Trabajo 1 Pavimentos.docx

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

ALUMNO

:

Suárez La Rosa Diego

CURSO

:

Pavimentos

TITULO

:

Práctica N°1

PROFESOR

:

Ing. Nestor Huamán Guerrero

FECHA DE ENTREGA

:

09/10/2018

Lima

DEDICATORIA

INTRODUCCION

(En español) El uso de diseño de mezclas asfálticas en nuestros días tiene como objetivo el lograr propiedades volumétricas adecuadas en la carpeta asfáltica, ya que de esto depende en gran medida el desempeño de la superficie de rodamiento en su vida de servicio. De ahí, la importancia de simular la manera adecuada en el laboratorio lo que ocurre en campo, bajo la acción vehicular y de ésta forma llegar a mezclas que muestren un mejor comportamiento en condiciones específicas de tránsito y clima. La práctica de diseño de mezclas asfálticas ha recurrido a diferentes métodos para establecer un diseño óptimo en laboratorio, los más utilizados el método Marshall, Hveem y Superpave. Siendo el último el objeto de nuestro informe

(In English)

The use of asphalt mixes design today aims to achieve adequate volumetric properties in the asphalt binder, since this depends to a large extent on the performance of the bearing surface in its service life. Hence, the importance of simulating the proper way in the laboratory what happens in the field, under vehicular action and in this way arrive at mixtures that show a better behavior in specific traffic and climate conditions. The practice of design of asphalt mixtures has resorted to different methods to establish an optimal design in the laboratory, the most widely used method Marshall, Hveem and Superpave. The last one being the object of our report

INDICE

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CAPITULO 1

1.1 FODA DEL ASFALTO 1.2 Solción debilidades (FODA)

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CAPÍTULO 2

ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS 2.1 Problemas Climáticos 2.2 Aplicaciones Comerciales 2.3 MEZCLADO 2.4 PROPIEDADES Y ESECIFICACIONES DE LOS ASFALTOS MODIFICADOS CON POLIMERO 2.5 VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO 2.6 DURABILIDAD DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PREPARADAS CON LIGANTES MODIFICADOS CON POLÍMEROS

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CAPITULO 3

ASFALTO MODIFICADO CON CAUCHO

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CAPITULO 4

EL PROGRAMA SHRT Y EL SISTEMA SUPERPAVE

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CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

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BIBLIPGRAFÍA

CAPITULO 1 FODA ASFALTO Y DEBILIDADES

1.1

FORTALEZAS

     

Ser competitivos Contribuir con el cuidado del medio ambiente Crear productos para la construcción por medio del reciclaje Mejorar la calidad de las carpetas asfálticas Ahorro de energía Sustituir la utilización de diferentes materiales vírgenes por materias secundarias obtenidas de la transformación del neumático.  Ahorro de fuentes no renovables

OPORTUNIDADES    

Generar empleos Generar productos para la construcción Ahorro de fuentes no renovables Competir en el mercado

DEBILIDADES   

Dificultad para encontrar gente capacitada para manejar la maquinaria Costo de maquinaria Generación de ruido de maquinaria

AMENAZAS   

Personas que no quisieran participar en el reciclado Falta de apoyo por parte del gobierno Permisos

1.2

CAPITULO 2 ASFALTOS MODIFICADOS CON POLIMEROS

Los asfaltos modificados con polímeros nacen de la intención de disminuir la energía requerida para la producción, almacenamiento y aplicación de cementos asfálticos en carreteras. Los asfaltos modificados con polímeros pueden utilizar polímeros que puedan formar redes tridimensionales por medio de vulcanización, formación de cristales o enredos de las cadenas poliméricas. Los más comunes incluyen: - LLDPE, m-LLDPE, LDPE, HDPE - PET - SBS, SB - SEBS - EPDM o aleaciones de EPDM/PE - BA y Acrilatos Los principales problemas encontrados en este tipo de modificaciones corresponden a la dificultad para obtener soluciones coloidales estables de asfaltenos, maltenos y polímero. Puesto que entre sí existen fuerzas que tienden a separar estos compuestos formando superficies incompatibles que resultan en una falla del material. Sin embargo, la modificación con polímero es ecológicamente favorable, principalmente al disminuir el uso de energía requerida para el proceso de asfaltos.

2.1 PROBLEMAS CLIMÁTICOS El principal reto de un asfalto modificado implica la resistencia a la deformación permanente bajo altas temperaturas y el resquebrajamiento que ocurre en bajas temperaturas, países como Suecia y Canadá requieren temperaturas promedio mucho menores que países más cercanos al ecuador, en climas desérticos, la temperatura máxima es alta, pero el cambio de temperatura repentino afecta también las propiedades de relajación del material. Altas temperaturas e intenso tráfico representan un reto para el funcionamiento de estos asfaltos modificados con polímero. El estudio de estos asfaltos se concentra en su reología, algunos modelos como el Modelo de Wagner se han utilizado para describir el comportamiento reológico de estos materiales. A altas temperaturas el asfalto se comporta como un fluido newtoniano, sin embargo, una vez modificado con polímero, el comportamiento presente es no newtoniano, lo cual complica el estudio del mismo y su predicción para climas fríos y calientes. Ecuaciones constitutivas se aplican con el fin de estudiar el comportamiento reológico, sin embargo, los estudios sobre el tema aún son escasos. 2.2 APLICACIONES COMERCIALES Los asfaltos modificados con polímero encuentran aplicaciones prácticas y algunas patentes han sido ya utilizadas para tender carreteras y autopistas con estos materiales, tanto de mezclas tibias como de mezclas calientes, mientras que las emulsiones asfálticas, aún no pueden ser aplicadas en autopistas que resistan una alta carga vehicular y altas temperaturas, principalmente debido a la separación de fases con el agregado pétreo. 2.3 MEZCLADO El mezclado del polímero con el asfalto resulta en un sistema de dos fases, en la cual el polímero está hinchado por la acción de los aromáticos presentes en el asfalto, esta separación es observable en un nivel microscópico, para lograr esta estructura, es necesario dispersar el polímero con mezcladores o agitadores de alto corte y a elevadas temperaturas.

2.4 PROPIEDADES Y ESECIFICACIONES DE LOS ASFALTOS MODIFICADOS CON POLIMERO

Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unión de cientos o miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termofijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos modificadores poliméricos que han dado buenos resultados. Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural (monómero). Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas. (Ejemplos: EVA, SBS) Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad. Dentro de estos tenemos:     

EVA: etileno-acetato de vinilo. EMA: Etileno-acrilato de metilo PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena resistencia térmica, como también buen comportamiento a bajas temperaturas. PP: (Polipropileno). Poliestireno: no son casi usados.

Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su posición original, es decir, son elásticos.

Dentro de estos tenemos:  

 

Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son ejemplos de polímeros orgánicos e inorgánicos naturales SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico. Este es el más utilizado de los polímeros para la modificación de los asfaltos, ya que este es el que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica. SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora ácido acrílico EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes químicos.

Termoendurecibles: estos tienen muchos enlaces transversales que impiden que puedan volver a ablandarse al calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos las resinas epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al 20%, son muy costosas y se utilizan para casos especiales (ejemplo: playa de camiones) Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz 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 hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros. El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

2.5 VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio; los campos de aplicación más frecuentes son: 



Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada viscosidad para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta). Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de polímeros en este tipo de mezclas es para aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la rapidez de aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de tráfico. Estas se utilizan para trabajos de conservación de rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia y con una buena textura superficial.

2.6 DURABILIDAD DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS PREPARADAS CON LIGANTES MODIFICADOS CON POLÍMEROS En función de no contar con experiencias muy válidas en cuanto a la durabilidad de mezclas bituminosas modificadas con polímeros, se hacen necesarios implementar métodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento. Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y largo plazo se emplean los métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research Program). Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros componentes de los asfaltos durante su funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el calentamiento de la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la muestra para luego ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos polímeros y falsear los resultados. Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos ocurre durante los procesos de mezclado y colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el pavimento (envejecimiento a largo plazo). Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y RTFOT. Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el envejecimiento PAV. En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para el largo plazo el LTOA. Se han realizado ensayos (los mencionados precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas bituminosas modificadas con polímeros llegando a la conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento más bajo que los convencionales.

CAPÍTULO 3 ASFALTOS MODIFICADOS CON CAUCHO

Objetivo General Diseño de pavimento flexible mediante el mejoramiento mecánico de la mezcla asfáltica incorporando asfalto caucho como material granular fino, tecnología GAP GRADE. 2.2

Objetivos Específicos En este trabajo se valida el estado del arte de la modificación de mezclas asfálticas mediante la incorporación de asfalto caucho como una nueva tecnología y alternativa para la solución de problemas en las propiedades mecánicas del asfalto convencional, ya que con el trascurrir del tiempo, estas propiedades disminuyen su vida útil como consecuencia a la exposición de factores climáticos por altas temperaturas, humedad y elevados niveles de tránsito, presentando problemas de deformación, fatiga y otros.

MARCO TEÓRICO MEZCLAS ASFÁLTICAS CON ASFALTO-CAUCHO

Los cementos asfálticos para pavimentación poseen a temperatura ambiente una consistencia de sólido o semisólido, con propiedades termoplásticas, ya que su consistencia varía con la temperatura. Así, a bajas temperaturas actúan como un sólido frágil y quebradizo y a temperaturas elevadas como un líquido viscoso. Esta variación puede ser más o menos pronunciada en función del tipo de asfalto y de su proceso obtención (susceptibilidad térmica).

El principal objetivo al modificar asfaltos es lograr propiedades geológicas no obtenidas en los asfaltos producidos con técnicas convencionales de refinación. Una forma de modificarlos es mediante la incorporación de polímeros, entre ellos los cauchos. Estos pueden ser especialmente fabricados o provenir de la recuperación de piezas en desuso, como es el caso de los neumáticos de vehículos. Estos poseen estructuras complejas y estables que se han venido utilizando desde hace años en países como Alemania, Portugal y Estados Unidos, con procesos de pre-tratamiento y molienda variados.

Las formas de utilización dependen de la competitividad entre la técnica de reciclado y la prestación final. Algunos estudios iniciales en la década de los cincuenta involucraron la adición de caucho natural con el objeto de aprovechar su flexibilidad y lograr una superficie del pavimento eficiente y duradero, pero sólo hasta la década de los sesenta se encontró una formulación satisfactoria al realizar estudios con caucho sintético. Las principales materias primas utilizadas en la fabricación de llantas son cauchos naturales o látex, y sintéticos como el SBS y SBR, acero, textiles y aditivos, entre los que se destacan el negro de humo, aceites, óxido de zinc activado con cadmio, dióxido de titanio, sulfuro, sílica, resinas fenólicas y ácidos grasos. La quema directa de las llantas desechadas provoca graves problemas medioambientales, ya que produce emisiones de gases que contienen partículas nocivas para el entorno.

El almacenamiento provoca problemas de estabilidad por la degradación química parcial que éstas sufren, ocupan un espacio considerable, e imposibilitan la compactación de los vertederos. Las montañas de llantas forman arrecifes donde la proliferación de roedores, insectos y otros animales dañinos constituye un problema añadido. Algunas formas de tratamiento de las llantas usadas son: termólisis, pirolisis, incineración, trituración criogénica, trituración mecánica, entre otras.

Métodos de utilización El caucho de llantas usadas puede ser incorporado en las mezclas asfálticas por medio de dos métodos diferentes denominados proceso húmedo y proceso seco. En el proceso húmedo, el caucho actúa modificando el ligante, mientras que en el proceso seco el caucho es usado como una porción de agregado fino. Una de las principales características que presenta el cemento asfáltico modificado con GCR es el aumento en la viscosidad de la mezcla resultante, haciéndola más flexible a bajas temperaturas y menos plástica a altas. Entre los principales beneficios en los pavimentos están las mejoras a la deformación permanente, a la fatiga, y la resistencia al fisuramiento a bajas temperaturas.



Proceso por vía seca

En el proceso por vía seca la cantidad requerida de ligante tiende a aumentar, también se requiere un proceso especial para adicionar el GCR en planta, y un mayor tiempo de compactación en obra; el proceso por vía húmeda requiere un equipo adicional en planta para el mezclado y almacenamiento del asfaltocaucho, así como cambio de bombas y tuberías, adicionalmente requiere mayor energía para calentar la mezcla a mayores temperaturas con tiempos de reacción prolongados. El GCR se obtiene por trituración mecánica o molienda de llantas desechadas, y debe ser de contextura fina de tamaños menores a 6.3 mm (1/4”). Este posee valiosos componentes que pueden contribuir al buen desempeño del asfalto como lo son el negro de humo que es un antioxidante, las aminas, los aceites aromáticos, y los elastómeros SBS y SBR.



Proceso por vía húmeda

El caso que vamos a estudiar en el presente trabajo, es el proceso por vía húmeda, el cual se muestra esquemáticamente en la siguiente figura: .

Descripción del proceso por vía húmeda En este proceso el GCR es mezclado con el ligante para producir una mezcla asfalto-caucho, la cual es usada de la misma manera que un ligante modificado. La proporción del GCR normalmente se encuentra entre el 14% y el 20%, dependiendo del ligante, por peso del total de la mezcla asfalto-caucho. Cuando el cemento asfáltico y GCR son mezclados, el GCR

reacciona con el ligante hinchándose y ablandándose por la absorción de aceites aromáticos, no siendo esta una reacción de tipo química. El grado de modificación del ligante depende de muchos factores, entre los cuales se encuentran el tamaño y textura del GCR, la proporción y tipo del cemento asfáltico, el tiempo y temperatura de mezclado, el grado de agitación mecánica durante la reacción El cemento asfáltico modificado con GCR mediante el proceso húmedo ha sido usado ampliamente como ligante en la reparación de grietas y sello de juntas, tratamientos superficiales, membranas retardantes de fisuras, y en la elaboración de mezclas asfálticas en caliente de la mezcla.

CAPÍTULO 4 EL PROGRAMA SHRT Y EL SISTEMA SUPERPAVE

ALGORITMO DE SIÑEO SUPERPAVE

CONCLUSIONES



Las propiedades de un asfalto pueden influir decisivamente sobre el comportamiento ante las deformaciones plásticas de una mezcla asfáltica en caliente.



En una mezcla que contenga la misma granulometría y el mismo tipo de agregados pétreos, con un mismo contenido de asfalto e igual contenido de vacíos, puede ser resistente o no a las deformaciones plásticas en función de las propiedades del ligante asfáltico que se le añada a la mezcla aunque sea de similar penetración.



La temperatura de servicio de un pavimento en ambientes cálidos elevados afecta desfavorablemente la resistencia de la mezcla asfáltica a la formación de roderas, debido a que la mezcla presenta un comportamiento muy viscoso, que la hace fluir y desplazarse con mucha facilidad.

 La compactación juega un papel importante en la durabilidad de la mezcla para aumentar la resistencia a las roderas. En el laboratorio resulta un factor difícil de simular y reproducir de manera confiable la compactación que se lleva a cabo en campo en condiciones reales.

RECOMENDACIONES



Cuando los ligantes asfálticos son poco viscosos, de alta penetración, provocan que las mezclas asfálticas sean muy susceptibles a las deformaciones plásticas o a la formación de roderas, por eso se recomienda utilizar cementos asfálticos más duros (mayor viscosidad) en los climas cálidos para la construcción de pavimentos.



El empleo de asfaltos de baja penetración disminuyen el riesgo de las deformaciones plásticas en las mezclas asfálticas, también el empleo de modificadores asfálticos, en especial de los polímeros EVA, favorece de manera muy considerable su comportamiento, aumentando la resistencia a las altas temperaturas, lo que conduce a un comportamiento elástico de la misma, recuperando todas las deformaciones inducidas por las cargas del tráfico y evitando así la formación de roderas.



- La textura de los agregados es importante y una textura rugosa es requerida, particularmente en capas gruesas de asfalto en climas calientes



- Las mezclas asfálticas se deben hacer con agregados angulares obtenidos principalmente de trituración, para hacer que la mezcla asfáltica sea más estable que las hechas con materiales de canto rodado.

BIBLIOGRAFÍA

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/caceres_m_ca/capitu lo3.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Asfalto_modificado_con_pol%C3%ADmero

http://www.lanamme.ucr.ac.cr/sitio-nuevo/images/campanas/pavimentosverdes/ficha-4.pdf