¡Descarga resum tema 3 materials bituminosos y más Apuntes en PDF de Materiales solo en Docsity!
TEMA 3. Bituminosos
1. Classificació
Són materials de naturalesa orgànica i solubles en dissolvents orgànics (sulfur de carboni, tetraclorur de carboni, tricloroetilè, etc). Es divideixen en dos grans grups: a. Betum. Són d’ origen orgànic , com el petroli. b. Quitrà. Provenen d’altres matèries orgàniques. Tots dos tenen una composició química similar :
- Carboni 82-85%
- Hidrogen 12-15%
- Oxigen 2-3%
- Nitrogen 0-1%
2. Obtenció
2.1. Betums
2.1.1.Naturals o asfàltics
Es troben a la naturalesa en forma de líquids viscosos o compostos sòlids i es formen a través de la polimerització oxidant del petroli. S’obtenen de forma natural, formant llacs asfàltics o a l’ interior de betes properes a jaciment petrolífers. En la majoria de casos es presenten barrejats amb sorres, argiles o impregnant roques, les quals són anomenades roques asfàltiques.
2.1.2.Artificials
S’obtenen de forma artificial a partir de petroli , el qual està format per hidrocarburs (àtoms de carbur i hidrogen) i petites proporcions de nitrogen , sofre , oxigen i alguns metalls. Segons la seva estructura els hidrocarburs , es poden classificar en:
- Alifàtics. Posseeixen àtoms de carboni que a vegades es tanquen formant anells. Poden contenir dobles i triples enllaços.
- Aromàtics. Anells que tenen alternadament enllaços dobles i senzills de carboni - carboni. S’obtenen de forma artificial a partir de petroli. El petroli es classifica en:
a. Parafina
Formats per hidrocarburs saturats. Gairebé no contenen productes asfàltics.
b. Semi asfàltics
Conten productes asfàltics en quantitats mitjanes.
c. Asfàltics
Formats per hidrocarburs cíclics i aromàtics. Conten productes asfàltics en quantitats mitjanes. Es poden obtenir a partir de :
- Destil·lació fraccionada : atmosfèrica o buidat (oxidació). Consisteix en la separació selectiva dels diferents components del petroli d’acord amb el seu punt ebullició.
- Cracking. És un procès químic pel qual es trenquen molècules d’un compost produint així compostos més simple. Consisteix en sotmetre el petroli a altes temperatures i pressió.
2.2. Altres productes
2.2.1. Betums fluïdificants o “cutbaks”
S’obtenen de barrejar els betums asfàltics artificials amb dissolvents orgànics procedents de la destil·lació del petroli. Són més cars d’obtenir i més contaminants.
2.2.2. Betums fluxats
S’obtenen de barrejar els betums asfàltics artificials amb dissolvents orgànics procedents de la destil·lació al buit del carboni.
2.2.3. Emulsions bituminoses
Són mescles de dos líquids no miscibles , un dels quals es dispersa en forma de gotes molt petites dins de l’altre. Es diferencien dues fases: una dispersant o continua i, l’altra dispersada o discontinua. S’obté un producte menys viscós i més fàcil d’aplicar. Quan dos glòbuls de betum entren en contacte s’uneixen, originant un altre de major grandària i menor superfície , per la qual cosa el sistema evoluciona a la separació completa de totes dues fases, betum i aigua, dient-se, en aquest cas, que l'emulsió ha trencat. Per tant, el trencament d’una emulsió consisteix en:
- Propietats dels materials bituminosos
3.1. Betums asfàltics
a. Densitat
La densitat és la relació entre el pes i el volum d’un material. La densitat dels productes bituminosos varia amb la temperatura i també amb l’origen del producte i el procès de destil·lació.
b. Viscositat
La viscositat és la residència que oposa un material líquid o semi-líquid a deformar-se
quant és sotmès a l’acció d’una força que actua durant un cert temps.
c. Susceptibilitat
La susceptibilitat d’un producte és la característica que indica la seva sensibilitat a variar la seva viscositat per augment de la temperatura.
d. Penetració
És la resistència oposada pel material a la penetració d’un sòlid. La penetració indicarà la facilitat amb la que l’asfalt es deforma , tenint en compte que aquesta deformació depèn bàsicament de la viscositat i de la elasticitat del material. Per saber la resistència s’utilitza l’ assaig de penetració.
e. Punt d’estovament
Els productes bituminosos so són sòlids, no presenten un punt de fusió definit. L’assaig més utilitzat és el procès de l’anell-bola i es realitza amb la finalitat de comparar el comportament d’un asfalt respecte dels altres.
f. Punt d’inflamació
Temperatura a la que s’inflamen els vapor de betum o quitrà a mesura que anem aproximant una flama a la superfície del producte. La temperatura d’inflamació dels betum és 215ºC i del quitrà de 95-105ºC. Aquesta és una característica molt important pel tractament i els treballs amb productes bituminosos.
g. Ductilitat
És la capacitat que posseeixin un asfalt de deformar-se per allargament sense que la seva massa
és disgregui. La ductilitat és major quant més gran sigui la temperatura a la que està sent sotmès el material.
h. Fragilitat
Facilitat o punt de ruptura a determinada temperatura.
i. Cohesió
És la capacitat de no disgregar-se ni separar-se en parts per deformació de la massa.
j. Adherència
És la capacitat d’unió amb altres materials de diferent naturalesa.
k. Envelliment
És la suma de la pèrdua de cohesió i l’ augment de la fragilitat.
l. Oxidació
Transformació d’un material com a conseqüència de l’ acció de l’oxigen o un oxidant , produint la pèrdua de les seves propietats principals. En el cas del betum, polimerització a enduriment.
m. Permeabilitat
Molt baixa , al ser productes molt viscosos i poc solubles són molt impermeables.
n. Solubilitat
Insolubles amb altres productes, excepte amb sulfur de carboni. El residu insoluble en sulfur de carboni indica el % de betum que hi ha en un material asfàltic.
3.2. Betums fluïdificants
Aquest tipus de betums no són aplicables alguns dels assajos anterior com per exemple el de penetració, punt d’estovament, ductilitat, sinó que únicament aquests assajos són aplicables quan s’ha dut a terme la separació del fluïdificant i del residu o betum. És molt important l’ assaig del punt d’inflamació , degut al seu alt contingut en dissolvents.
3.3. Emulsions bituminoses
A part dels assaigs de la càrrega de partícules o de la determinació del pH de l’emulsió, per poder
Per exemple: RC 0, RC 1, RC 2, RC 3, RC 4, RC 5, MC 0, MC 1, MC 2, MC 3, MC 4, MC 5. El nombre indica la quantitat de fluïdificant:
- Valor màxim = 0 , que correspon a un 50% de fluïdificant.
- Valor mínim = 5 , que correspon a un 15% de fluïdificant.
4.5. Emulsions bituminoses
La ruptura pot ser:
- R. Ruptura ràpida.
- M. Ruptura mitjana.
- L. Ruptura lenta. El nombre indica el % de betum que conté:
- 0. Mínim.
- 1. Mitjà.
- 2. Màxim. Per exemple: EAR 0, EAR 1, EAM 1, EAM 2, ECM 1, etc.
- Aplicacions dels materials bituminosos
5.1. Paviments en carreteres
Risc d’imprimació
Consisteix en estendre sobre una capa no asfàltica , prèviament preparada, una aplicació de lligant bituminós a la que seguidament se li estén una capa de sorra (Ø màxim = 5 mm) de cobertura, abans de l’extensió d’una segona capa bituminosa final.
Risc d’adherència
Aplicació d’una emulsió bituminosa (de trencament ràpid), sobre una capa bituminosa vella ja existent, per facilitar l’ adherència i la unió d’una nova capa bituminosa posterior que no sigui un tractament superficial amb grava o una beurada bituminosa. EA. Emulsions asfàltiques aniòniques. EC. Emulsions asfàltiques catiòniques.
Tractaments superficials
Aplicació d’una delicada capa de lligant bituminós (betum), seguit de l’ extensió i el compactat d’una capa d’àrid. La finalitat crear una capa impermeabilitzant que no permeti el pas de l’aigua , augmentant la resistència a la erosió del paviment.
Macadam per penetració amb lligant viscós.
Aplicació (difusors) d’un lligant bituminós viscós sobre una capa compactada de grava i granulometria uniforme. El lligant penetra per gravetat a través de l’àrid i posteriorment s’estén una capa d’àrid fi al que se li obliga per compactació a introduir-se en els forats que queden entre la grava, s’aplica més lligant. Per acabar, es realitza un raspallat per treure l’ excés d’àrid fi que quedi sense adherir.
Macadam per penetració amb lligant fluid.
Aplicació d’un lligant bituminós fluid sobre una capa compactada d’ àrid gruixut de granulometria relativament uniforme. Els forats queden entre l’àrid i s’omplen d’ àrid fi per posteriorment realitzar una segona aplicació de lligant asfàltic.
Beurades bituminoses
Barreja d’ emulsions asfàltiques amb àcids (sílice) de granulometria fina, formant d’uns morters bituminosos molt fluids. S’utilitzen per impermeabilitzar i donar uniformitat a superfícies de trànsit velles i poroses.
- Aplicació monocapa. Per gruixos de 2 a 8 mm.
- Aplicació multicapa. Per gruixos superior a 8 mm.
Mescles bituminoses
Combinació d’àrids de granulometria molt estudiada i un lligant de material bituminós. S’utilitzen en carreteres de trànsit intens i pesat , degut a les grans resistències que present i a la gran flexibilitat. Es classifiquen segons l’aplicació:
- Aplicades en fred. Emulsió bituminosa. Obertes. Volum de forats 5-20%.
- Aplicades en calent. Lligant bituminós. Tancades. Volum de forats 2-5 %. Segons si són:
- Denses. Capes de rodament.
- Gruix : 2-5 mm.
- Armadura : Feltre de polièster, fibra de vidre o alumini.
- Màstic : Oxiasfalt, betum polimèric, betum modificat amb elastòmers. Tipus:
- LO. Làmina bituminosa d’oxiasfalt.
- LOM. Làmines bituminoses d’oxiasfalt modificat.
- LBM. Làmines de betum modificat amb elastòmers.
- LBM. Làmines de betum modificat amb plastòmers.
- LBME. Làmines extruïdes de betum modificat amb polímers.
- LAM. Làmines de quitrà modificat amb polímers. Les làmines més utilitzades són les LBM (SBS) i LBM (APP). En la pràctica totalitat dels casos es poden utilitzar de forma indistinta. En climes càlids, són més fàcil d’aplicar les APP. La penetració de les LBM (APP) a 25ºC és de 30 dmm. La penetració de les LBM (SBS) a 25ºC és de 40 dmm. Les làmines LBM (SBS) tenen major comportament en front a exigències elevades de tracció i elongació. Les làmines auxiliars (LA) no es poden fer servir en sistemes monocapa i, en el sistema bicapa només si estan situades en la part inferior.
Membranes asfàltiques. No protegides. Sorrenques.
Són làmines asfàltiques de superfície no protegida acabades amb sorra. Es composen d’una armadura recoberta per les dos cares amb un betum modificat amb elastòmers (SBS) i tenen una amplada d’1 m.
Membranes asfàltiques. No protegides. Plastificades.
Es componen d’ armadura recoberta per les dues cares de betum d’oxiasfalt o modificat amb elastòmers (SBS) i tenen una amplada d’1 m.
- Armadura de polièster.
- Armadura de vel de vidre.
Membranes asfàltiques. Auto protegides. Mineral.
Làmines asfàltiques de superfície auto protegida per una capa de grans minerals de pissarra en color
natura o ceràmic de color verd, vermell, o blanc. Evitant el contacte directe del betum amb els rajos UV. Es composen d’ armadura recoberta amb betum modificat amb elastòmers (SBS). Ample de la làmina 1.
Membranes asfàltiques. Auto protegides. Metall.
Són làmines asfàltiques de superfície auto protegida per una fulla d’ alumini gofrat de 80 micres, de color natura, vermell o verd. Estan composten d’un màstic bituminós d’oxiasfalt o betum modificat amb elastòmers (SBS), armat o no. L’amplada de la làmina és d’1 m. Posseeixen un gran poden de reflexió de calor que impedirà l’oxidació del betum. La aplicació d’aquestes membranes, normalment, va acompanyada de:
- Capa d’imprimació. Formada per un betum, dissolvents, carregues minerals i un làtex de cautxú o bé per una solució de barreges asfàltiques modificades amb cautxú.
- Membrana asfàltica. A la superfície preparada, mitjançant aplicació de calor que fon la capa de base de la membrana unint-la a la superfície. Els rotlles es van solapant enter sí en una amplada superior a 10 cm. Formen una capa de protecció continua amb una gran capacitat de deformació per tracció.
