Diseño de Mezclas asfálticas

1. 1

2. 2
• Es un material cementante de color café obscuro a negro
en el que los constituyentes predominantes son betunes
(bitumens) que se producen en la naturaleza o son
obtenidos del procesamiento del petróleo (ASTM D8-02).
• Es un hidrocarburo de color café obscuro a negro
altamente viscoso producido a partir del residuo de la
destilación del petróleo (FHWA USA, Heerden).
• Es un material cementante de color café obscuro a negro
que es constituyente de la mayoría de los crudos
encontrados en el planeta (About Asphalt).
Que es el asfalto?

3. Asfalto?
• El asfalto es un material empleado como
ligante en mezclas asfálticas, por sus
características físicas:
• Adhesividad
• Susceptibilidad térmica
• Flexibilidad
• Impermeabilidad
• Entre otras…
3

4. Susceptibilidad
4
60º C
1 hora 10 horas
1 hora
25º C

5. Obtención del asfalto
5
Horno
350ºC
Horno
350ºC
Petróleo
crudo
± 65ºC
Destilación
Atmosférica
Gas,
metano,
propano.
Gasolina
Queroseno
Gasóleo Ligero
Destilación a Vacío
Gasóleo Ligero de Vacío
Gasóleo Pesado de Vacío
Asfalto

6. Composición química
• El asfalto es un material químicamente muy complicado.
• En él concurren miles de moléculas diferentes.
• Su composición química determina su comportamiento
mecánico. Aunque no se ha determinado una correlación
entre su composición y su comportamiento.
• El asfalto está compuesto por C, H, y pequeñas cantidades
de S, N, O, y trazas de algunos metales como V y Ni.

7. Composición química S.A.R.A.
1.- Precipitación con n-heptano (1)
2.- Colocar la muestra a través de la columna.
3.- Hacer pasar todo el producto por la columna añadiendo
Solvente específicos, Saturados, Nafteno aromáticos y
Polar aromáticos
1 2 3 4
1 Asfaltenos
2 Resinas
3 Aromáticos
4 Saturados
Columna empacada con Sílica o de Alúmina
• El asfalto se separa en 4 fracciones.

8. Composición química
• Asfaltenos. Insolubles en n-Heptano, materiales aromáticos
altamente polares y complejos de alto peso molecular 103 -
105 confieren dureza y viscosidad al asfalto.
• Resinas. Muy polares, dispersan a los asfaltenos. Peso
molecular 102 – 104. La proporción de Resinas a asfaltenos
gobierna el grado de solvatación.
• Aromáticos. Son las moléculas de menor peso molecular en
el asfalto, son el medio en el que están dispersos los
asfaltenos. Son no polares. Buenos solventes, peso molecular
3.102 – 2.103 (40-65%).
• Saturados. Cadenas lineales y ramificadas de hidrocarburos
alifáticos. Son aceites viscosos, no polares, de peso molecular
semejante a los aromáticos incluyen saturados con y sin ceras
(5-20%).

9. Refinerías que producen asfalto en
México
9

10. Clasificación del asfalto
• Por penetración: 50/70, 85/100, 120/150
• Por Viscosidad: AC-5, AC-20, AC-30
• Por PG: PG64-16, PG76-16, PG82-16
10

11. Usos del asfalto
• Impermeabilización, aislamiento, etc.
• Construcción de carreteras:
– Mezcla en caliente. Asfalto fundido con calor
– Mezcla en frío. Mediante emulsión o rebajado
11

12. 12

13. Asfaltos Modificados
• Es un cemento asfáltico al cual le cambiamos las propiedades
químicas y físicas.
¿Que es un asfalto modificado?
¿Porque se modifica el asfalto?
• Las exigencias en los pavimentos se han incrementado
teniendo cargas y velocidades mayores, además los usuarios
exigen condiciones de manejo mas cómodas y seguras, esto
propició la búsqueda de nuevas tecnologías que permitieran
obtener asfaltos con mejor desempeño.

14. ¿Qué propiedades buscamos cambiar al modificar un asfalto?
Susceptibilidad Térmica
Susceptibilidad a los tiempos de carga
Rango de temperaturas de trabajo
Capacidad Elástica
Resistencia al flujo
Adherencia con el agregado
Asfaltos Modificados

15. Asfaltos Modificados
Procesos de modificación
• Modificación Química
Acido Polifosfórico (Endurecimiento)
Modificadores Reológicos
Modificadores de penetración
Promotores de adherencia
• Oxidación
Temperatura + Aire
• Adición de Polímeros

16. Asfalto?
• El asfalto es un material empleado como
ligante en mezclas asfálticas, por sus
características físicas:
• Adhesividad
• Susceptibilidad térmica
• Flexibilidad
• Impermeabilidad
• Entre otras…
3

17. Asfalto?
• El asfalto es un material empleado como
ligante en mezclas asfálticas, por sus
características físicas:
• Adhesividad
• Susceptibilidad térmica
• Flexibilidad
• Impermeabilidad
• Entre otras…
3

18. Proceso de Oxidación con Aire
• Tanques con o sin agitación
• Con dispositivos capaces de burbujear aire en el asfalto
• A temperaturas entre 250 y 400ºC
• El tiempo de proceso depende del grado de oxidación
esperado

19. Asfaltos Modificados
• Tipo I. Elvaloy SB, SBS.
• Tipo II. Látex, Natural, SBR, Neopreno
• Tipo III. Polipropileno, EVA.
• Hule recuperado

20. Asfaltos Modificados Tipo I
• Recuperación Elasticidad
• Mayor rango de temperaturas de trabajo
• Mayor Viscosidad
• Menor Susceptibilidad térmica
• Mayor Módulo
• Mayor resistencia a la fatiga
• Mayor adherencia

21. Asfaltos Modificados Tipo I
Incorporación al asfalto
• Temperaturas Altas > 180ºC
• Tanques con Agitación
• Molienda
• Tiempo de Digestión
• Catalizador o Agente Reticulante

22. Asfaltos Modificados Tipo I

23. Asfaltos Modificados Tipo II
• Elastómeros dispersos en agua
• Elasticidad
• Mayor rango de temperaturas de trabajo
• Mayor Viscosidad
• Menor Susceptibilidad térmica
• Mayor Módulo
• Mayor resistencia a la fatiga
• Mayor adherencia

24. Susceptibilidad
4
60º C
1 hora 10 horas
1 hora
25º C

25. Asfaltos Modificados Tipo III
• Plastómeros
• Aumenta el módulo
• Poco incremento en la elasticidad
• Mayor Viscosidad
• Pueden disminuir la Susceptibilidad térmica
• Aumentan la adherencia (EVA)
• Aumentan el rango de temperaturas de trabajo (Altas)

26. Asfaltos Modificados Tipo III
Incorporación al asfalto
• Temperaturas > 165ºC
• Tanques con Agitación
• Molienda
• Tiempo de Digestión
• Presentan separación en el asfalto modificado

27. Hule Recuperado
• Diferentes fuentes de obtención
• Elasticidad
• Mayor rango de temperaturas de trabajo
• Mayor Viscosidad
• Menor Susceptibilidad térmica
• Mayor adherencia
• Resuelve un problema ecológico
• Separación en asfalto modificado

28. Hule Recuperado
Incorporación al asfalto
• Proceso Sencillo
• Requiere de mucho control
• Velocidad de Agitación Alta
• Presentan separación en el asfalto modificado
• Se degrada Rápidamente
• No es recomendable transportarlo
• Tiempo de vida corto a temp. alta

29. Métodos de Prueba para Asfaltos
Modificados
Ing. Israel Sandoval Navarro
SURFAX S.A. DE C.V.

30. Métodos de prueba para asfaltos modificados
Penetración a 25 y 4ºC
Punto de reblandecimiento
Recuperación elástica por torsión
Resilencia
Recuperación elástica por ductilometro
Viscosidad Rotacional
Separación de polímero
Envejecimiento TFOT

31. Métodos de prueba para asfaltos modificados
Penetración a 25ºC
Carga de 100 gr.
Tiempo de carga 5 seg.
Penetración a 4ºC
Carga de 200 gr.
Tiempo de carga 60 seg.

32. Penetración
• Aguja para prueba de
Penetración.
63mm
1mm
6.3mm

33. Penetración
• Dimensiones de la
cápsula de
Penetración. 55mm
35mm

34. Métodos de prueba para asfaltos modificados
Punto de reblandecimiento por
anillo y esfera.
Aumento de temperatura
5ºC/minuto.
Deformación de 25mm.

35. Punto de Reblandecimiento
• Soporte para los anillos en la
prueba de Reblandecimiento.
25mm

36. Punto de Reblandecimiento
• Dimensiones de anillos y
esferas.
20mm 16mm
9.5mm
Masa = 3.5 gr
Espesor = 6.4mm

37. Punto de Reblandecimiento
• La temperatura de
reblandecimiento se toma
cuando las esferas deforman
el asfalto 25mm

38. • Recuperación elástica
por torsión
Métodos de prueba para asfaltos modificados

39. Recuperación elástica por torsión
• Dimensiones de
embolo y cápsula.
10 mm
25.4mm
55mm
35mm

40. Recuperación elástica por torsión
• El porcentaje de
recuperación es la lectura de
la aguja tomada 30 minutos
despúes de la deformación
de 180˚

41. • Resilencia
Métodos de prueba para asfaltos modificados

42. Resilencia
• Dispositivo para prueba de
resilencia. 85mm
17mm
Masa total = 75 gr.
49mm

43. Resilencia
• Cálculos
L(5s)+100-L(20s)
Carga deformando el asfalto

44. Métodos de prueba para asfaltos modificados
• Recuperación Elástica por
Ductilometro

45. • Probeta para la prueba
Recuperación elástica por ductilometro

46. Recuperación elástica por ductilometro
10mm
30mm
16mm
75mm
Espesor =10mm

47. Recuperación elástica por ductilometro
• Calculos
Def. inicial – L final
Def. inicial

48. • Viscosidad Rotacional
Métodos de prueba para asfaltos
modificados

49. Métodos de prueba para asfaltos modificados
• Separación para Asfalto
Modificado.
• Polímero Tipo I y II
• Cápsula para la
prueba. 30 mm

50. Separación para Asfalto Modificado
• Cápsula despúes del periodo
de reposo, calentamiento y
refrigeración.
Inferior
Central
Superior
Polímero

51. Separación para Asfalto Modificado
• Anillos para la prueba de
separación de polímero.
Inferior Superior

52. Separación para Asfalto Modificado
Procedimiento de
prueba igual al de
reblandecimiento
SuperiorInferior
Inferior Superior
SuperiorInferior
T sup – T inf = ºC

53. Métodos de prueba para asfaltos modificados
• Envejecimiento de Asfaltos
Prueba de envejecimiento de película delgada en Horno
Calculos
W inicial – W final
W inicial
T=163°C, t= 5 hr
m=50gr
5 a 6 rpm

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