7/22/2019 ASFALTO MODIFICADO
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ESCUELA
ASF
CURSO
PROFESOR
ALUMNOS
ROFESIONAL DE INGENIERI
ALTOS MODIFICADOS
: DISEO MODERNO DE P
: Ing. Javier Mendoza
: Zamora Arteaga, Jos Enri
Ciclo IX - Turno Noche
achacamac, Setiembre 2013
CIVIL
VIMENTOS
que
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INTRODUCCION
Con el aumento poblacional, los factores de trfico han tenido algunos cambios:
Cargas ms pesadas,
Ms altos volmenes de trnsito y
Ms altas presiones de inflado en las llantas
Todo esto provoca que, en algunos casos, las propiedades de los asfaltos
convencionales resulten insuficientes. Por ejemplo, con los asfaltos convencionales, aun
con los grados ms duros, no es posible eliminar el problema de las deformaciones
producidas por el transito canalizado (ahuellamiento), especialmente cuando se deben
afrontar condiciones de alta temperatura. Adems, con la simple adopcin de asfaltos
ms duros se corre el riesgo de fisuraciones por efectos trmicos cuando las
temperaturas son muy bajas.
Altos costos en la construccin de pavimentos han creado la tendencia de reducir los
espesores de las carpetas asflticas, reduciendo tambin la vida de servicio; esto se
puede evitar usando las tcnicas adecuadas.
Ante las situaciones mencionadas, adems de apelar a nuevas tecnologas constructivas
y del resto de los materiales (ridos), una solucin evidente fue mejorar algunas
caractersticas de los asfaltos para lograr un mejor comportamiento de los pavimentos.
Ello dio origen a nuevos asfaltos que genricamente fueron denominados "Asfaltos
Modificados".
La modificacin de asfalto es una nueva tcnica utilizada para el aprovechamiento
efectivo de asfaltos en la pavimentacin de vas. Esta tcnica consiste en la adicin de
polmeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus caractersticas
mecnicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatolgicos y del
trnsito (peso vehicular).
Los objetivos que se persiguen con la modificacin de los asfaltos con polmeros, es
contar con ligantes ms viscosos a temperaturas elevadas para reducir las
deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas derodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto
trmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente contar
con un ligante de mejores caractersticas adhesivas.
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TIPOS DE FALLAS MS COMUNES EN PAVIMENTOS ASFALTICOS
Deformacin permanenteSe produce en el pavimento de concreto asflticocuando se acumula deformacin
plstica conaplicacin repetida decargas a altastemperaturas ( 4065 C ), es favorecida
porcargas altas y a velocidad lenta, situaciones quese presentan en : Climas calientes
Zonas de trnsito pesado
Zonas de estacionamiento
FatigaCuando existe un sobreuso en la vida de servicio delpavimento de concreto asfltico se
produce la FatigaPermanente ocasionada por aplicacin continua decargas por largos
periodos o cargas aplicadasrpidamente (frecuencias altas).
Carga = Compresin
Descarga = Retorno a la posicin original
Si el asfalto no tiene la flexibilidad suficiente pararegresar a su posicin original, el
fenmeno anteriorocasiona fracturas permanentes.
Los pavimentos actuales fallan por: Altas presiones de inflado de llantas.
Alto contenido de asfalto.
Baja calidad de ligante.
Bajo contenido de ligante asfltico.
Uso de grandes proporciones de agregados alargadosy redondos.
Sensibilidad del ptreo a la humedad.
Endurecimiento del ligante.
Pobre capacidad de carga de las bases de soporte. Exceso de las cargas y volmenes de trnsito sobre loscriterios de diseo.
COMPOSICION DEL ASFALTO
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Asfaltenos Los asfaltenos son molculas grandes, inertes,tienen valor como componentes de
asfalto ycomo combustibles.
Los asfaltenos no son solubles en los aceites perolas resinas los mantiene en
suspensin formandoun sistema coloidal.
Su contenido se asocia a la dureza que presentaun asfalto.
Maltenos Su contenido se asocia a las propiedades mecnicasmostradas por el asfalto.
Su naturaleza qumica mantiene a los maltenos ensolucin coloidal.
El contenido de aromticos influye en la facilidad que tiene un asfalto para admitir
polmeros modificadores.
Se dice que los maltenos son los que controlan la calidad del asfalto.
PROPIEDADES IDEALES DEL ASFALTO
El asfalto ideal mantiene propiedades balanceadas en diferentes temperaturas:
Rigidez a temperaturas altas para resistir la deformacin.
Flexibilidad a temperaturas bajas para resistir el agrietamiento trmico.
Fluido en fluctuaciones de temperatura para resistir grietas por fatiga.
Mantiene cohesin y adherencia para resistir la perdida de ridos.
Resiste el envejecimiento por oxidacin
OBJETIVOS DE LA MODIFICACION
Disminuir la susceptibilidad trmica. Menor fragilidad de la mezcla con el fro, mayor
cohesin y menor deformacin plstica en tiempos de calor.
Disminuir la susceptibilidad a los tiempos de aplicacin de las cargas.
Aumentar la resistencia a las deformaciones permanentes y a la rotura en un rango
ms amplio de temperaturas, tensiones y tiempos de carga.
Mejorar la adherencia agregado-asfalto.
SELECCIN DEL MODIFICADOR ADECUADO
Para esto necesitamos examinar las necesidades del proyecto y hacernos las siguientes
preguntas:
1. Cules son las mejoras deseadas?
2. Cules son las condiciones climticas?
3. Cules son las condiciones de trnsito?
4. Cules son los materiales disponibles?
5. Qu ventajas presenta el modificador?
6. Cul ser el impacto econmico?
1. Cules son las mejoras deseadas?
Se debe de analizar cules son las particularidades del proyecto para saber qu es lo que
se necesita del asfalto.El proyecto es calle urbana, carretera o camino rural?
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Tiene muchas pendientes o es plano?
Est ubicado en altura o a nivel del mar?
Qu tipo de suelo tengo?
Qu tipo de estructura tengo?, etc.
2. Cules son las condiciones climticas?Si las temperaturas son muy altas, es posible que el asfalto llegue a su temperatura de
fluencia, dando lugar a ahuellamientos.
Si las temperaturas son bajas, el asfalto se vuelve rgido y quebradizo, dando lugar a
agrietamientos.
3. Cules son las condiciones de trnsito?
Es necesario conocer el volumen y el peso del trfico que pasara por la va. Pero no solo
eso es importante, pues el comportamiento del trfico tiene mucho peso. No se comporta
igual el trfico en zonas urbanas que en carreteras.
4. Cules son los materiales disponibles?
Qu tanta ayuda sea necesaria depende grandemente de los materiales que tengamosdisponibles.
Es el agregado lo suficientemente duro para soportar las cargas del trfico? Est bien
triturado?
Cul es el punto de ablandamiento del asfalto? Es dctil? Es compatible con el
agregado?
5. Qu ventajas presenta el modificador?
Los modificadores hacen ms de una cosa a la vez, pues pueden presentar dos o tres
beneficios simultneos: mejorar la dureza del asfalto, mejorar la adherencia, alargar
tiempo de vida til, etc.
6. Cul ser el impacto econmico?
Cunto ms es la inversin inicial?
Es mayor el costo de construccin?
Mejora los costos del ciclo de vida?
Amerita este proyecto en particular el uso de asfaltos modificados?
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TIPOS DE MODIFICADORES
Existen una gran variedad de modificadores de asfalto, como son:
Rellenos minerales
Hule reciclado
Promotores deadherencia
Oxidantes
Antioxidantes
Fibras
Polmeros
Los modificadores por excelencia son lospolmeros. Existe un sinfn de tipos depolmeros.
Debe tenerse en cuenta que ningn modificador, sea polmero ono, puede ofrecer todas
las bondadesdeseadas bajo todas las circunstancias.
QUE ES UN POLIMERO?
Una larga cadena compuesta de muchas molculasmenores (monmeros). Ejemplo: una
molcula de hulenatural est compuesta por el monmero [C5H8] eslabonado hasta
10,000 veces
Las propiedades del polmero se determinan por lasecuencia y estructura qumica de los
monmeros.
POLIMEROS USADOS CON MAYOR FRECUENCIA
1. Plastmeros:Plsticos
Forman redes tridimensionales que dan rigidez rpida (pero no flexibilidad) al asfalto.
Al estirarlos y sobrepasar su tensin de fluencia, no vuelven a su longitud original.
Tienen deformaciones pseudoplasticas con poca elasticidad.
Dentro de estos tenemos:
EVA: etileno-acetato de vinilo.
EMA: Etileno-acrilato de metilo
PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la traccin y buena resistencia trmica,
como tambin buen comportamiento a bajas temperaturas.
PP: (Polipropileno).
Poliestireno: no son casi usados.
EVA EMA Polietileno
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Polipropileno Poliestireno
2. Elastmeros:Hules Pueden ser estirados, pero aumentan la resistencia al ser estirados.
Recuperan su forma al soltarse.
Hacen los pavimentos ms flexibles.
Dentro de estos tenemos:
Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son ejemplos
de polmeros orgnicos e inorgnicos naturales
SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplstico. Este es el ms utilizado
de los polmeros para la modificacin de los asfaltos, ya que este es el que mejor
comportamiento tiene durante la vida til de la mezcla asfltica.
SBR: Cauchos sintticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar su
adhesividad se le incorpora cido acrlico
EPDM: (polipropileno atctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes
qumicos.
Caucho natural SBS SBR
EPMD
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COMO SE MODIFICA CON POLIMEROS?
El modificador se puede incorporar en:
El asfalto en caliente
La Emulsin asfltica
POLIMEROS UTILIZADOS COMO MODIFICADORES DE ASFALTO (ASTM)
Segn los polmeros usados tenemos los siguientes tipos de asfaltos:
ASFALTO TIPO IMejoras. El comportamiento de mezclas asflticas tanto en altas como en bajastemperaturas
Fabricado. Con base en bloques de estireno, en polmeros elastomricos radiales deltipo bibloque o tribloque; mediante configuraciones como Estireno-Butadieno-Estireno
(SBS) o Estireno-Butadieno (SB).
Uso. En mezclas asflticas para carpetas delgadas y carpetas estructurales depavimentos con elevados ndices de trnsito y de vehculos pesados, en climas fros yclidos, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.
ASFALTO TIPO IIMejoras.El comportamiento de mezclas asflticas a bajas temperaturas.Fabricado. Con base en polmeros elastomricos lineales, mediante una configuracinde caucho de Estireno, Butadieno-Ltex o Neopreno-Ltex.
Uso.Todo tipo de mezclas asflticas para pavimentos en los que se requiera mejorar sucomportamiento de servicio, en climas fros y templados, as como para elaborar
emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.
ASFALTO TIPO IIIMejoras. La resistencia a las roderas de las mezclas asflticas, disminuye lasusceptibilidad del cemento asfltico a la temperatura y mejora su comportamiento a altas
temperaturas.
Fabricado. Es fabricado con base en un polmero de tipo elastmero, medianteconfiguraciones como Etil-Vinil-Acetato (EVA) o polietileno de alta o baja densidad, entre
otras.
Uso.Climas calientes, en mezclas asflticas para carpetas estructurales de pavimentoscon elevados ndices de trnsito, as como para elaborar emulsiones que se utilicen en
tratamientos superficiales.
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IMPACTO FISICO DE LA MODIFICACION
Todos los polmeros aumentan la rigidez en altas temperaturas, ayudan contra la
deformacin en zonas clidas y con transito pesado, ms no con el ahuellamiento.
Tambin aumenta la viscosidad, disminuye la penetracin, aumenta la ductilidad y sube
el punto de ablandamiento.No obstante, el uso de elastmeros tiene beneficios adicionales debido a que le confiere
recuperacin elstica al asfalto.
Los beneficios adicionales de los elastmeros son:
Combate el ahuellamiento.
Combate la formacin de fisuras y grietas
Combate los efectos de los cambios de temperatura diarios.
Combate los efectos de altas y bajas temperaturas.
Mayor cohesin y resistencia interna.
Efecto del Asfalto modificado con polmeros sobre la rigidez y la temperatura.
El efecto principal de aadir polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin
viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las
mezclas asflticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto
tanto a bajas como a altas temperaturas.
Relacin Tensin/Fatiga entre asfaltos convencionales y modificados.
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RECOMENDACIONES AL MODIFICAR CON POLIMEROS
CompatibilidadAsfalto y modificador deben de coexistir como sistema para que combinados se
comporte de acuerdo a lo planeado.
Estabilidad en AlmacenajeUn sistema en donde ninguno de los componentes pierda su funcin durante el
almacenaje. No deben separarse.
Los polmeros compatibles producen rpidamente un asfalto estable, usando tcnicas
convencionales de preparacin. Estos sistemas convencionales de preparacin de
asfaltos modificados con polmeros son grandes recipientes de mezclado con paletas
agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculacin
con agitadores mecnicos de corte de gran velocidad. El polmero puede venir en polvo,
en forma de pequeas bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de mezcladodepende del tipo de polmero utilizado.
En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos especializados
para la preparacin de A.M.P., estas centrales producen asfaltos modificados con
polmeros que alcanzan altas prestaciones.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE POLMEROS EN LOS ASFALTOS
Para entender las ventajas de los asfaltos modificados es necesario conocer antes las
diferencias entre los asfaltos convencionales y asfaltos modificados con polmeros.A continuacin se presenta grficamente las diferencias ms notables entre ambos
asfaltos:
En esta imagen se muestra una grfica de los asfaltos modificados con polmeros,
involucrando todos los diferentes tipos de polmeros que se manejan en el mercado, ya
que determinar cada uno de ellos requerira hacer una grfica por cada polmero. Los
porcentajes fueron determinados con respecto al consumo del asfalto convencional con
respecto al asfalto modificado con polmeros, y por las caractersticas que le distinguen a
cada uno de estos asfaltos.
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Los asfaltos modificados con polmeros elevan la vida til de un pavimento de dos a tres
veces con un costo adicional de hasta un 30% sobre la mezcla asfltica. Esta plenamente
probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto
mecnicas como de adhesin en una amplia gama de aplicaciones y bajo distintas
condiciones climticas y de transito. Sin embargo, el creciente incremento de volumen del
trnsito y la magnitud de las cargas, y la necesidad de optimizar las inversiones, provocaque, en algunos casos, las propiedades de los asfaltos convencionales resulten
insuficientes.
Ventajas del uso de polmeros en el asfalto.Mecnicas.
Disminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicacin de carga.
Aumentan la resistencia a la deformacin permanente y a la rotura en un rango ms
amplio de temperaturas, tensiones y tiempo de carga.
Tienen una elevada resistencia mecnica, gran resistencia a la traccin, buen poder
humectante y adhesin los agregados. Los asfaltos modificados con ltex, hule natural, SBS y SBR son ms duros pero
siguen siendo elsticos lo que evita la formacin de roderas y agrietamiento de los
mismos.
El polmero elastmero se comprime al aplicar un esfuerzo, pero recobran su forma
original al ser retirado.
Se obtienen mezclas ms flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el
fisuramiento.
Disminuye la exudacin del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor
tendencia a fluir y su mayor elasticidad.
Mayor elasticidad: debido a los polmeros de cadenas largas. Mayor adherencia: debido a los polmeros de cadenas cortas.
Mayor cohesin: el polmero refuerza la cohesin de la mezcla.
Mejor trabajabilidad y compactacin: por la accin lubricante del polmero o de los
aditivos incorporados para el mezclado.
Mejor impermeabilizacin: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los
esfuerzos tangenciales, evitando la propagacin de las fisuras.
Mayor resistencia al derrame de combustibles.
Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.
No requieren equipos especiales.
Trmicas.
Disminuyen la susceptibilidad trmica.
Disminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesin en tiempos de calor.
Vara su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que se encuentren.
Los elastmeros son deformables a temperatura ambiente.
Econmicas.
El costo, depende bsicamente de su proceso de polimerizacin y la disponibilidad
de los monmeros.
Fcilmente disponible en el mercado.
Tiempo de vida.
Los asfaltos modificados con elastmeros se deteriora por la trituracin o abrasin
del agregado antes que por la falla del ligante (asfalto).
El polmero elastmero proporciona una excelente resistencia al envejecimiento.
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Mejora la vida til de las mezclas: menos trabajos de conservacin.
La rigidez de los asfaltos compuestos de ltex, hule natural, SBS y SBR ayudan a
soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.
Fsicas.
Mejorar la adherencia a los agregados.
Mejoran el comportamiento tanto a bajas como a altas temperaturas; dado que el
efecto principal de aadir polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin
viscosidad temperatura.
Mayor intervalo de plasticidad.
Mayor cohesin
Mayor resistencia a la accin del agua.
El modificar un asfalto con un polmero compatible produce rpidamente un asfalto
estable usando tcnicas convencionales de preparacin.
El asfalto modificado con polmero Stylink no requiere de agitacin constante ni ser
mantenido a altas temperaturas. Las propiedades del producto no se ven afectadas
si se mantiene almacenado a temperatura ambiente por periodos prolongados. Permiten mayor espesor de la pelcula de asfalto sobre el agregado.
Ecolgicas.
La mayora de los polmeros estn basados en un esqueleto de carbono, por lo que
son materiales orgnicos.
Desventajas del uso de polmeros en el asfalto. Alto costo del polmero.
Dificultades del mezclado: no todos los polmeros son compatibles con el asfalto
base (existen aditivos correctores).
Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboracin de la mezcla. Los agregados no deben estar hmedos ni sucios.
La temperatura mnima de distribucin es de 145C por su rpido endurecimiento.
COSTO-BENEFICIO DEL CICLO DE VIDA DE UN PAVIMENTO.
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CASO PRCTICO
A continuacin se presentan los resultados de laboratorio del uso de un asfalto
modificado del tipo III en centroamerica, el cual presenta un 3% de contenido del
polmero UP-70 y presenta las siguientes caractersticas:
Es el principal aliado para evitar el ahuellamiento ocasionado por fallas imputables a la
carpeta.
Altamente usado en pases clidos para evitar los desplazamientos de la mezcla en
edades tempranas.
Solucin ideal para reas con temperaturas superiores a los 30 grados centgrados.
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Finalmente se tienen las siguientes mejoras en la obra:
Resistencia a la prdida de agregados.
Mayor adherencia.
Mayor cohesin.
Mayor tenacidad.
Mayor flexibilidad.
Mayor traccin.
Mayor resistencia estructural
Resistencia al desgaste por rozamiento
Resistencia a la exudacin
Durabilidad
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USO DE ASFALTOS MODIFICADOS EN EL MUNDO
En el mercado mundial la demanda de pavimentos est distribuida de la siguiente
manera:
USO DE ASFALTOS MODIFICADOS EN PERU
En Per se vienen usando los polmeros en emulsiones asflticas desde 1993 y como
modificadores de asfalto desde el ao 2006.
Los asfaltos modificado ms usados en la actualidad son los del tipo I y II pues son los
que ms se amoldan a las condiciones climticas y geogrficas del pas.
La primera obra realizada con asfalto modificado en Per fue la siguiente:
Carretera puente Camiara - puente Montalvo - Moquegua
Longitud: 73.25 Km con Carpeta Asfltica en Caliente Micro pavimento en caliente con asfalto modificado con polmeros con un e=3.5 cm
(Previo tratamiento de fisuras y parchado) en una longitud de 39.805 Km de carretera.
Micro pavimento en caliente con asfaltado modificado con polmeros con un e= 3.5 cm
(Previo tratamiento de fisuras y colocacin de SAMI) en una longitud de 23.00 Km de
carretera.
Carpeta Asfltica en Caliente con Asfalto Modificado con Polmeros con un e=6.5 cm
(Previa colocacin de Base Granular e=5 cm a 25 cm) en una longitud de 10,450 Km.
Altura promedio: 700 m.s.n.m.
Empresa Ejecutora: NEPTUNO CONSTRUCTORA
Proveedora de asfalto modificado: Carlos Amoros Heck Contratistas Generales S.A.
Tipo de polmero usado: SBS asfalto tipo I
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CONCLUSIONES
El utilizar polmeros en los asfaltos ha cambiado las propiedades de la capa asfltica; lo
cual ha permitido aadir nuevas propiedades los asfaltos mejorando las caractersticas de
los mismos. Cada polmero aadir una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la
finalidad del pavimento ya que la eleccin del polmero depende de las circunstanciastales como trfico, temperatura, tipo de terreno, etc. Pero sin embargo ha demostrado
tener mejor rendimiento que los asfaltos comunes aunque su costo es ms elevado.
El uso de polmeros en mezclas modificadas no altera los procedimientos usados
normalmente en los trabajos de pavimentacin. As mismo ha demostrado beneficios en
pases de Europa y en Estados Unidos; a pesar del incremento en el costo inicial en los
cementos asfalticos.
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