materiales bituminosos
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CICLO : QUINTO
CURSO : MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
DOCENTE : Ing. MAX HUERTA MAZA
TEMA : MATERIALES BITUMINOSOS,:
ASFALTO. PINTURA Y OTROS
GRUPO : LOS UNIVERSITARIOS
Llanos Guerrero Robert 101.0904.383
Calixto Quevedo Mahin 092.0904.638
Domínguez Urbano Walter 092.0904.300
Montenegro Torres Carlos 112.0904.360
MATERIALES BITUMINOSOS • 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.
si son puras se llaman betún, y cuando impregnan calizas, arcillas, pizarras, etc., se denominan rocas asfálticas, de color marrón oscuro.
EXTRACCIÓN El asfalto que se utilizó en épocas pasadas fue el asfalto natural; el cual se encuentra en la naturaleza en forma de yacimientos que pueden explotarse sin dificultad y cuyo empleo no requiere de operaciones industriales de ningún tipo para su preparación. Estos yacimientos se han producido a partir del petróleo por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles dejando las asfálticas.
A pesar de ser fácil la explotación y excelente calidad del asfalto natural, no suele explotarse desde hace mucho tiempo ya que, el hombre la obtiene de las refinerías petroleras como un subproducto sólido en el craqueo o fragmentación que se produce en las torres de destilación resultando más económico su obtención de este modo, este subproducto es denominado betún de petróleo
ANTECEDENTES • El uso del asfalto por la Humanidad se remonta
a las civilizaciones babilónicas, habiéndolos empleado como argamasa en las murallas (450 años antes de Jesucristo)
• En Egipto se empleó en las Pirámides y para embalsamar los cadáveres (momias). Los hebreos lo utilizaron en medicina y en la fabricación de lacas y barnices.
• Hasta mediados del siglo pasado no se empezó a usar en los pavimentos, que es su principal aplicación.
• La construcción del primer pavimento, tipo Sheet Asphalt, ocurre en 1876 en Washington D.C., con asfalto natural importado. En 1900 aparece la primera mezcla asfáltica en caliente, utilizada en la rue du Louvre y en la Avenue Victoria en París, la cual fue confeccionada con asfalto natural de la Isla de Trinidad.
• A partir del año 1902, se inicia el empleo de asfaltos destilados de petróleo en los Estados Unidos, que por sus características de pureza y economía en relación a los asfaltos naturales, constituye en la actualidad la principal fuente de abastecimiento.
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.
• Generalmente se emplea de un 20 al 40% de fluidificante, según la
penetración que se desee obtener. Los betunes naturales refinados suelen contener de un 75 a un 90% de betún y de un 10 a un 20% de materias minerales en suspensión.
Betún de Petróleo
• Se obtienen a partir del petróleo sometiendo al mismo, después de una destilación fraccionada a temperatura ambiente, a otro proceso de destilación fraccionada en caliente y vacío para obtener aceites pesados y grasas sin que se produzca el cracking que se origina con temperaturas más altas. Este cracking consiste en romper las cadenas de los hidrocarburos más largas y convertirlas en hidrocarburos de cadenas más pequeñas.
• Reciben el nombre de betunes asfálticos los naturales o nativos y los artificiales. Los betunes asfálticos preparados por destilación de hidrocarburos naturales se presentan como sólidos o semisólidos a la temperatura ambiente por lo que, para poder utilizarlos en obra, es preciso calentarlos a fin de reducir su viscosidad.
Los betunes se clasifican por su dureza en varias categorías. Se entiende por dureza la penetración de una aguja de 1 mm. de diámetro cargada con 100 gr. durante cinco segundos a 25° C, y se expresa en décimas de milímetro: Betún duro ....................... 30- 60
Semiduro ....................... 80-100
Semi-blando ....................... 180-200
Blando ....................... 200-300
Muy blando ....................... 300-350
Asfaltos o roca asfáltica. — Son las rocas calizas, arcillosas, esquistos, etc., impregnados de betún, con una riqueza que varía desde el 2-14 por 100, soluble en sulfuro de carbono. Generalmente son calizas las más abundantes, y se suelen extraer a cielo abierto en invierno por embotarse menos las herramientas: después se machacan y pulverizan en molinos desintegradores, como los empleados en el yeso. Se tamiza finalmente, obteniéndose granos desde 3 a 1/10 mm. de diámetro, de color marrón oscuro, impregnados de betún. Es un producto natural o compuesto, en el que el betún asfáltico sirve de aglutinante a materias minerales inertes. La palabra asfalto debe ser acompañada del origen del producto: asfalto, lacustre, asfalto en roca, etc.
• La composición química de los asfaltos es desconocida, pero básicamente es una mezcla de gran cantidad de hidrocarburos diversos, que combinados en diferentes proporciones conforman moléculas complejas y de gran tamaño.
• El análisis químico cualitativo del asfalto demuestra que está constituido esencialmente por carbono e hidrógeno y que además puede contener pequeñas cantidades de oxígeno y nitrógeno.
ASFALTO
La estructura real de los materiales asfálticos está constituida por tres componentes:
• 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-liquido 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 oxigeno 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.
Membranas asfálticas prefabricadas
Revestimiento e impermeabilización de canales
Impermeabilización de presas de tierra
Sellado De Juntas en Pavimentos de Hormigón
PINTURA
Pintura al cemento • Es una pintura al agua formada por cemento blanco y
un pigmento que resista la alcalinidad.
• Se necesita humedad constante.
• Es mate, absorbente y resiste agentes atmosféricos.
• Se debe emplear sobre superficies ásperas, rugosas y porosas para que se adhiera con facilidad (se utiliza en exteriores).
Pintura al silicato
• Es una pintura al agua.
• Aglutinante: silicato de potasio.
• Pigmento blanco de zinc u otros pigmentos minerales resistentes a la alcalinidad.
• Es dura y resistente a la intemperie.
• No se puede usar sobre el yeso.
• Tiene una gran adherencia al vidrio y al hierro.
Pintura plástica
• Aglutinante: resinas plásticas o acrílicas. • Pigmento: cualquier tipo de pigmento que
resista la alcalinidad. • Buena adherencia. • Resistencia al lavado por su contenido de
resinas. • Es perjudicado por las bajas temperaturas
(Temp. Mín. entre 5 y 10 ºC). • Gran gama de colores.
Pintura al aceite
• Aglutinante aceites vegetales secantes.
• Disolvente: aguarrás.
• Cualquier clase de pigmento.
• Se mezcla con resinas duras dando lugar a los esmaltes.
Esmalte graso
• Está compuesto por aceites secantes mezclados con resinas duras naturales o sintéticas.
• Disolvente: aguarrás.
• No resiste la alcalinidad (por lo que hay que aislar la superficie del cemento) ni la intemperie.
• Se utiliza en interiores como esmalte de acabado.
Esmaltes sintéticos
• Combinación química de resinas duras y aceites secantes.
• Disolvente: aguarrás.
• Tienen gran dureza, buen brillo, resisten agentes químicos e intemperie y, al combinarse con los aceites, tienen gran flexibilidad.
• Protección de superficies de madera.
• Se utilizan como imprimaciones anticorrosivas.
• Secan con rapidez.
Tipos de pinturas (b)
• Pinturas de resinas
• Pinturas de poliuretano
• Pinturas ignífugas
• Pinturas nitrocelulósicas
• Pinturas bituminosas
• Pinturas de siliconas
• Pinturas de aluminio
• Pinturas al martelé
• Lacado
Pinturas de resina • Pinturas al cloro-caucho. • Disolventes especiales, generalmente aromáticos (los disolventes normales,
aguarrás, no son suficientemente fuertes). • Resisten agentes atmosféricos, agua y agentes químicos. • Son impermeables, se adhieren bien a cualquier superficie. • Son sensibles al calor (" 70 ºC) y se descomponen. • Se utiliza sobre superficies de hormigón, acero, depósitos de cemento, marcas
viales, piscinas, etc. • No tienen problemas para repintados y su secado es rápido. • Pinturas epoxi. • Compuestas por resina epoxi y por un catalizador. • Muy duras, gran resistencia química, adherencia al cemento, secado rápido. • Se pueden mezclar con alquitranes. • Para zonas cálidas (no se pueden utilizar a menos de 10°C). • Tienen propiedad de descontaminación radioactiva (usada en hospitales y
laboratorios).
Pinturas de poliuretano (resinas de poliéster).
• Algunas catalizan con la humedad.
• Otras tienen dos componentes: resina de poliéster + catalizador.
• Se utilizan disolventes especiales, según recomiende el fabricante.
Pinturas ignífugas
• Pueden ser intumescentes (además de ser ignífugas, al someterlas al fuego tienen un efecto de esponjamiento celular, generando una capa esponjosa).
• Dan mayor seguridad.
Pinturas nitrocelulósicas
• Formadas por nitrocelulosa plastificada.
• Son duras, tenaces y flexibles.
• Resistentes al roce y a la intemperie.
• Se seca cuando se evaporan sus disolventes.
Pinturas bituminosas
• Se obtienen de breas y alquitranes.
• Disolventes normales.
• Son impermeables al agua y resisten aceite, petróleo y álcalis.
• De buena adherencia sobre metal, mortero, hormigón, etc.
Pinturas de siliconas
• Formadas por silicio.
• Buena resistencia al agua.
• De mala adherencia.
• Se debe hacer una impregnación muy abundante porque no se puede repetir el tratamiento.
Pinturas de aluminio
• Se incorpora una pasta de aluminio molido y un barniz graso.
• No la penetra la humedad.
• Aísla de los rayos ultravioleta.
• Se emplea para mezclar con otras pinturas.
Pinturas al martelé
• Es una pintura al aluminio (con presencia de silicona).
• Efecto martelé: Es una especie de dibujo irregular, parecido a si martillásemos sobre cobre para darle forma, causado por la silicona.
• Hay que dar dos manos.
Lacado o laqueado
• Se usa como un acabado por su tersura y su perfecta superficie.
• Se consigue con distintos esmaltes y pinturas.
• Se dan varias capas ya que no hay problema de adherencia entre ellas.
• Normalmente se emplean en muebles, armarios, puertas, etc.
CONCLUSIONES
• La pintura aparte de mejorar el aspecto de una superficie lo protege de los fenómenos físicos y químicos.
• El asfalto es de gran importancia por su aplicación en la pavimentación.
• El asfalto y el betún sirven para impermeabilizar y sellar juntas.
Anónimo
“Somos sembradores conscientes, repartimos diariamente
millones de semillas a nuestro alrededor. Que podamos
escoger siempre las mejores, para que al recibir la dádiva de
la cosecha justa, tengamos siempre motivos para agradecer”
