¡Descarga MATERIALES-BITUMINOSOS.docx y más Resúmenes en PDF de Tecnología de Materiales solo en Docsity!
1.-MATERIALES BITUMINOSOS
DEFINICIÓN
Los materiales bituminosos son sustancias de color negro, sólidas o viscosas, dúctiles, que se ablandan por el calor y comprenden aquellos cuyo origen son los crudos petrolíferos como también los obtenidos por la destilación destructiva de sustancias de origen carbonoso.
Si son puras se llaman betún, y cuando impregnan calizas, arcillas, pizarras, etc., se denominan rocas asfálticas, de color marrón oscuro.
Son materiales aglomerantes, de naturaleza orgánica. Los betunes, junto con el barro, fueron los primeros materiales que utilizó el hombre. Estos materiales eran utilizados porque tenían buenas propiedades adhesivas, buenas características impermeables... (en países como Siria). No llevaban tratamiento superficial. Los recogían de las superficies de los lagos (de un material consolido) y que ellos utilizaban como material aglomerante.
EL ASFALTO
También denominado betún, es un material viscoso, pegajoso y de color plomo (gris oscuro). Se utiliza mezclado con arena o gravilla para pavimentar caminos y como revestimiento impermeabilizante de muros y tejados. El asfalto es una sustancia que constituye la fracción más pesada del petróleo crudo. Se encuentra a veces en grandes depósitos naturales, como en el lago Asfaltites o mar Muerto, lo que se llamó betún de Judea. Su nombre recuerda el lago Asfaltites (el mar Muerto), en la cuenca del río Jordán. Se utiliza para revestir carreteras, impermeabilizar estructuras, como depósitos, techos o tejados, y en la fabricación de baldosas, pisos y tejas. No se debe confundir con el alquitrán, que es también una sustancia negra, pero derivada del carbón, la madera y otras sustancias. El asfalto se encuentra en depósitos naturales, pero casi todo el que se utiliza hoy es artificial, derivado del petróleo. Para pavimentar se emplean asfaltos de destilación, hechos con los hidrocarburos no volátiles que permanecen después de refinar el petróleo para obtener gasolina y otros productos.
CLASIFICACIÓN
BETÚN Son las mezclas de hidrocarburos naturales o de petróleo, sólidos, viscosos o líquidos, conteniendo una pequeña proporción de productos volátiles; tienen propiedades aglomerantes y son completamente solubles en el sulfuro de carbono. Composición química Los betunes están formados por una mezcla de hidrocarburos cíclicos saturados derivados de los ciclanos, de elevado número de átomos de carbono de muchas series, de la siguiente composición centesimal:
Carbono...................80-88 por 100. Hidrógeno................ 9- 12 Oxígeno.................... 0- 5
Azufre........................ 0 - 3 Nitrógeno..................0- 2
PROPIEDADES
- Los betunes son de color negro o marrón oscuro, pudiendo estar en estado sólido, viscoso o blando, y líquidos, a la temperatura ordinaria. Su densidad varía de 1,1 a 1,4.
- Los betunes sólidos tienen fractura concoidea, reblandecen hacia los 50o C. y funden de 100 a 130o C. Arden sin dejar residuo, con llama amarillo verdosa muy fuliginosa.
Los betunes son muy estables aun a temperaturas de 250o C, perdiendo menos del 1 por 100 los calentados a 163º C, propiedad que les caracteriza y diferencia de los alquitranes.
- Los betunes, con el tiempo, experimentan un envejecimiento, sin duda debido a una oxidación. Los rayos ultravioletas del Sol también les atacan, así como el prolongado contacto con el agua estancada, y sobre todo la saturada de cal a 50o.
BETUNES NATURALES
Existen betunes muy puros, como el betún de Judea (Siria); la grahamita, gilsonita (América), de una riqueza de 99-5 Por 100 de solubilidad en el sulfuro de carbono; tienen un punto de fusión mayor de 125° C, pero que por muy duros carecen de ductilidad, no pudiendo ser empleados más que diluidos para la fabricación de barnices.
Los betunes generalmente empleados contienen mayor o menor proporción de materias minerales inertes, formando los betunes asfálticos y las rocas asfálticas. Los más importantes son:
El asfalto lacustre de Trinidad.- Forma un lago de 40 hectáreas; en bruto contiene 40%de betún, 27%de arena y arcilla y 33%de agua. Refinado, 56%de betún, 36%de agua con materias minerales y 8% de sustancias orgánicas.
Asfalto lacustre de Bermúdez (Venezuela). — Tiene una riqueza del 65% de betún, 5% de materias extrañas y 30% de agua. Refinado, contiene 95% de betún. Densidad, 1,03. Asfalto de Selénitza (Albania). — Es el único yacimiento importante de Europa, conteniendo una riqueza del 80% de betún, aparentando una piedra negra de 1,2 a 1,50 de densidad. Este asfalto refinado contiene hasta el 90% de betún. Tiene un punto de reblandecimiento de 100 ° - 128° C. • Esquisto bituminoso de Autun: Es un aceite o betún líquido empleado para fluidificar los betunes duros.
REFINACIÓN
La operación se practica calentando el aceite de esquisto de Autun a 120° C, añadiendo después el betún y agitando para quitar la espuma que forma el agua al evaporarse. Se deja sedimentar las partículas minerales, y decanta después.
- Asfaltenes
- Resinas
- Constituyentes aceitosos
Los asfaltos pueden ser de dos tipos fundamentales:
- Por extracción de yacimientos naturales
- Por destilación de petróleos
- Los asfaltos naturales se presentan en forma líquida o impregnando las rocas calcáreas o
- Silíceas (con 5 a 15% de betún puro), por su parte de la destilación del petróleo de base
- nafténica se extrae asfalto.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ASFALTOS
Los asfaltos presentan distintas características reológicas, motivadas por la capacidad termoplástica de los mismos y tienen importancia en la aplicación de los asfaltos en impermeabilizaciones.
Las principales propiedades físicas son las siguientes:
VISCOSIDAD. Resistencia de un líquido a semi-líquido a deformarse cuando está sometido a una fuerza cortante. Es consecuencia del rozamiento interno de las moléculas. Susceptibilidad térmica Es la aptitud que presenta un producto para variar su viscosidad en función de la temperatura.
PENETRACIÓN. Es una medida de la consistencia del producto. Se determina midiendo en décimas de mm la longitud que entra una aguja normalizada en una muestra con unas condiciones especificadas de tiempo, temperatura y carga. Esto mide si el producto es líquido, semisólido o sólido. La consistencia varía con la densidad, disminuyendo la consistencia al aumentar la densidad.
PUNTO DE REBLANDECIMIENTO .Es una medida de la susceptibilidad térmica. El punto de reblandecimiento aumenta cuando aumenta la densidad y la penetración disminuye. Un ensayo para su medida es el de anillo y bola (A y B) que consiste en aumentar la temperatura, midiendo cuando la bola llega al fondo del recipiente arrastrando el producto bituminoso. Ensayo anillo y Bola
DUCTILIDAD. Se mide por el alargamiento, antes de producirse la rotura, de una probeta de material bituminoso estirada por sus extremos con una velocidad constante, sin producirse grietas. En un material la ductilidad crece al aumentar la temperatura Índice de Penetración Valor que da la susceptibilidad térmica de los betunes y se obtiene de otros dos ensayos: el punto de reblandecimiento y el de penetración.
Impermeabilidad Adhesividad Durabilidad
ENVEJECIMIENTO. Los betunes así como los asfaltos se ponen en obra en estado plástico. Luego van endureciendo, aumenta la cohesión y crece la viscosidad y la dureza. Este fenómeno tiene lugar hasta llegar a una dureza determinada. A partir de ahí, la cohesión disminuye y el producto se vuelve
frágil, muy sensible a los esfuerzos bruscamente aplicados y a las deformaciones rápidas.
Esto se debe a la acción de agentes materiales con el tiempo: Evaporación: El material bituminoso pierde sus constituyentes volátiles. Es superficial, pero entonces los aceites de la zona interior pasan al exterior. Oxidación: Se combina el oxígeno con el betún y se eliminan H y C en forma de H2O y CO2 y compuestos solubles en agua. A temperaturas bajas solo se produce en presencia de luz (fotooxidación).
PUNTO DE FRAGILIDAD DE FRAAS. El ensayo se aplica a los materiales sólidos o semisólidos y consiste en someter a una película del material que recubre una placa de acero a ciclos sucesivos de flexión a temperaturas decrecientes. Se define como Punto de Fragilidad Fraas la temperatura en ºC a la que, a causa de la rigidez que va adquiriendo el material, se observa la primera fisura o rotura en la superficie de la película.
APLICACIONES.
Los betunes y asfaltos se utilizan principalmente en pavimentación en forma de asfalto comprimido y fundido o formando morteros y hormigones. Pavimentos de carreteras Se pueden considerar las siguientes aplicaciones de productos bituminosos a firmes de carreteras: riegos sin gravilla (de imprimación, riegos de adherencia, de curado, de adherencia), riegos con gravilla, lechadas bituminosas y mezclas bituminosas en frío o en caliente.
Es la mezcla de cemento asfáltico caliente con agregados calientes, luego compactada para que se forme una masa densa y uniforme.
Se usa en pavimento asfáltico = pavimento flexible. La función del cemento asfáltico es mantener a los agregados en su lugar. Los agregados se escogen de modo que las cargas externas se distribuyan por contacto. Este mecanismo se llama “trabazón de los agregados”
IMPERMEABILIZACIONES. Una de las aplicaciones más antiguas de los productos bituminosos ha sido la impermeabilización de obras frente al paso del agua procedente del terreno, de lluvia o contenida en depósito o tanques, así como en la protección de estructuras frente a la acción erosionante del agua en movimiento.
Por ejemplo: Impermeabilización de edificios El agua puede penetrar en una construcción a través de juntas entre las piezas que forman la cubierta, a través de fisuras, por paredes batidas por las lluvias y el viento.
PINTURAS ASFÁLTICAS.
Es aplicable en superficies como: exteriores para la impermeabilización de terrazas, tejados, azoteas, paredes medianeras y en general todas las zonas exteriores Pueden aplicarse sobre cualquier superficie de albañilería exterior, baldosas, cemento, fibrocemento, piedra,etc.
300.Generalmente, se obtienen fluidificando el betún asfáltico con disolventes de petróleo, al exponer estos productos a los agentes atmosféricos los disolventes se evaporan, dejando solamente el betún asfáltico en condiciones de cumplir su función.
Entre los asfaltos líquidos se pueden describir los siguientes:
Asfalto de curado Rápido (RC): Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo nafta o gasolina, muy volátil y punto de ebullición bajo. (26% Gasolina)
Asfalto de curado medio (MC): Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo querosene de volatilidad media. (30% Kerosene)
Asfalto de curado lento (SC): Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y aceites relativamente poco volátiles. (35% diésel).Cada uno de éstos tipos presentan diferentes rangos de Viscosidad Cinemática o Relativa determinada en función de la cantidad del diluyente empleado en la mezcla.
Empleo y Usos Mezcla Asfáltica en Frío Imprimación Asfáltica Riego de Liga Tratamientos Superficiales
ASFALTOS OXIDADOS O SOPLADOS
EMULSIONES ASFALTICAS
Son una mezcla de asfalto con emulsificantes que con el agua forman una emulsión estable que permite tender las carpetas asfálticas "en frío", es decir, a temperaturas menores a 100°C.
CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS
En la práctica, las dos primeras son las más ampliamente utilizadas en la construcción y mantenimiento de carreteras. Las no iónicas pueden ganar en importancia a medida que la tecnología de emulsiones avance.
VARIABLES QUE AFECTAN LA CALIDAD Y EL RENDIMIENTODE LAS EMULSIONESAS FÁLTICAS
- Propiedades químicas de la base de cemento asfáltico.
- Dureza y porcentaje de la base de cemento asfáltico. Tamaño de las partículas de asfalto en la emulsión.
- Tipo y concentración del agente emulsivo.
- Condiciones de elaboración, tales como temperatura, presión, y esfuerzo para separar las partículas de asfalto.
- Carga iónica en las partículas de la emulsión.
- Orden en que se agregan los elementos
- Tipo de equipo empleado en la elaboración de la emulsión
- Propiedades del agente emulsivo.
- Propiedades del agente emulsivo
- (^) Adición de modificadores químicos o de polímeros.
- Calidad del agua (dureza del agua).Estos factores son los que afectan la producción, almacenamiento, uso, y performance de una emulsión asfáltica.
ASFALTO OXIDADO O SOPLADO CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES
ASFALTICAS ANIÓNICANO IÓNICA CATIÓNICA
Este asfalto es expuesto a una elevada temperatura pasándole una corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y ser empleado en aplicaciones más especializadas. El proceso de oxidación en los asfaltos presenta las siguientes modificaciones físicas: ✓ Aumento del peso específico. ✓ Aumento de la viscosidad. ✓ Disminución de la susceptibilidad térmica. ✓ Asfaltos Sólidos o Duros Uso: Se usa para impermeabilizar techos, platabandas, revestimiento de tuberías, membranas envolventes, aplicaciones hidráulicas, entre otras.
Aplicación: Se aplica en caliente: tanto en juntas horizontales y como en verticales.- Después se debe calentar a una temperatura máxima de 150°C a la cual el material debe estar completamente fundido.- Luego con una jarra resistente a esta temperatura se agrega el producto a la junta a sellar hasta rebosarlo y con una espátula cortarlo a ras del cemento una vez frío el producto.- Para juntas verticales se debe hacer un encofrado.
ASFALTOS SOLIDOS O DUROS
Son asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10.Son sólidos a temperatura ambiente y se clasifican por su consistencia de acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad. En el Perú se utiliza la clasificación por penetración a25°CAdemás de ser aglutinante e impermeabilizante, se caracteriza por su flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes. Llamados también Cementos Asfalticos Los tipos de Cementos Asfálticos son: ♦ Cemento Asfáltico 60/ ♦ Cemento Asfáltico 85/ ♦ Cemento Asfáltico 120/ ♦ Cemento Asfáltico 40- USOS: En construcciones de pavimentos asfálticos por sus propiedades aglomerantes e impermeabilizantes
APLICACIONES: Se emplean en mezclas calientes los asfaltos y el clima
GILSONITA: Tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae .La gilsonita es un asfalto natural, asfáltica; es una
TIPOS DE BREA:
Según su origen existen varios tipos de brea:
- Brea de alquitrán de hulla: Es un residuo de la destilación o tratamiento térmico del alquitrán de hulla. Están constituidas por mezclas complejas de numerosos HAP y compuestos heterocíclicos.
- Brea de petróleo: Son residuos del tratamiento térmico y destilación de distintas fracciones del petróleo. En estas breas abundan los hidrocarburos aromáticos con sustituyentes alquilo y grupos nafténicos.
- Brea vegetal o de biomasa: Se obtienen a partir de alquitranes de origen vegetal por procedimientos similares a los empleados en la obtención de breas de alquitrán de hulla o petróleo.
- Brea sintética: Se obtiene mediante “polimerización” de compuestos aromáticos puros como el naftaleno, o mediante pirólisis de polímeros. Su estructura y propiedades dependen del compuesto de partida.
- Brea de mesofase: La brea de mesofase es un material con las características de un cristal líquido. Está formada por unas unidades básicas con forma de esfera que poseen una estructura similar a la del grafito, aunque la forma de apilamiento de los planos grafíticos es muy diferente a la de éste. Se obtiene por diversos tratamientos térmicos en los que, partiendo de otras breas con características adecuadas, se consigue separar o concentrar la fracción rica en mesofase.
APLICACIONES DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS
La principal aplicación de los materiales bituminosos y a la que se destina el mayor porcentaje de su producción, se realiza en el campo de la pavimentación de carreteras, formando lo que se ha dado en denominar firmes flexibles. Otra aplicación importante, por el gran papel que desempeña en la construcción aunque no por el consumo de productos, es la impermeabilización tanto de obras hidráulicas como de edificios.
- Pavimentos de carreteras Se pueden considerar las siguientes aplicaciones de productos bituminosos a firmes de carreteras: riegos sin gravilla (de imprimación, riegos de adherencia, de curado), riegos con gravilla, lechadas bituminosas y mezclas bituminosas en frío o en caliente.
- Impermeabilizaciones Una de las aplicaciones más antiguas de los productos bituminosos ha sido la impermeabilización de obras frente al paso del agua procedente del terreno, de lluvia o contenida en depósito o tanques, así como en la protección de estructuras frente a la acción erosionante del agua en movimiento.
- Impermeabilización de edificios El agua puede penetrar en una construcción a través de juntas entre las piezas que forman la cubierta, a través de fisuras, por paredes batidas por las lluvias y el viento, y también las humedades pueden proceder del terreno y ascender por capilaridad en los muros o en los cimientos. La
protección contra las humedades debe realizarse en la fase constructiva del edificio ya que "a posteriori" y una vez que han aparecido goteras y humedades es más difícil y aventurado realizar esta protección. La impermeabilización puede realizarse:
- En masa Mezclando con los demás componentes del hormigón tierra de diatomeas impregnada de asfalto o emulsiones asfálticas.
- (^) Pinturas asfálticas Pinturas aplicadas en caliente de alquitrán o de betún, o pinturas aplicadas en frío de cutbacks o emulsiones. Es aplicable en superficies como: exteriores para la impermeabilización de terrazas, tejados, azoteas, paredes medianeras y en general todas las zonas exteriores que no estén sometidas a tránsito significativo y que por su situación se precise impedir el paso del agua. Puede aplicarse sobre cualquier superficie de albañilería exterior, baldosas, cemento, fibrocemento, piedra, etc., y sobre otros materiales como, espuma de poliuretano, galvanizados, zinc, aluminio, PVC, etc.
- Membranas asfálticas prefabricadas Son telas orgánicas o inorgánicas saturadas de un betún fluido y recubiertas por varias capas superficiales de un betún de mayor dureza pero que tenga la suficiente flexibilidad para que las membranas puedan enrollarse y desenrollarse sin fisurarse. En muchas ocasiones se terminan en la superficie exterior o vista con una lámina de aluminio, o con un arenado.
- Revestimiento e impermeabilización de canales Tienen por finalidad impermeabilizar y proteger la superficie de la obra mediante la creación de una membrana continua que evite la pérdida de agua, crear una superficie resistente a la erosión que proporcione una pérdida de carga lo más reducida posible y estabilizar los márgenes de la obra. Hay dos tipos de impermeabilización de canales: uno consistente en la aplicación de hormigones asfálticos y otro en la realización de tratamientos impermeables.
- Impermeabilización de presas de tierra y escollera Se reviste el paramento de aguas arriba por medio de una o dos capas de hormigón asfáltico de modo que se cree un revestimiento impermeable de unos 20 a 25 cm.
