Mecánica de materiales y ensayos

Universidad Nacional Experimental del Táchira

Departamento de ingeniería civil

Mecánica de materiales y ensayos

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Bachilleres:

Duque M. Mileidy K. C.I. 20516106

Gonzalez Gonzalo  C.I.

San Cristóbal, octubre de 2014.

El asfalto es uno de los materiales más antiguos usados en la construcción. Los aglomerantes asfálticos se utilizaban ya en el año 3000 a.c, precediendo al uso de la rueda en unos 1000 años. Antes de mediados de la década de 1850, el asfalto se extraía de depósitos naturales que se encontraban distribuidos por diversos lugares de todo el mundo, como el asfalto del lago Trinidad, que continúa extrayéndose hoy día. Sin embargo, con el descubrimiento y el refinado de petróleo en Pensilvania, el uso del cemento asfáltico comenzó a generalizarse. En 1907, ya se utilizaba más cemento asfáltico procedente de las refinerías que de depósitos naturales. Actualmente, prácticamente todo el cemento asfáltico se obtiene a partir de petróleo refinado.

Los materiales bituminosos se clasifican en asfaltos y alquitranes. Los diversos productos asfálticos tienen distintos usos:

• el asfalto se usa principalmente en la construcción de pavimentos, aunque también se emplea como agente sellante e impermeabilizante.
• Las alquitranes se producen mediante la destilación destructiva de hulla bituminosa o por la desintegración de vapores de petróleo. En Estados Unidos, el alquitrán se usa principalmente para membranas impermeabilizantes, como por ejemplo en tejados. El alquitrán también puede emplearse para el tratamiento de pavimentos, especialmente allí donde los vertidos de fuel puedan disolver el cemento asfáltico, como en el caso de aparcamientos y pistas de aeropuertos.

El proceso de destilación fraccionada del petróleo crudo.

Los distintos productos se separan a diferentes temperaturas. Los productos principales, como la gasolina, el queroseno, el diesel, junto con el residuo

asfáltico (cemento asfáltico). Puesto que el asfalto es un producto de menor valor que los otros componentes, las refinerías se diseñan para producir los combustibles más valiosos a expensas de la producción de asfalto. La cantidad y calidad del asfalto dependen de la fuente de petróleo crudo y del método de refinado utilizado. Algunas fuentes de crudo, como los petróleos nigerianos producen poco asfalto, mientras que otras, como muchos de los de Oriente Medio, tienen un alto contenido en asfalto.

Tipos de productos asfalticos

El asfalto utilizado en los pavimentos se produce en tres formas diferentes: cemento asfáltico, asfalto fluidificado y emulsión asfáltica.

• El cemento asfáltico, es una mezcla de hidrocarburos de diferentes pesos moleculares. Las características del asfalto dependen de la composición química y de la distribución de los diferentes hidrocarburos. A medida que esa distribución incluye pesos moleculares más grandes, el asfalto se vuelve más duro y viscoso. A temperatura ambiente, el cemento asfáltico es un material semisólido que no se puede aplicar fácilmente como aglomerante sin antes calentarlo.
• asfalto líquido, asfaltos fluidificados y emulsiones, que pueden utilizarse sin necesidad de calentarlos (Instituto del asfalto, 1989). Aunque los asfaltos líquidos son cómodos, no permiten obtener una calidad de hormigón asfáltico comparable a la que se produce calentando cemento asfáltico normal y mezclándolo con áridos cuidadosamente seleccionados. El cemento asfáltico tiene unas excelentes características adhesivas, lo que hace que sea un aglomerante muy adecuado para la construcción de pavimentos. De hecho, es el material aglomerante más comúnmente utilizado en este tipo de construcciones.
• El asfalto fluidificado se fabrica disolviendo cemento asfáltico en un disolvente a base de hidrocarburo con un menor peso molecular. Cuando se rocía el asfalto fluidificado sobre un pavimento o se mezcla con áridos, el disolvente se evapora, dejando como aglomerante el residuo asfáltico. En el pasado, los asfaltos fluidificados se utilizaban ampliamente en la construcción de autopistas. Eran muy efectivos y podían aplicarse fácilmente. Sin embargo, presentaban tres desventajas que han limitado enormemente el uso de estos asfaltos. En primer lugar, a medida que se han ido incrementando los costes del petróleo, el uso de estos caros disolventes como agentes de transporte del cemento asfáltico ha dejado de ser efectivo en términos de costes. En segundo lugar, los asfaltos fluidificados son materiales peligrosos debido a la volatilidad de los disolventes. Por último, la aplicación del asfalto fluidificado libera a la atmósfera hidrocarburos que son inaceptables para la conservación del medio ambiente. De hecho, muchas regiones en las que existen problemas de contaminación del aire han prohibido por ley el uso de los asfaltos fluidificados.
• Una alternativa a disolver el asfalto en un producto químico consiste en dispersar el asfalto en agua en forma de emulsión. En este proceso, el cemento asfáltico se descompone físicamente en una serie de glóbulos de tamaño microscópico que se mezclan con un agua que contiene un agente emulsionante. Los asfaltos emulsionados suelen estar compuestos por entre aproximadamente un 60% y u n 70% de residuo asfáltico, un 30% a un 4 0 % de agua y una fracción de porcentaje de agente emulsionante. Existen muchos tipos de agentes emulsionantes; básicamente, todos ellos son algún tipo de material jabonoso. La molécula emulsionante tiene dos componentes distintos: la parte de la cabeza, que tiene una carga electrostática, y la parte de la cola, que tiene una alta afinidad por el asfalto. La carga puede ser positiva, lo que produce una emulsión catiónica, o negativa, que da lugar a una emulsión aniónica. Cuando se introduce el asfalto en el agua con el agente emulsionante, la parte de la cola del emulsionante se une al asfalto dejando la cabeza expuesta. La carga eléctrica del emulsionante provoca una fuerza de repulsión entre los glóbulos del asfalto, lo que mantiene su separación dentro del agua. Puesto que la gravedad específica del asfalto es muy próxima a la del agua, los glóbulos tienen una flotabilidad neutra y, por tanto, no tienden ni a elevarse ni a hundirse.

Cuando se mezcla la emulsión con áridos o se utiliza en un pavimento, el agua se evapora, permitiendo que los glóbulos de asfalto se aproximen formando así el aglomerante.

E l fenómeno de separación entre el residuo asfáltico y el agua se denomina

desmulsificación o fraguado. La velocidad de fraguado de la emulsión puede controlarse variando el tipo y la cantidad del agente emulsionante.

Puesto que la mayoría de los áridos presentan cargas superficiales positivas (como por ejemplo la cal) o negativas (como los áridos silíceos) tienden a ser compatibles con las emulsiones amónicas o catiónicas, respectivamente. De todos modos, algunos fabricantes de emulsiones pueden obtener emulsiones que se unen bien con tipos de áridos específicos, independientemente de su carga superficial.

Aunque las emulsiones y los asfaltos fluidificados pueden utilizarse en las mismas

aplicaciones, el empleo de las emulsiones se está incrementando, porque no requiere el uso de disolventes costosos y peligrosos.

Usos del asfalto

El principal uso del asfalto se encuentra en la construcción y mantenimiento de pavimentos.

Además, también se utiliza en el sellado e impermeabilización de diversos componentes estructurales, como por ejemplo tejados y cimientos subterráneos.

La selección del tipo y calidad del asfalto depende del tipo construcción y del clima que exista en la región. Los cementos asfálticos, también denominados aglomerantes asfálticos, se utilizan normalmente para fabricar hormigón asfáltico de mezcla en caliente para la capa superficial de los pavimentos de asfalto. El hormigón asfáltico también se emplea en el parcheo y reparación de todo tipo de pavimentos, tanto de asfalto como de hormigón de cemento portland. Los asfaltos líquidos (emulsiones y fluidificados) se emplean en aplicaciones de mantenimiento de pavimentos, como por ejemplo para la aplicación de riegos pulverizados, tratamientos superficiales, lechadas asfálticas y micropavimentos.

Los asfaltos liquidos también pueden emplearse para sellar las grietas de los pavimentos. Los asfaltos se mezclan también con áridos para fabricar mezclas frías. Las mezclas frías se usan normalmente para el parcheo (cuando no hay disponible hormigón asfáltico de mezcla en caliente), la estabilización de las bases y sub-bases de los pavimentos y para recubrimiento de carreteras de bajo volumen de tráfico.

Aplicación del asfalto en pavimento

1. Asfalto de mezcla en caliente

Mezla cuidadosam ente diseñada de asfalto y áridos. Aplicacion: Superficie de los pavimentos, parcheo.

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