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8/19/2019 E. Cementos Asfálticos
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Cementos Asfálticos
Antecedentes
Historia de las Especificaciones
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Antecedentes
Asfalto
– Soluble en productos
petroleros
– Subproducto de la
destilación del petróleo
– Se puede encontrar
naturalmente
Alquitrán
– Resistente a
productos petroleros
– Subproducto de la
producción delcarbón
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Antecedentes
En Estados Unidos, primera
mezcla asfáltica en 1870
– Pennsylvania Ave. – Se usó asfalto de lago
de la Isla de Trinidad
Dos fuentes: – Isla de Trinidad
– Bermudez, Venezuela
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Antecedentes
El asfalto del lago tiene niveles de calidad
consistentes – Uso del ensaye de solubilidad
Desde fines de 1800 la demanda de caminospavimentados supero la capacidad de los
asfaltos de lago
– Esto l levó al uso de productos petroleros
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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
Gasolina
Keroseno
Gas
Diesel
Aceites
Asfalto
Barril de petróleo crudo
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Componentes Cemento Asfáltico
Asfaltenos
– Inclusiones sól idas grandes (negras)
–
Componente viscosa muy alta
Resinas
– Semi-sólidas ó sólidas a temperatura
ambiente» Fluídas cuando se calientan
» Frágiles cuando se enfrían
Aceites
– Líquidos incoloros
– Solubles en la mayoría de los solventes
– Permiten al asfalto f luir
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Operaciones de Refinación
ALMACENAJE
BOMBEO
DESTILADOS LIGEROS
DESTILADOS PESADOS
CEMENTOS ASFALTIOOS
ASFALTOS REBAJADOS
EMULSIONES
AIRE
ASFALTOSOXIDADOS
ALMACE
NAJE
DESTILACIONFRACCIONADA
RESIDUOS
GAS
PETROLEO
ARENA Y AGUA
CONDENSADORDESTILA
CION
DESTILADOS MEDIOS
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Tipos
Cementos asfálticos
– Producidos en refinería – Asfaltos óxidados
Asfaltos rebajados (Cutbacks)
– Cementos asfálticos con solventes petroleros Emulsiones
– Mezclas de cementos asfálticos,agua y un agente
emulsificante
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Asfaltos Oxidados
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Asfaltos Rebajados
Fraguado rápido (FR) (Naphtha or Gasolina)
–
Alta volatilidad de solventes – Riegos de liga, tratamientos superf.
Fraguado Medio (FM) (Keroseno)
– Volatilidad moderada
– Bacheo
Fraguado Lento (FL) (Aceite baja viscosidad)
– Baja volatilidad
– Riego de liga, control de polvos
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Emulsiones
El emulsificador carga electricamente las gotas de
asfalto suspendidas en un medio acuoso
– Anionicas
» Carga negativa
» Alkalinas
» Buena con calizas (carga positiva)
– Cationicas
» Carga positiva
» Acidas
» Buena con gravas silíceas (carga negativa)
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Selección de Cementos Asfálticos
Necesidad de especificar las característicasdeseables.
Las “ características deseables” han cambiadocon el t iempo y la tecnología.
Seleccionar requiere de ”especificaciones”
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Primeras Especificaciones Asfaltos de Lago
– Apariencia
– Solubil idad en bisulfuro de carbono
Asfaltos de petróleo (inicios 1900)
– Consistencia
» Chewing» Máquina de penetración
Medida de la consistencia
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Ensaye de penetración
Aguja de penetración
Carga especificada, tiempo, temperatura
100 g
Inicio
Penetración de 0.1 mm
Después 5 seg
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Especificaciones Penetración
Cinco grados:
• 40 - 50
• 60 - 70
• 85 - 100
• 120 - 150
• 200 - 300
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Especificaciones base Penetración
Penetración es la prueba base
Adicionalmente
– Punto de ignición
– Ductilidad
–
Solubilidad – Ensaye película delgada
»Penetración
»Ductilidad
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Punto de ingnición (Seguridad)
Termómetro
Copa llena de
asfalto
Línea de gas
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Ductilidad
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Solubilidad (Pureza)
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Horno de Película Delgada
Horno
Base de rotación
Recipiente Termómetro
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Especificaciones Típicas
PenetraciónPenetración 40 - 5040 - 50 200 - 300200 - 300
Punto IgniciónPunto Ignición, C 450+, C 450+ 350+ 350+
DuctilidadDuctilidad, cm, cm 100+ 100+ 100+ 100+SolubilidadSolubilidad, %, % 99.0+ 99.0+ 99.0+ 99.0+
Pen.Pen. RetenidaRetenida, % 55+, % 55+ 37+ 37+
DuctilidadDuctilidad, cm, cm NA NA 100+ 100+
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Temperatura
25C (77F)
Penetración, 0.1 mm
Alta
Media
Baja
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Ventajas
Representativo de temp. medias de trabajo
Rapidez Realizable en Laboratorios de campo
Bajo costo
Precisión bien definida
Se puede determinar la influencia de la
temperatura
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Desventajas
Empirismo
Velocidad de deformación
– Alta
– Variable
No hay información para seleccionar lastemperaturas de mezcla y compactación.
Penetraciones similares a 25C (77F) pueden
clasificar asfaltos diferentes en una mismacategoría
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Especificaciones base Viscosidad
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Viscosidad: Relación entre el esfuerzo de
corte aplicado y la correspondiente velocidadde deformación
η = τ / γ
Definición
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Tipos de Viscosidad
Asphalt Institute TubeZietfuchs Cross-Arm
Tube
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Ensaye
Viscosidad Absoluta
–
Tubo en U, graduado ylleno con asfalto
– Baño a 60°C
– Se aplica Vacío
– Se registra tiempo entre
marcas
– Visc. in Pa s (Poise)
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Ensaye
Viscosidad cinemática
– Tubo graduado l leno de
asfalto.
– Baño a 135°C
– Empuje gravitacional
– Se registra el t iempo entre
marcas
– Visc. in mm2 / s (centistoke)
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Especificaciones base Viscosidad
ASTM D3381
Tres especificaciones – Tabla 1
»Propiedades originales
– Tabla 2
»Propiedades originales
–
Table 3»Envejecimiento
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EnsayesTablas 1 & 2
Viscosidades a 60 y 135oC
Penetración a 25o
C Punto ignición
Solubilidad
En el residuo envejecido – Viscosidad a 60oC
– Ductilidad a 25oC
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TiposTablas 1 & 2
Tabla 1 – AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 40
Tabla 2
– AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 30, AC 40
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Tabla 1 Ejemplo
AC 2.5 AC 2.5 AC 40 AC 40
ViscVisc, 60C, 60C 250250 ++ 50 4,00050 4,000 ++ 800800
ViscVisc, 135C, 135C 80+ 80+ 300+ 300+PenetraciónPenetración 200+200+ 20+ 20+
ViscVisc, 60C, 60C
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Tabla 2 Ejemplo
AC 2.5 AC 2.5 AC 40 AC 40
ViscVisc, 60C, 60C 250250 ++ 50 4,00050 4,000 ++ 800800
ViscVisc, 135C, 135C 125+ 125+ 400+ 400+PenetraciónPenetración 220+220+ 40+ 40+
ViscVisc, 60C, 60C
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Temperatura
25C (77F) 60C (140F) 135C (275F)
Temp.
Media
Serv.
Mezcla
&
Compactación
Verano
Caliente
Tabla 1
40 Pen
210
Tabla 2
60 Pen
300
Bajo
2400
1600
V i s c o s i d a d ( R i g i d
e z )
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.1.1
.2.2
.3.3
.5.5
11
1010
55
100100 110110 120120 130130 140140 150150 160160 170170 180180 190190 200200
TemperaturaTemperatura, C, C
ViscosidadViscosidad, Pa s, Pa s
Rango Compactación Rango Compactación
Rango Mezcla Rango Mezcla
Temperaturas
Mezcla/Compactación
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Ventajas
(Especificación AC)
Propiedad fundamental
Rango amplio de temperaturas
Se basa en la Temp. Máx. Del Pavimento
Variedad de instrumentos
Precisión del método de prueba establecida Control de la influencia de la temperatura
Limites de envejecimiento
Información temperaturas de mezcla ycompactación
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Desventajas
(Especificación AC)
Más costosa
Mayor tiempo de prueba
Necesita técnicos experimentados
No aplica a materiales No-Newtonianos
Una misma clasificación no garantiza un
mismo comportamiento
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Tabla 3 Grados AR
– AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR
8000, AR 16000
Pruebas en el residuo envejecido a
60 y 135oC – Penetración a 25oC
– % de penetración original
– Ductilidad – Propiedades asfalto original
» Punto de ignición y
solubilidad
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Horno de Película Delgada
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EspecificacionesTabla 3
AR 1000 AR 1000 AR 16,000 AR 16,000
ViscVisc, 60C 1,000, 60C 1,000 ++ 250 16,000250 16,000 ++ 4,0004,000
ViscVisc, 135C, 135C 140+ 140+ 550+ 550+Pen.Pen. 65+ 65+ 20+ 20+
% Pen.Orig.% Pen.Orig. NS NS 52+ 52+
V t j
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Ventajas
(Especificación AR)
Representativo de las propiedadesdespués de la mezcla
Propiedades fundamentales
Gran rango de temperaturas Límites de envejecimiento
Desventajas
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Desventajas
(Especificaciones AR)
Muy regional
Equipos de prueba diferentes
Tiempos de prueba mayores
No hay ensaye de consistencia con el AC original
No aplica a materiales No-Newtonianos
Una misma clasif icación no garantiza un mismo
comportamiento
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40
50
60
7085
100
120
150200
300
Grados Penetración
AC 40
AC 20
AC 10
AC 5
AC 2.5
100
50
10
5
V
i s c o s i d a d
, 6 0 C (
1 4
0 F ) AR 16000
AR 8000
AR 4000
AR 2000
AR 1000
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Preguntas - ?