Modulo 8

CONTENIDO
Definiciones y tipos de ligantes bituminosos
Clasificación de los cementos asfálticos
Ensayos de clasificación de cementos asfálticos por
penetración y viscosidad
Criterio SUPERPAVE para especificar cementos
asfálticos
Asfaltos modificados con polímeros
Emulsiones asfálticas
Emulsiones asfálticas modificadas
Asfalto líquido para imprimación

LIGANTES BITUMINOSOS
DEFINICIONES Y TIPOS DE

Ligante bituminoso
 Material que contiene betún (bitumen), el cual es un
hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El
asfalto y el alquitrán son materiales bituminosos
Asfalto
 Material aglomerante de color marrón oscuro a negro,
de consistencia variable, constituido principalmente por
betunes. El asfalto puede ser natural u obtenido por
refinación de petróleo
DEFINICIONES

Alquitrán
 Producto hidrocarbonado semisólido o líquido,
resultante de la destilación de la hulla. Su contenido
de betún es menor que el de los asfaltos. Presenta
buena adhesividad con los agregados y resiste el
ataque de los derivados del petróleo, pero presenta
alta susceptibilidad térmica y envejecimiento rápido
DEFINICIONES

OBTENCIÓN DE LOS ASFALTOS EN REFINERÍA

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN
Cemento asfáltico
 Asfalto refinado o una combinación de éste con un aceite
fluidificante, cuya viscosidad es apropiada para los trabajos de
pavimentación
Asfalto líquido
 Cemento asfáltico licuado con solventes como la gasolina
(RC), el kerosén (MC) o un aceite liviano (SC). Su uso está muy
limitado por efectos ambientales
Emulsión asfáltica
 Dispersión de glóbulos de cemento asfáltico dentro de agua
en presencia de un agente emulsificante. Puede ser aniónica o
catiónica, dependiendo de la carga eléctrica de los glóbulos

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

CLASIFICACIÓN DE LOS
CEMENTOS ASFÁLTICOS

Por grados de penetración
 Se basa en el resultado del ensayo de penetración, es
cual describe la consistencia a una temperatura de 25° C
 El Instituto Nacional de Vías ha adoptado dos grados
de cemento asfáltico para pavimentación, con
penetraciones comprendidas dentro de los rangos 60-70
y 80-100

Por grados de viscosidad
 Se basa en la determinación de la viscosidad absoluta del
producto a 60° C
 Cuando las pruebas se realizan sobre el asfalto original se
designan como AC-2.5; AC-5; AC-10; AC-20 y AC-40 y se
designan como AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR 8000 y AR
1600, cuando se efectúan sobre muestras de asfaltos
sometidos a un ensayo de envejecimiento acelerado
 En el primer caso, el número de identificación es la
centésima parte de la viscosidad deseada a 60°C, en Poises, y
en el segundo caso es la viscosidad deseada a la misma
temperatura, en Poises

Por grados de comportamiento
Se basa en el desempeño previsto del ligante y lo
especifica en función de las condiciones climáticas
extremas en que presenta propiedades físicas
adecuadas. Se designan con el acrónimo PG,
acompañado de dos números que indican las
temperaturas máximas y mínimas de diseño (Ejemplo:
PG 64-28)
 Hay 21 clases de asfaltos clasificados por grados de
comportamiento

ELECCIÓN DEL GRADO
DE CEMENTO ASFÁLTICO
 Independientemente del sistema de clasificación
elegido, el grado por escoger depende de las condiciones
ambientales
 El sistema de grados de comportamiento (PG) define
los límites de temperatura dentro de los cuales es
previsible el buen comportamiento del cemento asfáltico

En los otros sistemas, la tendencia es elegir bajos
grados de viscosidad en climas fríos para brindar
mayor flexibilidad para soportar el agrietamiento
térmico a baja temperatura, en tanto que si el clima es
cálido se eligen ligantes de mayor viscosidad para
contribuir en la resistencia de las mezclas a la
deformación permanente
 La elección del grado es importante también en el
diseño del pavimento, por cuanto incide en las
propiedades de rigidez y de fatiga de la mezcla
asfáltica
ELECCIÓN DEL GRADO
DE CEMENTO ASFÁLTICO

ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN
DE CEMENTOS ASFÁLTICOS
POR PENETRACIÓN Y POR
VISCOSIDAD

ENSAYOS PARA CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS
ASFÁLTICOS POR PENETRACIÓN Y VISCOSIDAD
Penetración (INV E-706)
Es una medida de la consistencia del asfalto a la
temperatura especificada para el ensayo

Punto de ablandamiento (anillo y bola) (INV E-712)
Es la temperatura a la cual el cemento asfáltico se
vuelve lo suficientemente blando como para comenzar
fluir. Se suele suponer, en términos amplios, que la
consistencia en este punto es equivalente a la que
presenta cuando su penetración es 800 (0.1mm)
El concepto del punto de ablandamiento es algo
arbitrario y no corresponde exactamente a un cambio
físico del producto, por cuanto la consistencia del asfalto
disminuye gradualmente sin presentar un punto de fusión
definido

Punto de ablandamiento (anillo y bola) (INV E-712)

Índice de penetración de Pfeiffer y Van Doormaal (IP)
 Expresión matemática para estimar la susceptibilidad
térmica de los cementos asfálticos
B
A
T
pen
A
A
A
IP
&
25
800
log
)
log(
50
1
500
20






Donde
pen = penetración a 25°C (0.1 mm)
T A&B= punto de ablandamiento (°C)

Índice de penetración de Pfeiffer y Van Doormaal (IP)
Ejemplo
pen =100 (0.1 mm)
T A&B = 45°C
79
.
0
04515
.
0
*
50
1
04515
.
0
*
500
20
04515
.
0
45
25
800
log
100
log









IP
A

Viscosidad absoluta (INV E-716)
La prueba tiene por finalidad determinar la viscosidad
del cemento asfáltico a la temperatura más alta que el
pavimento suele experimentar durante su servicio

Ductilidad (INV E-702)
Es una medida de cuánto puede estirarse una muestra del
asfalto antes de que se rompa en dos (5cm/minuto, 25º C)
Es un ensayo más de identificación que cuantitativo. Los
asfaltos provenientes de destilación del petróleo al vapor o al
vacío muestran alta ductilidad, en tanto que en los obtenidos por
oxidación o soplado la ductilidad es baja

Punto de inflamación (INV E-709)
Es la temperatura más baja a la cual
se separan materiales volátiles de la
muestra, creando un ―destello‖ en
presencia de una llama abierta
La finalidad de la prueba es
identificar la temperatura máxima a la
cual el producto puede ser manejado
sin peligro de que se inflame

Solubilidad (INV E-713)
Es un procedimiento para medir la pureza del cemento
asfáltico
Una muestra es sumergida en un solvente donde se disuelven
sus componentes cementantes activos, en tanto que las
impurezas (sales, carbono libre, contaminantes inorgánicos) no
se disuelven, sino que se depositan en forma de partículas

Contenido de agua (INV E-704)
Se emplea para determinar la existencia de
contaminaciones indebidas o asegurarse que no se
producirá espuma durante el calentamiento del
producto
El método se basa en la destilación a reflujo de una
muestra del asfalto, junto con un disolvente volátil no
miscible con el agua, el cual, al evaporarse, facilita el
arrastre del agua presente, separándose de ella al
condensarse

Envejecimiento en horno en película fina (INV E-721)
Reproduce el efecto del aire y del calor sobre una
película delgada del ligante asfáltico, simulando el
envejecimiento que éste sufre a corto plazo durante los
procesos de mezclado y colocación de las mezclas de
concreto asfáltico
A la muestra así envejecida, se le determinan la pérdida
de masa, la penetración (25º C), la ductilidad (25º C) y la
viscosidad a 60º C para medir el endurecimiento
anticipado del material durante las operaciones de mezcla
y colocación

Envejecimiento en horno en película fina
(INV E-721)

Envejecimiento al horno en película fina rotativa
(INV E-720)
Reproduce el efecto del aire y del calor sobre una
película delgada del ligante asfáltico en movimiento,
simulando el envejecimiento que éste sufre a corto plazo
durante los procesos de mezclado y colocación de las
mezclas de concreto asfáltico
Las ventajas de este ensayo sobre el del horno en
película fina consisten en que se puede acomodar un
mayor número de muestras en el horno y que el tiempo
requerido para envejecerlas es menor

Horno
Recipientes para el ensayo
(izquierda – luego del ensayo, centro – antes
del ensayo, derecha – vacío)
Envejecimiento al horno en película fina rotativa

Gráfica de Heukelom (Bitumen Test Data Chart)
 Muestra la variación de la consistencia del asfalto con la
temperatura
 Permite determinar gráficamente el índice de penetración
(IP)
 Permite estimar las temperaturas más adecuadas de mezcla y
compactación de las mezclas asfálticas en caliente:
— El cubrimiento satisfactorio del agregado pétreo se
obtiene con una viscosidad aproximada del asfalto de 0.2
Pa.s (2 Poises)
— La viscosidad óptima para compactación se encuentra
entre 2 y 20 Pa.s (20 - 200 Poises)

Gráfica de Heukelom (Bitumen Test Data Chart)

ESPECIFICACIONES DE CEMENTOS ASFÁLTICOS
ESPECIFICACIONES INVIAS CON BASE EN LA PENETRACIÓN
CARACTERISTICA
NORMA DE
ENSAYO INV 60-70 80-100
mín máx mín máx
Penetración (25oC, 100 g, 5 s) 0.1 mm E-706 60 70 80 100
Índice de penetración - E-724 -1 +1 -1 +1
Viscosidad absoluta (60° C) P E-716 1500 1000
Ductilidad (25 oC, 5 cm/min) cm E-702 100 - 100 -
Solubilidad en tricloroetileno % E-713 99 - 99 -
Contenido de agua % E-704 - 0.2 - 0.2
Punto de ignición mediante copa abierta
de Cleveland °C
E-709
230 - 230 -
Pérdida por calentamiento en película
delgada (163oc, 5 h) %
E-721
- 1.0 - 1.0
Penetración del residuo luego de la
perdida por calentamiento, en % de la
penetración original
% E-706 52
-
48
-

Especificaciones ASTM con base en la viscosidad
Requerimientos para cemento asfáltico clasificado por grados de viscosidad a 140o
F (60o
C)
Grado de viscosidad
Ensayo
AC-2.5 AC-5 AC-10 AC-20 AC-40
Viscosidad, 140o
F (60o
C), P
Viscosidad, 275o
F (135o
C), mínimo, cSt.
Penetración 77o
F (25o
C), 100g. 5 s. mínimo
Punto de llama copa abierta Cleveland, mínimo o
F (o
C)
Solubilidad en tricloroetileno, mínimo %
Ensayos sobre el residuo del TFOT:
Viscosidad 140o
F (60o
C), máximo
Ductilidad, 77o
F (25o
C), 5cm/min. mínimo cm.
250 + 50
80
200
325 (163)
99.0
1250
100A
500 + 100
110
120
350 (177)
99.0
2500
100
1000 + 200
150
70
425 (219)
99.0
5000
50
2000 + 400
210
40
450 (232)
99.0
10000
20
4000 + 800
300
20
450 (232)
99.0
20000
10
F (60o
C)
Ensayo AC-2.5 AC-5 AC-10 AC-20 AC-30 AC-40
Viscosidad, 140o
F (60o
C), P
Viscosidad, 275o
F (135o
C), mínimo cSt.
Penetración 77o
F (25o
F (o
C)
Ensayos sobre el residuo del TFOT:
Viscosidad 140o
F (60o
C), máximo
Ductilidad, 77o
F (25o
250 + 50
125
200
325 (163)
99.0
1250
100A
500 + 100
175
140
350 (177)
99.0
2500
100
1000 + 200
250
80
425 (219)
99.0
5000
75
2000 + 400
300
60
450 (232)
99.0
10000
50
3000 + 600
350
50
450 (232)
99.0
15000
40
4000 + 800
400
40
450 (232)
99.0
20000
25
F (60o
C)
Ensayos sobre el residuo del RTFOT: AR-1000 AR-2000 AR-4000 AR-8000 AR-16000
Viscosidad, 140o
F (60o
C), P
Viscosidad, 275o
F (135o
C), mínimo, cSt.
Penetración 77o
F (25o
% de penetración original, 77oF (25oC), mínimo
Ductilidad, 77o
F (25o
Ensayos sobre el asfalto original:
F (o
C)
1000 + 250
140
65
-
100A
400 (205)
99.0
2000 + 500
200
40
40
100B
425 (219)
99.0
4000 + 1000
275
25
45
75
400 (227)
99.0
8000 + 2000
400
20
50
75
450 (232)
99.0
16000 + 4000
550
20
52
75
460 (238)
99.0

COMPARACIÓN DE GRADOS DE PENETRACIÓN Y VISCOSIDAD

VENTAJAS DE LA CLASIFICACIÓN
POR GRADOS DE PENETRACIÓN
Los grados de los asfaltos se relacionan con las
temperaturas promedio de servicio
 Los ensayos son sencillos y de rápida ejecución
 Bajos costos de capital
 Los ensayos se pueden realizar en laboratorios de
obra
 Se puede establecer la susceptibilidad térmica

DESVENTAJAS DE LA CLASIFICACIÓN
POR GRADOS DE PENETRACIÓN
El ensayo de penetración es empírico
 La velocidad de corte durante el ensayo es alta y
variable
 Similares penetraciones a 25°C no reflejan amplias
diferencias en el comportamiento de los asfaltos en
condiciones de servicio
 Las temperaturas de mezcla y compactación no están
disponibles

POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AC)
 La viscosidad es una propiedad fundamental del asfalto
 La evaluación se realiza en un amplio rango de
temperaturas
 La evaluación considera la máxima temperatura de la
superficie del pavimento
 Se tiene en cuenta la susceptibilidad térmica
 Se dispone de información sobre las temperaturas de
mezcla y compactación

POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AC)
Mayor costo y tiempo de ejecución de los ensayos
 Se requiere mayor pericia técnica
 La clasificación no es válida para asfaltos no
newtonianos
 Asfaltos ubicados en el mismo grado pueden
presentar un amplio rango de propiedades

POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AR)
 Representa las propiedades del asfalto después de
calentado y mezclado en planta
 Mide una propiedad fundamental del asfalto
 Evaluación en un amplio rango de temperaturas
 Limita el uso de asfaltos muy susceptibles al
envejecimiento

POR GRADOS DE VISCOSIDAD (AR)
 Alto costo y largo tiempo de ejecución de los ensayos
 Requiere diferentes equipos y pericia técnica
Clasificación no válida para asfaltos no newtonianos
 No hay ensayos de consistencia para el asfalto original
 Amplio rango de propiedades para asfaltos del mismo
grado

CRITERIO SUPERPAVE
PARA ESPECIFICAR

ESPECIFICACIONES SUPERPAVE
SOBRE LIGANTES ASFÁLTICOS
Introducción
 SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt
Pavement) es un sistema de especificación de los
materiales constitutivos, diseño de mezclas asfálticas y
su análisis, y la predicción del comportamiento de los
pavimentos, incluyendo equipos de ensayo, métodos de
ensayo y criterios. El sistema especifica los ligantes con
base en el clima y la temperatura prevista en el
pavimento

Introducción (cont.)
El ligante se especifica por grados de comportamiento
(grados de performance -PG-), por ejemplo, PG 64-22
 Los números (64 y -22) indican las temperaturas más
alta y más baja, en grados Celsius, dentro de las cuales el
ligante poseería propiedades físicas adecuadas
ALTA TEMPERATURA BAJA TEMPERATURA (-)
PG 52 10, 16, 22, 28, 34, 40, 46
PG 58 16, 22, 28, 34, 40
PG 64 16, 22, 28, 34, 40
PG 70 10, 16, 22, 28

Introducción (cont.)
El sistema mide las propiedades físicas tanto sobre
el ligante sin envejecer, como sobre el ligante
envejecido en el laboratorio, para simular las
condiciones de envejecimiento en un pavimento real
a corto y largo plazo

El envejecimiento se simula con 2 dispositivos:
Horno de película fina rotativa (RTFO)
Equipo de envejecimiento a presión (PAV)
 Las propiedades físicas de los ligantes son medidas con
4 dispositivos:
Viscosímetro rotacional (RV = rotational viscosimeter)
Reómetro de corte dinámico (DSR = dynamic shear
rheometer)
Reómetro de flexión (BBR = bending beam rheometer)
Ensayo de tracción directa (DTT = direct tension test)

ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO

Envejecimiento del asfalto en horno de película fina
rotativa (RTFO)
Simula el envejecimiento durante el mezclado y la
etapa de construcción

ENVEJECIMIENTO A LARGO PLAZO

Envejecimiento del asfalto en equipo de envejecimiento
a presión (PAV)
 Muestras de 50 gramos del ligante son envejecidas
durante 20 horas bajo una presión de 300 psi, a alta
temperatura, simulando el envejecimiento del ligante
después de 7 a 10 años de servicio

VERIFICACIÓN DE VISCOSIDAD DURANTE EL
PROCESO CONSTRUCTIVO

Viscosímetro rotacional
 Caracteriza el stiffness del ligante a 135°C,
temperatura a la cual éste actúa casi enteramente como
fluido
 El equipo consiste en un cilindro rotacional coaxial,
que mide la viscosidad por medio del torque requerido
para rotar un eje dentro de una muestra de ligante a una
velocidad constante
 La especificación exige una viscosidad menor de 3
Pa.s, a 135°C, para garantizar que el ligante es
bombeable y manejable durante la elaboración de la
mezcla

Viscosímetro rotacional

VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIAALAHUELLAMIENTO
Y A LA FATIGA DURANTE EL PERÍODO DE SERVICIO

Reómetro de corte dinámico (DSR)
 Se emplea para caracterizar las propiedades
viscoelásticas del ligante
 Mide el módulo complejo en corte (G*) y el ángulo de
fase (d), sometiendo a tensiones de corte oscilante una
pequeña muestra del ligante, colocada entre dos platos
paralelos y midiendo la deformación de corte resultante
Si el material es totalmente elástico, no hay retraso
entre la tensión de corte y la respuesta de la deformación
específica de corte (d0)
 Si el material es totalmente viscoso, la respuesta está
totalmente desfasada (d90)

Reómetro de corte dinámico (DSR) (cont.)
Los materiales viscoelásticos tienen un ángulo de
fase entre 0° y 90°, dependiendo de la temperatura del
ensayo
La especificación de ligantes SUPERPAVE controla
el stiffness del asfalto a las mayores temperaturas de
servicio y a las temperaturas intermedias

Reómetro de corte dinámico (DSR) (cont.)
A altas temperaturas ( > 46°C ), lo hace mediante la
relación G*/sen d , buscando garantizar que el asfalto
provea su mayor aporte a la resistencia global al corte
de la mezcla en términos de la elasticidad a altas
temperaturas (protección contra el ahuellamiento)
A temperaturas intermedias (7°C a 34°C), lo hace
mediante el producto G*(sen d ), asegurando que el
ligante no contribuya a la fisuración por fatiga

Reómetro de corte dinámico (DSR)

VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA AL
AGRIETAMIENTO A BAJA TEMPERATURA

Reómetro de flexión de viga (BBR)
 Caracteriza las propiedades de stiffness del ligante
a bajas temperaturas
 Mide el stiffness en ―creep‖(S) y el logaritmo de
la viscosidad de deformación en ―creep‖ (m)
 Una pequeña viga de ligante es sometida a ―creep‖
a baja temperatura y conociendo la carga aplicada y
la deflexión durante todo el ensayo, el stiffness en
―creep‖ puede ser determinado para diversos tiempos

 El logaritmo de la velocidad de deformación en creep
―m‖ es la pendiente de la curva log (St) vs log (t), para
un tiempo de 60 segundos

 Ligantes con bajo stiffness en creep no se fisurarán en
tiempo muy frío
 Ligantes con alto valor de ―m‖ son más efectivos en
la relajación de las tensiones que se desarrollan cuando
la temperatura desciende, asegurando un fisuramiento
mínimo por baja temperatura
 Algunos ligantes (en especial los modificados con
polímeros) pueden tener a baja temperatura un stiffness
en creep más alto que el deseado sin que se fisuren,
debido a que conservan su capacidad para estirarse sin
fracturas a bajas temperaturas

Ensayo de tensión directa (DTT)
 Verifica que el ligante sea suficientemente dúctil a
bajas temperaturas cuando su stiffness en ―creep‖ es
muy alto
 El DTT provee la deformación específica de rotura
en tracción, medida sobre una muestra pequeña de
forma de hueso que es estirada a baja temperatura
hasta que se corta

Ensayo de tensión directa (DTT)

ASFALTO ENSAYO PROPIEDAD
Punto de inflamación Seguridad en el manejo
Viscosidad a 135°C Facilidad de bombeo
Corte dinámico (DSR)
Asegurar una rigidez y elasticidad mínimas que eviten
el ahuellamiento a altas temperaturas
Perdida de masa Garantizar ausencia de solventes o humedad
Asegurar una rigidez y elasticidad mínimas que eviten
el ahuellamiento a altas temperaturas
Asegurar resistencia a la fatiga a temperaturas
intermedias
Reómetro de flexión (BBR) Prevención de fisuración en tiempo frío
Tracción directa (DTT) Complementa el BBR, cuando S es alto
ORIGINAL
SOMETIDO AL
ENVEJECIMIENTO A
PRESIÓN
SOMETIDO AL
ENSAYO RTFO
PROPIEDADES QUE INTENTAN MEDIR LOS DIFERENTES ENSAYOS

Ejemplo de clasificación por el sistema PG

ASFALTOS MODIFICADOS
CON POLÍMEROS

Asfaltos cuyo comportamiento es mejorado en
términos de su tolerancia a los esfuerzos y a los cambios
térmicos, merced a una modificación del balance de
comportamiento en el rango de temperaturas de
aplicación y servicio

Beneficios que se buscan con la modificación del asfalto
 Aumentar la rigidez a altas temperaturas de servicio,
mejorando la resistencia de las mezclas a la deformación
permanente
 Reducir la rigidez a bajas temperaturas, previniendo la
fisuración térmica.
 Aumentar la resistencia a la fatiga de las mezclas
 Mejorar la adhesión con los agregados pétreos
 Mejorar la cohesión, brindando mejor retención de los
agregados en la vida inicial de los tratamientos superficiales

Beneficios que se buscan con la modificación del asfalto
Reducir el endurecimiento en servicio, brindando una
vida superior a la mezcla, debido a la retención de sus
ventajas iniciales
 Disminuir la susceptibilidad térmica en el rango de
temperaturas de servicio
 Aumentar la viscosidad a bajas velocidades de corte,
permitiendo mayores espesores de película en el agregado
en mezclas abiertas y reduciendo la exudación en
tratamientos superficiales
CADA ADITIVO MODIFICADOR PUEDE SER EXITOSO EN LA MEJORA DE
CUANDO MENOS UNA DE LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO, PERO NO EXISTE
EL ADITIVO CURALOTODO.

fatiga térmico
Llenantes 1 Alguno
Alguno
Alguno Baja Bajo Requiere supresión de
polvo
Fibras 0 Sí Alguno Baja Bajo Problemas de salud
Asfalto natural 1 Sí Alguno Baja Medio
Modificadores
químicos
1 Alguno Alguno Media Medio
Azufre
0
Sí Media Medio Vapores tóxicos al
calentar
Polímeros
termoendurecibles
1 Sí Sí Sí Sí Sí Alta Alto Nocivos a la salud
Polímeros
termoplásticos
(plastómeros)
1 Sí Media Medio - Alto Posibilidad de producir
un monómero nocivo
Elastómeros 1 Sí Sí Sí Sí Alta Medio - Alto
Caucho reciclado 1 Sí Sí Alta Medio Usa material de
desperdicio
Modificador
1, En el mismo grupo genérico hay un amplio rango de composición de modificadores y de beneficio sobre el comportamiento. La tabla brinda sólo un panorama
amplio y no se debe usar como guía para elegir un modificador con un propósito específico.
Dificultad de
reciclar
Costo
adicional
Consideraciones
ambientales
Agrietamientos
Notas Deformación
permanente
Envejecimi
ento
Stripping
RESUMEN DE LOS BENEFICIOS POTENCIALES DE LOS ASFALTOS
MODIFICADOS SOBRE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS (SHELL)

DEFINICIÓN
 Sustancias macromoleculares, formadas por
asociación de gran cantidad de moléculas sencillas,
cuya característica esencial es su elevado peso
molecular
POLÍMEROS

Termoendurecibles : Formados por reacción química de los
componentes (base y endurecedor), dando lugar a una
estructura entrecruzada. Ejemplos: resinas epoxi, resinas de
poliéster, etc.
 Termoplásticos: Polímeros solubles que se reblandecen por
acción de calor y pueden llegar a fluir. Ejemplos: Polietileno
(PE), policloruro de vinilo (PVC), copolímeros de etileno –
acetato de vinilo (EVA), etc.
 Elastómeros: Polímeros lineales amorfos que al ser
sometidos a vulcanización adquieren una estructura
parcialmente reticulada que les confiere propiedades
elásticas. Ejemplos: Caucho natural (NR), caucho de
butadieno–estireno (SBR), elastómeros termoplásticos (SBS)
TIPOS DE POLÍMEROS

CARACTERÍSTICAS DE LOS POLÍMEROS COMPATIBLES
PARA LA MODIFICACIÓN DELASFALTO
Cadena general suficientemente larga y baja
polaridad
Peso molecular elevado, pero no excesivamente alto
para reducir riesgos por excesiva viscosidad y
problemas de dispersión
 Baja temperatura de transición vítrea
POLÍMEROS

Las familias de polímeros más utilizadas para la
modificación del asfalto son:
— Plastómeros, basados normalmente en polímeros
de etileno (EVA), cuyos grados difieren en función
de la cuantía del acetato de vinilo y del peso
molecular
— Elastómeros termoplásticos, generalmente de
tipo SBS lineal, que le confieren al asfalto una baja
susceptibilidad térmica, buenas características
mecánicas y alta flexibilidad a bajas temperaturas
POLÍMEROS
POLÍMEROS MÁS UTILIZADOS EN LA MODIFICACIÓN
DELASFALTO

ASFALTO MODIFICADO CON UN POLÍMERO DEL TIPO SBS
ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS

FABRICACION
La fabricación consiste en la incorporación, en el seno
del asfalto, de polímeros compatibles con éste, mediante
el empleo de un molino coloidal de elevado poder de
cizallamiento, durante un tiempo y a una temperatura
determinados, los cuales dependen de la naturaleza y del
contenido de cada uno de los componentes

FABRICACION

EFECTOS DEL EVA SOBRE LAS PROPIEDADES
DELASFALTO
 Disminuye la penetración
 Aumenta el punto de ablandamiento
 Incrementa el índice de penetración
 Produce poco efecto sobre la ductilidad a 5ºC (poca
capacidad de deformación rotura a baja temperatura)
 Aumenta de manera moderada la recuperación
elástica por torsión

EFECTOS DEL SBS SOBRE LAS PROPIEDADES
DELASFALTO
 Disminuye la penetración
 Aumenta el punto de ablandamiento
 Incrementa el índice de penetración (más que el
EVA)
 Aumenta sustancialmente la ductilidad a 5ºC
 Produce incrementos de importancia en la tenacidad
 Aumenta de manera importante la recuperación
elástica

Ensayo de recuperación elástica por torsión (INV E-727)
 Un cilindro inmerso en una muestra del asfalto a 25º C se gira
horizontalmente 180º y después de 30 minutos se mide el ángulo
que ha recuperado a causa de la elasticidad del asfalto (A)
Recuperación elástica = 100
*
180
A

X
X
X
Ensayo de recuperación elástica en ductilómetro (ASTM D6084
– INV E-742)
 Una muestra del asfalto modificado es sometida a un
estiramiento de 20 cm en el ductilómetro, a 25º C, a razón de
5 cm/minuto
Al alcanzar esa longitud se corta la muestra y se determina
la longitud que se recupera luego de una hora (X)
Recuperación elástica = 100
*
20
X

térmico por fatiga
Termoenderucibles +++ ++ ++ + + muy alto
Elastómeros ++ ++ ++ + 0/+ medio/alto
Plastómeros + + 0 0 0 medio
Caucho de llanta usada 0/+ +/++ + 0 0 medio
ADHESIÓN A
LOS
AGREGADOS
RESISTENCIA AL
ENVEJECIMIENTO
INCREMENTO DE
COSTO
POLÍMERO
al agrietamiento
a la
deformación
permanente
RESISTENCIA
PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN
LAS PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR
DIFERENTES CLASES DE POLÍMEROS
+++ muy efectivo ++ mejora sustancial + mejora significativa 0 poca o ninguna mejora

 Los termoendurecibles producen ligantes de
propiedades muy superiores, pero son muy costosos y
difíciles de elaborar y aplicar
 Los elastómeros (SBS) mejoran sustancialmente la
resistencia a la deformación, a la fisuración térmica y a la
fatiga; favorecen la adhesividad con los agregados y la
resistencia al envejecimiento
PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN LAS
PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR DIFERENTES
CLASES DE POLÍMEROS

Los plastómeros (EVA) mejoran la resistencia a la
deformación permanente, pero tienen poco efecto sobre
las demás características
 El efecto del caucho de llanta usada es muy
variable, dependiendo del tipo y del porcentaje de
caucho y de las condiciones de procesamiento
PANORAMA DEL MEJORAMIENTO PRODUCIDO EN LAS
PROPIEDADES DE LOS ASFALTOS POR DIFERENTES
CLASES DE POLÍMEROS

TIPOS DE ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS, INCLUIDOS
EN LAS ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS
TIPO V:: De alta consistencia, recomendado para la manufactura de mezclas de alto módulo
TIPO I: Es un asfalto de utilización en aglomerado asfáltico, y dentro de éste, su mayor aplicación son las
mezclas drenantes. Está pensado para el uso de un polímero tipo EVA o polietileno
TIPO II: También para aglomerado asfáltico, de cualquier tipo. El polímero sería de tipo SBS y con grado de
modificación intermedia, suficiente para muchas aplicaciones (entre ellas por ejemplo, los drenajes), con un
costo menor al Tipo III
TIPO III: Dentro de los tipos para utilizar en aglomerados asfálticos, éste sería el de mayor modificación
siendo su aplicación principal las mezclas densas y las mezclas discontinuas en caliente para capa de
rodadura. Su polímero es del Tipo SBS.
TIPO IV: De mayor penetración se aplicaría a mezclas antifisuras (tipo arena-asfalto) o riegos en caliente
(membranas tipo SAM o SAMI). El polímero es también SBS, el cual garantiza la alta elasticidad exigida a
los ligantes en estos tratamientos. Por esto mismo, el nivel de modificación es también elevado

ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS

EMULSIONES
ASFÁLTICAS

EMULSIONES ASFÁLTICAS
DEFINICIÓN
 Dispersión homogénea de pequeños glóbulos de cemento
asfáltico cubiertos por un emulsificante, dentro de una fase
continua acuosa
 Su fabricación requiere dos tipos de energía:
— Una mecánica, aportada por un molino coloidal que
fragmenta el asfalto en forma de gotas esféricas
— Una físico - química, que evita que los glóbulos se
unan unos con otros, la cual es aportada por el
emulsificante, que disminuye la tensión interfacial entre
el asfalto y el agua y crea una carga eléctrica en la
superficie de los glóbulos

ESQUEMA DE PLANTA DE FABRICACIÓN

Clasificación de las emulsiones asfálticas
a) Por el tipo de emulsificante utilizado en su elaboración
Aniónicas Catiónicas
Fabricadas a partir de emulsificantes iónicos
que al disociarse en el agua, el glóbulo de betún
queda rodeado de cargas negativas
Fabricadas a partir de emulsificantes iónicos que
al disociarse en el agua, el glóbulo queda
rodeado de cargas positivas
Los emulsificantes utilizados son jabones
procedentes de la reacción química de ácidos
grasos de cadena larga o resinas, con bases
inorgánicas fuertes como el NaOH.
Los emulsificantes usados son sales originadas
por acción de ácidos minerales, como el HCl,
sobre productos amínicos
Son de reducida aplicación (agregados calizos y
condiciones ambientales muy favorables)
Se adaptan perfectamente a la mayor parte de
los agregados y permiten trabajar en condiciones
abientales menos favorables.




 



 Na
RCOO
O
H
RCOONa
NaOH
RCOOH O
H
,
2
2



 


 Cl
RNH
Cl
RNH
HCl
RNH O
H
,
3
3
2 2

a) Por el tipo de emulsificante utilizado en su elaboración

b) Por su velocidad de rotura
 Rotura es la separación irreversible del asfalto y del agua de la
emulsión. En función de la velocidad de rotura, es decir, de su
mayor o menor facilidad para romper el equilibrio de las
emulsiones cuando se enfrentan con los agregados pétreos, se
subdividen en:
-De rotura rápida (ARR-CRR)
-De rotura media (ARM - CRM)
-De rotura lenta (ARL - CRL)
 La obtención de una u otra se logra en función del tipo y de la
cantidad de emulsificante empleado

Beneficios de su aplicación
 En la mayoría de los casos se puede utilizar sin calentamiento
alguno y no requieren solventes de petróleo para su
fluidificación
 Previenen la contaminación ambiental, porque las emisiones
de productos hidrocarbonados son nulas o muy pequeñas
 Tienen capacidad para envolver agregados pétreos húmedos
 Se pueden formular para satisfacer múltiples requisitos de
diseño y construcción
 No se presentan riesgos de incendio durante su manejo y
aplicación

ENSAYOS PARA CLASIFICAR
LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS
ENSAYOS DE CALIDAD EN CUANTO A SU
FABRICACIÓN
 pH
 Carga de partículas
 Contenido de agua
 Destilación
 Estabilidad al almacenamiento
 Tamizado

Potencial de hidrógeno (pH) (INV E-768)
Determina el grado de acidez o alcalinidad de la fase acuosa,
indicando el tipo de emulsión, ya que las catiónicas son ácidas
(pH < 7) y las aniónicas son alcalinas (pH >7)

Ensayo de carga eléctrica de
partículas (INV E-767)
Se realiza para identificar la
polaridad de los glóbulos de
asfalto de la emulsión, teniendo
carga eléctrica negativa las
aniónicas y positiva las catiónicas
Se aplica una carga de 8
miliamperios y los glóbulos se
dirigen hacia el lado que presente
carga contraria a la del
emulsificante que ellos tienen

Es un procedimiento rápido para
conocer la concentración del ligante en
una emulsión asfáltica
Se coloca en un matraz una determinada
cantidad de emulsión con un disolvente no
miscible con el agua, sometiéndola a
calentamiento
El agua y el disolvente se destilan
condensándose en un refrigerante, del cual
caen a un colector graduado donde se
puede leer la cantidad de agua que
contenía la emulsión

Destilación (INV E-762)
Permite obtener el contenido
de agua y disolventes que
presenta la emulsión al
calentarla a 260° C
El residuo se recupera para
realizar sobre él pruebas de
penetración, ductilidad y
solubilidad, para saber cómo
ha afectado al cemento
asfáltico el calentamiento

Estabilidad en almacenamiento (INV E-764)
Ayuda a conocer la homogeneidad que presenta la emulsión al
ser almacenada durante largo tiempo y consiste en dejar reposar
durante 5 días el producto y determinar la concentración de
asfalto en él, en diferentes alturas del depósito

Tamizado (INV E-765)
Su finalidad es determinar si
la emulsión contiene grumos de
asfalto coagulado que puedan
entorpecer el funcionamiento de
los distribuidores de presión de
los carrotanques
 La prueba se realiza
determinando el residuo que se
retiene en el tamiz # 20

ENSAYOS DE CALIDAD EN CUANTO A SU
APLICACIÓN
 Viscosidad
 Demulsibilidad
 Mezcla con cemento
 Resistencia a la acción del agua (adhesividad)

Viscosidad Saybolt – Furol (INV E-763)
Mide la consistencia de la emulsión, dando una idea de su
manejabilidad y de su comportamiento a las temperaturas
utilizadas durante la construcción
Se determina el tiempo que tardan en salir del viscosímetro
60 cm3 de emulsión a la temperatura especificada

Rotura
a) Demulsibilidad (INV E-766)
 Se aplica a las emulsiones catiónicas de rotura
rápida para determinar su estabilidad al enfrentarse
con los agregados
 La emulsión se somete a adiciones de una solución
al 0.8% de dioctilsulfosuccinato sódico para
provocar su rotura, tamizándola posteriormente por
el tamiz # 14, determinando el residuo retenido en
dicho tamiz

Rotura
b) Mezcla con cemento (INV E-770)
Tiene por objeto fijar una condición de mínima
estabilidad para las emulsiones de rotura lenta en
mezclas con agregados que contengan una elevada
proporción de finos
Se diluye la emulsión al 55% y se mezclan 100 cm3
de ella con 50 gramos de cemento, determinando la
cantidad de mezcla que no pasa el tamiz # 14

Recubrimiento del agregado y resistencia al
desplazamiento (INV E-769)
Sirve para determinar la capacidad de la emulsión
para envolver el agregado, para soportar el mezclado
sin que se rompa la película formada y para resistir la
acción de lavado del agua después de completado el
mezclado
Aunque la prueba se puede realizar con cualquier
emulsión, solamente está especificada para emulsiones
de rotura media

Especificaciones del Instituto Nacional de Vías para emulsiones asfálticas catiónicas
TIPOS DE EMULSIONES
ROTURA RAPIDA ROTURA
MEDIA
ROTURA LENTA
CRR - 1 CRR - 2 CRM CRL - 0 CRL - 1 CRL - 1h
1. ENSAYO SOBRE EMULSION Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx
Viscosidad E-763
· Saybolt Furol a 25° C Seg - - - - - - - 50 - 200 - 100
· Saybolt Furol a 50° C Seg 20 100 20 300 20 400 - - - - - -
Contenido de agua en volumen % E-761 - 40 - 35 - 35 - 50 - 43 - 43
· Sedimentación a los 7 días % E-764
-
5
-
5
-
5
-
10
-
5
-
5
Destilación: Contenido de Asfalto Residual % E-762 60
-
65
-
60
-
40
-
57
-
57
-
· Contenido de disolventes % - 3 - 3 - 12 10 20 - - - 0
Tamizado: Retenido T 20 (850 m) E-765
-
0.1
-
0.1
-
0.1
-
0.1
-
0.1
-
.1
Rotura: Dioctilsulfosuccinato sódico % E-766 40
-
40
- - - - - - - - -
· Mezcla con cemento % E-770 - - - - -
-
- - - - - 2
Carga Partícula E-767 POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA
pH E-768 - 6 - 6 - 6 - 6 - 6 - 6
desplazamiento
· Con agregado seco
E-769
- - - -
Buena
- - - - - -
· y acción del agua Satisfactoria
· Con agregado húmedo - - - - Satisfactoria - - - - - -
· Con agregado húmedo y acción del agua - - - - Satisfactoria - - - - - -
2. ENSAYOS SOBRE RESIDUO DE
ESTILACION
Penetración (25oC,100gr,5seg)
0.1 mm.
E-706 60
100
100
250
60
100
100
250
100 250 200 300 60
100
100
250
60 100
Ductilidad (25oC,5cm/m) cm. E-702 40 - 40 - 40 - 40 - 40 - 40 -
Solubilidad en tricloroetileno % E-713 97 - 97 - 97 - 97 - 97 - 97 -

MODIFICADAS

EMULSIONES ASFÁLTICAS MODIFICADAS
 Las ventajas de los asfaltos modificados son aplicables
al ligante residual de las emulsiones modificadas
 La modificación se logra de dos maneras:
— Añadiendo látex a la fase acuosa y empleando un
cemento asfáltico convencional. Es una dispersión de
látex en medio de la emulsión
— Elaborando la emulsión con betunes previamente
modificados con polímeros. El grado de modificación
es mayor que el obtenido con látex, a igualdad de
contenido de polímero

ENSAYOS PARA CLASIFICAR LAS
Ensayos sobre emulsiones modificadas
Son los mismos que para emulsiones convencionales,
puesto que no debe haber diferencias apreciables en las
características, por el hecho de que el ligante esté modificado
Las diferencias se presentan en el ensayo para obtener el
residuo, el cual no se puede obtener por destilación, sino por
evaporación (INV E-771), puesto que el polímero pudiera
degradarse a las altas temperaturas alcanzadas durante el
proceso de destilación
El ensayo de solubilidad no se incluye, puesto que ciertos
polímeros pueden presentar problemas por no ser solubles o
por la dificultad en conseguir la solubilización

Ensayos sobre emulsiones modificadas (cont.)
Como ensayos adicionales sobre el residuo se incorporan:
—Punto de ablandamiento, el cual permite conocer el
comportamiento del ligante a alta temperatura y
comprobar la modificación del mismo
—Ductilidad a 5°C, el cual permite conocer el
comportamiento del ligante a baja temperaturas
—Recuperación elástica, el cual se incluye para medir la
elasticidad del ligante modificado
ENSAYOS PARA CLASIFICAR LAS

ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LAS
EMULSIONES ASFÁLTICAS MODIFICADAS CON POLÍMEROS
TIPOS DE EMULSIONES
Norm
a de ROTURA RÁPIDA R. MEDIA R. LENTA
ensay
o
CRR-1m CRR-2m CRMm CRL-1hm
1. ENSAYOS SOBRE EMULSIÓN INV Mín
.
Má
x.
Mín
.
Má
x.
Mín
.
Má
x.
Mín
.
Má
x.
Viscosidad Saybolt Furol E-763
a 25ºC s 100
a 50ºC s 20 100 20 300 20 450
Contenido de agua en volumen % E-761 - 40 - 35 - 35 - 43
Estabilidad almacenamiento E-764
Sedimentación a los 7 días % - 5 - 5 - 5 - 5
Destilación E-762
Contenido de asfalto residual % 60 - 65 - 60 - 57 -
Contenido de disolventes % - 3 - 3 - 12 - 0
Tamizado E-765
Retenido en tamiz nº 20 (850 m) % - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1
Rotura
Dioctilsulfosuccinato sódico % E-766 40 - 40 - - - - -
Mezcla con cemento % E-770 - - - - - - - 2
Carga partícula E-767 Positiva Positiva Positiva Positiva
pH E-768 - 6 - 6 - 6 - 6
desplazamiento
E-769
Con agregado seco - - Buena - - - -
Con agregado seco y acción del agua - - Satisfactori
a
- - - -
Con agregado húmedo - - Satisfactori
a
- - - -
Con agregado húmedo y acción del agua - - Satisfactori
a
- - - -
2. ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO DE EVAPORACIÓN E-771
Penetración (25ºC, 100 g, 5 s) 0.1m
m
E-706 60
100
100
250
60
100
100
250
100 250 60 100
Punto de ablandamiento ºC E-712 55
45 -
-
55
45 -
-
40
- 55
45 -
-
Ductilidad (5ºC, 5 cm/min) cm E-702 10 - 10 - 10 - 10 -
Recuperación elástica por torsión 25ºC % E-727 12 - 12 - 12 - 12 -

ASFALTO LÍQUIDO PARA
RIEGOS DE IMPRIMACIÓN

ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN
A pesar de la limitación en el uso de los asfaltos líquidos
por razones ambientales, las especificaciones del INVÍAS
contemplan el uso del MC 30, específicamente para riegos de
imprimación, dado que se considera que su comportamiento
es mejor que el de las emulsiones asfálticas destinadas al
mismo uso
La denominación MC se refiere al tipo de solvente
involucrado en el asfalto (kerosén)
El símbolo numérico (30) se refiere a la viscosidad
cinemática mínima, en centistokes, que debe presentar el
producto a 60ºC. La viscosidad máxima admisible
corresponde al doble del valor de identificación del asfalto

ASFALTO LÍQUIDO PARA IMPRIMACIÓN
ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS
ASFALTOS LÍQUIDOS PARA RIEGOS DE IMPRIMACIÓN

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