ASFALTOS MODIFICADOSLos polmeros (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) son sustancias de alto peso molecu-lar formadas por la unin de cientos o miles de molculas pequeas llamadas monmeros (com-puestos qumicos con molculas simples). Se forman as molculas gigantes de formas diversas: cade-nas en forma de escalera, cadenas unidas o termofijas que no se ablandan al ser calentadas, cade-nas largas y sueltas, etc. Lo que distingue a los polmeros de los materiales constitudos por molculas de tamao normal son sus propiedades mecnicas: en general, tienen una excelente resistencia mecnica. Las fuerzas de a-traccin intermoleculares dependen de la composicin qumica del polmero.Existen polmeros naturales como el algodn, formado por fibras de celulosa, y la seda, una polia-mida semejante al nylon. Los polmeros que usamos en nuestra vida diaria son, en su mayor parte, materiales sintticos con propiedades y aplicaciones variadas.Definicin: son asfaltos, que para mejorar algunas de sus propiedades, se les incorporan productos como polmeros, caucho molido, etc. Estos productos pueden ser disueltos o incorporados en el asfalto ya que son sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura. Esta modificacin favorece sus propiedades fsicas y reolgicas, tambin disminuye su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, as como a la oxidacin. Los asfaltos modificados con polmeros se aplican en aquellos casos en que las propiedades de los li-gantes tradicionales son insuficientes (solicitaciones excesivas, temperaturas extremas, agentes at-mosfricos, tipologa del firme, etc).Las mezclas muy abiertas con betunes convencionales no alcanzan una buena resistencia mecnica a causa de una insuficiente cohesin y pobre adhesividad, lo que unido a un bajo contenido de ligante resulta en una disminucin de la durabilidad. Los asfaltos modificados con polmeros estn constituidos por dos fases: una formada por pequeas partculas de polmero y la otra por asfalto. Si es baja la concentracin de polmeros, existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polmero.El efecto principal de la adicin de polmeros a los asfaltos es el cambio en la relacin viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asflticas) mejo-rando el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

ObjetivosMayor viscosidad/ ahuellamiento

Disminucin de la fisuracin trmica

Ms elasticidad/ fatiga

Mejores caractersticas adhesivas

Objetivos de la incorporacin de polmerosAumentar la Cohesin interna

Disminuir la Susceptibilidad trmica

Mejorar la flexibilidad y elasticidad a bajas temperaturas

Mejorar el comportamiento a la fatiga

Aumentar la adhesividad rido-ligante

Aumentar la resistencia al envejecimiento

PropiedadesTipo y composicin del polmero incorporado.

Caracterstica y estructura coloidal del asfalto base.

Proporcin relativa de asfalto y polmero.

Elaboracin:

1) Tcnicas convencionales: los polmeros compatibles producen rpidamente un asfalto estable, usando tcnicas convencionales de preparacin (grandes recipientes de mezclado con paletas agita-doras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculacin con agitadores mecnicos de corte de gran velocidad). El polmero puede venir en polvo, en forma de pequeas bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de polmero. 2) Equipos especializados: para la preparacin de asfaltos modificados con polmeros; estas cen-trales producen asfaltos modificados con polmeros que alcanzan altas prestaciones.

Debe seleccionarse cuidadosamenteEl asfalto base (compatibilidad)

El tipo de polmero

La dosificacin

La elaboracin

Las condiciones de almacenamiento

Tamao de partculasCada polmero tiene un tamao de partcula de dispersin ptima para mejorar las propie-dades reolgicas, por encima de la cual el polmero solo acta como un filler; y por debajo de la cual el polmero pasa a estar muy solubilizado y aumenta la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia.

Clasificacin:1) Elastmeros: el caucho es un ejemplo. Los elastmeros son polmeros amorfos elsticos.Por debajo de la temperatura vtrea, se convierten en rgidos vtreos y pierden toda la elasticidad.Las propiedades del caucho natural, limitadas por la dependencia de temperatura, pueden ser mo-dificadas qumicamente (agregado de azufre = vulcanizacin). SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplstico. Este es el ms utilizado de los polmeros para la modificacin de los asfaltos, ya que es el que mejor comportamiento tiene durante la vida til de la mezcla asfltica. SBR: cauchos sintticos con 25% de estireno y 75% de butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora cido acrlico EPDM: (polipropileno atctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes qumicos.

2) Plastmeros: al estirarlos se sobrepasa la tensin de fluencia, no recuperando su longitud origi-nal al cesar la solicitacin. Tienen deformaciones pseudoplsticas con poca elasticidad. Dentro de estos tenemos:EVA: etileno-acetato de vinilo. EMA: Etileno-acrilato de metilo PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la traccin y buena resistencia trmica, como tambin buen comportamiento a bajas temperaturas. PP: (Polipropileno). Tipos de modificadores

A) Elastmeros termoplsticos1) Estireno-Butadieno-Estireno (SBS)

Pueden fluir fcilmente como lquidos viscosos a altas temperaturas y comportarse elsticamente a las temperaturas de servicio, similar a los cauchos vulcanizados. El contenido de estireno est entre 20 y 30 %.Se mezclan el betn y los polmeros a temperaturas por encima del punto de fusin del polmero, mediante una adecuada agitacin.

2- Estireno-Butadieno (SB)

El betn es modificado con un copolmero en bloque parcial, del tipo SB (Estireno-Butadieno). El mecanismo de interaccin con el betn es similar al del SBS, pero su comportamiento reol-gico es bastante diferente. La macroestructura de estos polmeros no es igual al reticulado fsico que generan los polmeros SBS. El reticulado qumico se alcanza adicionando reactivos qumicos despus de la adicin del polmero al betn (generalmente son compuestos basados en azufre).

B) Plastmeros termoplsticos Etil-Vinil-Acetato (EVA)

En general, los polmeros EVA ms adecuados para modificar betunes presentan un contenido de acetato de vinilo comprendido entre 18 y 33%.La incorporacin del copolmero al asfalto reduce la penetracin, incrementa el punto de a-blandamiento y reduce la susceptibilidad trmica. La magnitud de estos cambios depende del contenido de polmero.

Ventajas y desventajas de los asfaltos modificados con polmeros:

Ventajas:1) disminucin de la susceptibilidad trmica. Se obtienen mezclas ms rgidas a altas temperaturas de servicio, reduciendo el ahuellamiento; y se obtienen mezclas ms flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.2) disminucin de la exudacin del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tenden-cia a fluir y su mayor elasticidad.3) mayor elasticidad: debido a los polmeros de cadenas largas.4) mayor adherencia: debido a los polmeros de cadenas cortas.5) mayor cohesin: el polmero refuerza la cohesin de la mezcla.6) mejora la trabajabilidad y la compactacin, por la accin lubricante del polmero o de los aditi-vos incorporados para el mezclado.7) mayor resistencia al envejecimiento8) permiten mayor espesor de la pelcula de asfalto sobre el agregado.9) mayor resistencia al derrame de combustibles.10) reduce el costo de mantenimiento.11) aumenta el mdulo de la mezcla: permite la reduccin de hasta el 20% de los espesores por su mayor mdulo.12) mayor intervalo de plasticidad (diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass) 13) mayor resistencia a la accin del agua.

Desventajas:1) alto costo del polmero.2) dificultades del mezclado: no todos los polmeros son compatibles con el asfalto base (existen adi-tivos correctores).3) deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboracin de la mezcla.4) los agregados no deben estar hmedos ni sucios.5) la temperatura mnima de distribucin es de 145C por su rpido endurecimiento

Susceptibilidad trmica de los ligantes.Modelos de comportamiento de ligantes bituminosos

El betn convencional presenta una variacin casi lineal de la consistencia con la temperatura, lo que no es bueno en el intervalo de las temperaturas de servicio: puede ser muy frgil a bajas temperaturas y no tener una consistencia adecuada en el rango de las altas temperaturas.

La curva de variacin de consistencia con la tempe-ratura de un asfalto modificado con SBS se acerca a la del asfalto ideal ya que en el intervalo de bajas temperaturas las variaciones son menores que las del asfalto convencional, presentando mejores ca-ractersticas de flexibilidad (valores ms bajos de consistencia). En el intervalo de las temperaturas de servicio, el asfalto modificado presenta una menor susceptibilidad trmica, con consistencias elevadas a altas temperaturas del camino (60-70 C) lo que asegura una buena resistencia de las mezclas a las deformaciones permanentes (ahuella-miento). Finalmente, en la zona de temperatura de mezclado en la planta asfltica, el asfalto modificado presenta una viscosidad algo mayor que la del asfalto convencional, lo que de ninguna manera dificulta la preparacin de las mezclas.

Elastmero Termoplstico a base de Estireno-Butadieno-Estireno SBSPavprene es un elastmero a base de goma termoplstica SBS (Estireno-Butadieno-Estireno) que, cuando est adecuadamente disperso en el betn, permite mejorar las caractersticas mecnicas del asfalto (por ejemplo, elasticidad, cohesin, indeformabilidad) con temperatura tanto baja como alta.De hecho, el asfalto modificado se utiliza cada vez ms porque mejora sensiblemente la calidad, la duracin y las prestaciones del pavimento. Asimismo, responde muy bien a los problemas de desgaste y mantenimiento provocados por el trfico cada vez ms intenso.Adems, el denominado asfalto drenante, que se obtiene nicamente utilizando asfalto modificado, aumenta la seguridad y el confort al conducir con la consiguiente reduccin de accidentes en caso de lluvia de hasta un 30%. VENTAJAS DEL ASFALTO MODIFICADO Respecto al asfalto tradicional, el asfalto modificado brinda los siguientes beneficios: mayor viscosidad de la mezcla asfltica y aumento de la cohesin y adhesin a los materiales inertes. mayor resistencia al envejecimiento y durabilidad de la superficie asfltica. menor deformabilidad, es decir, mayor resistencia a las huellas. mayor resistencia a la carga y a la fatiga. mayor estabilidad trmica del asfalto, mejora su comportamiento a temperatura alta y baja. posibilidad de reduccin del espesor de la superficie asfltica sin que empeoren las caractersticas estructurales. posibilidad de equilibrar una calidad media o variable del betn.Las caractersticas de los residuos de las emulsiones modificadas son:-Aumento del Punto de ablandamiento -Mejora el punto de Fragilidad Fraas-Baja susceptibilidad trmica-Excelente elasticidad-Elevada tenacidad y ductilidad-Incrementa la cohesin-Mejora la adhesividad

Algunos ensayos:* Cohesin interna: ensayo desarrollado por Benson; se denomina de ResistenciaTenacidad (Toughness-Tenacity). Se separa una semiesfera de acero sumergida en una muestra de asfalto modificado y se registra la curva esfuerzo-elongacin. Dado que el ensayo involucra la medida de una fuerza y una distancia, el resultado se expresa en trminos de un trabajo.La resistencia (toughness) es el trabajo requerido para separar por tensin la semiesfera sumergi-da dentro de la muestra de asfalto modificado: representa la energa total requerida para llevar la muestra a la rotura.

La tenacidad es el trabajo requerido para estirar la muestra luego de que se ha supera-do la resistencia inicial y corresponde al rea ubicada a la derecha de la lnea tangente co-mo se indica en la figura. Se puede decir que la Tenacidad es aquella parte del rea apor-tada principalmente por el polmero Una tenacidad mejorada significa que habr que efectuar ms trabajo para desprender una partcula de rido de la superficie de un pavimento por accin del trnsito. Una mejora en la resistencia significa un aumento en la resistencia interna de a mezcla bituminosa.

AsfaltoResistenciaTenacidad

70/10051 kg.cm2 kg.cmLos asfaltos convencionales no tienen tenacidad

70/100+5%SBS255184

* Ductilidad modificada. Recuperacin elstica torsional.Permiten evaluar las propiedades elsticas.

Ligante asflticoAsfalto 70-10070-100 + 3% SBS70-100 + 7% SBS

Ductilidad modificada5%74%96%

Emulsiones Modificadas.Son emulsiones modificadas con polmeros o emulsiones de betn-polmero (= aquellas emulsiones cuyo betn residual presenta caractersticas mecnicas y reolgicas notablemente mejoradas con respecto al betn base).Obtencin de emulsiones modificadas:1) mediante el empleo de agentes emulsivos especiales para lograr las llamadas emulsiones de reologa modificada, con propiedades reolgicas muy mejoradas con respecto al del asfalto base. Son del tipo aninica.2) incorporando al asfalto, antes, durante o despus de la emulsificacin, determinados tipos de polmeros. Se las conoce como emulsiones de asfalto-polmero. Si el polmero es incorporado al asfalto antes de la emulsificacin, se obtienen las llamadas emulsiones monofsicas, cuya fase dispersa es el betn modificado con polmero. 3) incorporando el polmero en forma de ltex, ya sea a la emulsin ya fabricada o bien a la fase acuosa, previo a la fabricacin. Este tipo de emulsiones se conocen como bifsicas: las fases dispersas estn constituidas por el asfalto y el polmero respectivamente.Medicin de la penetracin y punto de ablandamientoEl procedimiento utilizado para hallar la penetracin del asfalto utilizado en este trabajo est estipulado en la norma (ASTM D5, 2006). En general este ensayo consiste en medir la profundidad que una aguja estandarizada penetra cuando es sometida a una carga de 100g durante 5s (ver figura 3.1) a una temperatura de 25C. La longitud que la aguja penetra al asfalto se expresa en unidades de 0,1mm (dcimas de milmetro, dmm) y se conoce como penetracin (Pen) del material.

De igual modo que el anterior proceso, el punto de ablandamiento del asfalto crudo fue determinado utilizando un procedimiento descrito en la norma (ASTM D36, 2009). Mtodo conocido como anillo y bola, el cual consiste en situar una bola de acero en la superficie de un anillo relleno con la muestra de asfalto, luego se introduce en un bao que se calienta con una velocidad 5C / min (Ver figura 3.2). La temperatura a la cual la bola cae una distancia de 25.4mm (1) se conoce como temperatura o punto de ablandamiento (PA) del asfalto.

RECUPERACION ELASTICA POR EL DUCTILOMETRO

METODO DE PRUEBA DE ROLAMIENTO DE PELICULA DELGADA

VISCOSIDAD ROTACIONAL BROOKFIELD

RECUPERACION TORCIONAL