Presentado por: Lourdes Cabrera López

Cuenta #: 0801198611299

Catedrático: Ing. Mario Padilla

Sección: Viernes 1701

09/02/2012

Trabajo ACUMULATIVO I-PARCIAL

INGENIERIA DE TRANSPORTES II UNICAH

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INTRODUCCIÓN

El estudio de las estructuras de pavimentos es de sumo interes para todo

estudiante de ingenieria civil. Siendo este tema de fundamental importancia, especificamente en el area de carreteras, una de las mayores estructuras que permite la comunicación de un lugar a otro, dandose asi

el desarrollo rural y urbano en los paises.

Este informe presenta una recopilación e investigacion acerca de los materiales bituminosos, dando una definicion de ello para asi poder explicar sus diferentes origenes. Ya que es un producto milenario y que

gracias a la tecnología y al desarrollo de la humanidad ha variado su forma, su manejo, e, inclusive, sus características, haciéndolo más maleable para el hombre.

Ademas se muestran los coeficientes de friccion entre el caucho y los tipos de pavimentos. Posteriormente se hace un analisis comparativos entre los

pavimentos rigidos y flexibles. Las múltiples aplicaciones del asfalto están a la vista de la gran mayoría de

nosotros, lo encontramos en todos lados, pero mayormente en la pavimentación de calles y carreteras, es por ello que todos estos tópicos son de suma importancia en la formación de todo ingeniero civil.

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ORIGEN DEL ASFALTO

Es muy conocido que el término "bitumen" se originó en Sanscrito, donde la palabra

"jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la creación de alquitrán, palabra

referida al alquitrán producido por resinas de algunos árboles. El equivalente en latin fue originalmente "gwitu-men" (cercano al

alquitrán) y por otros "pixtu-men" (alquitrán burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen"

pasada luego del francés a ingles. Los Sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto.

El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costos hizo progresar la operación vial, y así fue como se comenzaron a

utilizar productos naturales que se obtenían del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el asfalto manufacturado a partir del crudo de

petróleo. El aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo XIX debido a dos acontecimientos casi simultáneos: la aparición del automotor con rodado neumático que sustituyó a la llanta maciza de

caucho ideada en 1.869-y la explotación masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos.

El asfalto es muy utilizado para la pavimentación de carreteras, es un material negro bituminoso que suele obtenerse a partir del petróleo crudo.

Se aplica uniformemente sobre la superficie de la carretera y se apisona para alisarlo.

Material Bituminoso Se denominan Materiales Bituminosos a todos aquellos productos que en su composición contienen un componente orgánico llamado Betún, cuya

característica preponderante es la impermeabilidad. Los Materiales Bituminosos son sustancias de color negro sólidas o

viscosas, dúctiles, que se ablandan por el calor y comprenden a aquellos cuyo origen son los crudos petrolíferos como también a los obtenidos por la destilación destructiva de sustancias de origen carbonoso, reservando la palabra asfáltica para aquellas sustancias de origen petrolífero, naturales o artificiales, y alquitranes a las procedentes de sustancias carbonosas.

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El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro; su

consistencia es variable, está constituido mayoritariamente por una mezcla de hidrocarburos pesados. Se encuentra en yacimientos naturales o se obtiene por refinación del petróleo y es usado como aglomerante en

mezclas asfálticas para la construcción de carreteras o autopistas (entendiéndose como aglomerante aquellos materiales capaces de generar

fuerzas para unir fragmentos de una o varias sustancias o materiales y dar cohesión al conjunto por métodos físicos).

Es decir que, en los asfaltos podemos encontrar tres fuentes principales:

Asfaltos naturales: depósitos geológicos de lago, asfaltos en roca y arena

Alquitrán: destilación del carbón

Asfaltos del petróleo: derivados de la destilación de crudos

Asfaltos Naturales:

Los asfaltos naturales típicamente son consistentes en sus propiedades. Antes de 1900 el control de calidad inadecuado sobre los asfaltos y breas aumentó el uso de los asfaltos de Lago.

Los asfaltos naturales se han encontrado en los siguientes lagos:

Isla de Trinidad

Lago Bermúdez Venezuela

También se han encontrado como Rocas Asfálticas y Arenas Asfálticas como ser:

Utah: Filonita

Syncrude Fort McMurray Alberta

“La Brea Tar Pits” Los Angeles California

Alquitrán: Es un residuo tóxico de la destilación del carbón y algunas de sus

propiedades son:

Resistente a los productos del petróleo

Generalmente es un subproducto de la producción de coke (carbón).

No se emplea en mezclas asfálticas debido a toxicidad , variabilidad y mala performance.

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Asfaltos Derivados del Petróleo: Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados del petróleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación

industrial del crudo. Representan más del 90 % de la producción total de asfaltos. La mayoría

de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces casi en su totalidad. Sin embargo existen algunos petróleos crudos, que no contienen asfalto. En base a la proporción de asfalto que poseen, los petróleos se

clasifican en:

Petróleos crudos de base asfáltica.

Petróleos crudos de base parafínica.

Petróleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para

fines viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da como resultado propiedades

indeseables, tal como la pérdida de ductilidad. Con los crudos asfálticos esto no sucede, dada su composición.

El petróleo crudo extraído de los pozos, es sometido a un proceso de destilación en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y

kerosén de la base asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas. El asfalto es además un material bituminoso pues contiene betún, el cual

es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la destilación destructiva de un carbón graso, también contiene betún, por lo tanto también es un material bituminoso

pero no debe confundirse con el asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente. El alquitrán tiene bajo contenido de betún, mientras

que el asfalto está compuesto casi enteramente por betún, entre otros compuestos. El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de

durabilidad que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.

Sus fuentes pueden ser:

Residuo de la destilación de crudos del petróleo, asfaltos de rocas o arenas (extracción de los fuels para energía y combustibles)

Descomposición de material proveniente de animales enterrados antes de la descomposición por microorganismos.

Aunque son solubles en productos del petróleo. La mayoría de los asfaltos hoy en día provienen de la destilación del petróleo.

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Obtención de Asfaltos en Refinerías El crudo de petróleo es una mezcla de distintos hidrocarburos que

incluyen desde gases muy livianos como el metano hasta compuestos semisólidos muy complejos, los componentes del asfalto. Para obtener este debe separarse entonces las distintas fracciones del crudo de petróleo

por destilaciones que se realizan en las refinerías de petróleo.

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Destilación Primaria: Es la primera operación a que se somete el crudo. Consiste en calentar el crudo en hornos tubulares hasta aproximadamente 370ºC. Los

componentes livianos (nafta, kerosene, gas oil), hierven a esta temperatura y se transforman en vapor. La mezcla de vapores y líquido caliente pasa a

una columna fraccionadora. El líquido o residuo de destilación primaria se junta todo en el fondo de la columna y de ahí se bombea a otras unidades de la refinería.

Destilación al Vacio:

Para separar el fondo de la destilación primaria, otra fracción libre de asfáltenos y la otra con el concentrado de ellos, se recurre comúnmente a la destilación al vacio. Difiere de la destilación primaria, en que mediante

equipos especiales se baja la presión (aumenta el vacio) en la columna fraccionadora, lográndose así que las fracciones pesadas hiervan a menor temperatura que aquella a la que hervían a la presión atmosférica. El

producto del fondo de la columna, un residuo asfáltico más o menos duro a temperatura ambiente, se denomina residuo de vacío. De acuerdo a la

cantidad de vacío que se practica en la columna de destilación, se obtendrán distintos cortes de asfaltos que ya pueden ser utilizados como cementos asfálticos.

Desasfaltización con propano o butano:

El residuo de vacio obtenido por destilación al vacio, contiene los asfáltenos dispersos en un aceite muy pesado, que, a la baja presión (alto vacio) y alta temperatura de la columna de vacío, no hierve (se destila).

Una forma de separar el aceite de los asfáltenos es disolver (extraer) este aceite en gas licuado de petróleo. El proceso se denomina "desasfaltización" y el aceite muy pesado obtenido, aceite desasfaltizado.

Se utiliza como solvente propano o butano líquido, a presión alta y temperaturas relativamente moderadas (70 a 120 ºC). El gas licuado extrae

el aceite y queda un residuo semisólido llamado "bitumen".

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A continuación se presentara un esquema de como es el proceso de extracción del asfalto de petróleo:

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Las propiedades del asfalto por refinería de petróleo varían según su origen.

Con el Grado API (Instituto Americano del Petróleo) se emplean para estimar el peso específico a 60ºF, con las siguientes consideraciones:

API= (141,5/SG) – 131,5 API agua = 10

API asfalto = 5 a 10 API gasolina = 50

Crudos de bajo API < 25 (alto rendimiento de asfalto) Crudos de alto API > 25 (bajo rendimiento de asfalto).

Mediante el siguiente esquema se ilustra como va evolucionando la cantidad de bitumen o asfalto a lo largo del proceso de refinería:

Oxidación del Asfalto

Es un proceso químico que altera la composición química del asfalto. El asfalto está constituido por una fina dispersión coloidal de asfáltenos y

máltenos. Los máltenos actúan como la fase continua que dispersa a los asfáltenos. Las propiedades físicas de los asfaltos obtenidos por destilación permiten a los mismos ser dúctiles, maleables y reológicamente aptos para

su utilización como materias primas para elaborar productos para el mercado vial. Al "soplar" oxígeno sobre una masa de asfalto en caliente se produce una mayor cantidad de asfáltenos en detrimento de los máltenos,

ocasionando así de esta manera una mayor fragilidad, mayor resistencia a las altas temperatura y una variación de las condiciones reológicas

iniciales.

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Usos más comunes del Asfalto Concreto Asfáltico. Es una mezcla en caliente, de alta calidad y perfectamente controlada, de cemento asfáltico y agregados de buena calidad bien gradados, que se debe compactar perfectamente para formar

una masa densa y uniforme, tipificada por las mezclas Tipo IV del instituto del Asfalto.

Sello con Lechada de Emulsión Asfáltica. Es una mezcla de asfalto emulsionado de rotura lenta, agregado fino y un mineral de relleno, a la que se le añade agua para darle consistencia de lechada.

Sello Negro de Asfalto. Es una aplicación ligera de emulsión asfáltica de rotura lenta diluida en agua. Se utiliza para renovar superficies asfálticas viejas y para sellar grietas y pequeños vacíos de la superficie.

Carpeta Asfáltica de Nivelación. Es una capa (mezcla de agregado y asfalto) de espesor variable utilizada para eliminar irregularidades de la

superficie existente antes de cubrirla con un tratamiento nuevo o con una carpeta de recubrimiento. Carpeta Asfáltica de Recubrimiento. Consiste en una o más capas

asfálticas aplicadas sobre el pavimento existente. La carpeta de recubrimiento generalmente consiste de una carpeta de nivelación, para

corregir las irregularidades del pavimento viejo, seguida por una o varias carpetas de grosor uniforme, hasta obtener el espesor total necesario. Pavimentos Asfálticos. Son pavimentos compuestos por una capa

superficial de agregado mineral recubierto y aglomerado con cemento asfáltico, colocada sobre superficies de apoyo tales como bases asfálticas, piedra triturada o grava; o sobre un pavimento de concreto de cemento

Portland, de ladrillo o bloques. Capa de Imprimación Asfáltica. Se llama así a la aplicación de un asfalto

líquido de baja viscosidad a una superficie absorbente. Se suele utilizar para preparar una base no tratada que baya a ser recubierta con una carpeta asfáltica.

Capa de Sello Asfáltico. Es un tratamiento superficial consistente en la aplicación de una capa delgada de asfalto para impermeabilizar y mejorar la textura de la carpeta asfáltica superficial.

Tratamientos Asfálticos Superficiales. Son aplicaciones a cualquier tipo de carretera, superficie o pavimento, de materiales asfálticos con o sin

recubrimiento de agregado mineral, de espesor no mayor de 25 cm. Capa de Pega Asfáltica. Es una aplicación muy ligera de asfalto liquido sobre una superficie de cemento portland. El tipo de asfalto preferido es la

emulsión asfáltica diluida en agua. Se emplea para asegurar la adhesión de la nueva carpeta de la superficie que se va a pavimentar.

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COEFICIENTE DE FRICCIÓN

Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica), o a la fuerza que se opone al inicio

del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en

contacto.

En la siguiente tabla de comparación donde se puede apreciar numéricamente la diferencia de la adherencia entre las llantas de los vehículos sobre la superficie de asfalto y la de concreto.

Superficie de Contacto

Roce Estático Roce Dinámico

Caucho – Asfalto (seco) 1.02 0.80

Caucho – Asfalto

(húmedo) 0.8 0.5-0.7

Caucho – Concreto (seco) 1.0 0.8

Caucho – Concreto (húmedo)

0.3 0.25

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COMPARACIÓN ENTRE LOS TIPOS DE PAVIMENTOS

A continuación se presenta un cuadro para diferenciar las estructuras de pavimentos carreteros, describiendo técnicas constructivas y de mantenimiento de las mismas.

Pavimentos Rígidos Pavimentos Flexibles Costo inicial (construcción), para uso en

carreteras de tráfico medio y pesado, es normalmente igual o menor al de los

flexibles

Estos pavimentos no tienen una durabilidad como los de concreto

Costo final (al considerar la vida útil) es normalmente menor a la de los pavimentos

flexibles

El costo final de los pavimentos flexibles, considerando los mismos

períodos que los pavimentos rígidos, es sustancialmente mayor

Mayor vida útil (mínima de 30 años) Vida útil máxima de 10-15 años (con mantenimiento mayor)

La calidad de la superficie se mantiene por muchos años, y básicamente se conserva la estructura del pavimento.

Son frecuentes los baches, hundimientos y roderas. Ellos causan daños a los vehículos

Resiste ataques químicos (Aceites, grasas, combustibles)

Es muy afectado por los mismos productos

Mayores resistencias mecánica y a la

abrasión; La resistencia mecánica de los materiales aumenta con la edad

Las deformaciones y deterioros que sufren disminuyen comodidad y

seguridad. La resistencia tiende a disminuir, principalmente en climas calientes

Estructuras menores de pavimentación (no más de dos capas)

Requiere mayores excavaciones, movimiento de tierras, y son más las

capas a colocar

Se requiere poca conservación. Ello permite el flujo de tránsito por mayores períodos

Las acciones rutinarias de

conservación y reparaciones frecuentes interrumpen el tráfico y

hacen más costosa la carretera

Como función de la textura superficial, mayor resistencia al deslizamiento

Superficie que pierde textura rápido, principalmente en condición húmeda

Mejor difusión de luz , lo que permite hasta un 30% de economía en las necesidades de

iluminación de la vialidad

De color oscuro; no refleja la luz, y por ende mayores costos de iluminación.

Mejores características de drenaje

superficial: es prácticamente impermeable, el agua escurre más fácil, y las estructuras de drenaje son más simples

Absorbe la humedad con facilidad.

Dado tiene capas que pueden retener más el agua, requiere mejores sistemas de drenaje

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Mantiene casi íntegra la capa de rodamiento, no es tan sensible a la

intemperie

Las altas temperaturas y lluvias promueven pérdida de material

Mayor distancia de visibilidad horizontal, proporcionando mayor seguridad.

Una visibilidad más reducida durante

la noche, y en condiciones climáticas adversas

Mejor distribución de presiones a los suelos

de apoyo. Soporta fácilmente sobrecargas imprevistas y tráfico intenso

Sobrecargas imprevistas y tráfico

provocan daño estructural al pavimento, incluyendo al suelo de

apoyo.

Métodos de proyecto muy bien definidos,

poco variables

Los métodos de dimensionamiento

son muy diversos

Facilidad de construcción. Pueden ser ejecutados con equipos convencionales

Requieren plantas de asfalto y equipo especializado

Depende en gran parte del Futuro del petróleo

Difícil de reciclar

Las cargas pesadas no forman roderas ni dislocamientos en el concreto, el cual conserva una alta resistencia

antiderrapante.

Las cargas pesadas producen roderas y dislocamientos en el asfalto y son

un peligro potencial para los usuarios. Las roderas llenas de agua de lluvia, pueden causar derrapamientos,

pérdida de control del vehículo y por lo tanto, dar lugar a accidentes y a

lesiones personales.

El mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas

de las losas.

Las roderas, dislocamientos,

agrietamientos por temperatura, agrietamientos tipo piel de cocodrilo (fatiga) y el intemperismo, implican un

tratamiento frecuente a base de selladores de grietas y de recubrimientos superficiales.

Nivel de confort alto Poca adaptabilidad

Innovación tecnológica muy activa Proceso muy Industrial

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CONCLUSIONES

Al concluir el trabajo no sólo se tiene un mayor conocimiento sobre

que es el asfalto y los millones de usos que tiene, también se tiene

una mayor comprensión del porque en nuestro país es el tipo

pavimento más utilizado, esto debido a que su economía inicial es

mayor y que no hay inversión de mantenimiento de los tramos

carreteros de Honduras.

Es de suma importancia para el entendimiento de su composición

físico-química saber de donde proviene o como se obtiene el asfalto,

y así poder entender el comportamiento del asfalto como capa de

rodadura

Desde el punto de vista técnico ambos pavimentos se pueden

utilizar, siempre y cuando se tenga cuidado en la realización desde

el proyecto hasta el procedimiento constructivo, así como su

mantenimiento durante su vida útil.

Sin embargo el pavimento rígido lleva una notoria ventaja sobre el

flexible, ya que debido a la capacidad y ventaja de los materiales que

se emplean entre uno y otro hacen que el concreto sea más factible

que el asfalto. Pero el inconveniente para la mayoría de los

proyectos, es la alta inversión.

Otra ventaja es que con el concreto hidráulico se logra una carpeta

de menor espesor con la cual se podrían ahorrar costos de

excavación y materiales.

El pavimento rígido se logra una mayor resistencia, menor

mantenimiento y aunque su construcción es más cara con el paso

del tiempo el periodo de vida útil es barato que el flexible ya que se

requiere menor mantenimiento y menor cantidad mano de obra para

ejecutar dichos trabajos.

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BIBLIOGRAFÍA

Apuntes de Ingeniería Civil

www.elprisma.com LOS PAVIMENTOS EN MÉXICO ANTECEDENTES

www.canacem.org.mx/presentacion3.pdf Pavimentos Carreteros

www.angelfire.com/rings/transportes/pavimentos.pdf

http://www.construmatica.com/construpedia/Categor%C3%ADa:Materiales_Bituminosos

http://www.e-asphalt.com/propiedades/materialesbituminosos.pdf