UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDESCONSEJO DE INVESTIGACION

FACULTAD DE INGENIERIA

PROYECTO DE TESIS

PRESENTADO POR

EST. CHURAMPI SANTANA CHRISTIANEST.EST.EST.

HUANCAYO – PERÚ2015

RESUMEN DEL PROYECTO

ESTUDIO DE POLÍMEROS Y LA UTILIZACION EN EL ASFALTO EN LA CIUDAD DE HUANCAYO

La investigación parte de la problemática ¿Cómo funciona el uso de polímeros en el

asfalto en la ciudad de Huancayo? El objetivo principal consiste en: Describir y evaluar la

utilización de polímeros en el asfalto en la ciudad de Huancayo; e hipótesis principal: La

ventaja y desventaja del uso de polímeros en el asfalto de la ciudad de Huancayo genera

realmente un desarrollo económico en las construcciones de carreteras afirmadas.

Palabras claves

Estudio de polímeros y la utilización en el asfalto en la ciudad de Huancayo.

Est. CHURAMPI SANTANA CHRISTIAN

PROYECTO DE INVESTIGACION

1. TITULO

ESTUDIO DE POLÍMEROS Y LA UTILIZACION EN EL ASFALTO EN LA CIUDAD DE HUANCAYO

2. NOMBRES Y APELLIDOS DEL INVESTIGADOR

Est: CHURAMPI SANTANA CHRISTIAN

3. FILIAL INSTITUCIONAL

Facultad De Ingeniería

4. PROBLEMA

4.1 Planteamiento del Problema

El Asfalto es un producto que se ha utilizado en la construcción desde la

antigüedad. Fue empleado en muchas formas en Mesopotamia, Siria y Egipto, que

lo encontraron en lagunas de a floración Natural, cuyas fracciones más ligeras

naturalmente se evaporaron. El residuo pesado remanente era muy impuro, pues

contenía agua, tierra y otras impurezas. Sin embargo, con procedimientos

rudimentarios de destilación pudieron obtener combustibles para lámparas y

productos bituminosos para “Mastic”, impermeabilización y pavimentación.

Los yacimientos de asfalto nativo más extensos fueron encontrados en Irak hace 4

ó 5 mil años.

También existieron otros yacimientos a orillas del Eufrates, en Hit y Ramadí y a lo

largo del río Tigris.

El uso de polímeros en el asfaltado en las ciudades, en las carreteras de tipo 1 y

tipo multicarril esto yace debido al continuo uso de dicho tipo de vía, la cual nos

podría dar un largo tiempo de vida más útil de estos asfaltos debido al

adicionamiento de estos polímeros y de esta manera proporcionar la seguridad en

dichas vías.

4.2 Descripción Y Delimitación Del Problema

Frente a esta problemática pretendemos estudiar y evaluar el uso de polímeros en el asfalto con un fin económico y proporcionar seguridad y duración a las vías de

Huancayo.

4.3 Formulación del Problema:

¿Cómo funciona el uso de polímeros en el asfalto en la ciudad de Huancayo?

5. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

5.1 Objetivo general

Describir y evaluar la utilización de polímeros en el asfalto en la ciudad de Huancayo.

5.2 Objetivos específicos

Mejorar la evaluación y calidad de los asfaltos en la ciudad de Huancayo.

6. JUSTIFICACION

Las estadísticas en el uso de polímeros en los asfaltos en nuestro país se da a un

ritmo estándar, esta situación no se escapa la ciudad de Huancayo, que como la

ciudad más poblada de la región central, constantemente una se presenta una

gran influencia de unidades vehiculares tanto en las zonas alejadas, además por

parte del cambio climático que perjudica mucho los asfaltos en dicha ciudad, es

por eso que la presente investigación tratará de aportar información y

conocimiento para que las autoridades del sector tomen el serio asunto del

deterioro de los asfaltos debido a estos factores externos.

7. MARCO TEORICO

7.1 Antecedentes

A) En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland (1863-

1944) sintetizó un polímero de interés comercial, a partir de moléculas de fenol y

formaldehído. Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba

duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los disolventes,

pero fácilmente mecanizable. Se lo bautizó con el nombre de baquelita (o bakelita), el

primer plástico totalmente sintético de la historia (2).

B) Otro estudio se hizo en EE.UU, nos dice que durante la Segunda Guerra Mundial, las

tropas japonesas se hicieron con los territorios de las indias Orientales, quedando sin

aprovisionamiento de caucho natural a los EE.UU, se descubrieron los elastómeros

sintéticos para suplir esa falta de materiales, nace el neopreno para fabricar

neumáticos de aviones y vehículos militares. Las aplicaciones militares también

disparan el uso de los plásticos reforzados formados por poliésteres insaturados y fibra

de vidrio así como los hilos de Nylon se emplean para paracaídas.(3)

C) En el año 2006, entra en escena un material que supondría la revolución en el mundo

de los polímeros y el primero de la ingente cantidad de nuevos plásticos que

advendrían posteriormente. “Los nuevos materiales en la construcción”, Con este

material se fabricaron carcasas de teléfonos y de radios, artículos de escritorio,

ceniceros, etc. Se avecina una nueva era al saber que ya se podían obtener nuevos

plásticos a partir de la química y que eran capaces de imitar y superar las prestaciones

de los plásticos naturales, que ya evidentemente, quedaron obsoletos; todo esto

acaece en una fase en que tenía lugar la industrialización y el crecimiento de la

comercialización de algunos polímeros como el acetato o las resinas urea-formaldehido

con las cuales se podían elaborar objetos transparentes.(4)

D) Otro estudio fue la hidratación de las arcillas se contrarresta con la adición de

KNO3 al sistema de polímero. Para ayudar a controlar la perdida de filtrado se

usó dispersantes y también celulosa polianionica (polímero). La goma xántica

(polímero natural) también resultó ser un excelente viscosificador, que trajo

consigo el mejoramiento de la limpieza del agujero. El punto cedente y la

viscosidad plástica son factores determinantes en el control del lodo, por lo que

se hace necesario las pruebas de laboratorio para monitorear estos valores y

ajustarlos de ser el caso para mantener el lodo según el programa. También se

hace imprescindible el control de los sólidos perforados por medio de la prueba

de azul de metileno, con lo que se asegura que no haya problemas de pegas

de tubería o de embolamiento de broca.(5)

7.2 Bases teóricas

7.2.1 ¿Qué son los polímeros?

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda y la lana son otros ejemplos. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

7.2.2 Concepto y clasificación

Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros,

tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por ejemplo.

Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Un polímero no tiene la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan todas las mismas composiciones químicas y la misma estructura molecular. Hay polímeros naturales como ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas individuales tienen todos los mismos pesos moleculares y la misma estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la orientación de unidades monómeros y la irregularidad en el orden en el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades del productofinal, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros cristalinos.

7.2.3 Tipos de Polímeros Más Comunes

El consumo de polímeros o plásticos ha aumentado en los últimos años. Estos petroquímicos han sustituido parcial y a veces totalmente a muchos materiales naturales como la madera, el algodón, el papel, la lana, la piel, el acero y el cemento. Los factores que han favorecido el mercado de los plásticos son los precios competitivos y a veces inferiores a los de los productos naturales, y el hecho de que el petróleo ofrece una mayor disponibilidad de materiales sintéticos que otras fuentes naturales. La crisispetrolera de 1974 también influyó en el aumento del consumo de los plásticos, sobre todo en la industria automotriz. Los plásticos permitían disminuir el peso de los vehículos, lo cual repercutía en un ahorroen el consumo de combustible por kilómetro recorrido. Entre los polímeros usados para reducir el peso de los automóviles se encuentran los poliésteres, polipropileno, cloruro de polivinilo, poliuretanos, polietileno, nylon y ABS (acrilonitrilo-butadienoestireno). Sin embargo, el mercado más grande de los plásticos es el de los empaques y embalajes.

7.2.3.1 Polímeros Termoplásticos

Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión. Representan el 78-80% de consumo total. Los principales son:

Polietileno

Éste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque. Es barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas. Según la tecnología que se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno

Polietileno de Baja Densidad. Dependiendo del catalizador, este polímero se fabrica de dos maneras: a alta presión o a baja presión. En el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales libres como catalizadores de polimerización del etileno. El producto obtenido es el polietileno de baja densidad ramificado;

Polipropileno

El polipropileno se produce desde hace más de veinte años, pero su aplicación data de los últimos diez, debido a la falta de producción directa pues siempre fue un subproducto de las refinerías o de la desintegración del etano o etileno.

Como el polipropileno tiene un grupometilo (CH3) más que el etileno en su molécula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas dependiendo de la posición del grupo metilo pueden tomar cualquiera de las tres estructuras siguientes:

1. Isotáctico,cuando los grupos metilo unidos a la cadena están en un mismo lado del plano.

2. Sindiotáctico, cuando los metilos están distribuidos en forma alternada en la cadena.

3. Atáctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.

Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien empacadas y producen resinas de alta calidad.

El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer y microondas ya que tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de humedad. Otras propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasión e impacto, transparencia, y que no es tóxico. Asimismo se usa para fabricar carcazas, juguetes, valijas, jeringas, baterías, tapicería, ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes automotrices y suelas de zapatos.

Poliestireno (PS)

El poliestireno (ps) es el tercer termoplástico de mayor uso debido a sus propiedades y a la facilidad de su fabricación. Posee baja densidad, estabilidad térmica y bajo costo. El hecho de ser rígido y quebradizo lo desfavorecen. Estas

desventajas pueden remediarse copolimerizándolo con el acrilonitrilo (más resistencia a la tensión).

Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión. Fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección; Posee buenas propiedades eléctricas, absorbe poco agua (buen aislante eléctrico), resiste moderadamente a los químicos, pero es atacado por los hidrocarburosaromáticos y los clorados. Se comercializa en tres diferentes formas y calidades:

De uso común, encuentra sus principales aplicaciones en los mercados de inyección y moldeo.

Poliestireno de impacto (alto, medio y bajo) que sustituye al de uso general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para fabricar electrodomésticos, juguetes y muebles.

Expandible se emplea en la fabricación de espuma de poliestireno que se utiliza en la producción de accesorios para la industria de empaques y aislamientos.

Los usos más comunes son

Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos descartables, empaques, juguetes.

Poliestireno de alto impacto: Electrodomésticos (radios, TV, licuadoras, teléfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes.

Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases desechables, juguetes, electrodomésticos, difusores de luz, plafones.

Poliestireno Expandible: envases térmicos, construcción (aislamientos, tableros de cancelería, plafones, casetones, etc.).

Estireno-acrilonitrilo (SAN)

Este copolímero tiene mejor resistencia química y térmica, así como mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es transparente por lo que se usa en artículos que no requieren claridad óptica. Algunas de sus aplicaciones son la fabricación de artículos para el hogar.

Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor contenido de batadieno, se usan para hacer pinturas y recubrimientos. Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros.

7.2.3.2 Polímeros isómeros

Los polímeros isómeros son polímeros que tienen esencialmente la misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los polímeros isómeros del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas de los segmentos consecutivos (Monómeros).

Los Lubricantes y los Polímeros

Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los polímeros, realizando varias importantes funciones.

Reducen la fricción entre las partículas del material, minimizando el calentamiento por fricción y retrasando la fusión hasta el punto óptimo.

Reducen la viscosidad del fundido promoviendo el buen flujo del material.

Evitan que el polímero caliente se pegue a las superficies del equipo de procesamiento.

7.2.4 Procesos de polimerización

Existen diversos procesos para unir moléculas pequeñas con otras para formar moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacción.

Mecanismos de polimerización. La polimerización puede efectuarse por distintos métodos a saber:

Polimerización por adición.

Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo.).

Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxi.).

Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo.).

Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo a -aminocarboxianhidro.).

Adición de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno.).

Polimerización por condensación.

Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres entre otros (polimerización del tipo poliésteres y poliamidas.).

Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos (policondensación del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann.).

7.2.5 Propiedades Mecánicas

Hablamos mucho de polímeros "resistentes" (o "fuertes"), "duros", y hasta "dúctiles". La resistencia, la dureza y la ductilidad son propiedades mecánicas. ¿Pero qué significan en realidad estas palabras? ¿Cómo podemos determinar lo "resistente" que es un polímero? ¿Qué diferencia existe entre un polímero "resistente" y un polímero "duro"?

Resistencia

La resistencia es una propiedad mecánica que usted podría relacionar acertadamente, pero no sabría con exactitud qué es lo que queremos significar con la palabra "resistencia" cuando hablamos de polímeros. En primer lugar, existen varios tipos de resistencia. Está la resistencia ténsil. La resistencia ténsil es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia ténsil.

Luego está la resistencia a la compresión. El concreto es un ejemplo de material con buena resistencia a la compresión. Cualquier cosa que deba soportar un peso encima, debe poseer buena resistencia a la compresión.

También está la resistencia a la flexión. Existen otras clases de resistencia de las que podríamos hablar. Un polímero tiene resistencia a la torsión si es resistente cuando es puesto bajo torsión. También está la resistencia al impacto. Una muestra tiene resistencia al impacto si es fuerte cuando se la golpea agudamente de repente, como con un martillo.

¿Pero qué significa ser resistente? Tenemos una definición bien precisa. Emplearemos la resistencia ténsil para ilustrarlo. Para medir la resistencia ténsil de

una muestra polimérica, tomamos la muestra y tratamos de estirarla tal como se muestra en la figura de arriba. Generalmente la estiramos con una máquina llamada Instron. Esta máquina simplemente sujeta cada extremo de la muestra y luego procede a estirarla. Mientras dura el estiramiento de la muestra, va midiendo la fuerza (F) que está ejerciendo. Cuando conocemos la fuerza que se está ejerciendo sobre la muestra, dividimos ese número por el área (A) de la muestra. El resultado es la tensión que está experimentando la muestra.

Luego, usando nuestra máquina, seguimos incrementando la fuerza, y obviamente la tensión, sobre la muestra hasta que ésta se rompe. La tensión requerida para romper la muestra representa la resistencia ténsil del material.

Asimismo, podemos imaginar ensayos similares para medir la resistencia a la compresión o a la flexión. En todos los casos, la resistencia es la tensión necesaria para romper la muestra.

Puesto que la resistencia ténsil es la fuerza aplicada sobre la muestra dividida por el área de la misma, tanto la tensión como la resistencia ténsil se miden en unidades de fuerza por unidad de área, generalmente N/cm2. La tensión y la resistencia también pueden ser medidas en megapascales (MPa) o gigapascales (GPa). Resulta sencilla la conversión entre diferentes unidades, ya que 1 MPa = 100 N/cm2, 1 GPa = 100.000 N/cm2, y obviamente, 1 GPa = 1.000 MPa. Otras veces, la tensión y la resistencia se miden en las viejas unidades del sistema inglés, libras por pulgada cuadrada, o psi. Para convertir psi a N/cm2, el factor de conversión es 1 N/cm2 = 1.45 psi.

Dureza

La dureza es en realidad, una medida de la energía que una muestra puede absorber antes de que se rompa. Piénselo, si la altura del triángulo del gráfico es la resistencia y la base de ese triángulo es el estiramiento, entonces el área es proporcional a resistencia por estiramiento. Dado que la resistencia es proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra y el estiramiento es medido en unidades de distancia (la distancia que la muestra es estirada), entonces resistencia por estiramiento es proporcional a fuerza por distancia, y según recordamos de la física, fuerza por distancia es energía.

¿En qué se diferencia la dureza de la resistencia? Desde el punto de vista físico, la respuesta es que la resistencia nos dice cuánta fuerza es necesaria para romper una muestra, y la dureza nos dice cuánta energía hace falta para romper una muestra. Pero en realidad no nos dice cuáles son las diferencias desde el punto de vista práctico.

7.2.6 La Cristalización de Polímeros

La velocidad de cristalización de los polímeros depende de factores cinético que afectan la capacidad de los segmentos de cadena, para acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina. Esos factores son:

1. Flexibilidad de las moléculas.

Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones precisas durante el proceso de cristalización. Uno de los polímeros con cadenas más flexibles es el polietileno, cuyos segmentos giran fácilmente y eso explica la gran tendencia a cristalizar.

Para apreciar ésto, usaremos una proyección en la que imaginamos ver un segmento de dos carbonos, a lo largo del eje mayor de la cadena. Cuando los átomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en esa posición, la repulsión entre ellos es máxima.

Factores que determinan el grado de cristalinidad

Influencia de la cristalinidad sobre las propiedades.

Existen dos factores estructurales que favorecen la cristalización en los polímeros.

La regularidad de la estructura molecular hace posible que las moléculas se acomoden en una red cristalina.

La polaridad de las moléculas aumenta la atracción entre cadenas adyacentes y, en consecuencia, la atracción que tiende a colocarlas ordenadamente en el cristal y mantenerlas firmemente en él.

Regularidad estructural.

a) Simetría: la presencia de anillos de fenileno en una cadena puede dar origen a tres distintas estructuras.

De ellas, la primera es la de mayor simetría y representa un polímero más cristalino que los otros.

b) Número par vs. Número de átomos de carbono entre grupos funcionales: en el caso de las poliamidas y de los poliésteres, cristalizan mejor los materiales con número par de carbonos entre grupo amídicos o grupos éster respectivamente y cuanto mayor es la cristalinidad, más alto es el punto de fusión. Cuando el número es par, las cadenas son asimétricas

c) Tacticidad: los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen regularidad estructural y son cristalinos, mientras que los atácticos son amorfos. Los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen mayor cristalinidad, mayor resistencia mecánica, mayor densidad, más alta temperatura de fusión, son más resistentes a la acción de los disolventes, y poseen menor transparencia, en comparación con los mismos materiales en la variedad atáctica.

d) Configuración CIS vs. TRANS: existen dos tipos de hule natural que provienen del isopreno. La primera se llama configuración CIS y así es el hule de la hevea y el de Guayule que se caracterizan por su flexibilidad y su elasticidad, la cual deben en parte a su estructura CIS, que es irregular y les impide cristalizar.

En cambio, la configuración TRANS, con gran regularidad estructural, está presente en el hule de gutapercha, que es cristalino, mucho menos elástico, con alta adherencia, por lo que se lo emplea como cubierta de pelotas de golf.

e) Ramificaciones: El ejemplo más claro de las ramificaciones sobre el grado de cristalinidad es el polietileno. Estas ramificaciones dificultan la aproximación de las cadenas y su colocación ordenada, disminuyendo el grado de cristalinidad, dejando grandes espacios entre las cadenas y por ello el material tiene mayor densidad. Por lo mismo, las fuerzas de atracción entre cadenas adyacentes no pueden actuar plenamente y, al ser menor la fuerza de cohesión, el calor separa con mayor facilidad las cadenas y el polímero se reblandece a menor temperatura, tiene menor rigidez, mejor resistencia al impacto y mayor transparencia y flexibilidad que el de alta densidad.

f) El peso molecular: Los grupos químicos que se encuentran en los extremos de las cadenas, no son iguales que el resto de las unidades estructurales y le restan regularidad a la estructura. También tienen mayor movilidad, puesto que están unidos a la cadena de un solo lado. Estos dos factores interfieren en la cristalización. Como los polímeros de bajo peso molecular tienen una alta concentración de extremos, también tienen, en general, una baja cristalinidad. Por otra parte, los polímeros de muy alto peso molecular tienen dificultad para cristalizar, debido a que las cadenas muy largas se enmarañan más.

La consecuencia de todo esto es que para cada polímero, hay un intervalo intermedio de pesos moleculares en que el grado de cristalinidad es máximo.

g) Copolimerización: La copolimerización por lo general destruye la regularidad estructural y baja el grado de cristalinidad a lo menos de que se trate de copolímeros alternados.

La copolimerización se usa industrialmente para reducir la temperatura de fusión de poliésteres y poliamidas que se usan en adhesivos de fusión en caliente (hot melts.).

Otro caso es el de cloruro de vinilo ¾ acetato de vinilo, un copolímero mucho más flexible que el PVC, y que se emplea para hacer discos fonográficos.

h) Plastificantes: Los plastificantes son sustancias que se agregan a los polímeros para impartirles mayor flexibilidad. Si se incorpora un plastificante a un polímero cristalino, se reduce la cristalinidad, se vuelve más flexible y se reblandece a menor temperatura.

7.2.7 ¿Qué son los Plásticos?

El término Plástico, en su significación mas general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

Características Generales de los Plásticos

Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).

7.2.8 Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas

Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en proporción, sus propiedades pueden influir de manera significativa en su comportamiento. El tipo de mezcla será el que, en gran medida, determine la contribución hecha por el ligante sobre todo el conjunto. Generalmente, las propiedades de las mezclas con granulometría continua dependen del enclavamiento o trabazón de los áridos, mientras que las preparadas con altos contenidos de mortero asfáltico dependen más de la rigidez de la proporción de ligante, polvo mineral y arena.

A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue a reblandecerse, facilitando la deformación de la mezcla (ahuellamiento). El riesgode aparición de estas deformaciones es aún mayor en pavimentos sometidos a la circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y sin tener en cuenta otros factores que pueden influir, se puede disminuir la probabilidad de aparición de estas deformaciones aumentando la rigidez del ligante mediante el empleo de un asfalto más duro.

Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se vuelve relativamente rígido y va perdiendo poder de resistencia a las tensiones, volviéndose frágil y siendo susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para absorber las solicitaciones inducidas por el tráfico. Disminuyendo la dureza del asfalto, se minimizará el riesgo de fallo por fragilidad.

Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de buscar comportamientos globales satisfactorios de la mezclas bituminosas, la elección del asfalto adecuado para cada tipo de mezclas se vuelve un compromiso entre ambos extremos; ahuellamiento a altas temperaturas y fisuramiento por fragilidad térmica a bajas temperaturas. Donde mejorando el comportamiento a altas temperaturas, se influye negativamente en el comportamiento a bajas temperaturas. 

7.2.9 Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados con polímeros.

Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unión de cientos o miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termofijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos modificadores poliméricos que han dado buenos resultados.

Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural (monómero).

Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas. (Ejemplos: EVA, SBS)

Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad.

Para que los asfaltos con polímeros consigan las prestacionesóptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polímeros sean compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. Cada polímero tiene un tamaño de partícula de dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por encima de esta el polímero solo actúa como un filler; y por debajo de esta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia.

Especificaciones

En razón que los asfaltos presentan un comportamiento reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero incrementa su componente elástica. Los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos modificados, de ahí que deba recurrirse a otros tipos de ensayos. Un métodoque ha sido adoptado en muchos países de Europa, es el de "Recuperación elástica", basado en el ensayo convencional de "Ductilidad".

Hasta el momento no se tiene conocimiento de una especificación para asfaltos modificados con polímeros modificados por parte de instituciones oficiales. Sí se conocen especificaciones que se ajustan a determinados productos comerciales; en estas especificaciones se incluyen, entre otros ensayos, el "Punto de fractura Fraass" y el ensayo de "Recuperación elástica".

7.2.10 VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO

Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio; los campos de aplicación más frecuentes son:

Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada viscosidad para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).

7.2.11 Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.

Como puede observarse existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos sobre una muestra de mezcla asfáltica convencional y otra con una mezcla asfáltica modificada con polímeros, la mezcla modificada puede hacer frente al ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra muestra.

En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con el fin de reducir la posibilidad de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán asfaltos modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza elástica, para que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.

Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos modificados con asfaltos modificados con polímeros son capaces de asimilar mayores tensiones iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla convencional.

Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los A.M.P y las emulsiones con ellos fabricadas, son adecuados para riegos en vías de fuerte intensidad de tráfico y/o en zonas climáticas de temperaturas extremas, porque el ligante debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura y una buena susceptibilidad térmica, con el fin de evitar exudación del ligante durante el verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno.

Membrana absorbente de tensiones: estas membranas tienen como misión retardar la propagación de fisuras de un firme a un nuevo refuerzo, por lo que deben estar fabricadas con A.M.P para tener buena resistencia mecánica, resiliencia y flexibilidad para absorber las tensiones provocadas por el movimiento de las fisuras del firme.

Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con ligantes modificados con polímeros

Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y largo plazo se emplean los métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research Program).

Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros componentes de los asfaltos durante su funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el calentamiento de la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la muestra para luego ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos polímeros y falsear los resultados.

Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos ocurre durante los procesos de mezclado y colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el pavimento (envejecimiento a largo plazo).

Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y RTFOT.

Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el envejecimiento PAV.

En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para el largo plazo el LTOA.

Se han realizado ensayos (los mencionados precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas bituminosas modificadas con polímeros llegando a la conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento más bajo que los convencionales.

7.3 Definición de conceptos claves

ADITIVOS.- sustancias químicas usadas para mejorar las características del concreto, se utilizan al momento de hacer la mezcla.

ACELERANTES.- fraguado rápido, resistencia rápida.

ARENA.- conjunto de partículas de reoca de 0.05-2mm., es parte de los agregados usados en la mezcla de concreto y constituyen un buen material para el cimiento siempre que no tenga agua dentro de su estructura.

RETARDANTES.- fraguado lento.

RESISTENCIA.- alta resistencia al sulfato

ASFALTO.- residuo de color negro del petróleo, conocido también como “chapopote”, esta compuesto de hidrocarburos, se utiliza especialmente para la construcción de caminos.

CEMENTO.- material aglomerante qué reacciona al contacto con el agua. Compuesto por cal, sílice, oxido de aluminio, óxido de hierro.

POLIMERO.- material aglomerante.

AMORFO.- Que no posee un ordenamiento determinado. Los polímeros son amorfos cuando sus cadenas están entrelazadas de cualquier manera. Los polímeros son no amorfos cuando sus cadenas se encuentran alineadas en cristales ordenados.

ATOMO.- Átomo o molécula con carga eléctrica negativa.

CALOR LATENTE.- Calor liberado o absorbido cuando un material se funde, se congela, hierve o se condensa. Por ejemplo cuando se calienta el hielo, una vez que la temperatura llega a 0 oC, se temperatura no se incrementará hasta que todo el hielo haya fundido. El hielo tiene que absorber calor para fundir. Pero aunque esté absorbiendo calor, su temperatura permanece constante hasta que haya fundido completamente. El calor necesario para fundir el hielo recibe el nombre de calor latente. El agua libera la misma cantidad de calor latente cuando se congela.

CAPACIDAD CALORIFICA.- Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de cualquier material un grado Celsius.

CATION.- Átomo o molécula con carga eléctrica positiva.

COMPLEJO.- Dos o más moléculas asociadas entre sí por algún tipo de interacción de electrones, distinta al enlace covalente.

COPOLIMERO.- Polímero constituido por más de un tipo de monómero.

CRISTAL.- Masa de moléculas dispuestas de modo prolijo y ordenado. En un cristal polimérico las cadenas se encuentran alineadas correctamente como lápices nuevos en una caja. También se mantienen fuertemente unidas por medio de interacciones secundarias

DUREZA.- Medida de la habilidad de una muestra para absorber energía mecánica sin romperse, generalmente definida como el área bajo una curva tensión-estiramiento.

ELASTOMERO.- Caucho. Los científicos brillantes dicen que un caucho o elastómero es cualquier material capaz de poder ser estirado muchas veces su longitud original sin romperse, y luego vuelve a su tamaño original cuando cesa el estiramiento.

ELECTROLITO.- Molécula que se separa en un catión y un anión cuando es disuelto en un solvente, generalmente agua. Por ejemplo la sal, NaCl, se escinde en agua en Na+ y Cl-:

ELONGACION.- Mide el tiempo que una muestra se extiende cuando es estirada. La elongación generalmente se expresa como la longitud luego del estiramiento dividida por la longitud original.

EMULSION.- Mezcla en la cual dos sustancias inmiscibles, como el agua y el aceite permanecen unidas entre sí gracias a una tercera sustancia llamada emulsificante.

7.4 Hipótesis

- Hipótesis general

La ventaja y desventaja del uso de polímeros en el asfalto de la ciudad de Huancayo genera realmente un desarrollo evolutivo en las construcciones de carreteras afirmadas.

-Hipótesis específicas

El uso de polímeros en el asfaltado en la ciudad de Huancayo tiene una

relación significativa con la estructura y el desarrollo económico.

Los polímeros industriales en general son malos conductores eléctricos, por

lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como

materiales aislantes.

Se trata de materiales relativamente baratos de producir tanto a escala de laboratorio

como a escala industrial, con potenciales aplicaciones en casi tantos campos como

los que abarcan sus “primos” los plásticos aislantes y además en lugares donde los

metales tienen problemas de uso por cualquier motivo.

Los asfaltos en las carreteras tienen relación significativa con el crecimiento

poblacional y a la vez la ocurrencia de accidentes de tránsito.

La apertura de carretera en la ciudad de Huancayo ocasión en futuro el flujo

vehicular.

7.5 Variables

Variables

Indicadores Índices UnidadesInstrumento de medición

Fuente

Uso de polímeros

en asfaltos

Polímeros

Desarrollo económico comercio

Fichas de evaluación

IRANOR

EstructuraEstudio y observaciones

Unidades

Instituto de

Plásticos y Caucho

Propiedades Estudio y observaciones

Fichas de evaluación

Campo

Escudos electromagnéticos

energía electromagnética

bajas frecuencias

Fichas de evaluación

Campo

campo

Recubrimientos anti-corrosión

inerte electro activamente

la corrosión en aceros, TiGr2

Fichas de evaluación

M.T.C.

Membranas para depuración de aguas

Se emplean membranas de

polipirrol y polianilina

de transporte gracias a que

la polaridad del polímero

Fichas de evaluación

campo

Asfaltos Población próxima NúmeroDatos de los Censos.

Campo

Número de accidentes de tránsito

choquesDatos de los Censos.

Fichas de evaluación

Carreteras Flujo vehicular MesesConteo vehicular

M.T.C.

8. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

8.1 Método científico

El método de investigación es el método cuasi experimental, porque se

correlacionarán dos variables que ocurren en la práctica, sin manipular ninguno de

ellos.

El diseño es el “no experimental”, dentro de este, el diseño correlacional; el modelo

tiene la forma de:

M1; M2: Materias Primas a usar

V3 : Análisis de flujo vehicular (IMD) dado veh/día

X : Variable a analizar (Combinación de las materias y el proceso)

Y : Resultado de la combinación de los elementos

8.2 Tipo de Investigación

El tipo de investigación será aplicativo debido a que se basa en la búsqueda de la

información y los conocimientos para resolver un problema práctico sobre el uso

ventajas y desventajas de uso de polímeros en el asfaltado en la ciudad de

Huancayo.

8.3 Población

La primera población estará compuesta de la cantidad de vías afirmadas en la

ciudad de Huancayo y sus distritos respectivos.

La segunda población estará en función de las vías afirmadas pero con el uso de

polímeros.

8.4 Muestra

El total de vías afirmadas en la ciudad de Huancayo y distritos será el 100% de

todas las vías considerando las distancias requeridas para cumplir con los

pavimentos.

La segunda muestra se analizara los asfaltos con el uso de polímeros y estarán

también en estudio las que no estén compuesta por estos elementos.

M1 M2

X YV3