S2. Ligantes asfálticos.pdf

Ligantes Asfálticos Gonzalo A. Valdés Vidal Doctor en Infraestructuras del Transporte

Tecnología del Asfalto

Contenidos Conteni dos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos

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Contenidos Conteni dos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos

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Introducción ¿Qué ¿Qu é deb debe e re resis sistir tir un pa pavim vimen ento to asf asfált áltico ico?? Cargas del tránsito

Agentes climáticos

Deformación permanente     d    a     d    i     l    i     "    a    r    u     d    u    s    o     d    n    a    z    i    m    i    !    a    

Agrietamiento por fatiga

Agrietamiento térmico

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Contenidos Conteni dos de la sesión • Introducción • Características de los ligantes asfálticos • Tipos de ligantes asfálticos • Clasificación de los ligantes asfálticos • Aplicación de los ligantes asfálticos

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Introducción ¿Qué ¿Qu é deb debe e re resis sistir tir un pa pavim vimen ento to asf asfált áltico ico?? Cargas del tránsito

Agentes climáticos

Deformación permanente     d    a     d    i     l    i     "    a    r    u     d    u    s    o     d    n    a    z    i    m    i    !    a    

Agrietamiento por fatiga

Agrietamiento térmico

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Introducción Mate Ma teria riales les com compo ponen nente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltic icos os

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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico

$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante impermea"ilizante (uena ad%esión

#ridos

#ridos

$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee

#ridos

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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico

$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante

ad%esión $roporciona una íntima ligazón entre los áridos) capaz de resistir la (uena acción mecánica de las cargas de los &e%ículos.

#ridos

#ridos

#ridos

$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee

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Introducción Funcio Fun ciones nes de los mat materi eriale aless com compon ponen ente tess de los pa pavim vimen ento toss asf asfált áltico icos?? s?? Ligante asfáltico

$oder ad%esi&o o aglomerante $oder impermea"ilizante impermea"ilizante

ad%esión $roporciona una íntima ligazón entre los áridos) capaz de resistir la (uena acción mecánica de las cargas de los &e%ículos.

$roporciona al pa&imento una acción eficaz contra la penetración del agua #ridos pro&eniente de las precipitaciones o del su"suelo por acción capilar capilar..

#ridos

$ro&eer un es'ueleto mineral resistent resistentee

#ridos

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Introducción Definición de igante Asfáltico Def. "ásica. aterial aglomerante compuesto de una mezcla de %idrocar"uros 'ue puede o"tenerse de *acimientos naturales o por destilación del petróleo. Def. $a&ement Interacti&e. +idrocar"uro café oscuro a negro) altamente &iscoso) producido del residuo de la destilación del petróleo. ,sta destilación puede ocurrir naturalmente) resultando en lagos de asfalto o ocurre en refinerías de petróleo. Def. Asp%alt Institute. Lí'uido &iscoso o sólido consistente en un mezcla de %idrocar"uros * sus deri&ados 'ue son solu"les en disulfuro de car"ono. aterial no-&olátil a temperatura am"iente 'ue se re"landece a medida 'ue es calentado. ,s considerado a menudo como un material &iscoelástico) 'ue se comporta como un sólido elástico a "aas temperaturas * como un lí'uido &iscoso a altas temperaturas /tras.... American 0ociet* of Testing and aterials 1A0T2) ,uropean Committee for 0tandarization) 3ormas locales) etc4

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Introducción !ropiedades físicas del ligante asfáltico Dura"ilidad

5esistencia a la degradación * en&eecimiento. Ad%esión * co%esión

Capacidad de mantener unida la estructura árido-ligante. 0uscepti"ilidad térmica

De"e entenderse 'ue es rele&ante 'ue un asfalto sea suscepti"le a la temperatura. De"e ser suficientemente fluido para 'ue pueda cu"rir las partículas de agregado durante el mezclado) para luego &ol&erse lo suficientemente &iscoso 1a temperatura am"iente2 para mantener unidas las partículas de agregado en la mezcla. ,ndurecimiento * en&eecimiento

Los asfaltos tienden a endurecerse durante el proceso de confección de la mezcla asfáltica) durante su construcción * durante su &ida de ser&icio) causado principalmente por el proceso de o!idación 1el asfalto com"inándose con el o!ígeno2) el cual ocurre más fácilmente a altas temperaturas * en películas delgadas de asfalto 1como la película 'ue cu"re la partícula de agregado2.

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Introducción "btención del asfalto para carreteras #$

!arte residual de los petróleos de base asfáltica$

%$

&n forma de afloraciones de asfalto$

'$

&s(uistos bituminosos o también llamados como rocas asfálticas$

¿)ual es la más utili*ada?

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Introducción !roceso de refinación + obtención de los ligantes asfálticos

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Características de los ligantes asfálticos )omposición (uímica del ligante asfáltico

La composición 'uímica e!acta de cada LA dependerá de su fuente * proceso de o"tención. 0in em"argo) se puede %a"lar de una composición general del LA. &lemento

,ango "bservado

)arbono

67 - 668

-idrógeno

6-998

A*ufre

:-;8

".igeno

: - 9)4 = 1! =;# LA posee características reológicas * de fluo intermedias a los casos anteriores. La ma*oría de los asfaltos para pa&imentación poseen estas características.

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Características de los ligantes asfálticos /omograma de -euelom •

Caracteriza los cementos asfálticos con&encionales desde el punto de &ista reológico 1suscepti"ilidad térmica2 a partir de cinco ensa*os.  – $unto de fragilidad raass  – $enetración  – $unto de anillo * "ola 1a"landamiento2  – Viscosidad a"soluta a =:: mm %g) ;: C  – Viscosidad cinemática a 9=8 * 7:8 respecto al peso total de la mezcla asfalto-cauc%o.

!roceso ISmedo$ Modifica el )A

!roceso 0eco$ &n la me*cla como agregado 5#:UP sVa7

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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos reductores de viscosidad Aditi&os como ceras naturales o sintéticas so"re cu*o punto de fusión reduce significati&amente la &iscosidad del asfalto permitiendo reducir %asta en =:C las temperaturas de mezcla * compactación con la consiguiente reducción del consumo energético) costo de producción * emisiones al medio am"iente. (ao el punto de fusión del aditi&o) aumenta la &iscosidad del asfalto reduciendo el potencial de daFo por deformación permanente.

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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos me3oradores de adIesión 5anti: stripping7 Aditi&os como cal o amidas 'ue permiten meorar la respuesta de las mezclas asfálticas ante el daFo por %umedad.

5iang> %4#7

AdIesión del )A en el momento de me*cla

5iang> %4#7

Despla*amiento + desprendimiento del )A en presencia de Iumedad

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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos me3oradores de adIesión 5anti: stripping7 Aditi&os como cal o amidas 'ue permiten meorar la respuesta de las mezclas asfálticas ante el daFo por %umedad. Menor adIesión

Ma+or adIesión

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Tipos de ligantes asfálticos )ementos asfálticos modificados con aditivos fuel:resisting • •

DiseFados para resistir el ata'ue de com"usti"les. 1%asta ;: &eces2 0u aplicación se relaciona con pa&imentos para aeropuertos o a'uellos 'ue se &en e!puestos cotidianamente al ata'ue de estos agentes.

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Tipos de ligantes asfálticos Aditivos vs propiedad deseada a me3orar

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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de asfaltos cortados o diluidos

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Tipos de ligantes asfálticos Asfaltos cortados o diluidos ,s un ligante asfáltico lí'uido compuesto por un CA mas un sol&ente &olátil o"tenido del refinado o destilación del petróleo. ,l sol&ente puede ser "encina) Nerosene o aceite. Los %a* de curado rápido 15C2) medio 1C2 * lento 10C2 segHn la &elocidad de e&aporación del sol&ente. 0u finalidad es o"tener un producto más fluido 'ue puede ser aplicado a temperaturas más "aas 'ue las aplicadas al CA original. @na &ez ela"orada la mezcla) el sol&ente se e&apora) deando el residuo asfáltico 'ue en&uel&e * co%esiona las partículas de agregado.

-o+ en día prácticamente no se utili*an debido a su alto grado de contaminación$ as emulsiones asfálticas Ian reempla*ado sus funciones$

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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de ligantes asfálticos

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas ,s un ligante asfáltico lí'uido compuesto por dos fases? cemento asfáltico * agua. La esta"ilidad se logra a tra&és de un agente emulgente) generalmente de "ase  a"onosa o solución alcalina) el cual mantiene esta"le el sistema de las fases continua 'ue es el agua * la discontinua constituida por pe'ueFos gló"ulos de asfalto en suspensión de tamaFa entre 9 * 9: micrones. ,l principio de su fa"ricación es "aar la &iscosidad del LA para %acerlo tra"aa"le a menor temperatura 16:C2.

/o producen contaminación +a (ue el veIículo solvente (ue se evapora es agua> ra*ón por la cual los a sfaltos cortados Ian ido desapareciendo$

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas 5producción7 'roducci&n de emulsi&n asfáltica

os agentes emulgentes forman una película protectora en los glóbulos de a sfaltos estableciéndoles de una determinada polaridad$

Ti!os de emulsi&n asfáltica

&mulsiones Asfálticas )atiónicas De carga positiva + afines a áridos de carga negativa como los de origen cuar*oso o silíceo> (ue son los (ue más abundan en )Iile$ &mulsiones Asfálticas Aniónicas De carga negativa afines a áridos de carga positiva como los de origen cali*o$

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas @na &ez %ec%a la mezcla con áridos) se espera 'ue el agua se e&apore * solo 'uede el residuo LA cu"riendo las partículas de agregado. A este proceso se le llama curado) * su inicio se denomina 'uie"re. ,l 'uie"re de la emulsión se produce cuando se pone en contacto la emulsión con el agregado * se produce un dese'uili"rio eléctrico 'ue rompe la emulsión lle&ando a las partículas de CA a unirse a la superficie del agregado) * el agua flu*e * se e&apora. ,!isten emulsificadores 'ue permiten 'ue el J'uie"reK sea instantáneo * otros mas poderosos 'ue retardan este fenómeno.

&l color de la emulsión es de café antes del (uiebre + luego de color negro$

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas catiónicas Dependiendo de su &elocidad de 'uie"re) se clasifican en emulsiones de 'uie"re rápido) 'uie"re medio * 'uie"re lento. • • •

Catiónicas de Puie"re 5ápido 1Cationic 5apid 0etting2? C50-9 * C50-7. Catiónicas de Puie"re edio 1Cationic edium 0etting2? C0-9) C0-7 * C0-7%. Catiónicas de Puie"re Lento 1Cationic 0loQ 0etting2? C00-9 ) C00-9%. ,l 9 o 7 indica el grado de &iscosidad de la emulsión. 0i el residuo asfáltico de las emulsiones medias * lentas es de penetración >:-: dmm se le agrega la letra J%K

&n )Iile las emulsiones más utili*adas son las )atiónicas

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas aniónicas Dependiendo de su &elocidad de 'uie"re) se clasifican en emulsiones de 'uie"re rápido) 'uie"re medio * 'uie"re lento. • • •

Puie"re 5ápido 15apid 0etting2? 50-9 * 50-7. Puie"re edio 1edium 0etting2? 0-9) 0-7 * 0-7%. Puie"re Lento 10loQ 0etting2? 00-9 ) 00-9%. ,l 9 o 7 indica el grado de &iscosidad de la emulsión. 0i el residuo asfáltico de las emulsiones medias * lentas es de penetración >:-: dmm se le agrega la letra J%K

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas de (uiebre controlado ,!isten operaciones en terreno donde el 'uie"re de la emulsión es fundamental para una "uena eecución 1e.? lec%adas asfálticas2. $ara cumplir con ello) se le adicionan aditi&os 'ue regulan el 'uie"re. Los ensa*os * re'uisitos para estas emulsiones son los mismos 'ue para una emulsión C00-9%) C00-9) 00-9% * 00-9) solo cam"ia el tiempo de 'uie"re.

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas imprimantes ,specialmente diseFadas para realizar imprimación de materiales de "ases compactadas * esta"ilizadas. • $enetra en las "ases granulares en forma similar a los asfaltos cortados) permitiendo además una "uena ad%erencia con la capa asfáltica. • La penetración e!igida para una emulsión imprimante de"erá ser R = mm.

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas modificadas con polímeros 0e utilizan cuando se desea un ligante asfáltico con una ma*or fle!i"ilidad. • ,stas emulsiones presentan una e!celente ad%esi&idad frente a todo tipo de áridos * "uena elasticidad a "aas * altas temperaturas . • $or tanto) disminu*en los riesgos de fisuración en épocas frías * de e!udación en épocas de calor 1aumenta el rango de temperaturas de ser&icio2. • 0e %a desarrollado emulsiones de 'uie"re rápido modificadas con polímeros) principalmente para su uso en Tratamientos 0uperficiales 1C50-7e 2. • Tam"ién) emulsiones de 'uie"re lento modificadas con polímeros para su uso en Lec%adas Asfálticas 1C00-9% e2. • S) emulsiones de 'uie"re controlado modificadas con polímeros para icroaglomerados en río.

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Tipos de ligantes asfálticos &mulsiones asfálticas especiales &mulsiones asfálticas sintéticas de color ,sta tecnología se consigue a partir de un producto sintético transparente en reemplazo del cemento asfáltico con&encional) mezclado con pigmentos 'ue le otorgan el color. • ,stas emulsiones se pueden mezclar con áridos de diferentes granulometrías dando origen a los pa&imentos de color. • ,l desarrollo de pa&imentos de color están a&alados por criterios de seguridad &ial * medioam"ientales. • ,stas emulsiones son utilizadas en la fa"ricación de lec%adas cuando la aplicación es realizada en zonas ur"anas de "ao tráfico. • ,n zonas de ma*or e!igencias) como a&enidas * carreteras) en micropa&imentos en frío.

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Tipos de ligantes asfálticos !roducción de ligantes asfálticos

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Tipos de ligantes asfálticos Asfaltos soplados Cuando el residuo de refinería es mu* li&iano) se modifican sus propiedades a tra&és de un proceso de in*ección de aire a alta temperatura. • ,ste proceso acti&a la o!idación del LA) la &aporización * des%idrogenización) modificando la proporción de fracciones 0A5A * la microestructura del LA. • La consecuencia fundamental es una rigidización del LA. • 0u uso es más "ien industrial teas) mem"ranas de sello) sellante de estan'ue entre otras.

)omSnmente estos asfaltos se conocen también como asfaltos o.idados$

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos La clasificación de los cementos asfálticos despende de las normati&as propias de los países. • Las más frecuentes son las clasificaciones por &iscosidad * penetración. • La clasificación por grado de desempeFo 1$G2 propuesta por 0@$,5$AV, está comenzando a ser mu* utilizada por las &entaas conceptuales 'ue entrega. Tiene el incon&eniente de 'ue esta clasificación re'uiere de e'uipamiento costoso * personal mu* calificado. &n )Iile> la clasificación vigente para )A convencionales es por viscosidad desde el %44> antes de lo cual la clasificación era por penetración$

)A #U )A %U

#U44 = viscosidad a W4X) = %U44 5!oises7 viscosidad a W4X) < %U44 5!oises7

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos

Eariación de viscosidad con temperatura de dos cementos asfálticos graduados por penetración$

Eariación de viscosidad con temperatura de dos cementos asfálticos graduados por viscosidad$

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos )omo la clasificación tradicional por del )A se reali*a a una sola temperatura> + el )A es susceptible a la temperatura> para especificar el material acorde a las necesidades particulares de un pro+ecto es necesario complementar la clasificación con una serie de e.igencias respecto de propiedades deseable en rangos aceptable$ &stos re(uerimientos constitu+en la &specificaciones Técnicas del material$

Sólido - elástico

Viscoelástico

Viscoso τ

ε

σ

ε 0ºC

4ºC

25ºC

t

γ 60ºC

135ºC

Compactación Clima frío

Temperatura intermedia

Clima cálido

mezclado bombeo

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Clasificación de los ligantes asfálticos )aracteri*ación del ligante asfáltico 8 ensa+os tradicionales

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos tradicionales por viscosidad

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos modificados con polímero

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos multigrado

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de cementos asfálticos cortados o diluidos

&l nSmero indica el grado de viscosidad cinemática medida en centistoes$

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de emulsiones asfálticas

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Clasificación de los ligantes asfálticos )lasificación de emulsiones asfálticas especiales

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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación Los ligantes asfalticos se utilizan en? • 5iegos Asfálticos • Capas Asfálticas de $rotección • Capas Asfálticas ,structurales • Capas Asfálticas ,speciales

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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación ,iegos asfálticos Tipo de igante

igante

1mprimación

1mprimación refor*ada

Asfaltos )ortados

M):'4

K

K

M):Y4

K

K

&mulsiones Asfálticas

&mulsiones Asfálticas &speciales

,iego de iga 5Tac )oat7

,iego /eblina

0ello /egro 5Fog 0eal7

Matapolvo

)00:#> 00:#

K

K

K

K

)00:#I> 00:#I

K

K

K

K

,):%4

K

),0:%

K

),0:#

&mulsión 1mprimante &mulsión asfáltica para riego de liga

K

K K

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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación )apas asfálticas de protección Tipo de igante

igante

0ello 2ituminoso

ecIada Asfáltica

Microaglomerado en Frío

Tratamiento 0uperficial 0imple

Doble

MSltiple

)ementos Asfálticos

)A #%4V#4

K

K

K

K

)A %44V'44

K

K

K

K

&mulsiones

),0:%

K

K

K

K

),0:#

K

K

K

K

K

K

K

)00:#> 00:#

K

)00:#I> 00:#I

K

De (uiebre controlado

K

&mulsiones modificadas con polímeros

De (uiebre rápido

&mulsiones sintéticas

K

De (uiebre lento

K

De (uiebre controlado

K

K

)on color

K

K

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Aplicación de los ligantes asfálticos Tipo de asfalto a utili*ar de acuerdo a su aplicación )apas asfálticas estructurales Tipo de igante

igante

)arpeta Asfáltica de ,odado

)arpeta 1ntermedia o 2inder

)apa 2ase Asfáltica ruesa

)apa 2ase Asfáltica Abierta

)ementos Asfálticos "riginales

)A %U

K

K

K

K

)A #U

K

K

K

K

)ementos Asfálticos Modificados

)A W4VC4 &

K

K

K

K

)A C4V#44 &

K

K

K

K

)A Multigrado

K

.

K

K

Asfalto )aucIo

K

)ementos Asfálticos Modificados con )aucIo