2. materiales bituminosos [modo de compatibilidad]

TECNOLOGIA DEL

1

TECNOLOGIA DEL ASFALTO

ASFALTO O PRODUCTOS BITUMINOSOS

2

UTILIZADOS EN PAVIMENTACIÓN Y MEJORAMIENTOS

Son sustancias en las cuales el betún o bitumenestán presentes o de los cuales se puede extraer

Construcción de Pavimentos

Productos Naturales

MATERIALES BITUMINOSOS

3

Productos NaturalesProductos Manufacturados

Solo se consideran Hidrocarburos que tengancaracterísticas ligantes o de los cuales seobtenga un residuo.

El empleo del asfalto se remonta desde tiemposinmemorables y existen varias referencias de su empleoa través de la historia (Arca de Noe, Sumerios)

3.800 a 540 A.C. Mesopotamia – Aglomerantes

En el siglo XIX los mayores usos del asfalto fueron

Historia Historia

4

En el siglo XIX los mayores usos del asfalto fueronintroducidos

3.800 a 540 A.C. Mesopotamia y Valle del Indo

300 A.C. Egipto – Embalsamientos

1802 D.C. Francia roca asfáltica. Pavimentación desuelos y puentes

Periodos más importantes del asfaltoPeriodos más importantes del asfalto

5

suelos y puentes1834 -1840 Tratamientos superficiales

1838 D.C. Philadelphia roca asfáltica – aceras

1870 D.C. Newark –Nueva Jersey 1er PavimentoAsfaltico

•A mediados del mismo la roca asfáltica participaba en lapavimentación de las calles de Europa y después de 1.870 enU.S.A.

� En Estados Unidos, primeramezcla asfáltica en 1870– Pennsylvania .– Se usó asfalto de lago de

la Isla de Trinidad

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•Tecnología del petróleo promueve pavimentos asfálticos

•Inicio siglo XX aparece vehículo

� Dos Fuentes:– Isla de Trinidad– Bermudez, Venezuela

Coche a vapor ideado por Isaac Newton 1680

• Aparición del vehículo genero nuevas tecnologías

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Isaac Newton 1680Primeros vehículos 1770-1805

Máquinas a vapor que trasladaban hasta 18 personas a

a 25 km/hr

•1905 New –York tratamiento superficial con emulsión

•1920 Incremento tto superficiales – iniciaba MDC

•1930 España y Francia emulsiones asfálticas -suelos

•Después de la II guerra evolución tecnología mezclas

8

•Después de la II guerra evolución tecnología mezclas

asfálticas –Abiertas- Cerradas –Frío -Caliente

• 1953 en Europa - Emulsiones catiónicas

•Máquinas extendedoras

•1974 crisis energética mezclas en frío

•Desarrollo guías de diseño –Materiales modificados

•Finales Siglo XX – Boyaca

ASFALTO NATURAL ASFALTO NATURAL

YY

ASFALTO INDUSTRIALASFALTO INDUSTRIAL

9

ASFALTO INDUSTRIALASFALTO INDUSTRIAL

(o Manufacturados)(o Manufacturados)

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El asfalto utilizado en épocas próximas a lanuestra

Características.

ASFALTOS NATURALES

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Se encuentra en la naturaleza, en forma deyacimientos que pueden explotarse sindificultadSu empleo no requiere de operacionesindustriales de ningún tipo para su preparación.

Mezclas asfálticas naturales ( Norcasia, SanPedro)Rocas asfálticas ( San Alberto)Crudos Pesados ( Castilla, Cedrales)

ASFALTOS NATURALES

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Crudos Pesados ( Castilla, Cedrales)

MezcladosPurosModificadores

FUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALES

CRUDOS PESADOS MEZCLAS ASFALTICAS NATURALES

13COLOMBIAPOZO CEDRALES - COLOMBIA CAQUETAMINAS BLANCAS - CAQUETA

FUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALESFUENTE DE LOS MATERIALES

CRUDOS PESADOS ASFALTOS NATURALES

14

ECUADORPOZO PINDO 6 - ECUADOR MINA CAMPO PUNGARAYACUMINA CAMPO PUNGARAYACU

LABORATORIOLABORATORIO

CARACTERIZACIÓN FÍSICACARACTERIZACIÓN FÍSICA

�DestilaciónDestilaciónDestilaciónDestilación�DestilaciónDestilaciónDestilaciónDestilación

15

�PesoPesoPesoPeso específicoespecíficoespecíficoespecífico

�Viscosidad,Viscosidad,Viscosidad,Viscosidad, etcetcetcetc....

�PesoPesoPesoPeso específicoespecíficoespecíficoespecífico

�Viscosidad,Viscosidad,Viscosidad,Viscosidad, etcetcetcetc....

LABORATORIOLABORATORIOCARACTERIZACIÓN QUÍMICACARACTERIZACIÓN QUÍMICA

� EspectroscopiaEspectroscopiaEspectroscopiaEspectroscopia InfrarrojaInfrarrojaInfrarrojaInfrarroja� EspectroscopiaEspectroscopiaEspectroscopiaEspectroscopia InfrarrojaInfrarrojaInfrarrojaInfrarroja

16

� SSSS AAAA RRRR AAAA� SSSS AAAA RRRR AAAA

LABORATORIOLABORATORIODISEÑO DE MEZCLASDISEÑO DE MEZCLAS

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17

�InmersiónInmersiónInmersiónInmersión CompresiónCompresiónCompresiónCompresión�HubbardHubbardHubbardHubbard FieldFieldFieldField�InmersiónInmersiónInmersiónInmersión CompresiónCompresiónCompresiónCompresión�HubbardHubbardHubbardHubbard FieldFieldFieldField

LosLosLosLos CRUDOSCRUDOSCRUDOSCRUDOS PESADOSPESADOSPESADOSPESADOS YYYY ASFALTOSASFALTOSASFALTOSASFALTOS NATURALESNATURALESNATURALESNATURALESparaparaparapara susususu utilizaciónutilizaciónutilizaciónutilización enenenen elelelel mejoramientomejoramientomejoramientomejoramiento dededede víasvíasvíasvías dedededesegundosegundosegundosegundo yyyy tercertercertercertercer ordenordenordenorden....

LosLosLosLos CRUDOSCRUDOSCRUDOSCRUDOS PESADOSPESADOSPESADOSPESADOS YYYY ASFALTOSASFALTOSASFALTOSASFALTOS NATURALESNATURALESNATURALESNATURALESparaparaparapara susususu utilizaciónutilizaciónutilizaciónutilización enenenen elelelel mejoramientomejoramientomejoramientomejoramiento dededede víasvíasvíasvías dedededesegundosegundosegundosegundo yyyy tercertercertercertercer ordenordenordenorden....

18

ESTADO ACTUALESTADO ACTUALESTADO ACTUALESTADO ACTUAL

AltasAltasAltasAltas inversionesinversionesinversionesinversiones dededede mantenimientomantenimientomantenimientomantenimiento....AltasAltasAltasAltas inversionesinversionesinversionesinversiones dededede mantenimientomantenimientomantenimientomantenimiento....

ElevadosElevadosElevadosElevados costoscostoscostoscostos operaciónoperaciónoperaciónoperación....ElevadosElevadosElevadosElevados costoscostoscostoscostos operaciónoperaciónoperaciónoperación....

19

Vías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioroVías en constante estado de deterioro

IncomodidadIncomodidadIncomodidadIncomodidad permanentepermanentepermanentepermanente.... (Alta(Alta(Alta(Alta polución,polución,polución,polución,pantanospantanospantanospantanos –––– salud)salud)salud)salud)IncomodidadIncomodidadIncomodidadIncomodidad permanentepermanentepermanentepermanente.... (Alta(Alta(Alta(Alta polución,polución,polución,polución,pantanospantanospantanospantanos –––– salud)salud)salud)salud)

PROCESO CONSTRUCTIVOPROCESO CONSTRUCTIVOPROCESO CONSTRUCTIVOPROCESO CONSTRUCTIVO

Mezclado de Mezclado de Mezclado de Mezclado de Materiales enMateriales enMateriales enMateriales en

pista y víapista y víapista y víapista y vía

Mezclado de Mezclado de Mezclado de Mezclado de Materiales enMateriales enMateriales enMateriales en

pista y víapista y víapista y víapista y vía

20

NivelaciónNivelaciónNivelaciónNivelacióny y y y

compactación compactación compactación compactación

NivelaciónNivelaciónNivelaciónNivelacióny y y y

compactación compactación compactación compactación

OBRAS EJECUTADASOBRAS EJECUTADASOBRAS EJECUTADASOBRAS EJECUTADAS

21

COSTOS Y BENEFICIOSCOSTOS Y BENEFICIOS

MenoresMenoresMenoresMenores costoscostoscostoscostos dededede OperaciónOperaciónOperaciónOperación vehicularvehicularvehicularvehicular....MenoresMenoresMenoresMenores costoscostoscostoscostos dededede OperaciónOperaciónOperaciónOperación vehicularvehicularvehicularvehicular....

ReducciónReducciónReducciónReducción enenenen loslosloslos tiempostiempostiempostiempos dededede viajeviajeviajeviaje....ReducciónReducciónReducciónReducción enenenen loslosloslos tiempostiempostiempostiempos dededede viajeviajeviajeviaje....

22

DisminuciónDisminuciónDisminuciónDisminución enenenen loslosloslos costoscostoscostoscostos dededede construcciónconstrucciónconstrucciónconstrucción totaltotaltotaltotal....DisminuciónDisminuciónDisminuciónDisminución enenenen loslosloslos costoscostoscostoscostos dededede construcciónconstrucciónconstrucciónconstrucción totaltotaltotaltotal....

MejoramientoMejoramientoMejoramientoMejoramiento enenenen elelelel nivelnivelnivelnivel dededede confortconfortconfortconfort dededede loslosloslosusuariosusuariosusuariosusuarios dededede lalalala víavíavíavía....MejoramientoMejoramientoMejoramientoMejoramiento enenenen elelelel nivelnivelnivelnivel dededede confortconfortconfortconfort dededede loslosloslosusuariosusuariosusuariosusuarios dededede lalalala víavíavíavía....

�Petróleo.Son mezclas constituidas principalmente porhidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos apartir de los cuales se obtienen los betunes.

NOMENCLATURA DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS

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• Betunes.Son mezclas de hidrocarburos de origen natural,generalmente acompañados de sus derivados nometálicos. Se caracterizan por ser totalmentesolubles en sulfuro de carbono, de alto pesomolecular a temperatura ambiente.

Los betunes pueden ser de tres tipos:- Líquidos: Penetración a 25°C (50 g, 1 seg) > 350 (0,1 mm).- Semisólidos: Penetración 25°C (100 g, 5 seg) > 25 (0,1 mm).- Sólidos: Penetración a 25°C (100 g, 5 seg) < 25 (0,1 mm).

• Asfaltos.Son betunes sólidos y semisólidos de color negro o castañoque desarrollan propiedades ligantes y cuya consistencia

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que desarrollan propiedades ligantes y cuya consistenciadisminuye al ser calentados. Proceden de yacimientosnaturales o como un residuo de la refinación dedeterminados crudos del petróleo, se clasifican en:- De petróleo: Obtenidos refinación petróleos de baseasfáltica o mixta.- De roca: Se presentan impregnando un esqueleto pétreo.- De lago: Se presentan en depósitos terrestres, depresione s,acompañados de relleno mineral.

• Alquitranes.Son betunes obtenidos de la destilación destructiva decarbones fósiles, maderas u otras sustancias orgánicas.

• Brea.Son betunes sólidos o semisólidos obtenidos de la

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destilación del alquitrán, que desarrollan propiedadesligantes y cuya consistencia cambia con la temperatura.

Tanto el asfalto como la brea son materiales bituminosos,sin embargo, sus propiedades son muy diferentes. Mientrasque los asfaltos están constituidos casi totalmente porbetunes, en las breas el contenido de betún es bajo.

ASFALTOASFALTO

26

INDUSTRIALINDUSTRIAL

DEFINICIÓN DEL ASFALTO

Es un material aglomerante de color oscuro, constituidos por

Del latín "gwitu-men" (cercano al alquitrán) y por otros "pixtu-men"(alquitrán burbujeado), cuya palabra fue acortadasubsecuentemente a "bitumen"

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Es un material aglomerante de color oscuro, constituidos porcomplejas cadenas de hidrocarburos no volátiles y de elevado pesomolecular, solubles en sulfuro de carbono.

El asfalto es un componente natural de la mayor parte de lospetróleos, en los que existe en disolución. Procede de yacimientosnaturales o como un residuo de la refinación de determinados crudosde petróleo. El petróleo crudo se destila para separar sus diversasfracciones y recuperar el asfalto

El asfalto es un material de particular interés para elingeniero porque es :

� Aglomerante resistente� Muy adhesivo� Altamente impermeable y duradero.

Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable alas mezclas de áridos, con las que se combinan usualmente .

28

las mezclas de áridos, con las que se combinan usualmente .

Además, es altamente resistente a la mayor parte de losácidos álcalis y sales.

Aunque es una sustancia sólida o semisólida a temperaturasatmosféricas ordinarias, puede licuarse fácilmente poraplicación de calor por la acción de disolventes devolatilización variable

NOMENCLATURANOMENCLATURA

DE LOSDE LOS

29

DE LOSDE LOS

MATERIALS BITUMINOSOSMATERIALS BITUMINOSOS

Antecedentes

� Asfalto– Soluble en productos

petroleros– Subproducto de la

destilación del petróleo– Se puede encontrar

� Alquitrán– Resistente a

productos petroleros– Destilación de

carbones fósiles,

30

– Se puede encontrar naturalmente

carbones fósiles, maderas y otras sustancias orgánicas

Alquitran

� Residuo tóxico de la destilación del carbón

� Resistente a los productos del petroleoGeneralmente es un subproducto de la

31

� Generalmente es un subproducto de la producción de coke (carbón)

� No se emplea en las mezclas asfálticas debido a la toxicidad, variabilidad y mal de desempeño ( performance)

Brea

La brea o pez es un residuo de la pirólisis(Descomposición química de la materia orgánica

32

(Descomposición química de la materia orgánicaen ausencia del oxigeno) de un material orgánico odestilación de alquitranes.

Es sólida a temperatura ambiente y estáconstituida por una mezcla compleja de muchoshidrocarburos .

OBTENCIONOBTENCION

33

OBTENCIONOBTENCION

DE La BREADE La BREA

34

OBTENCIONOBTENCION

35

OBTENCIONOBTENCION

DEL ASFALTODEL ASFALTO

PETROLEO ES UNA MEZCLA DE SUSTANCIAS QUÍMICASORGÁNICAS, DERIVADAS PRINCIPALMENTE DE LATRANSFORMACIÓN DE LOS RESTOS DE PLANTAS YANIMALES MICROSCÓPICOS QUE VIVIAN EN LOSMARES HACE MILLONES DE AÑOS.

CLASIFICACIÓN DE LOS CRUDOS DEL PETROLEO

36

MARES HACE MILLONES DE AÑOS.

1. GRAVEDAD API

°API = 141.5 - 131.5

CLASIFICACIÓN DE LOS CRUDOS DEL PETROLEO

37

°API = 141.5 - 131.5G.E.

� PESADOS : API < 20� MEDIANOS : 20<API<31� LIVIANOS : API>31

En base a las fracciones destilables y al betún residual

VALORES ASFALTOS COLOMBIANOS

PESO ESPECÍFICO a 25ºC/25ºC

Cemento Asfáltico de Barrancabermeja 1.0141Cemento Asfáltico de Cartagena 1.0127Cemento Asfáltico de Apiay 1.026

2. COMPOSICIÓN QUÍMICA

� BASE PARAFINICA O NO ASFALTICA (P)Compuesto sencillos parafínicos y ceras . 31-40°

� BASE NAFTENICA O ASFALTICA (N)Altos contenidos de betún y trazas de parafina

39

Altos contenidos de betún y trazas de parafinaHidrocarburos nafténicos y aromáticos . 12 -20°

� INTERMEDIA (I)Intermedio ParafínicoIntermedio Nafténico20-31 °API

OBTENCION DEL ASFALTO

40

OBTENCION DEL ASFALTO

OPERACIONES DE REFINACIÓN

ALMACENAJEBOMBEO

DESTILADOS LIGEROS

DESTILADOS PESADOS

DESTILACIONFRACCIONADA

DESTILADOS MEDIOS

41

CEMENTOSASFALTICO

ASFALTO REBAJADOSEMULSIONES

AIRE

ASFALTOSOXIDADOS

ALMACENAJE

RESIDUOS

GAS

PETROLEO

ARENA Y AGUA

CONDENSADORCOLUMNAFRACCIONAMIENTO

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ASFALTO

42

ASFALTOS DEL PETRÓLEO� Asfalto es un subproducto del proceso de refinación

del petróleo, un “desperdicio”.

� Las propiedades dependen de:– Operaciones de refinación– Composición del crudo original

43

– Composición del crudo original

GasGasolinaKerosene

DieselAceites

Asfalto

Barril de petróleo crudo

ASFALTOS DERIVADOS DEL PETROLEO ( DE REFINERÍA).� CEMENTO ASFALTICOS SÓLIDOS.� ASFALTO LIQUIDO� EMULSION ASFALTICA� ASFALTOS OXIDADOS

MATERIALES ASFALTICOS OBTENIDOS A PARTIR DE LOS CRUDOS DE PETROLEO

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� ASFALTOS OXIDADOS� ASFALTOS MODIFICADOS

ORIGEN NATURAL� MEZCLAS ASFÁLTICAS NATURALES� ROCAS ASFÁLTICAS � CRUDO PESADO

ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN.

45

ASFALTOS LÍQUIDOS – CUT BACKSASFALTOS REBAJADOS

� Curado rápido (RC) (Naphtha o Gasolina)– Alta volatilidad de solventes– Riegos de liga, tratamientos superficiales.– RC -250

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� Curado Medio (MC) (Kerosene)– Volatilidad moderada– Bacheo – MC-70

� Curado Lento (SC) (Aceite baja viscosidad)– Baja volatilidad– Control de polvos

EMULSIONES

� Un sistema heterogéneo con dos fases inmiscibles:

1. Fase discontinua dispersa : Glóbulos Asfalto 1-10 micras

60-70 %

47

60-70 %2. Fase continua medio : AguaAgente tensoactivo : Agente activador de superficies Mantiene en dispersión el sistema

0.2 -1 %Se forma una suspensión lo suficientemente estable para almacenarla, agitarla y bombearla

EMULSIONES

El emulsificador carga electricamente las gotas de asfaltosuspendidas en un medio acuoso

– Anionicas» Carga negativa» Alkalinas» Buena con calizas (carga positiva)

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– Cationicas» Carga positiva» Acidas» Buena con gravas cuarzosas o silíceas (carga

negativa), mas abundantes en el país.

Las Emulsiones deben ser afines a la polaridad de losagregados para tener buena adherencia

VELOCIDAD DE ROTURA

RS: (Rapid Setting) Rompimiento rápido

MS: (Medium Setting). Rompimiento medio

SS: (Slow Setting) Rompimiento Lento

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SS: (Slow Setting) Rompimiento Lento

Se antepone la letra C o A para designarlasCRS -1CSS -1

Funciones del asfalto en la Construcción de Pavimentos

Propiedades del Asfalto.– Altamente Impermeable– Adherente– Cohesivo– Capaz de resitir altos esfuerzos

50

– Capaz de resitir altos esfuerzos– Fluir bajo la acción de cargas

Funciones en la construcción de pavimentos.Impermeabilizar Proporciona unión y coherencia entre agregadosMejora la capacidad portante de la estructura