ASFALTOS MODIFICADOS.(Conceptualizacin, aplicacin, control y pruebas).Por un camino hacia el futuro.Expositores:Arq. ngel Snchez Gonzlez.

Introduccin.La modificacin de un 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 climticos.Los objetivos que se persiguen con la modificacin de los asfaltos con polmeros, es contar con ligantes mas viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez.

Definiciones Bsicas. Cemento Asfltico.Sistema homogneo de asfaltos y aceites aromticos que poseen propiedades adecuadas como ligantes para la construccin de carreteras y pavimentos asflticos.Es un asfalto con propiedades fsicas y reolgicas mejoradas, se consigue con la integracin de molculas de polmeros en la estructura del asfalto.Asfalto Modificado con Polmero.

Emulsiones Asflticas con Polmeros.Es una emulsin asfltica en donde la fase dispersa (asfalto) es mejorado en sus propiedades fsicas con polmero, las caractersticas de la emulsin son igualmente mejoradas en estabilidad y viscosidad.Emulsiones Asflticas Cationicas.Es una mezcla estable de agua (fase continua), y asfalto (fase dispersa), el asfalto y el agua son inmiscibles entre si, por lo que se utiliza agentes tenso activos, llamados tambin emulsificantes para lograr la estabilidad de la emulsin.

DEFINICIN Y ESTRUCTURA DE LOS PAVIMENTOS.Un pavimento es un operador que funciona a base de respuestas, cuando es activado por funciones de excitacin.Fsicamente el pavimento es un sistema multicapa, construido por materiales de caractersticas mecnicas conocidas, dispuestos en capas de espesor conocido.De esta manera, el pavimento esta caracterizado por las propiedades, disposicin y cantidad de los materiales utilizados, as como de la calidad de la construccin. Cuando actan sobre el pavimento funciones tales como las cargas producidas por el trnsito, se generan respuestas inmediatas del pavimento que obedecen leyes casi identificadas como estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y deflexiones.

El tiempo transcurrido hasta alcanzar las condiciones de falla constituye el ciclo de vida del pavimento, durante el cual, las condiciones y caractersticas del pavimento se degradan con el tiempo dando lugar a una curva de comportamiento, que refleja propiamente el nivel de servicio que el pavimento proporciona al usuario, lo cual tiene a su vez importantes implicaciones de tipo econmico.El proyecto de un pavimento debe involucrar los aspectos de diseo estructural, materiales y su disposicin, trnsito, clima, aspectos constructivos y estrategias de conservacin, cuya eficiencia debe juzgarse a travs de su evaluacin beneficio costo.

Falla estructural .

Colapso de la estructura del pavimento o de alguno de sus componentes, de tal manera que el pavimento es incapaz de soportar las cargas, o bien, se reduce a una interrupcin en su continuidad o integridad. Puede degenerar en falla funcional.Tipo de falla funcional.

El pavimento no cumple con su funcin primordial, provocando incomodidad e inseguridad en el usuario, as como esfuerzos imprevistos en los vehculos.No siempre est acompaada de falla estructural.

Atributos de un pavimento.

Capacidad para soportar las cargas

Resistencia adecuada al derrapamiento

Regularidad superficial longitudinal y transversal

Rpida eliminacin del agua superficial

Bajo nivel de ruido

Bajo nivel de desgaste de las llantas

Adecuadas propiedades de reflexin luminosa y

Apariencia agradable

Funciones de las capas de un pavimento flexible .CarpetaSoporta directamente las solicitaciones del Transito, absorbe los esfuerzos horizontales Y parte de los verticales. Aporta las caractersticas funcionales y debe impedir el paso del Agua. Puede estar constituida por varias capas, esta expuesta directamente al ambiente.BaseTiene una funcin resistente, absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales, debe ser resistente a la deformacin bajo las acciones del Transito, por lo que en ocasiones debe estabilizarse con asfaltos o cemento.

SubbaseProporciona una capa de apoyo a la base, transmite los esfuerzos verticales a la capa subrasante, puede constituir una capa drenante y en ocasiones se omite.Capa subrasanteEs la capa de apoyo de la estructura del pavimento y sus caractersticas son indispensables para su diseo. Sus atributos principales deben ser capacidad de soporte y resistencia a la deformacin.

Secciones tpicas de pavimentos.

Continuacin .

Continuacin .

La carpeta asfltica.La carpeta asfltica se constituye de tres elementos bsicos que al ser mezclados son dan forma final al hipottico proyecto.El concreto asflticoO mezcla asfltica en caliente (hma) esta compuesto por un ligante asfltico y un Agregado mineral.El ligante (o modificador)Puede ser un cemento asfltico normal o modificado, y acta como un agente aglutinando las partculas formando una masa cohesiva, resistente e Impermeable.

El agregado mineral.

Acta como un esqueleto ptreo que aporta resistencia y rigidez al sistema.El comportamiento de la mezcla es afectado por las propiedades individuales de los componentes y por su interrelacin en el sistema.

Propiedades y especificaciones de los asfaltos modificados.Los asfaltos modificados con polmeros se constituyen de dos fases; al agregar pequeas partculas de polmero hinchado y la otra por asfalto.Esta micromorfologa bifsica y las interacciones existentes entre las molculas del polmero y los componentes del asfalto son la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polmeros.El efecto principal de mezclar polmeros con los asfaltos es mejorar la relacin viscosidad-temperatura, permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a altas como a bajas temperaturas.

El asfalto es un material interesante que ha sido usado para construccin de pavimentos desde muchos aos atrs, sin embargo, dependiendo de su fuente de origen, tiene un intervalo definido de temperatura donde muestra su mejor desempeo. Este intervalo de forma prctica se define en temperaturas positivas por arriba de 10C y hasta 60C, ya que por arriba de este intervalo el asfalto comienza a ablandarse, adquiriendo un comportamiento plstico. Figura 1.- Deformacin que experimenta el asfalto cuando empieza a ablandarse por efecto de la temperatura.

Por el otro lado, cuando el asfalto experimenta temperaturas menores a los 10C y particularmente temperaturas negativas, el asfalto se convierte en un slido rgido, que puede ser tan duro que no resiste deformaciones y puede sufrir fallas como fracturas cuando experimenta dichas deformaciones.

Figura 2.- Comportamiento rgido del asfalto cuando se somete a temperaturas menores a los 0C y se somete a deformaciones.

Aqu es donde conviene preguntar: Cmo mejorar el intervalo de temperatura de desempeo del asfalto con objeto de hacerlo mas verstil a cambios climticos y condiciones variadas de deformacin? PORQUE MODIFICAR LAS PROPIEDADES DEL ASFALTO ?TEMPERATURA DE DESEMPEO EN PAVIMENTOS La respuesta a la pregunta del prrafo de arriba se contesta con el uso de aditivos modificadores del asfalto. En el mercado existen diferentes agentes modificadores del asfalto. La mayora de estos son de naturaleza polimrica y entre otras cosas, permiten extender la temperatura de efectividad del asfalto como agente ligante en el diseo de pavimentos.

TIPOS DE MODIFICADORES.POLMERO TIPO IMejora el comportamiento de mezclas asflticas tanto a altas como a bajas temperaturas.Son polmeros elastmeros radiales a base de estireno, se usa en carpetas delgadas y estructurales de pavimentos con alto ndice de trnsito, con vehculos pesados y climas fros o calidos.

POLMERO TIPO IIMejora el comportamiento de mezclas asflticas a bajas temperaturas.Son polmeros elastomericos lineales, con una configuracin de caucho de estireno, butadieno latex o neopreno latex.Se utiliza en todo tipo de mezclas asflticas en las que se requiera mejorar su comportamiento en climas fros.

TIPOS DE MODIFICADORES.POLMERO TIPO IIIMejorar la resistencia al ahuellamiento de las mezclas asflticas, disminuye la susceptibilidad a la temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas.Es un polmero tipo plastomero, se utiliza en climas calientes, en mezclas asflticas para carpetas estructurales y alto ndice de trnsito.HULE MOLIDO DE NEUMTICOSMejora la flexibilidad y resistencia a la tensin de las mezclas asflticas, reduciendo la aparicin de grietas por fatiga o cambios de temperatura.Es fabricado con base en la molienda de neumticos.Se utiliza en carpetas delgadas de granulometra abierta y tratamientos superficiales.

2. FUNDAMENTOS DE LA MODIFICACIN. Los pavimentos sufren deterioro. Los tres principales factores que influyen en este deterioro son: 1. Clima. 2. Deformaciones por trnsito. 3. Tiempo.

El clima tiene que ver fundamentalmente con la temperatura promedio a la que se ve expuesto el pavimento y variaciones de temperatura por cuestiones climticas y humedad propiciada por lluvia, as como las bajas temperaturas en los meses de invierno. Las deformaciones se deben al transito vehicular. Los pavimentos se disean para una carga promedio que genera una deformacin debida a la circulacin de vehculos.

RELACIN DE DETERIOROS O FALLASGeneralmente las deformaciones que sufren los pavimentos se se clasifican en dos grandes grupos, dependiendo de su forma y el origen que las motiva.Desprendimientos:

De acuerdo al Catalogo de Deterioros en Pavimentos Flexibles de Carreteras Mexicanas, emitida por el Instituto Mexicano del Transporte, se tiene en esta clasificacin un total de 10 tipos de fallas.Deformaciones:

En este tipo de fallas, se tiene plenamente identificado cinco problemticas en las vas de comunicacin aceptadas por en ente normativo antes mencionado.

Desprendimientos:

BACHES:Consiste en oquedades de varios tamaos en la capa de rodamiento por desprendimiento o desintegracin inicial. Desprendimiento inicial de los agregados que al paso de los vehculos van formando oquedades.Causas probables:Falta de resistencia de la carpeta.Escasez de contenido de asfalto.Espesor deficiente.Drenaje deficiente.Puntos dbiles en la superficie.

IDENTACIN:Es el encajamiento de objetos duros en al superficie de rodamiento, produciendo identacin o desgaste localizado en la superficie.Causas probables:

Huellas de tractores o equipo pesado de construccin.Ponchadura de llantas de vehculos pesados.Accidentes de transito.

LEVANTAMIENTO POR CONGELACIN:Consiste en el desplazamiento diferencial hacia arriba que produce desintegracin parcial o total de capas de pavimento.Causas probables:

Accin de heladas.Ciclos de congelamiento y descongelamiento.Expansin localizada en capas inferioresExpansin localizada en alguna porcin de la seccin estructural del pavimento.

DESPRENDIMIENTO DE AGREGADOS:Son pequeas depresiones en forma de crter, por separacin de los agregados gruesos de la carpeta asfltica, dejando huecos en la superficie de rodamiento.Causas probables:

Falta de afinidad con el asfalto.Escasez de asfalto.Expansin del agregado grueso.

EROSIN AVANZADA DE TALUDES:Son los agrietamientos en sentido transversal en acotamientos, que con el tiempo y accin del medio ambiente, va formando oquedades o canalizaciones transversales, hasta llagar a la destruccin total de los taludes del cuerpo del terrapln.Causas probables:

Accin del viento.Accin de la lluvia.Falta de proteccin de taludesFalta de arropamiento de taludes.Mala compactacin.Escasez de drenaje superficial.

EROSIN TOTAL:Destruccin, eliminacin o desaparicin de una ovarios capas subyacentes a la carpeta asfltica, produciendo falta total de apoyo interior.Causas probables:

Falta de drenaje supercifial.Falta de subdrenaje.Accin de crecidas de aguas subyacentes al cuerpo del terrapln.Mala compactacin de capas interiores.Falta de armado o arrope en taludes de terrapln..

PULIDO DE SUPERFICIE:Desgaste acelerado en la superficie de la capa de rodamiento produciendo reas lisas.Causas probables:

Transito intenso.Agregado grueso de la carpeta con baja resistencia al desgaste..Excesiva compactacin.Mezclas demasiado ricas en asfalto.Agregados no apropiados a la intensidad del transito.Hundimientos de agregados grueso en el cuerpo de la carpeta, o en la base cuando se trata de tratamientos superficiales.

DESINTEGRACIN:Deterioro grave de la carpeta asfltica en pequeos fragmentos con perdida progresiva de materiales que la componen.Causas probables:

Fin de la vida til de la carpeta asfltica.Accin de transito intenso y pesado.Tendido de la carpeta en climas fros o hmedos.Agregados contaminados.Sobrecalentamiento de la mezcla.Compactacin insuficiente.Presencia de arcilla en cualquiera de las capas.Separacin de agregados y asfalto ligante.Seccin estructural deficiente o escasa.

DESPRENDIMIENTO DE SELLO:Desintegracin parcial o zonificada de la superficie de rodamiento cuando sta se forma por uno o varios sellos, el agregado tiende a desprenderse dejando zonas expuestas por arranque de la gravilla o granzn.Causas probables:

Dosificacin inadecuada del ligante.Calidad dudosa del material ligante.Mala adherencia en capa subyacente.Espesores insuficiente.Ejecucin de trabajos en malas condiciones de clima.

EROSIN LONGITUDINAL DE LA CARPETA:Desintegracin parcial de la carpeta asfltica principalmente en la frontera de la supercifie de rodamiento. La carpeta materialmente se va carcomiendo, reduciendo el ancho efectivo de carretera.Causas probables:

Labores de conservacin inadecuadas.Sobrecargas de pesos en acotamientos.Mala compactacin en capas.Crecimiento significativo de hierba en acotamientos.Erosin natural del agua y viento.

El tiempo se relaciona fundamentalmente con el envejecimiento trmico del pavimento ya que a medida que transcurre el tiempo posterior a su aplicacin el asfalto se va degradando. Las principales fallas que sufren los pavimentos en esta clasificacin, se mencionan a continuacin.Deformaciones.:

BURBUJA: Consiste en una ampolla de tamao variable localizada en la superficie de rodamiento.Causas probables:

Presiones de vapor o aire en zonas de la capa de rodamiento.Debilidad en espesor o consistencia.Liberacin de cal en bases estabilizadoras.

RODERAS O CANALIZACIONES: Asentamiento o deformacin permanente de la carpeta asfltica en el sentido longitudinal debajo de las huellas o rodadas de los vehculos.Causas probables:

Baja estabilidad de la carpeta.Carpeta mal compactada.Consolidacin de una o varias de las capas subyacentes.

ONDULACIONES TRANSVERSALES (CORRUGACIONES): Ondulaciones de la carpeta asfltica en el sentido perpendicular al eje del camino que contienen en forma regular crestas y valles alternados, regularmente con separacin menor a 60 centmetros entre ellas.Causas probables:

Unin deficiente entre capas asflticas y/o base.Estabilidad de la mezcla deficiente.Accin de transito intenso.Bases de mala calidad.Fuerzas tangenciales producto de las aceleraciones y frenado de los vehculos.Mala calidad de los materiales que conforman la carpeta.

PROTUBERANCIAS: Desplazamiento de parte del cuerpo de la carpeta asfltica hacia la superficie, formando un montculo de considerables dimensiones.Causas probables:

Accin de transito intenso.Estabilidad inadecuada.Liga deficiente entre capas.Compactacin inadecuada.Deformaciones plsticas de los materiales.

ASENTAMIENTO TRANSVERSAL.: reas de pavimento localizadas en elevaciones mas bajas que las reas adyacentes o elevaciones del diseo, en el sentido transversal al eje del camino.Causas probables:

Peso propio de la seccin del pavimento.Cargas excesivas o superiores a las del diseo.Cambios volumtricos del cuerpo del terrapln.Compactacin inadecuada.Asentamientos diferenciales transversales.Procedimientos de construccin inadecuados.Contaminacin de capas inferiores.Desplome de cavidades subterrneas.

La mayora de estas fallas mencionadas se producen fundamentalmente por una baja recuperacin elstica del pavimento, a excepcin de la ltima falla mencionada por desprendimiento del asfalto o deslavado de la carretera que se d por una pobre adherencia del asfalto al pavimento, bien sea por usar mayor relacin de agregado a la mezcla en caliente, o a que el asfalto tena poca fuerza cohesiva con el agregado o bien por un envejecimiento trmico prematuro.

Como ya se ha mencionado, esta prdida de la memoria elstica del pavimento o de la propiedad de recuperacin elstica se d por el exceso de carga vehicular, degradacin del pavimento por la exposicin al sol, lluvia y cambios de temperatura; y el tiempo.

PROBLEMTICA EN EL EMPLEO DE ASFALTOS MODIFICADOS.1.- An cuando se han incrementado las instalaciones para efectuar la incorporacin de polmeros o hule molido de llanta a los cementos asflticos, el tipo de equipo, la tecnologa empleada, no siempre son los adecuados.2.- En muchas de las plantas de emulsiones no cuentan con la tecnologa para hacer las modificaciones.3.- Falta implementar ms laboratorios con equipo adecuado para el control de calidad de campo.4.-Prcticamente no existen laboratorios equipados para desarrollar las pruebas de calidad completas, que incluyan la reologa del asfalto.

Las ventajas que los asfaltos modificados poseen sobre los convencionales son entre otros los siguientes: Mayor plasticidad. Mayor Cohesin Mejora el modulo elstico Mayor resistencia a la humedad. Mayor resistencia al envejecimiento.Dependiendo del diseo y condiciones climticas, las carpetas asflticas pueden ser elaboradas por tres tipos de mezclas de polmeros.

1) Mezclas drenantes 2) Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas y3) Mezclas densas.Durabilidad de las mezclas asflticas preparadas con ligantes modificados con polmeros.

CONTROL RPIDO EN CAMPO DE ASFALTOS MODIFICADOS.OBJETIVO:Determinar calidad, grado de modificacin y homogeneidad con rapidez y oportunidad, empleando mtodos de prueba sencillos y econmicos.Lograr un control de calidad preventivo, que con un grado de aproximacin aceptable nos permita utilizar productos asflticos adecuados.Un mtodo rpido de campo para determinar la calidad, grado de modificacin, as como la homogeneidad del asfalto modificado mediante pruebas rpidas en la obra, para lo cual se tienen diferentes alcances en las tres siguientes variantes:

Variante I. Corresponde a la verificacin de la polimeridad del asfalto, as como su probable contenido de acuerdo al diseo y tiene por objeto determinar la homogeneidad de la mezcla asfalto-polmero.

Variante II. Corresponde a la verificacin de la homogeneidad de la mezcla polimerizada del polmero - asfalto, en algunas de sus pruebas dependiendo del equipo de que se disponga y del polmero utilizado.

Variante III. Corresponde a la verificacin rpida de la homogeneidad del asfalto a una variante de la prueba de separacin por anillo y esfera.

Pruebas a realizar

1.-Penetracin a 4 y 25C2.-Recuperacin elstica por torsin3.-Resilencia4.-Recuperacin elstica5.-Separacin por anillo y esfera

Tiempos de ensaye

5 Horas para las pruebas 1 a 430 Horas para la prueba No. 5Existen mtodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento; estos ensayos se realizan para determinar la alteracin que sufren los A.M.P.

Los Asfaltos Modificados con Polmeros, pueden ser sometidos a cinco tipos de ensayos, con el objetivo de revisar sus caractersticas fsicas y qumicas con la intensin de lograr buenas mezclas.Ensaye de penetracin.Este tipo de ensaye es utilizado para la clasificacin de los asfaltos, se considera como un mtodo antiguo y emprico que aun se utiliza en la actualidad.

2) Ensaye de Punto de Ablandamiento.El punto de reblandecimiento se determina usualmente por el mtodo de ensayo arbitrario de anillo y bola, es empleado frecuentemente para caracterizar los materiales mas duros empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura en la cual los asfaltos se hacen fluidos.3) Ensaye de Ductibilidad.Esta prueba de ductibilidad se realiza en los cementos asflticos con un ensaye del tipo de extensin4) Ensaye de Recuperacin Elstica.Este ensaye esta basado en el ensayo de Ductibilidad ya que se utiliza el mismo equipo, sin embargo el procedimiento para evaluar esta propiedad es distinta.

5) Ensaye STOA (Short Term Oven Aging)Se utiliza para determinar el envejecimiento a corto plazo de mezclas asflticas, este ensaye por los resultados que se han obtenido ha sido adoptado por el SHRP (Strategic Highway Research Program).El ensaye consiste en someter a una muestra recin preparada y en estado suelto a un calentamiento en estufa con circulacin forzada de aire mantenida a 135 durante 4 horas.

Por su Atencin

GRACIAS

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