Uso Del Polimero en El Pavimento

1. REALIDAD PROBLEMATI PROBLEMATICA CA

Las carreteras son muy importantes para la infraestructura de un país ya que ayudan al desa desarr rrol ollo lo econ económ ómico ico y cult cultur ural, al, pero pero dent dentro ro del del país país en su gran gran mayor mayoría ía,, se encuentran deterioradas, presentando un bajo rendimiento y respuesta inadecuada ante las cargas vehiculares, las temperaturas y el ambiente. Por este motivo se busca la forma como mejorar estas características y lograr un mayor tiempo de vida. En los pavimentos pavimentos flexibles y dado dado que el asfalto tiene una alta susceptibilidad trmica, el aum aumento ento o la dis dismin minució uciónn de tem temper peratu atura ra pue puede de oca ocasio sionar nar una mod modific ificació aciónn sustancial en el módulo de elasticidad de las capas asf!lticas, ocasionando en ellas y  bajo condiciones especiales, deformaciones o agrietamientos a grietamientos que influirían en el nivel de servicio de la vía. " #onseca, $%%&, pag.&$' (. En ocasio ocasiones nes estas estas fisura fisurass son generad generadas as por la mala mala ejecució ejecuciónn de las juntas juntas de construcción de la capa asf!ltica o de las juntas en )onas de ampliación " *eyes Li)cano, $%%+, pag.&+ (. -oy en día día los product productos os asfalticos asfalticos han han tenido tenido un gran gran desarrollo desarrollo y se cuenta cuenta con nuevas emulsiones asf!lticas, producto del desarrollo obtenido de la reali)ación de distintas pruebas en los diferentes materiales que conforman un asfalto. Las características de estas nuevas emulsiones permiten el empleo de casi todos los tipos de materiales ptreos, cualquiera que sea su composición química y su empleo  para trabajar en condiciones atmosfricas anteriormente imposibles. En nuestra región nortea de la Libertad, en el /istrito de La Esperan)a, puede observarse f!cilmente un creciente aumento en el volumen de tr!nsito así como el hecho de que los pavimentos flexibles, por un inadecuado c!lculo en el diseo o por el uso de materiales de una calidad menor a la requerida, presentan fallas y deficiencias estructurales en muchas de sus vías en un periodo de tiempo menor al de su vida 0til, adem!s los agentes del intemperismo como las ocasionales lluvias y la falta de compromiso y buen manejo de recursos por parte del 1obierno regional crean un serio  problema para la durabilidad de los pavimentos flexibles. flexibles. 2nte esta situación, en la gran mayoría de los casos las autoridades optan por la util utili) i)aci ación ón de tratam tratamien iento toss supe superfi rficia ciale les, s, que que de ser ser corr correct ectam amen ente te apli aplicad cados os rehabilitarían los daos del pavimento, sin embargo generalmente se reali)a un simple  parcheo de espesor insuficiente que genera que a los pocos meses los daos vuelvan a surgir, asimismo en casos en el que el pavimento ya presenta fallas en su estructura y  por lo cual necesitaría un rehabilitación completa se aplica mayormente medidas temporales en ve) de una rehabilitación a partir de un nuevo diseo.

2dem!s las dificultades que se presentan son de orden económico y administrativo. Las dificultades económicas se pueden observar en que la elección de un diseo se  basa en el de menor costo y las dificultades de orden administrativo se observan en la falta de compromiso para la adecuada a decuada elección del diseo de un pavimento así como la supervisión en su ejecución y cumplimiento. /e seguir mantenindose esta situación en el pavimento tal y como se observa actua actualm lment ente, e, es decir decir util utili)a i)and ndoo dise diseo oss esco escogi gido doss por por su bajo bajo cost costoo y sin sin una una adec adecua uada da supe superv rvis isió ión, n, ento entonce ncess las las falla fallass estr estruc uctu tural rales es y defi deficie cienc ncias ias que que se encu encuen entra trann en los los pavim paviment entos os segu seguir! ir!nn exis existi tien endo do ya que que su comp compor ortam tamie ient ntoo estructural no ser! el adecuado para resistir los daos, adem!s como todos los fenómenos relativos a una vía est! relacionado con el desarrollo y progreso de la comu comuni nida dadd en su ento entorn rnoo en cons consec ecue uenc ncia ia cuan cuando do el pavi pavime ment ntoo requ requie iera ra obliga obligator toriam iament entee una recons reconstru trucció cciónn complet completaa por los deterio deterioros ros,, esto esto generar generar!! insatisfacción por la falta de la movilidad de personas y bienes así como efectos negativ negativos os en la promo promoció ciónn y ejecuci ejecución ón de activid actividade adess económ económicas icas,, la cultur culturaa y comunicación. #inalmente nos proponemos poner en pr!ctica la aplicación de un diseo de pavimento flexibl flexiblee conven convencio cional nal de base base granul granular ar tenien teniendo do en consid considerac eración ión un exhaus exhaustiv tivoo estudi estudioo de los factor factores es de diseo diseo para que el diseo diseo sea el correcto correcto y a su ve) se obtenga como resultado un comportamiento estructural óptimo para que la vía sea resistente y duradera. 2. PROBLEMA GENERAL: 3/e qu manera el uso de polímeros en el asfalto influye en la variación de un  pavimento en la ciudad de 4rujillo, 4rujillo, en el ao $%&56 3. PROBLEMAS ESPECIFICOS: •

•

•

7uales son las ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con polímeros polímeros con respecto al asfalto convencional 7uales son las características físico8mec!nicas de asfaltos modificados con polímeros polímeros con respecto al asfalto convencional 7uales son los los efectos de un correcto diseo del pavimento pavimento 4. OBJETIVOS

o

General:

/eterminar de qu manera el uso de polímeros en el asfalto influye en la variación de un pavimento en la ciudad de 4rujillo, en el ao $%&5

o

•

•

•

Ese!"#$!%s:

/eterminar las características físico8mec!nicas de asfaltos modificados con polímeros en comparación con los asfaltos tradicionales, en la ciudad de 4rujillo. 9dentificar ventajas y desventajas que tiene el asfalto modificado con polímeros con respecto al asfalto convencional. Precisar los efectos de un correcto diseo de pavimento.

&.

J'STIFICACION

Las carreteras ocupan un lugar muy importante dentro de la infraestructura debido a que contribuyen al desarrollo del país, por ello es necesario darles el mantenimiento adecuado para alargar su vida 0til, utili)ando como muestra las vías de la ciudad de 4rujillo. 7ada polímero aadir! una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la finalidad del  pavimento ya que la elección del polímero depende de las circunstancias tales como tr!fico, temperatura, tipo de terreno, etc. El uso de estos polímeros en el asfalto tiene como fin mejorar las características mec!nicas de estos: es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tr!nsito. Estas me)clas aumentan la resistencia a la deformación, a los esfuer)os de tensión repetida y, por lo tanto a la fatiga, reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asf!lticas a las variaciones de temperatura. El presente trabajo de investigación se reali)ó con el fin de evaluar las características físico8mec!nicas de los asfaltos modificados con polímeros. ;e reali)ó tomando en cuenta las Especificaciones 1enerales para 7onstrucción de 7arreteras y Puentes allejo, en la ciudad de 4rujillo   Per0, concluye lo siguienteA •

BLos asfaltos modificados con polímeros tipo ;F; o ;F, tienden a ser m!s resistentes en cuando a volver a su posición original una ve) que se retira el esfuer)o de tensión a que habían sido sujetos y se considera que la elasticidad es una energía almacenada al disiparse.D Fa)!n ;errano, ?ilagritos de @es0s y >argas -ern!nde), @ohan 7sar "$%%G( en la tesis tituladaA Estudio de mejoramiento de la carretera Panamericana Horte "Im. J%G(, 7artavio  ;antiago de 7ao para obtener el título de 9ngeniero 7ivil, Cniversidad 7sar >allejo, concluye lo siguienteA

•

BEl /istrito de ;antiago de 7ao y sus aledaos, cuenta con una buena producción agroindustrial, la misma que podr! ser bien aprovechada con la construcción de sta carretera: mejorando los niveles de vida de la población, impulsando el comercio y el

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turismo, y generando empleo temporal a los pobladores de la )ona. El terreno de fundación de la carretera est! constituido en su mayoría por suelos de arcilla inorg!nica de baja plasticidad, arcilla con grava, arcilla arenosa, de regular a

•

mala calidad para carreteras con un 7F* de 5.=G K. ;e ha diseado el pavimento, obteniendo una estructura de %.+% m de espesor de afirmado usando el mtodo de C;27E "C.;. 2*? 7M*P; M/ EH19HEE*;( y el mtodo del *M2/ *E;E2*7- L2FM*24ME. Na!$%nal: ?arín -ern!nde), 2lberto. "$%%'( con la tesis tituladaA B2sfaltos modificados y  pruebas de laboratorio para caracteri)arlosD, para obtener el título de 9ngeniero 7ivil, Cniversidad Hacional de 9ngeniería, en la ciudad de Lima  Per0, concluye lo siguienteA

B2quí, se dieron a conocer los materiales que se pueden usar, para modificar los asfaltos convencionales. 7omo se hi)o notar, estos materiales nombrados, logran un cambio significativo en el comportamiento mec!nico de las me)clas asf!lticas. El uso de cualquiera de estos depende en gran medida del juicio del proyectista, el cual debe  basarse en un criterio objetivo, desde la perspectiva tcnica.D In)erna!$%nal: *odrígue) >aldivia, #ernando 2ndrs. "$%&%( con la tesis tituladaA B2n!lisis de  pavimento asfaltico modificado con polímeroD, para obtener el título de 9ngeniero 7ivil, Cniversidad 2ustral de 7hile, en la ciudad de >aldivia  7hile, concluye lo siguienteA B2l anali)ar los resultados obtenidos de estabilidad y fluencia queda demostrado que las me)clas asf!lticas elaboradas con asfaltos modificados posee un mejor comportamiento que las me)clas elaboradas con asfalto convencional, tal como se esperaba, ya que la finalidad de modificar los asfalto es mejorar sus propiedades.D *. MARCO TEORICO : *.1. As#al)%: *.1.1 De#$n$!$+n: "*eyes Li)cano $%%+,pag.&&(A El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfaltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad: es sólido o semisólido y tiene  propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. 2l calentarse se ablanda gradualmente hasta alcan)ar una consistencia líquida. Los materiales asf!lticos se emplean en la elaboración de carpetas, morteros, riegos y estabili)aciones, ya sea para aglutinar los materiales ptreos utili)ados, para ligar o unir diferentes capas del pavimento: o bien para estabili)ar bases o sub bases. 4ambin se pueden usar para construir, fabricar o impermeabili)ar otras estructuras, tales como algunas obras complementarias de drenaje, entre otras. *.1.2 C%,%s$!$+n: "*eyes Li)cano, $%%+,pag.$'(A El asfalto es considerado un sistema coloidal complejo de hidrocarburos. El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar, el cual provee de una ra)onable explicación de dicha estructura, en el cual existen dos fases: una discontinua "arom!tica( formada por dos asf!ltenos y una continua que rodea y solubili)a a los asf!ltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misión de homogenei)ar y compatibili)ar a los de otras maneras

insolubles asf!ltenos. Los maltenos y asf!ltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

*.1.3 Cara!)er"s)$!as: "*eyes Li)cano, $%%+,pag.$'(A El asfalto es un líquido viscoso constituido esencialmente por hidrocarburos o sus derivados, a continuación enlistamos algunas de sus característicasA o

o

o o

o

7onsistenciaA ;e refiere a la dure)a del material, la cual depende de la temperatura. 2 altas temperaturas se considera el concepto de viscosidad para definirla. /urabilidadA 7apacidad para mantener sus propiedades con el paso del tiempo y la acción de agentes envejecedores. ;usceptibilidad 4rmicaA >ariación de sus propiedades con la temperatura. Pure)aA /efinición de su composición química y el contenido de impure)as que  posee. ;eguridadA 7apacidad de manejar el asfalto a altas temperaturas sin peligros de inflamación.

*.1.4 F-n!$+n: "Iraemer, $%%=,pag&&$( :  Entre muchas otras, dos son las funciones m!s importantes ejercidas por el asfalto en un pavimento. 2glomerante. o 9mpermeabili)ante. o

7omo aglomerante proporciona una íntima liga)ón entre los agregados, capa) de resistir la acción mec!nica producidas por las cargas de los vehículos. 7omo impermeabili)ante garanti)a al pavimento una acción efica) contra la  penetración del agua proveniente, tanto de las precipitaciones como del subsuelo por  acción capilar.  Hing0n otro material garanti)a mejor que el asfalto una ejecución económica y simultanea de estas funciones, al mismo tiempo que proporciona al pavimento características de flexibilidad que permite su acomodo sin fisuramiento, antes eventuales consolidación de las capas subyacentes, , naturalmente, para que el asfalto desempee satisfactoriamente estas funciones que le son inherentes, es necesario que sea de buena calidad, y por sobre todo, que en la ejecución del pavimento se respeten todas las especificaciones establecidas en el diseo. *.2. P%l",er%:

";algado 4orres, $%%$,pag$%+(,: Los polímeros son sustancias de alto peso molecular  formada por la unión de cientos de miles de molculas pequeas llamadas monómeros "compuestos químicos con molculas simples(. ;e forman así molculas gigantes que toman formas diversasA cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas. 2lgunos modificadores polimricos que han dado buenos resultados, se enlistan a continuaciónA o

-omopolímerosA que tienen una sola unidad estructural "monómero(.

o

7opolímerosA 4ienen varias unidades estructurales distintas "E>2, ;F;(. Entre los copolímeros se pueden derivarA Plas)+,er%sA son aquellos que al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. 4ienen deformaciones  pseudopl!sticas con poca elasticidad. /entro de estos tenemosA E>2A etileno8acetato de vinilo. E?2A Etileno8acrilato de metilo PEA "polietileno(. PPA "Polipropileno(. Poliestireno. Elas)+,er%sA son aquellos que al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su posición original, es decir, son muy el!sticos. /entro de estos tenemosA  HaturalesA caucho natural, celulosa, ceras y arcillas. ;F;A "estireno8butadieno8estireno( o caucho termopl!stico. ;F*A 7auchos sintticos del $5K de Estireno y 5K de butadieno. EP/?A "polipropileno at!ctico(. .

o

MtrosA 4ermoendureciblesA estos tienen a nivel molecular muchos enlaces transversales que impiden que puedan volver a ablandarse al calentarse nuevamente. ;on ejemplos de estos las resinas epóxicas. Los asfaltos modificados con polímeros est!n constituidos por dos fases, una formada  por pequeas partículas de polímero hinchado disueltas en asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matri) continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero: pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero Los principales modificadores utili)ados en el asfalto sonA

P%l",er%s )$% IA Es un copolímeros modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de las me)clas asf!lticas tanto a altas como a bajas temperaturas. P%l",er%s T$% IIA Es un copolímero modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de me)clas asf!lticas a bajas temperaturas. P%l",er%s T$% III: Es un copolímero modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de me)clas asf!lticas a altas temperaturas. "*eyes Li)cano, $%%+,pag.&5%(A ;on sustancias macromoleculares naturales o sintticas, obtenidas a partir de molculas m!s sencillas por reacciones polimricas. Por  consiguiente, un polímero es un compuesto con un elevado peso molecular, cuya estructura se representa por la repetición de pequeas unidades. . Los  polímeros, una ve) dispersos en el asfalto, llegan a formar verdaderas redes tridimensionales, creando un reticulado que le confiere propiedades relevantes de elasticidad al asfalto modificado 4abla 9 7aracterísticas individuales de mejora de los polímeros para dos ejemplos.

Pr%-!)%1. T$%

E>2

Presen)a!$+ Clas$#$!a!$+ Cara!)er"s)$!as /enerales 0-e n n ,e%ran en la ,e!la as#l)$!a

Plastomero 1ranulado

4ipo 999

•

•

•

•

•

•

 ?ejora la resistencia a las roderas en la me)cla asf!ltica.  /isminuye la susceptibilidad trmica del cemento asf!ltico.  ?ejora su comportamiento a altas temperaturas.  9ncremento de la vida 0til de los pavimentos, por su mayor resistencia al envejecimiento, a la propagación de grietas y la formación de ahuellamientos.  Permite la reducción del espesor del pavimento.  *educe los costos de mantenimiento, produciendo rentabilidad económica en el

tiempo.

•

•

•

•

 ?ejora la resistencia a las roderas en la me)cla asf!ltica.  /isminuye la susceptibilidad trmica del cemento asf!ltico.  ?ayor adhesividad de los agregados.  2umento de la flexibilidad y elasticidad a  bajas temperaturas.

•

 9ncremento del módulo de rigide) a altas temperaturas.

;F;

Elastomer  1ranulado o

4ipo 9

•

 2umento de la resistencia a la tracción y a la elongación "resistencia a la fatiga(.

•

 9ncremento de la vida 0til de los  pavimentos, por su mayor resistencia al envejecimiento, a la propagación de grietas y la formación de ahuellamientos.

•

•

*.3. As#al)% ,%$#$!a% !%n %l",er%s:

 Permite la reducción del espesor del pavimento.  *educe los costos de mantenimiento, produciendo rentabilidad económica en el tiempo.

";algado 4orres, $%%$,pag$%+(, : Los materiales asf!lticos modificados son el producto de la disolución o incorporación en el asfalto, de un polímero o de hule molido de neum!ticos, que son sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, que se les aaden al material asf!ltico para modificar sus propiedades físicas y mec!nicas, y disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, así como a la oxidación. Los modificadores producen una actividad superficial iónica, que incrementa la adherencia en la interface entre el material ptreo y el material asf!ltico, conserv!ndola aun en presencia del agua. 4ambin aumentan la resistencia de las me)clas asf!lticas a la deformación y a los esfuer)os de tensión repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asf!lticas a las variaciones de temperatura. Estos modificadores por lo general se aplican directamente al material asf!ltico, antes de me)clarlo con el material ptreo. 7.4. ESTR'CT'RA DE LOS ASFALTO MODIFICADO CON POLIMERO

Los asfaltos modificados con polímeros est!n constituidos por dos fases, una formada  por pequeas partículas de polímeros hinchado y otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímero existe una matri) continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero, pero si se aumenta la proporción del polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el  polímero hinchado y la fase continua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. Esta micro morfología bif!sica y la interacciones existen entre molculas del  polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímero El efecto principal de aadir polímeros al asfalto es el cambio en la relación viscosidad8 temperatura, permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a  bajas como a altas temperatura *.&. Ven)aas el 's% e P%l",er%s en el As#al)%. "#onseca, $%%=,pag.&=$(, : a que se conocen las diferencias m!s destacadas entre los asfaltos convencionales y los modificados con polímeros: se pueden deducir las ventajas y desventajas de aadir polímeros en los asfaltos. 2 continuación se clasifican las ventajas de los asfaltos modificadosA M5CANICAS •

/isminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicación de carga.

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•

•

•

2umentan la resistencia a la deformación permanente y a la rotura en un rango m!s amplio de temperaturas, tensiones y tiempo de carga. 4ienen una elevada resistencia mec!nica, gran resistencia a la tracción, buen poder  humectante y adhesión los agregados. Los asfaltos modificados con l!tex, hule natural, ;F; y ;F* son m!s duros pero siguen siendo el!sticos lo que evita la formación de roderas y agrietamiento de los mismos. El polímero elastómero se comprime al aplicar un esfuer)o, pero recobran su forma original al ser retirado. ;e obtienen me)clas m!s flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento. /isminuye la exudación del asfaltoA por la mayor viscosidad de la me)cla, su menor  tendencia a fluir y su mayor elasticidad.

•

T5RMICAS • • • •

  •

•

 /isminuyen la susceptibilidad trmica.  /isminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesión en tiempos de calor.  >aría su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que se encuentren.  Los elastómeros son deformables a temperatura ambiente. ECON6MICAS  El costo, depende b!sicamente de su proceso de polimeri)ación y la disponibilidad de los monómeros.  #!cilmente disponible en el mercado.

TIEMPO DE VIDA •

• • •

Los asfaltos modificados con elastómeros se deteriora por la trituración o abrasión del agregado antes que por la falla del ligante "asfalto(.  El polímero elastómero proporciona una excelente resistencia al envejecimiento.  ?ejora la vida 0til de las me)clasA menos trabajos de conservación.  La rigide) de los asfaltos compuestos de l!tex, hule natural, ;F; y ;F* ayudan a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.

•

*.(. Des7en)aas el 's% e P%l",er%s en el As#al)%: • •

•

2lto costo del polímero.  /ificultades del me)cladoA no todos los polímeros son compatibles con el asfalto  base "existen aditivos correctores(.  /eben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la me)cla.

• •

 Los agregados no deben estar h0medos ni sucios.  La temperatura mínima de distribución es de &=5N7 por su r!pido endurecimiento. En la siguiente grafica se muestra la diferencia económica entre los asfaltos convencional y modificado con polímeros.

Mtras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional sonA  ?ayor intervalo de plasticidad"diferencia entre el punto de ablandamiento y el #raass(  ?ayor cohesión.  ?ejora de la respuesta el!stica.  ?ayor resistencia a la acción del agua. ?ayor resistencia al envejecimiento. Las  propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factoresA •

• • •

•

• • •

 4ipo y composición del polímero incorporado.  7aracterística y estructura coloidal del asfalto base.  Proporción relativa de asfalto y polímero *.*. D$#eren!$as en)re el as#al)% ,%$#$!a% !%n %l",er% 8 as#al)% !%n7en!$%nal 2 continuación se enlistan algunas diferencias entre los asfaltos modificados y los asfaltos convencionales •

Los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mec!nicas como de adhesión y bajo distintas condiciones clim!ticas y de transito, pero actualmente debido a la gran demanda de trafico y de condiciones clim!ticas los asfaltos

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•

•

•

convencionales no satisfacen algunas expectativas tal como cumplir un determinado  periodo de servicio. Los asfaltos convencionales, aun con los grados mas duros no es posible eliminar el  problema de las deformaciones producidas por el transito, especialmente cuando se afrontan condiciones de temperatura alta. Los asfaltos modificados son diseados eligiendo el polímero correcto para determinada aplicación, y asegur!ndote si es compatible con el asfalto base, esto se consigue mediante pruebas experimentales de laboratorio y de campo. Para que los asfaltos modificados con polímeros consigan las prestaciones optimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base, es necesario que los polímeros sean compatible con el material asfaltico, el tipo de polímero, la dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. Los resultados obtenido de un proceso de modificación de asfalto, dependen altamente de la concentración, peso molecular, composición química y orientación molecular del polímero. 7.8. Compatibilidad de los Polmeros.

Para que los asfaltos modificados con polímeros consigan las prestaciones óptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base "es necesario que los polímeros sean compatibles con el material asf!ltico(, el tipo de polímero, la dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. 7ada polímero tiene un tamao de  partícula de dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por  encima de sta el polímero sólo act0a como un filler "mineral comoA cemento, cal, talco, sílice, etc.(: y por debajo de sta, pasan a estar muy solubili)ados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia. ;i un polímero se aade a dos diferentes asfaltos, las propiedades físicas de los  productos finales, pueden ser muy diferentes. Para mayor efectividad, el polímero debe crear una red continua de trabajo en el asfalto: para que esto ocurra, la química del polímero y del asfalto necesita ser compatible. Los polímeros compatibles producen r!pidamente un asfalto estable, usando tcnicas convencionales de preparación. Estos sistemas convencionales de preparación de asfaltos modificados con polímeros son grandes recipientes de me)clado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculación con agitadores mec!nicos de corte de gran velocidad. El polímero  puede venir en polvo, en forma de pequeas bolitas o en grandes panes. La temperatura de me)clado depende del tipo de polímero utili)ado. En las microfotografías mostradas en la figura $.& nos muestran polímeros tipo ;F o ;F; en diferentes asfaltos "lo blanco es polímero y lo negro es asfalto(. Las dos  primeras presentan una red continua de polímero, teniendo una estructura estable que no se separa, tomando ventaja de las propiedades el!sticas del polímero. Las dos siguientes no est!n en red, separadas durante el almacenaje, y por tanto, no tendr!n el mismo incremento  benfico sobre las distintas propiedades.

2lgunos productores de asfalto polimeri)ado utili)an procesos especiales para lograr  compatibilidad entre el polímero y el asfalto. 7uando la tecnología es apropiada, las  propiedades del ligante pueden reducir el efecto de las roderas, el desprendimiento de  ptreos el agrietamiento trmico o fluencia de la me)cla, así como el incremento en la vida 0til del pavimento, debido a una mayor estabilidad y resistencia a la fatiga. •

Fig. 2.1. ?icrofotografías "Emulsiones 2sf!lticas, 1ustavo *ivera E(.

2lgunos productores de asfalto polimeri)ado utili)an procesos especiales para lograr  compatibilidad entre el polímero y el asfalto. 7uando la tecnología es apropiada, las  propiedades del ligante pueden reducir el efecto de las roderas, el desprendimiento de  ptreos el agrietamiento trmico o fluencia de la me)cla, así como el incrementoen la vida 0til del pavimento, debido a una mayor estabilidad y resistencia a la fatiga. 7.9. Tcnicas para modifcar Asaltos.

7uando se aaden polímeros al asfalto, las propiedades del asfalto modificado dependen de los siguientes par!metrosA 8 4ipo de polímero a emplearse ya sean elastómeros o pl!stomeros. 8 ;u forma física. 8 Haturale)a y grado de asfalto. 8 4ipo de equipo. 84iempo y temperatura durante el me)clado. . 8La compatibilidad 2sfalto8Polímero.

El proceso apropiado de modificacion es variable deacuerdo al tipo de polimero,  polimero del tipo ;F; requieren etapas de molienda y otros como el tipo E>2 requieren solamente proceso de agitación. ;e mencionan de manera general las etapas importantes del proceso de modificación. Para tipo I. SBS:

Etapa &.

Evaluar el asfalto base. .

Etapa $.

9ncrementar la temperatura del asfalto.

. Etapa +. Proceso de molienda yOo homogenei)ación asfalto8polímero. ;e requiere de un molido de alto corte. Etapa =.

7ontrolar la calidad a travs de microscopia óptica.

Etapa 5. #inali)ación de la reacción. 7ontrol de calidad reali)ando corrida de  pruebas físicas para asfaltos modificados despus de $= horas de reacción. Las temperaturas de me)clado oscilan entre &'% 7 y &G% 7.  el tiempo de me)clado varía dependiendo de la dispersión del polímero. Para tipo II. Ltex SBR.

La operación de modificación se lleva a cabo a una temperatura de &J%  &% 7. La adición del l!tex se reali)a mediante una bomba de diafragma que puede ser adicionada mediante aire o motor elctrico. El tiempo de agitación depende del equipo empleado. Los tiempos normales para todo el proceso del l!tex y me)clado oscilan entre &.5 y $ horas. Para tipo III. EVA.

En esta no se requiere un molino, solamente es con agitación y temperatura, en un tiempo corto el polímero se funde y se incorpora al asfalto. Por lo regular son $ horas a &'%7, el control de calidad se observa mediante la prueba visual para polímeros del tipo 999. 7.10.

PROCEDIMIE!O E"PERIME!AL

7.10.1 Materiales

7omo material base para la modificación con polímeros se utili)ó un asfalto con un grado de penetración '%O&%% de origen colombiano fabricado en la refinería de Farrancabermeja de Ecopetrol. Los polímeros utili)ados como modificadores en este trabajo fueronA ;F; comercial, referencia  solprene® 411, 7era de polietileno "7PE( referencia THP suministrada por la empresa  Alphamin S.A. y caucho molido de llanta con un tamao de malla $5. Las me)clas de asfalto con caucho molido de llanta y ;F; se reali)aron con y sin a)ufre como agente entrecru)ante. Las características del asfalto

sin modificar y de los polímeros usados como aditivos se muestran en la tabla Pr%$eaes #"s$!as 8 0-",$!as el as#al)% 9ase 8 a$)$7%s %l$,r$!%s. A#$a%to

Penetración $5o7 "dmm(. Punto de ablandamiento "o7(

'+ =5.'

 Anlisis SARA (%)

2sfaltenos &$.+G *esinas 2rom!ticos +'.&' ;aturados &=.+

+5.J

SBS

Estireno total "sobre polímero( /ure)a ;hore 2

$% J%

CPE

>iscosidad &=%o7 "cps( Penetración $5o7 "dmm( Punto de ablandamiento "o7( Punto de fusión "o7( &$$

'% & &+%

7.10.2 Proceimien!o e me"cla

Las me)clas de asfalto con polímeros se prepararon en un recipiente met!lico y fueron me)cladas con un agitador mec!nico  #$A R&20. Cna cantidad definida de asfalto se calentóQ a &+57 para llegar al estado fundido. Luego se incrementó la temperatura hasta llegar a un rango entre &'% y &G%7 momento en el cual se inició la agitación. 2 partir  de este momento se agregó el polímero y se continuó la agitación a $%%% rpm por un lapso de =5 minutos. 2l asfalto crudo se le adicionó polímero con + K y J K " pp( para el caso ;F; y 7PE, mientras que el caucho molido de llanta se adiciono en porcentajes de 5 K y &% K " pp( 7.10.' Preas e pene!raci*n + pn!o e alanamien!o

La prueba de penetración se utili)a para determinar la consistencia del asfalto. En este trabajo se determinó el grado de penetración tanto al asfalto crudo como al modificado. El material a evaluar se depositó en un recipiente estandari)ado, luego fue cargado con una aguja estandari)ada y una carga de &%%g durante 5s a una temperatura de $5o7. La longitud que la aguja penetra al asfalto durante los 5s se expresa en unidades de %,&mm y se conoce como penetración "pen( del asfalto. 4anto al asfalto crudo como a las me)clas se les determino el punto de ablandamiento utili)ando el procedimiento descrito en la norma 2;4? /+J R&+S. ?todo conocido como anillo y bola, el cual consiste en colocar una bola de acero en la superficie de un anillo relleno con la muestra de asfalto, luego se introduce en un bao que se calienta

con una rata de temperatura de de 5o7 O min. La temperatura a la cual la bola cae una distancia de $=.=mm se conoce como temperatura o punto de ablandamiento "P2( del asfalto.

7.10.4 spec!roscopia in-rarroa por !rans-ormaa e /orier (/T#R)

Para determinar las interacciones entre los componentes de la me)cla se reali)aron an!lisis mediante #49*. Para los an!lisis se utili)ó un equipo  Perin lmer , modelo Spec!rm one acoplao a n ATR !ili"ano n arrio e -recencias e 200 a 400 cm8 &

 7.10.5 Calorimetra diferencial de barrido modulada (MDSC)

Pruebas de calorimetría diferencial de barrido modulada "?/;7( fueron reali)adas en los materiales para determinar la presencia de transiciones trmicas. Las mediciones fueron reali)adas mediante la utili)ación de un equipo TA #ns!rmen!s niersal 34.2 . Para las pruebas se utli)o una cantidad de material entre &% a $%mg entroducidas en recipientes hermeticos de aluminio 7.10. Preas e iscosime!r5a

Pruebas de viscosimetría con una geometría de platos paralelos de $%mm de di!metro fueron reali)adas para determinar la variación de la viscosidad con la temperatura tanto del asfalto puro como modificado. Las pruebas fueron reali)adas en modo de esfuer)o constante con un barrido de temperaturas que iba desde =%7 hasta &$%7. 7.10.7 6icroscop5a *p!ica

Esta tcnica permitió evaluar las variaciones de las fases presentes en los asfaltos modificados seg0n las diferentes proporciones de polímero aditivo. Los an!lisis se reali)aron mediante la fabricación de capas delgadas de los asfaltos, que fueron anali)adas en el modo de transmisión óptica utili)ando un microscopio  #T8

7.11. Aplicaciones de un Asalto Modifcado.

El asfalto modificado puede ser aplicado de diferentes maneras, dependiendo del uso y necesidades que se requieran cubrir. 2 continuación se describen algunas aplicaciones del modificadoA •

8 Co&'reto A#$%ti'oA ;e caracteri)a por reducir la deformación permanente, mayor resistencia a la fatiga, uso de capas m!s delgadas y mejor resistencia a la post  compactación. ;e aplica en pavimentos de pistas de aeropuertos donde las exigencias son muy elevadas, tambin el B*olled 2sphaltD donde la reflexión de fisuras es muy usual "tr!nsitos muy intensivos, alta carga de tr!nsito y elevado peso(.

•

8 Me('%a# a)ierta#A ;e caracteri)a por la menor post  compactación y retención del agua y mejor adhesividad del agregado. ;e aplica en pavimentos de drenaje o donde las cargas de tr!nsito no sean elevadas. •

8 Me*)ra&a a)#or)e+ora i&ter'apa +e e#$,er(o#A ;e caracteri)a por la capacidad para absorber movimientos hori)ontales  producidos por grietas de varios milímetros, mantenimiento de las propiedades el!sticas en un amplio rango de temperaturas, buena adhesividad a la vieja y nueva capa de asfalto y posibilita utili)ar capas asf!lticas m!s delgadas. •

8 !rata*ie&to# #,per-'ia%e#A ;e caracteri)a por su mejor retención del agregado, su mayor rango de uso incluidos caminos con tr!nsito pesado, su ?ejor resistencia a la tracción y por su formulación de asfaltos diluidos y emulsiones. ;e aplica en asfaltos diluidos modificados para ser usado en tratamientos superficiales o riegos de liga. ;. 9A Polímeros.



>/A >ariación del asfalto en un pavimento.

Cniversidad Privada 2ntenor Mrrego #acultad de 9ngeniería

'SO DE POL>MEROS EN EL ASFALTO ? S' INFL'ENCIA EN LA VARIACI6N DE 'N PAVIMENTO EN TR'JILLO@21&

EscuelaA

Escuela Profesional de 9ngeniería 7ivil

9ntegrantesA ;!nche) Enríque) ;ergio 7ru) 2lvarado air ?arco León 2)abache 1ary 1arcía 7arhuapoma Heyvi 7h!ve) sopla ?ario /ocenteA Pea Pasos 1ladys.

4rujillo  Per0 $%&

P*ME74M /E 9H>E;491279MH 9. /atos 1enerales . 494CLM: Cso de polímeros en el asfalto y su influencia en la . variación de un pavimento en la ciudad de 4rujillo . . $%&5 ETC9PM: . . . .

.;!nche) Enríque) ;ergio .7ru) 2lvarado air .León 2)abache 1a y .1arcía 7arhuapoma Heivy .7h!ve) ;opla ?ario

49PM /E 9H>E;491279MH .Por su finalidad:  Fasica .Por su profundidad:  Experimental

E;7CEL2 P*M#E;9MH2L:  9ng. 7ivil