asfaltos convencionales y asfaltos modificados con polímeros A continuación se presenta gráficamente las diferencias más notables entre ambos asfaltos: alta 100% 90% 80% 70% 60 % 60% 50% 40% 90% 100% 100% 60% media baja A.P.C.M. La primera diferencia significativa entre asfaltos modificados con polímeros compatibles e incompatibles se muestra en el envejecimiento.P. A. y por las características que le distinguen a cada uno de estos asfaltos.M. A.P.C COSTOS A. DURABILIDAD CAMBIOS ADHESION TRAFICO PERMEABILIDAD CLIMATICOS En esta imagen se muestra una gráfica de los asfaltos modificados con polímeros. ya que determinar cada uno de ellos requeriría hacer una gráfica por cada polímero.C.C. A.M. A.M. 48 .C. con los ligantes convencionales no se alcanzaría una resistencia mecánica suficiente a causa de una insuficiente cohesión y adhesividad. Esta plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas condiciones climáticas y de transito. el creciente incremento de volumen del tránsito y la magnitud de las cargas. en algunos casos. lo que unido al bajo contenido de ligante de estas mezclas podría redundar en una disminución en su durabilidad. las propiedades de los asfaltos convencionales resulten insuficientes. Con ciertas mezclas abiertas. las nuevas capas superficiales delgadas serian menos durables cuando se vean sometidas a altas intensidades de transito. Los asfaltos modificados con polímeros elevan la vida útil de un pavimento de dos a tres veces con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfáltica. provoca que. Del mismo modo.Los asfaltos modificados compatibles presentan una mayor resistencia al envejecimiento que los no compatibles. alternativa generada por razones de confort y seguridad. y la necesidad de optimizar las inversiones. 49 . Sin embargo. para soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los áridos. Figura 15 Asfalto modificado sometido a trafico a 60°C. Figura 14 Asfalto convencional sometido a trafico a 60°C. La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad.En el efecto de ahuellamiento entre los asfaltos modificados y los asfaltos convencionales se nota una gran diferencia como se muestra en las siguientes imágenes. 50 . En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa subyacente (esta también influye en la durabilidad). Estas también deben ser resistentes. elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polímeros. M.Comparando a estos dos tipos de asfaltos viscosidad/temperatura se obtendría la siguiente grafica1: en una relación Efecto del Asfalto modificado con polímeros sobre la rigidez y la temperatura. Viscosidad del asfalto A. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero. A. estando la fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases. baja Temperatura del pavimento alta Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases.C. una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. Mientras que la relación tensión/fatiga mostraría los siguientes resultados: 51 . El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura(sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas. P Tensión superfiial. ASFALTO CONVENCIONAL Retraso del fallo por fatiga.M.Relación Tensión/Fatiga entre asfaltos convenionales y modificados. A. o recipientes especiales que favorecen la recirculación con agitadores mecánicos de corte de gran velocidad. Estos sistemas convencionales de preparación de asfaltos modificados con polímeros son grandes recipientes de mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas. En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos.P. usando técnicas convencionales de preparación. estas centrales producen asfaltos modificados con polímeros que alcanzan altas prestaciones. El polímero puede venir en polvo.M. han instalados equipos especializados para la preparación de A. La temperatura de mezclado depende del tipo de polímero utilizado. en forma de pequeñas bolitas (pellets) o en grandes panes. Los polímeros compatibles producen rápidamente un asfalto estable. 52 . SBS y SBR son más duros pero siguen siendo elásticos lo que evita la formación de roderas y agrietamiento de los mismos. su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad. tensiones y tiempo de carga. A continuación se clasifican las ventajas de los asfaltos modificados: MÉCANICAS Disminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicación de carga. 53 . buen poder humectante y adhesión los agregados. gran resistencia a la tracción. Los asfaltos modificados con látex. Aumentan la resistencia a la deformación permanente y a la rotura en un rango más amplio de temperaturas. se pueden deducir las ventajas y desventajas de añadir polímeros en los asfaltos. El polímero elastómero se comprime al aplicar un esfuerzo. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla. hule natural. Tienen una elevada resistencia mecánica. Ya que se conocen las diferencias más destacadas entre los asfaltos convencionales y los modificados con polímeros. Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.1 Ventajas del Uso de Polímeros en el Asfalto.3. pero recobran su forma original al ser retirado. Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas. Varía su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que se encuentren. TÉRMICAS Disminuyen la susceptibilidad térmica. Mayor resistencia al derrame de combustibles. Mejor trabajabilidad y compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado. 54 . Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla. Los elastómeros son deformables a temperatura ambiente. pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales. Disminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesión en tiempos de calor. No requieren equipos especiales. evitando la propagación de las fisuras. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos.Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas. El polímero elastómero proporciona una excelente resistencia al envejecimiento. Mayor cohesión Mayor resistencia a la acción del agua. depende básicamente de su proceso de polimerización y la disponibilidad de los monómeros. Mayor intervalo de plasticidad. La rigidez de los asfaltos compuestos de látex. 55 . hule natural. Fácilmente disponible en el mercado.ECONÓMICAS El costo. dado que el efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad – temperatura. TIEMPO DE VIDA Los asfaltos modificados con elastómeros se deteriora por la trituración o abrasión del agregado antes que por la falla del ligante (asfalto). Mejoran el comportamiento tanto a bajas como a altas temperaturas. SBS y SBR ayudan a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones. FÍSICAS Mejorar la adherencia a los agregados. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación. El modificar un asfalto con un polímero compatible produce rápidamente un asfalto estable usando técnicas convencionales de preparación. La mayoría de los polímeros están basados en un esqueleto de carbono. Las propiedades del producto no se ven afectadas si se mantiene almacenado a temperatura ambiente por periodos prolongados. 56 . Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado. ECOLOGICAS. El asfalto modificado con polímero Stylink no requiere de agitación constante ni ser mantenido a altas temperaturas. por lo que son materiales orgánicos. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios. Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la mezcla. 57 .3. La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su rápido endurecimiento.2 Desventajas del Uso de Polímeros en el Asfalto Alto costo del polímero. Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles con el asfalto base (existen aditivos correctores). Mayor resistencia al envejecimiento. 58 . Mejora de la respuesta elástica.En la siguiente grafica se muestra la diferencia económica entre los asfaltos convencional y modificado con polímeros. Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son: Mayor intervalo de plasticidad(diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass) Mayor cohesión. Característica y estructura coloidal del asfalto base. Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores: Tipo y composición del polímero incorporado. Mayor resistencia a la acción del agua. Proporción relativa de asfalto y polímero. 59 . así como también un estudio sobre los beneficios obtenidos a largo y mediano plazo de los asfaltos modificados.RECOMENDACIONES Este trabajo se realizo sobre los asfaltos modificados con polímeros en general y se espera tenga continuidad profundizando sobre los diferentes polímeros y mezclas asfálticas que se pueden lograr. lo cual ha permitido añadir nuevas propiedades los asfaltos mejorando las características de los mismos. 60 . a pesar del incremento en el costo inicial en los cementos asfalticos. Cada polímero añadirá una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la finalidad del pavimento ya que la elección del polímero depende de las circunstancias tales como tráfico. Así mismo ha demostrado beneficios en países de Europa y en Estados Unidos. temperatura. Pero sin embargo a demostrado tener mejor rendimiento que los asfaltos comunes aunque su costo es más elevado. etc. El uso de polímeros en mezclas modificadas no altera los procedimientos usados normalmente en los trabajos de pavimentación. tipo de terreno.CONCLUSIONES El utilizar polímeros en los asfaltos ha cambiado las propiedades de la capa asfáltica. GLOSARIO AASHTO: American Association of State Highway Officials (Asociación Americana de Oficiales de Autopista Estatal y Transportación) Adhesión: Estado en el cual dos superficies se mantienen unidas por fuerzas interfasiales. la grava. usado para ser mezclado en diferentes tamaños. Aditivo: Es todo aquel producto que se adiciona a un material asfáltico o emulsión.75 mm (# 4). sin peligro de perder esta propiedad en presencia de la humedad. Adhesividad: Es la propiedad de un ligante y un agregado de adherirse uno a otro. su comportamiento durante su aplicación. Agregado Material granular duro de composición mineralógica como la arena. con el objeto de proporcionarle alguna otra propiedad que no tiene originalmente.75 mm (# 4). Agregado fino Agregado que pasa el tamiz de 4. 61 . cambiando de esta forma. la escoria o la roca triturada. Agregado grueso Agregado retenido en el tamiz de 4. 62 . Puede ser resultado de una consolidación por movimiento lateral de una o más capas del pavimento bajo efectos del tráfico o. producido mediante la destilación destructiva del carbón bituminoso de piedra.asfalto. Asfalto modificado Producto resultante de la incorporación en el asfalto de un polímero o de hule molido. de iones negativos o aniones. El asfalto es un constituyente. en el asfalto. en el cual los constituyentes predominantes son bitúmenes que aparecen en la naturaleza o se obtienen en el procesamiento del petróleo. Asfáltenos Son la fracción de hidrocarburo de alto peso molecular. en proporciones variables. usando una proporción específica de solvente . pueden ser generados por un desplazamiento de la superficie misma del pavimento. sea en la superficie o en la masa. Ocurren como resultado del movimiento plástico de una mezcla que tiene muy poca estabilidad para resistir el tráfico. de color entre carmelito oscuro y negro. de la mayoría de petróleos crudos. Aniónico: Que debe sus características a la presencia o a la concentración.Ahuellamiento Surcos que se desarrollan en el pavimento. en los carriles de las ruedas. Alquitrán de hulla Material de color carmelito oscuro a negro. que es precipitada por medio de un solvente parafínico de nafta. Asfalto Material cementante. Bitumen Sustancia cementante de color negro (sólida.ASTM: American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales). Briqueta: Es un anglicismo con el cual se denomina al espécimen formado empleando un molde de acuerdo a la prueba que se vaya a realizar. compuesta principalmente de hidrocarburos de alto peso molecular. Se dice que es una mezcla de hidrocarburos que se presentan en estado natural y como residuo de la destilación del petróleo. chapopote. semi. especialmente preparado en cuanto a calidad y consistencia para ser usado directamente en la producción de pavimentos asfálticos. Cemento asfáltico Un asfalto con flujo o sin flujo. las breas o alquitranes. es lo mismo. 63 . Catiónico: Que debe sus características a una concentración o a una absorción de iones positivos o cationes.sólida o viscosa). etc. siendo típicos los asfaltos. natural o fabricada. Betun: Asfalto. los betunes y las asfaltitas. Cohesión: Tipo de atracción entre dos substancias o materiales. Deformación Cualquier cambio que presente un pavimento respecto a su forma original. o desde los bordes hacia el interior. Consistencia Describe el grado de fluidez o plasticidad de un cemento asfáltico a determinada temperatura. Puede 64 . Estos términos se han tomado de la técnica de los concretos hidráulicos u hormigones. Densidad Grado de solidez que puede alcanzarse en una mezcla dada. Desintegración Separación progresiva de las partículas del agregado en el pavimento desde la superficie hacia abajo. Generalmente la compactación se logra usando los rodillos o compactadores neumáticos. Se dice que es el estado físico de estas mezclas en el momento que son capaces de soportar cargas sin deformarse. La consistencia de un cemento asfáltico varía con la temperatura: por lo tanto es necesario usar una temperatura patrón cuando se está comparando la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro. Curado: De un mortero asfáltico o de una mezcla asfáltica con emulsión tienen para muchas personas el mismo sentido que fraguado.Compactación Acto de comprimir un volumen dado de material en un volumen más pequeño. Está limitada por la eliminación total de los vacíos que se encuentran entre las partículas de la mezcla. La temperatura utilizada para este propósito es 60°C (140°F). sin embargo. agregado sucio o desintegrable. Grietas Fracturas en la superficie del pavimento asfáltico. La estabilidad está en función de la cohesión y la fricción interna del material. Esto se logra por medio de aparatos especiales. construcción de una capa de rodadura muy delgada en periodos fríos. muy poco asfalto en la mezcla o sobrecalentamiento de la mezcla asfáltica. Dispersión: Este término se debe tomar literalmente cuando se aplique a trabajos con emulsión. Estabilidad Capacidad de una mezcla asfáltica de resistir deformación bajo las cargas impuestas. Ductilidad Capacidad de una sustancia para ser estirada o estrechada en forma delgada. cuando se refiere a la fabricación de estos. Impermeabilidad Capacidad de un pavimento asfáltico de resistir el paso de aire y agua dentro o a través del mismo. la palabra dispersión indica que el asfalto está disperso en un medio acuoso especial.ser causada por falta de compactación. 65 . Flexibilidad Capacidad del pavimento asfáltico de ajustarse a los asentamientos en la fundación. tales como molinos coloidales. 1 mm). 66 . Entre más alto contenido de asfalto. Ondulaciones Deformación en el pavimento. Penetración Consistencia de un material bituminoso. dando origen a un movimiento plástico caracterizado por ondas en la superficie del pavimento. mayor será la resistencia a la fatiga. particularmente cuando esta mojado. en décimas de milímetro (0.Mezcla en caliente Mezclas de planta que deben ser colocadas y compactadas a temperaturas elevadas. Polímero Sustancia que consiste en grandes moléculas formadas por muchas unidades pequeñas que se repiten. tiempo y temperatura. se expresa como la distancia. Resistencia al deslizamiento Propiedad de la superficie asfáltica de resistir el deslizamiento. que una aguja patrón penetra verticalmente una muestra del material bajo condiciones específicas de carga. centímetro-gramo-segundo. Resistencia a la fatiga Capacidad de un pavimento asfáltico para resistir flexión repetida causada por cargas móviles. de viscosidad absoluta. Poise Unidad. Viscosidad absoluta Método utilizado para medir viscosidad usando el poise como la unidad de medida. Vacíos Espacios de aire en una mezcla compactada rodeados de partículas cubiertas de asfalto. Viscosidad cinemática Método utilizado para medir viscosidad usando el poise como la unidad de medida 67 .Stoke Unidad de viscosidad cinemática igual a la viscosidad de un fluido en poises dividida entre la densidad del fluido en gramos por centímetro cúbico. Tamiz Aparato de aberturas cuadradas. Método usado para medir la consistencia del asfalto. utilizado para separar tamaños de material. Trabajabilidad Facilidad con que las mezclas de pavimentación pueden ser colocadas y compactadas. Viscosidad Medida de la resistencia al flujo. Este método hace uso de un vacío parcial para inducir el flujo en el viscosímetro. shtml 15/marzo/2010 http://www.e-asfalto.htm 15/marzo/2010 http://www.com/pavimentos/pavimentos.com/go?org_asf/historia_del_asfalto.com/orig_asf/origenasf.blogspot.php?1sum 17/marzo/2010 68 .e-asfalto. NORMATIVA PARA LA INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE.BIBLIOGRAFÍA • SECRETARÍA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES.htm 16/marzo/2010 http://www. • NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA CARRETERAS PAGINAS ELECTRONICAS CONSULTADAS: http://www.com 15/marzo/2010 http://www.com/modificados/modificados.e-asphalt.amaac.com/trabajos15/asfaltos-modificados/asfaltosmodificados.htm 15/marzo/2010 http://www.mx/asfalt/index. EDITORIAL 2000.e-asfalto.monografías.htm 15/marzo/2010 http://construccionyseguridad.org. ANEXO ENSAYO DE PENETRACIÓN Este ensayo se utiliza para la clasificación de los asfaltos. en un baño de agua a temperatura controlada. ENSAYO DE DUCTILIDAD La ductilidad se mide en un cemento asfáltico con un ensayo del tipo "de extensión". Este es un método antiguo y empírico que consiste en: Calentar un recipiente con cemento asfáltico hasta llevarlo a una temperatura de 25ºC (77ºF). Sobre la superficie del cemento asfáltico durante 5 segundos. La medida de penetración es la longitud que la aguja penetró en el cemento asfáltico (unidades de medida 0. La ductilidad es la distancia en cm a la cual se rompe dicho hilo. de 100 gr. El ensayo consiste en: Se moldean probetas de asfalto en condiciones y medidas normadas. Se la lleva a la temperatura del ensayo (generalmente 25º C) Se separa una parte de la probeta de la otra a una velocidad de 5cm/min.1mm). Existen casos excepcionales donde el ensayo de penetración se realiza para una temperatura distinta. 69 . hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra. con lo cual cambia el peso de la aguja y el tiempo de penetración. Se apoya una aguja normalizada. Si la rotura del hilo se produce antes de los 20 cm. 70 . ENSAYO DE HOMOGENEIDAD EN EL ALMACENAJE EN CALIENTE La especificación desarrollada por la Sociedad de Investigaciones Viales de Alemania. 13ºC y a 25ºC. Se mide la recuperación elástica. con la muestra. El recipiente. tratando de simular lo que ocurre en el almacenaje en obra. Durante tres días.ENSAYO DE RECUPERACIÓN ELÁSTICA Este ensayo está basado en el ensayo de Ductilidad. verificando que no haya separación del polímero del asfalto. El hilo se corta al medio y al cabo de 30 min. La diferencia entre ambas determinaciones no debe ser superior a los 2ºC. Incluye un ensayo que permite controlar la homogeneidad del asfalto modificado luego de un calentamiento prolongado. se tomará esta distancia para el cálculo de la recuperación elástica. Al cabo del período se determina el punto de ablandamiento en el tercio superior y en el tercio inferior del contenido en el recipiente. puede realizarse a una temperatura de 7ºC. La muestra es estirada a una velocidad de 5 cm/min. El ensayo consiste en: Colocar la muestra de asfalto modificado en un recipiente de forma cilíndrica. En éste se emplea la misma técnica para la preparación de las muestras y el mismo equipo para realizar el ensayo. El ensayo de acuerdo a las distintas especificaciones. Se expresa la recuperación elástica como un porcentaje de la deformación aplicada. es mantenido a 180ºC. hasta una distancia de 20 cm. C.) NORMATIVA SCT (Secretaria de Comunicaciones y Transportes) NORMAS IMT (Instituto Mexicano del Transporte) NORMAS MEXICANAS PARA EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA CARRETERAS.NORMAS Y REGLAMENTOS AASHTO (American Association of State Highway And Transportation Officials) ASTM (American Society for Testing and Materials) AMAAC (Asociación Mexicana del Asfalto. A. 71 . AGRADECIMIENTOS PARA PODER REALIZAR ESTE TRABAJO DE LA MEJOR MANERA POSIBLE FUE NECESARIO DEL APOYO DE MUCHAS PERSONAS A LAS CUALES QUIERO AGRADECER. EN PRIMER LUGAR A LA FAMILIA VAZQUEZ RUIZ QUIENES HAN SIDO UN APOYO MORAL. GRACIAS POR SU PACIENCIA Y POR SU CONFIANZA. MOTIVACIÓN Y SOBRE TODO MI EJEMPLO A SEGUIR. A MIS MADRES QUE ME HAN DADO ESA FUERZA. A TI NATHAN QUE NUNCA DEJASTE DE CREER EN MI. VALOR Y AMOR PARA SEGUIR ADELANTE… GRACIAS. ENTREGA Y DEDICACIÓN. SIEMPRE ESTARAS Y SEGUIRAS PRESENTA EN CADA MOMENTO DE MI VIDA… TU QUE FUITE MI INSPIRACIÓN. A TI QUE AUNQUE YA NO ESTES AQUÍ. A MIS AMIGOS QUE DE CIERTA FORMA SIEMPRE ESTUVIERON CONMIGO 72 . ECONOMICO E INCONDICIONAL PARA LOGRAR ESTE FIN. Y AGRADEZCO POR COMPARTIR TU EXISTENCIA CONMIGO. ESTE LOGRO ES PARA TI Y POR TI. GRACIAS POR TU TIEMPO. QUE SIEMPRE ESTUVISTE CONMIGO APOYANDOME Y ANIMANDOME A SER MEJOR. 73 . PACIENCIA. POR SU ENTREGA EN CADA CLASE Y DEDICACIÓN A SU PROFESIÓN. AMOR Y BENDICIONES. AGRADEZCO A DIOS POR LLENAR MI VIDA DE DICHA. POR FACILITARME LAS COSAS.A MIS ASESORES DE TESIS QUE ADMIRO POR SU SABIDURIA. A LA VIRGEN MARIA POR DEVOLVERME LA VIDA… GRACIAS. POR SU APOYO. POR COMPARTIR SUS CONOCIMIENTOS.