I T. RESIDENCIAS PROFESIONALES JOSE ANTONIO BAUTISTA

115







"SUPERVISIÓN DE PERSONAL Y MAQUINARIA PARA EL CORRECTO USO DE EXPLOSIVOS, CUANTIFICACION DE MATERIALES Y CONTROL DE CALIDAD EN AGREGADOS PARA USO EN CONCRETOS HIDRAULICOS Y ASFALTICOS"

INFORME TECNICO DE RESIDENCIAS PROFESIONALES
RITICIV-14-13

PARA DAR CUMPLIMIENTO A:
RESIDENCIAS PROFESIONALES


PRESENTADO POR:
JOSÉ ANTONIO BAUTISTA ALVARADO


LAGOS DE MORENO, JAL., A 04 DICIEMBRE DEL 2014
DATOS DEL ITSDLM


Instituto Tecnológico Superior de Lagos de Moreno.
Libramiento Tecnológico # 5000.
Colonia Portugalejo de los Romanes.
Tel. y Fax. (52)-01-474-72-52-100 y 101
Lagos de Moreno Jalisco, México.

Superior Technology Institute of Lagos de Moreno.
5000# Libramiento Tecnológico
Portugalejo de los Romanes
Phone & Fax (52)-01-474-72-52-100 y 101
Lagos de Moreno Jalisco, México.






"SUPERVISIÓN DE PERSONAL Y MAQUINARIA PARA EL CORRECTO USO DE EXPLOSIVOS, CUANTIFICACION DE MATERIALES Y CONTROL DE CALIDAD EN AGREGADOS PARA USO EN CONCRETOS HIDRAULICOS Y ASFALTICOS"

PRESENTADO POR:
JOSÉ ANTONIO BAUTISTA ALVARADO

RESUMEN
ANTECEDENTES, ESTRUCTURACION DE UNA PLANTA DE ASFALTO, COMPONENTES DE MEZCLA ASFALTICA PARA CAMINOS, RECURSOS HUMANOS Y EXPLOSIVOS

PALABRAS CLAVE
ASFALTO, CARPETA, AGREGADOS, PLANTA, EMULSION

ABSTRACT
BACKGROUND, STRUCTURING ASPHALT PLANT COMPONENTS OF ASPHALT MIX FOR ROADS, HUMAN RESOURCES AND EXPLOSIVES

KEYWORDS
ASPHALT, BINDER, AGGREGATE, PLANT EMULSION


ÍNDICE
CONTENIDO PAG
I- Introducción......................................................................................................... 7
II- Justificación........................................................................................................ 9
III- Objetivos: Generales y Específicos................................................................ 9
CAPÍTULO I: Marco teórico................................................................................... 10
1.1 Origen del Asfalto ............................................................................................... 10
1.2 Los primeros usos del asfalto…………………..................................................... 12
CAPÍTULO II: Asfaltos………………………………………………………...….......... 14
2.1 Historia del asfalto …........................................................................................... 14
2.2 Generalidades y modificaciones al asfalto .......................................................... 17
2.3 Descripción química del asfalto modificado ………………………………………... 19
2.4 Compuesto Asfalto-Hule ………………………………………………..……………. 23
2.5 Ventajas del sistema Asfalto-Hule para carpetas asfálticas……...………………. 26
2.6 Ligantes Asfalticos………………………………………………………………........ 27
2.6.1 Clasificación y terminología de los ligantes asfalticos………………..………… 29
2.6.2 Cualidades de los ligantes asfalticos………………….………………..………… 31
2.6.3 Propiedades de los ligantes asfalticos……….……………………………..…….. 33
2.6.4 Comportamiento mecánico de los ligantes asfalticos…....……….……………. 40
2.7 Aditivos empleados para mejorar las propiedades de los ligantes asfalticos …………………………………………………………….………………….........………... 43
CAPÍTULO III: Emulsiones……................................................................................ 46
3.1 Tipos de emulsiones asfalticas........................................................................... 47
3.2 Rompimiento de la emulsiones alfalticas............................................................ 48
3.3 Ventajas de las emulsiones asfálticas…………………….................................. 50
3.4 Recomendaciones para el uso de emulsiones asfalticas.................................. 51
CAPÍTULO IV: Agregados....................................................................................... 52
4.1 Definición de agregados pétreos……………....................................................... 52
4.2 Tipos de agregados petreos…………………....................................................... 52
4.3 Propiedades de los agregados pétreos…………………….………………...……. 53
4.4 Naturaleza de los agregados ………………………………….…………………….. 54
4.5 Consideración de empleo de agregados pétreos ………….……………………… 55
4.6 Características principales de los agregados pétreos para pavimentos….….…. 56
4.7 Clasificación del agregado según su tamaño ………………………………..…….. 61
4.8 Ensayos para caracterizar los pétreos ………….…………………………….….… 70
4.8.1 Esqueleto mineral…………………………………………..……………..….….….. 70
4.8.2 Agregados gruesos …………………………………………………………………. 71
4.8.3 Agregados finos ……………………………………………………………………... 76
CAPITULO V. Plantas de asfalto.............................................................................. 79
5.1 Antecedentes de planta de asfalto en México DF …………………………………. 79
5.2 Características y composición de una planta de asfalto…………..……………..… 82
5.3 Acomodo recomendado en la instalación de una planta de asfalto………….…… 90
CAPITULO VI. Carpeta asfáltica…………………………………………….…………... 92
6.1 Componentes de la mezcla ……………………………………….……………......... 92
6.2 Granulometría………………………………………………………………………….. 93
6.3 Composición de la mezcla ………………………………………………………….... 94
6.4 Carpeta requerida en obra …………………………………………………………… 95
6.5 Tolerancias……………………………………………………………………………… 97
CAPITULO VII. . Descripción de trabajos de explotación de banco de préstamo en materiales pétreos………………………………………………………..………………. 99
7.1 Definición de explosivos ……………………………………………………...………. 99
7.1.2 Energía para desarrollar trabajo ……………………………………….…..……… 99
7.1.3 Energía de choque …………………………………………………………...…….. 101
7.1.4 Energía del gas ……………………………………………………………………... 103
7.1.5 Energía no aprovechada …………………………………………………………… 103
7.1.6 Velocidad de detonación …………………………………………………………... 104
7.1.7 Presión de detonación………………………………………………………..……. 104
7.1.8 Energías de explosivos………………………………………………..…………… 106
7.1.8.1 Energías…………………………………………………………….……………... 106
7.1.8.2 Densidad…………………………………………………………………………... 107
7.1.9 Resistencia al agua y clasificación de gases………………………….…………. 108
7.2 Diseño de bancos de explotación ……………………………………………….….. 109
7.2.1 Criterios para la apertura de un banco y fases de explotación a cielo abierto..109
CAPITULO VIII. Descripción del personal de la planta de asfalto "CABA" en Irapuato Guanajuato. …………………………………………………………………… 112
ANEXO FOTOGRAFICO………………………………………………………………... 115

I: INTRODUCCIÓN

Desde la existencia de la humanidad se ha tenido la necesidad de trasladarse en diferentes puntos, remontándonos al 50,000 A.C. en la época en que el Hombre era nómada se trasladaban de un punto a otro en busca de alimentos, agua, refugio y hacia lugares donde pudieran saciar sus necesidades básicas para sobrevivir. Las carreteras fueron los primeros signos de una civilización avanzada. Los mesopotámicos fueron uno de los primeros constructores de carreteras hacia el año 3500 A.C. Le siguieron los chinos, los cuales desarrollaron un sistema de carreteras en torno al siglo XI A.C., y construyeron la Ruta de la Seda (la más larga del mundo) durante 2.000 años; Los incas de Sudamérica construyeron una avanzada red de caminos que no se consideran estrictamente carreteras, ya que la rueda no era conocida por los incas.
Estas llamadas carreteras recorrían todos los Andes e incluían galerías cortadas en rocas sólidas. En el siglo I, el geógrafo griego Estrabón registró un sistema de carreteras que partían de la antigua Babilonia; los escritos de Heródoto, historiador griego del siglo V A.C., mencionan las vías construidas en Egipto para transportar los materiales con los que construyeron las pirámides y otras estructuras monumentales levantadas por los faraones. Aún existen algunas de las antiguas carreteras. Las más antiguas fueron construidas por los romanos. La vía Apia empezó a construirse alrededor del 312 A.C., y la vía Faminia hacia el 220 A.C. En la cumbre de su poder, el Imperio romano tenía un sistema de carreteras de unos 80,000 km, consistentes en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una red que cubría todas las provincias conquistadas importantes, incluyendo Gran Bretaña. Las conocidas calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120 cm, y estaban compuestas por tres capas de piedras argamasadas cada vez más finas, con una capa de bloques de piedras encajadas en la parte superior.
Toda persona tenía derecho a usar las calzadas, según la ley romana, pero los responsables del mantenimiento eran los habitantes del distrito por el que pasaba. Este sistema era eficaz para mantener las calzadas en buen estado mientras existiera una autoridad central que lo impusiera; con la ausencia de la autoridad central del Imperio romano durante la edad media (del siglo X al XV), el sistema de calzadas nacionales empezó a desaparecer.
El gobierno francés instituyó un sistema para reforzar el trabajo local en las carreteras a mitad del siglo XVII, y con este método construyó aproximadamente 24,000 km de carreteras principales. Más o menos al mismo tiempo, el Parlamento instituyó un sistema de conceder franquicias a compañías privadas para el mantenimiento de las carreteras, permitiendo a las compañías que cobraran un peaje o cuotas por el uso de las mismas. Se hicieron perfeccionamientos en los métodos y técnicas de construcción de carreteras Durante las tres primeras décadas del siglo XIX.
Los ingenieros británicos, Thomas Telford y John Loudon McAdam, y un ingeniero de caminos francés, Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet, fueron los responsables. El sistema de Telford implicaba cavar una zanja e instalar cimientos de roca pesada. Los cimientos se levantaban en el centro para que la carretera se inclinara hacia los bordes permitiendo el desagüe. La parte superior de la carretera consistía en una capa de 15 cm de piedra quebrada compacta.
El de McAdam mantenía que la tierra bien drenada soportaría cualquier carga. En el método de construcción de carreteras de McAdam, la capa final de piedra quebrada se colocaba directamente sobre un cimiento de tierra que se elevaba del terreno circundante para asegurarse de que el cimiento desaguaba. El sistema de McAdam, llamado macadamización, se adoptó en casi todas partes, sobre todo en Europa. Sin embargo, los cimientos de tierra de las carreteras macadamizadas no pudieron soportar los camiones pesados que se utilizaron en la I Guerra Mundial. Como resultado, para construir carreteras de carga pesada se adoptó el sistema de Telford, ya que proporcionaba una mejor distribución de la carga de la carretera sobre el subsuelo subyacente. El declive de las carreteras tuvo lugar en el periodo de expansión del ferrocarril en la última mitad del siglo XIX. Es en este periodo donde se introduce el ladrillo y el asfalto como pavimento para las calles de las ciudades.
II: JUSTIFICACIÓN
La elaboración de este proyecto de residencias conforma información descriptiva acerca de todo lo relacionado con la conformación de una carpeta asfáltica, en la que el lector podrá observar detalles históricos, técnicas en procesos de la misma que influyen de manera directa con el cumplimiento y normatividad en el país.
Las restricciones que implican la conformación de una carpeta asfáltica están estrictamente ligadas a su normativas técnicas de aplicación y elaboración, en este caso por tratarse de este documento en el que se muestran se podrá observar información suficiente de carácter informativo.


III: OBJETIVOS: GENERALES Y ESPECÍFICOS

Generales
La finalidad del presente documento es tener mayor conocimiento y claridez de las partes que conforman una planta de asfalto, el funcionamiento de la misma y el proceso que se tiene que seguir para la elaboración de mezcla asfáltica en caliente para caminos.
Específicos
Conocer las partes que conforman una planta de asfalto.
Dar a conocer el funcionamiento de la planta de asfalto
Ver los diferentes agregados y emulsiones que se requieren para elaborar mezcla asfáltica caliente para caminos.


CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO
1.1 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 inglés.
Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al impermeabilizante del Arca de Noé, el cual fue preparado con y sin alquitrán y de la aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña, pintarrajeada con lodo y con alquitrán".
Aún más confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para mortero", la nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedra y alquitrán en vez de mortero". La traducción de Moffat en 1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedras y asfalto en vez de mortero"; así como en la nueva versión oficial de la Biblia en español. Tampoco es desconocido que los términos bitumen, alquitrán y asfalto son intercambiables.

1.2 Los primeros usos del asfalto
En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, láminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir pos fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente depende de un número de procesos naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material. Este producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.
Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a láminas superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no apreciaron rápidamente las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenía el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por más de 5,000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y/o agente ligante.
Los Sumerios, 3,800 A.C., usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3,800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenía "nervios" de asfalto natural.
Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que el usaba el producto para impermeabilización de los techos de sus palacios y como un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas.
Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten en dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos de asfalto natural estaban fácilmente disponibles. En consecuencia esto parece haber sido poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue hasta el fin del siglo XIX que alguno de los presentes mayores usos del asfalto fueron introducidos. Sin embargo, esto parecía haber sido algún conocimiento de carpetas alternativas en el periodo intermedio como esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1595 proclamo el lago de asfalto que encontró en Trinidad para hacer el mejor impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del siglo XIX se intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse superficies de carreteras. El mismo provenía de depósitos naturales europeos.
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. Durante el siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad, no obstante lo cual a mediados del mismo, la roca asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y después de 1870, en USA. 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 1869 y la explotación masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos.
En el primer paso, el automóvil obtuvo pronto el favor del público que reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte carretero comercial creó la dependencia "camión-camino" exigiendo amplias carreteras para más y mejores vehículos. En el segundo caso, el petróleo produjo importantes volúmenes de asfaltos aptos para un directo uso vial (cementos asfálticos) y asfaltos diluidos con las fracciones livianas (cut-Ack). Las emulsiones bituminosas de tipo aniónico aparecieron por entonces (1905) como paliativo del polvo, mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1951 y 1957 en Europa y EE.UU. respectivamente; en Argentina las aniónicas comenzaron a producirse a mediados de la década del '30 y las catiónicas a fines del '60. Tanta actividad volcada al campo vial hizo que se hablara de la "era del automóvil y la construcción de carreteras". Los primeros trabajos asfálticos en calles y caminos fueron hechos con procesos sencillos para distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano), apareciendo luego lanzas con pico regador y bomba manual.
El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales se mecanizaron apareciendo: regadores de asfalto a presión, distribuidores de piedra, aplanadoras vibrantes, rodillos con neumáticos de presión controlada, etc.
Las mezclas asfálticas en sitio cambiaron niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas móviles o fijas. Las primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado alrededor de 1870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción. Hacia 1900 se había mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido, elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para acopiar asfalto, mezcladoras que permitían cargar vagones a camiones.
Entre 1930 y 1940 se incorporan cintas transportadoras, colectores de polvo y otros aditamentos, en las décadas del 50 y 60 se desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1970 se introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración, polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental: secado-cribado-proporcionado-mezclado.
En 1910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado en tambor que hacia 1930 fueron reemplazadas por las de mezclador continuo, de mayor producción. En 1960 el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue rescatado y actualmente estas plantas (tambor mezclador) producen mezclas de gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos.
Los silos para acopio de mezcla caliente forman parte de las plantas de tambor mezclador; también suelen encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para independizar las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad, dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla caliente durante varios días conservando su trabajabilidad.
La terminadora o pavimentadora asfáltica (FINISHER), fue introducida por Barber Greene en 1937, después de siete años de experimentación, luego producidas por otras compañías con algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo original. En el campo de nuevos materiales ingresaron los aditivos: polímeros, fibras, agregados livianos, betunes sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas, micro-aglomerados, carpetas de reducido espesor, mezclas drenantes, mezclas o lechadas en color para pisos o como seguridad vial.


CAPÍTULO II: ASFALTOS

2.1 Historia del Asfalto
El asfalto es un componente natural de la mayor parte de los petróleos. La palabra Asfalto, deriva del acadio, lengua hablada en Asiría, en las orillas del Tigris superior, entre los años 1400 y 600 A.C. En esta zona se encuentra en efecto la palabra "Sphalto" que significa "lo que hace caer". Luego la palabra fue adoptada por el griego, pasó al latín y, más adelante, al francés (asphalte), al español (asfalto) y al inglés (asphalt). Estudios arqueológicos, indican que es uno de los materiales constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado.
La historia del asfalto se inició hace miles de años, siendo utilizado de su versión natural en yacimientos que se encontraban en estanques y lagos de asfalto, así como en rocas asfálticas.
Los antiguos pobladores de Mesopotamia lo emplearon como sellante en los tanques y embalses de agua. Fue también utilizado por los fenicios en la construcción de sus barcos mercantes. En los días de los Faraones, los egipcios lo usaron como material que, aplicado a las rocas a lo largo del rio Nilo, prevenían la erosión del suelo, y el cesto del niño Moisés fue impermeabilizado con asfalto.
En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, láminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir pos fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente depende de un número de procesos naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material.
Este producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo acompañado por materia mineral, la mezcla y dependiendo de las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.
Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a láminas superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no apreciaron rápidamente las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenía el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por más de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y/o agente ligante.
Los sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto.
En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenía "nervios" de asfalto natural.
Año 625. Es en Babilonia donde se registra el primer uso de asfalto como material para la construcción de carreteras. Los antiguos griegos fueron también usuarios del asfalto. De hecho, la palabra "asfalto" proviene de la palabra griega "asphaltos" que significa "seguro". Los romanos lo utilizaron para sellar sus famosos baños y acueductos.
Año 1595. Los europeos que exploraban el Nuevo Mundo descubrieron depósitos naturales de asfalto. Sir Walter Raleigh describió en su momento un lago de asfalto en la isla Trinidad, cerca de Venezuela. Él lo utilizó como impermeabilizante para sus barcos.
Año 1800. El uso de asfalto para construir carreteras creció de manera exponencial durante los años 1800. Uno de los constructores, Thomas Telford, construyó más de 900 millas de carreteras en Scotland, perfeccionando el método de construir carreteras con rocas partidas. De manera similar, su contemporáneo John Loudon McAdam, usó rocas partidas unidas para formar una superficie dura para construir Scottish turnpike. Más tarde, para reducir el polvo y el mantenimiento, los constructores emplearon "tar" caliente como elemento para unir y pegar las piedras, produciendo de ésta manera el llamado pavimento "tarmacadam".
Año 1870. Un ciudadano de Bélgica, el químico Edmund J. DeSmedt, produjo el primero y verdadero pavimento asfáltico, lo que ocurrió en Newark, New Jersey, Estados Unidos. DeSmedt también pavimentó la Avenida Pennsylvania en Washington, D.C., para lo cual empleó 54,000 yardas cúbicas de capas asfálticas provenientes de la Isla Trinidad.
La primera planta para fabricar asfalto fue abierta por la empresa The Cummer Company durante los años 1800s.
Las primeras instalaciones modernas para producir asfalto fue inaugurada por la compañía Warren Brothers en Cambridge, Massachusets, Estados Unidos, en 1901
La primera patente relacionada con la producción de asfalto fue registrada por Nathan B. Abbot, de Brooklyn, New York, en 1871.
Año 1876. El Presidente Gran seleccionó un grupo de ingenieros de la armada para estudiar el uso del asfalto en las carreteras. Este grupo sugirió que la Avenida Pensilvania, en Washington, D.C., fuera pavimentada con capas asfálticas provenientes del asfalto natural del Lago Trinidad. Dicho pavimento se mantuvo en excelentes condiciones durante 11 años, a pesar del tráfico en la Casa Blanca.
Año 1907. La producción de asfalto por refinamiento del petróleo sobrepasó el uso de asfalto natural. Como consecuencia del crecimiento en la popularidad del automóvil, la demanda de más y mejores carreteras llevaron al surgimiento de innovaciones tanto en la producción de asfalto, como también en la mecanización del proceso de aplicación del asfalto.
Año 1942. Durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología del asfalto fue ampliamente mejorada, empujada por la necesidad de la fuerza aérea de contar con superficies que pudieran soportar cargas pesadas.
Año 1955. Se funda en USA la asociación "The National Bituminous Concrete Association" (más tarde convertida en the National Asphalt Pavement Association o NAPA). Una de las primeras actividades de esta institución fue la de crear el "Programa de Mejoramiento de Calidad ("Quality Improvement Program"), que patrocinó la ejecución de pruebas de asfalto en laboratorios privados y universidades.
Año 1956. El Congreso de Estados Unidos aprobó el "Interstate Highways Act" (Acta de Autopistas Inter-estatales), asignando fondos por 51 billones de dólares a los estados para la construcción de carreteras. Las constructoras requirieron de mayores y mejores equipos. Desde entonces se han sucedido innovaciones que incluyen: equipos electrónicos de control de nivel, equipos de pavimentación extra-anchos que permiten la pavimentación de dos líneas a la vez, etc.
Año 1970. La crisis de energía que se sufrió en ésta década, trajo consigo la necesidad de una mayor conservación de los recursos naturales. Desde entonces, una creciente cantidad de asfalto reciclado se ha incorporado a las mezclas utilizadas para la construcción y mantenimiento de carreteras en USA. Hoy, el pavimento asfáltico es el material más reciclado en USA con más de 70 millones de toneladas métricas de material de pavimento asfáltico reciclado cada año.
Año 1986. La Asociación Nacional de Pavimento Asfáltico (NAPA, por sus siglas en inglés) creó el National Center for Asphalt Technology (NCAT) o Centro Nacional de Tecnología Asfáltica, en la Universidad de Auburn, Alabama, como un mecanismo sistemático y centralizado para la investigación del asfalto. La NCAT recientemente abrió otro centro de investigación y se ha convertido en la institución lider del mundo en materia de investigación sobre pavimento asfáltico.
Año 2002. La EPA ("Environmental Protection Agency", USA) anunció que las plantas de asfalto ya no forman parte de su lista de industrias consideradas las mayores fuentes de polución y daños al medio ambiente.

2.2 Generalidades y modificaciones al asfalto
En las últimas dos décadas, mucho esfuerzo científico y tecnológico se ha dedicado al desarrollo de materiales asfálticos para la construcción de carreteras, ya que las especificaciones de éstas son cada día más estrictas.
La tecnología en materia asfáltica se ha enfocado al desarrollo de carpetas asfálticas con mayor duración, con menor huella al paso de vehículos, mayor repelencia al agua (alta hidrofobicidad), mayor resistencia a la radiación ultravioleta, mayor resistencia a la lluvia, mayor agarre con la llanta, mejor adhesión entre el asfalto y el material pétreo, mayor facilidad para la reparación de baches, reparación de baches a baja temperatura, etc.
Todas estas condiciones impuestas al asfalto (ya sea modificado o no) dan como resultado una intensa investigación en este campo desarrollando nuevos materiales asfálticos, así como nuevas formas en las cuales el asfalto modificado puede ser aplicado al substrato pétreo.
El asfalto modificado se ha convertido últimamente en la mejor opción para la fabricación de carpetas asfálticas de alto desempeño. Se sabe que para este tipo de aplicación los niveles de concentración del polímero son relativamente bajos: del 2 al 3% cuando se usa SBS (estireno-butadieno-estireno), y del 4 a 8% cuando se usan poli-olefinas amorfas del tipo APP (polipropileno amorfo).
El problema que se presenta es que para estos bajos niveles de concentración el polímero puede separarse del asfalto por falta de estabilización. Esta separación surge debido a la diferencia en densidades entre el asfalto y el polímero. Para aplicaciones que involucran impermeabilizantes y selladores, el sistema asfalto- polímero exhibe niveles intermedios de concentración de modificador: del 7 al 15% para SBS y del 18 al 30% para APP. En estos casos el problema fundamental es controlar la compatibilidad asfalto-polímero para conseguir la morfología requerida del compósito y conservar las propiedades del sistema.
Es importante decir que esta morfología no siempre se obtiene de manera uniforme en todo el sistema, debido precisamente a la compatibilidad de las especies, por lo que se hace necesario, en algunas ocasiones, el empleo de un agente de compatibilización que lo normalice.


2.3 Descripción química del Asfalto Modificado.
Describiremos brevemente las propiedades tanto del material compuesto asfalto-polímero, como de los materiales constituyentes: el asfalto y el polímero. Esto tiene como propósito el hacer énfasis en los requerimientos que tiene que cumplir la emulsión asfáltica para que el sistema, una vez aplicado, tenga un buen desempeño.
El Asfalto Como ya mencionamos anteriormente, el asfalto es un material de los llamados termoplásticos, el cual es muy complejo desde el punto de vista químico ya que es obtenido como el residuo en el proceso de refinación del petróleo crudo. Esto hace que el control de calidad de este material sea pobre, además de que sea una mezcla muy compleja de estructuras químicas complicadas. Sin embargo, este es un material de suma importancia para la industria de la construcción por sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad y durabilidad, y sobre todo por el bajo costo ya que, como mencionamos, es el residuo en el proceso de refinación del petróleo.
El asfalto tiene varios nombres como: asfalto o bitumen, nafta-betunes, betún, cemento asfáltico, chapopote. Este producto fue conocido alrededor del año 2500 a. C. en Egipto, aunque en esa época no se usaba en la construcción de caminos.
El asfalto tiene una gran variedad de aplicaciones; las que podemos mencionar: carpetas asfálticas, adhesivos, sellantes, impermeabilizantes, mastiques, etc. Los volúmenes de uso del asfalto son muy grandes, sobre todo en lo referente a la fabricación de carpetas asfálticas en donde es, sin duda, el material más importante. El amplio uso del asfalto en la construcción de carreteras es debido, en gran medida, a su bajo costo y a sus propiedades de hidrofobicidad y una relativa resistencia al intemperismo.
El asfalto puede ser descrito como una mezcla compleja de hidrocarburos, por lo que su análisis químico se reporta en términos de dos fracciones principales; la primera se refiere a la fracción pesada, denominada asfaltenos cuyo peso molecular se encuentra entre 4000 y 7000, y la fracción ligera denominada como maltenos con pesos moleculares de 700 a 4000. A su vez la parte malténica puede subdividirse en tres fracciones principales siendo éstas las siguientes: parafinas con pesos moleculares de 600 a 1000, resinas de 1000 a 2000 y aceites aromáticos de 2000 a 4000.
Los constituyentes del asfalto interactúan entre sí formando un fluido complejo, el cual exhibe un complicado comportamiento visco elástico. El comportamiento del asfalto depende de su composición química, la cual depende a su vez de la fuente de procedencia y del proceso de refinación.
El asfalto es un material anisotrópico, discontinuo e inhomogéneo; este material es considerado como un material coloidal, formado por micelas de tamaños cercanos a la micra (fase asfalténica), las cuales están suspendidas en una fase aceitosa de alta viscosidad (fase malténica).
La micro-estructura del asfalto queda definida por la cantidad de micelas (o sea la fracción de asfaltenos respecto a los maltenos), la distribución de tamaños de las partículas que forman la fase discreta y por las interacciones físicas y químicas entre ellas.
Estas interacciones son las responsables de que el asfalto forme una red tridimensional más o menos desarrollada, la cual determina tanto su naturaleza elástica como viscosa. El asfalto es muy susceptible a los cambios de temperatura y sufre envejecimiento por intemperismo para largos tiempos de exposición; es también afectado por la oxidación y la foto-degradación.
Respecto a sus propiedades mecánicas éstas son muy pobres ya que es quebradizo a bajas temperaturas y fluye a temperaturas un poco arriba de la temperatura ambiente; tiene además una baja recuperación elástica. Todos estos factores limitan ampliamente su rango de utilidad. Por estas razones este material tiene que ser aditivado o modificado para mejorar substancialmente sus propiedades.
Una de las formas de mejorar las propiedades del asfalto es oxidándolo, ya que este procedimiento aumenta su peso molecular y su viscosidad, reduciendo sus propiedades de flujo; sin embargo, estudios diversos han mostrado que la modificación con polímero es preferible si se quieren mejorar substancialmente sus propiedades mecánicas, en especial su recuperación elástica, aunque el costo de este procedimiento es considerablemente mayor.
La modificación del asfalto con hule se lleva a cabo añadiéndole a éste, a una temperatura alta (entre 180 y 200 °C) y con altos esfuerzos de corte, polímeros elastoméricos, o sea del tipo huloso (con una Tg baja).
Los polímeros más ampliamente usados para este propósito son los copolímeros de poliestirenopolibutadieno, ya que polímeros con esta morfología permiten formar una red o malla tridimensional en el interior del asfalto para darle a éste buenas propiedades mecánicas. Esta malla de hule llena de asfalto, absorberá gran parte de la energía de deformación que sufre el material al ser sujeto a esfuerzos externos, como cuando se usa en la fabricación de carpetas asfálticas. Esta red polimérica tridimensional llena de asfalto, parcialmente hinchada por los ligeros del asfalto, proporciona al compósito una mayor temperatura de servicio y también incrementa el intervalo de esfuerzos a que este material compuesto puede ser sujeto.
Este mejoramiento no es obtenido cuando el asfalto es simplemente oxidado, ya que solo se vuelve más duro, o sea, aumenta el contenido de pesados (asfaltenos). Las características físicas resultantes del compuesto obtenido a partir de una mezcla asfalto-polímero dependen del tipo de asfalto, de la cantidad y tipo de polímero, de la compatibilidad entre los constituyentes, del proceso de mezclado y de las historias térmicas de los materiales.
Para asfaltos usados con polímeros, es conveniente que éstos tengan bajos contenidos de asfaltenos (fase pesada) y deben poseer suficiente cantidad de aceites para disolver al polímero a las temperaturas de mezclado y obtener la morfología apropiada para la aplicación particular. Los asfaltos oxidados son poco recomendados para ser usados en carpetas asfálticas, ya que poseen contenidos altos de asfaltenos debido a la oxidación de las resinas y aceites que se convierten en asfaltenos.
Generalmente se pueden distinguir dos tipos de mezclas asfalto-polímero: una consiste en un mezclado mecánico en donde la estructura de la red está formada por uniones físicas (geles físicos) y otra que involucra una reacción química entre los componentes y por lo tanto la red está formada por uniones químicas (geles químicos).
Para que se logre la morfología apropiada, o sea aquella en la cual se tenga una red tri-dimensional de polímero rellena de asfalto, el polímero debe tener cierto grado de compatibilidad con el asfalto, de tal forma que no ocurra una completa separación de fases ni una completa disolución de un medio en el otro, ya que en este caso las propiedades del sistema asfalto-hule no son mejoradas; esta compatibilidad parcial se logra mediante la disolución parcial del polímero por los aceites malténicos del asfalto.
Para extender el rango de aplicaciones del asfalto, es necesario conocer la manera en que el polímero está interactuando con él. Una de las formas de conocer el grado de compatibilidad entre estos dos materiales es visualizando la micro-estructura del compósito.
El tipo de polímero más comúnmente usado para la modificación del asfalto es un hule SBS de estireno-butadieno radial de alto peso molecular. Uno de los productores internacionales de este tipo de polímero es Dynasol y corresponde al tipo Solprene 411. Este copolímero es de cadena radial en forma de estrella de cuatro brazos en donde la parte butadiénica se localiza en el centro, mientras que la parte estirénica en el exterior. En este hule el 30 % corresponde a la fase estirénica y el resto a la parte butadiénica.
La proporción de tetra-acoplado es mayor del 80 %, siendo el resto tri-acoplado y cadena lineal. Como es sabido, el primer paso para el diseño de un material polimérico de alta ingeniería es siempre establecer la relación que existe entre la estructura del material y sus propiedades finales. Cómo conseguir una determinada estructura para optimizar el material es el segundo paso.
Actualmente muchos de los materiales poliméricos de alta ingeniería son fabricados mediante mezclas de polímeros ya conocidos, los cuales poseen estructuras bien definidas. Sin embargo, en estas mezclas la compatibilidad entre las fases debe de estar bien controlada para producir la morfología deseada. Estas mezclas de polímeros con morfologías controladas son conocidas como compósitos o materiales compuestos.
Este tipo de materiales, los materiales compuestos o compósitos, tienen la característica de que uno de los ingredientes entra en pequeña proporción y se le denomina el material modificador, mientras que el otro constituyente es el material que se quiere modificar, y puede formar la fase continua o puede estar formando la fase discreta.
Los materiales compuestos pueden estar constituidos por dos o más materiales diferentes, los cuales forman regiones lo suficientemente grandes para ser consideradas como continuas; estas regiones deben de estar fuertemente unidas en sus interfases para que el compósito tenga un buen desempeño. Los materiales compuestos no son, de ninguna manera nuevos en la naturaleza, ni aún dentro de los materiales sintéticos producidos por el hombre. Muchos materiales naturales y artificiales tienen estas características, entre ellos están: concreto, madera, hueso arcillas porosas, y recientemente los plásticos reforzados (como por ejemplo los HIPS), los polímeros con carga, los compósitos fibrosos, la celulosa, los agregados policristalinos, el asfalto modificado con hule, etc.
2.4 El Compuesto Asfalto-Hule.
Los materiales asfálticos son ampliamente usados en la fabricación de carreteras y, a pesar de que su tiempo de vida no es grande, son suficientes para fabricar mezclas capaces de resistir la acción conjunta del tráfico y de los agentes ambientales. Sin embargo, en algunos casos en que las mezclas asfálticas están sometidas a condiciones muy drásticas debidas al tráfico, a la orografía del tramo carretero, a severas condiciones climáticas, etc., se deterioran muy rápidamente y aparecen roderas, disgregaciones, fisuras por fatiga, etc.
Debido a esto hay que recurrir al empleo de mezclas asfálticas especiales con mejores características. En algunos casos, como por ejemplo en las deformaciones plásticas, se pueden resolver los problemas utilizando agregados con mejor forma, con granulometría, con mayor rozamiento interno, empleando asfaltos más duros, reduciendo el contenido de asfalto, etc.
Hay que tener en cuenta que generalmente ello va en determinación de otras propiedades, como pueden ser la flexibilidad y la resistencia a la fatiga. En aquellos casos en que no sea posible corregir el problema cambiando los parámetros de formulación, hay que recurrir al empleo de agentes modificantes los cuales posean mejores propiedades en todo el intervalo de temperaturas de servicio y con una menor susceptibilidad a la temperatura.
En la actualidad existen numerosos aditivos o agentes modificadores que se incorporan a los asfaltos para mejorar alguna de sus propiedades, entre los que destacan:

Los activantes:
Se emplean para mejorar la adhesividad del asfalto con el material pétreo. Para agregados silíceos o ácidos, en general, se utilizan bases orgánicas o nitrogenadas; si son de tipo calcáreo y el asfalto tiene un valor ácido bajo, se recurre a ácidos grasos. Los asfaltos naturales: Disminuyen la susceptibilidad térmica y aumentan la cohesión del asfalto. Los principales tipos utilizados son el asfalto de Trinidad y la glinsonita.
Las fibras naturales o sintéticas: Interaccionan físicamente con el asfalto aumentando fundamentalmente la resistencia a la tracción y flexión. Se han empleado amiato, vinílicas, acrílicas, etc. Se añaden mediante dispositivos de reparto en el momento de puesta en obra y crean una especie de malla que se entrelaza con el asfalto y los agregados.
Los alquitranes:
Buscan aumentar la adhesividad del asfalto añadiendo alquitrán y disminuir la susceptibilidad térmica y el rápido envejecimiento. Son productos bituminosos semisólidos o líquidos que resultan de la reconstrucción del residuo que se obtiene de la destilación del carbón de la hulla. Dan buenos resultados en tratamientos superficiales y anticarburantes, por su resistencia a los disolventes derivados del petróleo. Látex Poliméricos: Son elastómeros que se comercializan en forma de emulsiones ya sea catiónicos o aniónicos; son fácilmente miscibles con emulsiones de ambos tipos. La mezcla de látex y emulsión produce, al romperse la emulsión, un asfalto-caucho. Se han empleado con éxito en la fabricación de mezclas asfálticas densas o drenantes, lechadas asfálticas, tratamientos superficiales y riegos de taponamiento.
Los materiales poliméricos:
Mejoran las propiedades mecánicas y reológicas, disminuyen la susceptibilidad térmica y los tiempos de aplicación de carga, aumentan la resistencia a la deformación permanente y a la rotura en un campo más amplio de temperaturas, tensiones y tiempos de carga, mejoran la adhesividad de los agregados. Los tipos utilizados son los termo-fijos (resinas epóxicas, poliuretanos, poliésteres) y los termoplásticos como el cloruro de polivinilo (PVC), polietileno y poli-isobutilenos, SBR (hule estireno- butadieno), EVA (etileno-acetato de vinilo) y SBS (estireno-butadieno-estireno), hule natural y artificial. Estos también pueden utilizarse en combinaciones especiales que tienen la característica de ser tratamientos muy específicos y costosos: alquitrán- vinilo, alquitrán-epoxi, asfalto-epoxi y alquitrán-poliuretano.
Los resultados de algunas investigaciones industriales en este tipo de compósito, indican que los polímeros más compatibles con asfaltos son aquellos con parámetros de solubilidad en el rango de 7.6 a 8.6. Polímeros típicos que se encuentran en los valores antes indicados son los polibutadienos lineales, los poliisoprenos, los copolímeros de butadieno y estireno lineales y ramificados y el hule natural. Polímeros con parámetros de solubilidad cerca de 7.6 se disuelven en caliente en asfaltos con alto contenido de parafinas (saturados). Polímeros con parámetros cerca de 8.6 requieren altos contenidos de aceites aromáticos.




2.5 Ventajas del Sistema Asfalto-Hule para Carpetas Asfálticas.
Cuando un material asfáltico es modificado con hule SBS:
1) Se mejora su recuperación elástica cuando es sujeto a altas cargas y cargas lentas.
2) Aumenta su resistencia a deformaciones permanentes debidas a altas temperaturas, altas cargas y cargas lentas.
3) Se mejora la resistencia a la fractura permanente ocasionada por bajas temperaturas y/o por cambios bruscos en las cargas aplicadas, ya que una falta de flexibilidad da lugar a las fracturas permanentes.
4) Mejora considerablemente su resistencia a la fatiga.
5) Mejora su desempeño.
6) No se reblandece a altas temperaturas.
7) No se fractura a bajas temperaturas.
8) Proporciona mayor seguridad en las autopistas.
9) Reduce la formación de roderas.
10) Reduce significativamente los costos de mantenimiento.
11) Reduce el ruido haciendo las autopistas más silenciosas.
Las deformaciones permanentes generalmente se presentan en:
- Zonas de clima cálidos
- Zonas de tránsito pesado
- Zonas de estacionamiento (bajas frecuencias)
Las fracturas permanentes generalmente se presentan en:
- Zonas de climas gélidos
- Zonas con cargas aplicadas rápidamente (altas frecuencias)
Una pregunta que hay que hacerse es ¿cuándo es conveniente modificar el asfalto con hule? La respuesta está en el tipo de aplicación específica del asfalto, del dinero disponible y del tiempo en el que la inversión quiere ser recuperada.
Podemos decir que es conveniente modificar asfalto con hule:
- Cuando el tiempo de recuperación de la inversión es importante
- Cuando se requiere de carreteras de altas especificaciones
- Cuando se requiere de carreteras de alto desempeño
- Cuando se requiere reducir el gasto de mantenimiento
- Cuando existen temperaturas extremas
- Cuando existen condiciones de tráfico intenso

Entre las causas principales del deterioro de las carpetas asfálticas están:
- El Clima
- La Carga
- El Envejecimiento.

2.6 Ligantes asfalticos
Composición y estructura de los ligantes asfálticos.
El asfalto o betún, desde el punto de vista de su naturaleza, está constituido por una mezcla compleja de hidrocarburos cuyos componentes principales son el carbono y el hidrógeno y en mucha menor proporción oxígeno, azufre, nitrógeno y metales pesados como el níquel y el vanadio, todos de diferente peso molecular, solubles en sulfuro de carbono, que forman una solución coloidal, en la que la fase discontinua la constituye la fracción pesada, denominada asfaltenos cuyo peso molecular oscila de 4000 a 7000 y la fase continua la constituye un fluido aceitoso formado por la fracción ligera, denominada maltenos cuyo peso molecular oscila entre 700 a 4000. A su vez la parte malténica puede subdividirse en tres fracciones principales, parafinas, con pesos de 600 a 1000, resinas, con pesos de 1000 a 2000 y aceites aromáticos, con pesos de 2000 a 4000.
Dependiendo de la concentración de los asfaltenos, se distinguen dos tipos de asfaltos:
Tipo Sol (movimiento libre de las micelas): tienen una menor proporción de asfaltenos, que se encuentran agrupados en cadenas homogéneas perfectamente dispersas en el medio aceitoso formado por los maltenos y sus propiedades varían considerablemente con la temperatura. Experimentan fuertes deformaciones plásticas cuando se utilizan como ligante de una mezcla asfáltica.
Tipo Gel (estructura micelar empaquetada): tienen una mayor proporción de asfaltenos y resinas, que se disponen formando una estructura reticular muy compleja, dejando unos espacios libres, en los que se encuentran los maltenos. Esta estructura reticular rodeada de un fluido viscoso proporciona a este tipo de betunes un comportamiento bajo carga visco-elástico.
Es menos susceptible a la temperatura y más adecuado para soportar las solicitaciones del tráfico, es decir, son los empleados en la construcción de carreteras. Cabe mencionar que no todos los crudos del petróleo proporcionan por refino asfaltos aptos para la construcción de pavimentos flexibles, como sucede con los crudos de la base parafinica los cuales están constituidos fundamentalmente por hidrocarburos saturados, que requieren un proceso complementario de oxidación parcial. Los mejores asfaltos se pueden obtener a partir de los crudos de base nafténica, constituidos fundamentalmente por hidrocarburos no saturados. El comportamiento reológico de los asfaltos depende de su composición química, la cual depende a su vez de su fuente de procedencia y del proceso de refinación.


2.6.1 Clasificación y terminología de los ligantes asfálticos.
Además de los ligantes asfálticos procedentes de la destilación del petróleo, existen otros materiales hidrocarbonatos que también tienen propiedades aglomerantes. Según el Comité Europeo de Normalización (Terminology of Bituminous Binders), establece la siguiente clasificación y terminología.

Ligante hidrocarbonado.
Término genérico para materiales adhesivos conteniendo asfalto, alquitrán o una mezcla de ambos.

Ligante asfáltico.
Término genérico aplicado a cualquier material adhesivo conteniendo asfalto.

Asfalto.
Material muy viscoso o casi sólido, virtualmente no volátil, adhesivo e impermeabilizante, derivado del petróleo o de los asfaltos naturales, que es completamente o casi soluble en tolueno. Se le da el nombre de "Asphalt" en la terminología americana. Dentro de los ligantes derivados del petróleo según la denominación americana, se considera los siguientes tipos de ligantes en función del procedimiento de elaboración y los productos añadidos.

Asfaltos para pavimentación.
Tipo de asfalto empleado para la fabricación de mezclas asfálticas usado básicamente en construcción y mantenimiento de firmes.

Asfaltos industriales.
Usados en otros campos distintos de la construcción y mantenimiento de carreteras.

Asfaltos fluidificados o "cut back".
Se obtienen por disolución de los mismos en un aceite o fluidificante, teniendo por lo tanto una viscosidad reducida, se desarrollaron para facilitar el empleo de los asfaltos cuando las temperaturas o el tipo de tratamiento exigen viscosidades de aplicación menores que la que aún calentando fuertemente, puedan tener los asfaltos normalmente. Su viscosidad ha sido reducida por la adición de un fluidificador volátil.
El fluidificante por lo general, no es más que un aditivo, que se elimina posteriormente por evaporación y que sirve para facilitar la puesta en obra, quedando al último el asfalto puramente. En el proceso de eliminación del fluidificante o llamado también proceso de curado, se pierde un producto de alto valor. Lo que supone una fuente de contaminación atmosférica, así como riesgos de inflamación por el carácter de los fluidificantes empleados, que en ocasiones requieren de un cierto calentamiento. Actualmente los asfaltos fluidificados tienen un escaso empleo y un consumo muy limitado.

Asfaltos fluxados.
Se han desarrollado para aplicaciones muy específicas, en los cuales el fluxante no es un derivado del petróleo sino que proviene del proceso de destilación de la hulla. Su viscosidad ha sido reducida por el empleo de un aceite fluidificante.



Asfaltos modificados.
Es un asfalto al cual se le ha añadido de manera homogénea y estable, en un cierto porcentaje previamente analizado, algún tipo de aditivo, para mejorar sus propiedades reológicas. El asfalto es un material como se sabe es muy susceptible a los cambios de temperatura, sufre envejecimiento por intemperismo, es afectado por la oxidación y la fotodegradación. Sus propiedades mecánicas son muy pobres: es quebradizo a bajas temperaturas y fluye un poco arriba de la temperatura del medioambiente, además de tener una baja recuperación elástica, lo que limita ampliamente su rango de utilidad. Por estas razones el material asfáltico en ocasiones tiene que ser modificado mediante la adición de un agente químico para mejorar sustancialmente sus propiedades reológicas, es decir, que mejoren su comportamiento para una amplia gama de condiciones de temperatura o de aplicación de las cargas.

2.6.2 Cualidades de los ligantes asfálticos.
Se mencionarán las cualidades que los hacen tan apreciables en el campo de construcción y mantenimiento de vías de comunicación.

Poder aglomerante.
Los ligantes asfálticos tienen la propiedad de bajar su viscosidad con la temperatura, de tal modo que se convierte en una sustancia fluida que moja, se adhiere y envuelve con mucha facilidad a los agregados pétreos y a los materiales granulares, al tiempo que los aglomera. Este poder aglomerante del asfalto, aumenta al enfriarse y se aumenta la superficie de contacto entre las partículas mediante la compactación, dando lugar a una mezcla asfáltica de características particulares para la construcción de cada una de las diferentes capas del firme, en especial, de base, intermedia y rodadura.

Agente estabilizante.
Los ligantes asfálticos al ser usados como estabilizadores en materiales granulares, dan como resultado una alta estabilidad, por lo que son considerados al igual que el cemento, la cal y otros conglomerantes hidráulicos (agentes estabilizantes que permiten dar dureza, cohesión y resistencia a los materiales granulares sueltos). La principal diferencia entre los aglomerantes asfálticos y los conglomerantes hidráulicos es que mientras éstos últimos dan lugar a materiales con una alta resistencia, de comportamiento elástico, frágiles e insensibles a la temperatura, los otros, se caracterizan por una menor resistencia y un comportamiento que depende de la temperatura y del tiempo de aplicación de la carga, pueden asumir deformaciones pequeñas por largos periodos de tiempo permitiendo adaptarse a los pequeños asientos y deformaciones que experimentan las capas inferiores del firme. El poder aglomerante y estabilizante del asfalto se ve también grandemente modificado y mejorado al mezclarse con el filler, teniendo una gran repercusión la calidad del mástico sobre el comportamiento de la mezcla. Es por ello que a los pavimentos constituidos por capas granulares y mezclas asfálticas se les conoce como firmes flexibles, frente a los constituidos por capas de hormigón, más elásticas e indeformables, que se denominan firmes rígidos.

Agente impermeabilizante.
Los ligantes asfálticos recubren a los materiales granulares a través de una capa impermeable haciendo inaccesible el paso del agua, al mismo tiempo se logra conseguir el relleno de los huecos dejados por el material granular, con lo que se obtienen materiales totalmente impermeables.

Manejabilidad.
Los materiales tratados con ligantes asfálticos son fácilmente manejables, elaborados y puestos en obra.
Resistencia a los agentes atmosféricos.
El asfalto es un material muy inerte químicamente e insoluble en agua, por ello las mezclas asfálticas no generan ningún compuesto contaminante por lixiviación y su composición permanece prácticamente inalterable en el tiempo. Se tiene que tener en cuenta su envejecimiento debido a la acción del oxígeno del aire y los rayos ultraviolea. Esta oxidación junto con la evaporación de sus componentes más volátiles hace que el asfalto vaya perdiendo tenacidad y se convierta en un producto más frágil. El mayor envejecimiento y oxidación del asfalto se produce durante su fabricación y puesta en obra.

2.6.3 Propiedades de los ligantes asfálticos.
A continuación se enlistan las propiedades de los ligantes asfálticos, que son resultado de ensayos empíricos o semi–empíricos aunque se plantea determinar sus prestaciones o rendimiento a partir de las características reológicas.

Densidad.
La densidad de los asfaltos que se utilizan en la construcción de pavimentos varía desde 0.9 - 1.4 kg/dm3. Los valores más altos de densidad de un asfalto corresponden a los asfaltos procedentes de crudos con un alto contenido de hidrocarburos aromáticos. La densidad puede darnos idea de las impurezas que contiene un producto y su medida nos sirve de control de la uniformidad de un suministro. La densidad relativa de un ligante es la razón entre el peso de un determinado volumen de ligante y el peso de un volumen igual de agua a una determinada temperatura, por ejemplo 25 grados centígrados. Su conocimiento permite pasar de pesos a volúmenes o viceversa. Se determina con un picnómetro. Los asfaltos tienen una densidad relativa a 25 grados centígrados del orden de 1.03.

Penetración.
La penetración es una medida de la consistencia del producto asfáltico, que se determina midiendo en décimas de milímetro, la longitud de una aguja normalizada que entra en una muestra en unas condiciones especificadas de tiempo, temperatura y carga. Esta propiedad, por sí sola, no nos permite identificar un asfalto, pero sí nos define si el producto que está sometido al ensayo es líquido, semisólido o sólido. La penetración de un producto asfáltico disminuye cuando la densidad del mismo aumenta.

FIGURA 1. DISEÑO DE PENETRACION

Viscosidad.
La viscosidad es la relación entre la fuerza aplicada a un fluido y la velocidad con la que fluye. Por lo tanto la viscosidad de un ligante es una de sus características esenciales desde el punto de vista de su comportamiento en el momento de su aplicación cuando su consistencia es suficientemente reducida. La viscosidad de los ligantes hidrocarbonatos depende de la temperatura, por lo que su determinación a diferentes temperaturas da una buena idea de cuál es su susceptibilidad térmica. Sólo para ciertas investigaciones se utilizan viscosímetros capilares para la obtención de la viscosidad cinemática absoluta del producto a una temperatura.
En la práctica se suele recurrir a determinar la viscosidad relativa. Los viscosímetros más utilizados son los de Saybolt (Furol o Universal). Se basan en la determinación del tiempo en que una cierta cantidad de producto asfáltico a una temperatura prefijada fluye por un orificio por la acción de la gravedad en unas condiciones normalizadas. Si sometemos un fluido a la acción de una fuerza, se produce una deformación de dicho fluido. Pero esta deformación corresponde solamente a parte de la energía aplicada al fluido.
El resto de la energía aplicada se transformará en energía calorífica, debido al frotamiento interno que se produce en el fluido. Cuando éste sea viscoso, esta energía empleada en vencer los frotamientos internos será grande.

FIGURA 2. DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD RELATIVA

Susceptibilidad térmica.
Para poner en obra un material asfáltico, se requiere que tenga una viscosidad baja, lo cual puede conseguirse por medio de una disolución en un disolvente volátil, por emulsión en agua o por un aumento en la temperatura, el cual éste último es el procedimiento frecuentemente utilizado. La Susceptibilidad térmica de un producto asfáltico, es la aptitud que presenta para variar su viscosidad en función de la temperatura. Es muy importante la susceptibilidad debido a que se puede conocer la temperatura adecuada para que el producto asfáltico adquiera la viscosidad requerida para el uso que le daremos.

FIGURA 3. ENSAYO DE PUNTO DE REBLANDECIMIENTO (ANILLO Y BOLA)

Ductilidad.
La ductilidad se mide por el alargamiento, antes de producirse la rotura de una probeta de material asfáltico estirada por sus extremos con una velocidad constante. Los materiales asfálticos están sometidos frecuentemente a variaciones de temperatura que le provocan cambios dimensionales, para esto es necesario que el material asfáltico tenga suficiente ductilidad para alargarse sin que se produzcan grietas. Una ductilidad excesiva tampoco es conveniente debido a que se corre el riesgo de que se presenten ondulaciones por efectos de las cargas del tráfico.
Puede comprobarse experimentalmente que para un mismo material, la ductilidad crece cuando crece la temperatura, y para materiales distintos, pero del mismo tipo, la ductilidad aumenta cuando la penetración aumenta o cuando la viscosidad disminuye.


FIGURA 4. ENSAYO DE DUCTIBILIDAD
Punto de Inflamación.
Es la temperatura a la cual arden los vapores del asfalto al aproximar a la superficie del material una llama de prueba. Su determinación es interesante, puesto que cuando comprobemos que el punto de inflamación está 25 o 30 grados centígrados por encima de la temperatura a la que manejamos el asfalto para su utilización en la obra, procederemos a estas operaciones con notables precauciones. El punto de inflamación de un asfalto debe de estar alrededor de los 215 grados centígrados.

Volatilidad.
Indica la cantidad de aceites volátiles que contiene un asfalto, mediante calentamiento a una temperatura determinada durante un cierto tiempo. Esta propiedad nos da un índice de inalterabilidad del asfalto durante las operaciones previas a su puesta en obra.

Solubilidad.
Por definición, un asfalto es totalmente soluble en sulfuro de carbono. Si al realizar el ensayo de un material quedara un residuo insoluble, el resultado del ensayo nos permitiría juzgar sobre la cantidad de asfalto puro que contiene dicho material. Por otro lado, la propiedad de solubilidad, sirve para comprobar la uniformidad de composición de un producto de este tipo y para determinar la cantidad de asfalto de que consta un pavimento.

Fragilidad.
La fragilidad estática, se caracteriza por la rotura de un material en cuanto se sobrepasa su límite elástico y sin que haya sufrido una deformación plástica apreciable. Un material que sufre deformaciones lentas de carácter plástico puede romperse bajo el efecto de un choque. Se dice entonces que el material no tiene tenacidad.

Cohesión.
Esta propiedad indica la dificultad de un producto asfáltico o de una mezcla de un producto asfáltico y un agregado pétreo para romperse por tracción sin que falle la adherencia entre el producto asfáltico y el agregado pétreo.

Adherencia.
Está representada como la resistencia que presenta a despegarse un producto asfáltico de un agregado pétreo, pero esta adherencia no puede tener lugar más que si el agregado mineral es mojado por el asfalto. Además de esto, tiene que existir afinidad entre las moléculas de uno y de otro cuerpo.

Envejecimiento.
El asfalto está compuesto por moléculas orgánicas que reaccionan con el oxígeno del aire oxidándose lo que les hace más duros y frágiles. Este envejecimiento oxidativo se produce de forma muy lenta cuando el asfalto está en el firme, aunque este proceso es más rápido cuando las temperaturas a las que se ve sometido son mayores. Se debe tener en cuenta también que gran parte de este envejecimiento o endurecimiento oxidativo tiene lugar antes de que el asfalto esté compactado, durante el proceso de mezcla en el que el ligante está sometido a altas temperaturas y en forma de película fina sobre la superficie del ligante, lo que hace que el proceso sea más rápido, pudiéndose producir en este periodo otros tipos de envejecimiento, como la pérdida de los componentes más volátiles del asfalto, que se traduce en un endurecimiento del mismo.
Esto quiere decir que si se quieren comparar las propiedades del asfalto con su comportamiento en la mezcla, se debe estudiar el asfalto en el estado de envejecimiento en el que va a estar el material cuando esté en uso, y por lo tanto habrá que someterlo a un envejecimiento artificial acelerado antes de estudiar algunas de sus propiedades.
Los productos asfálticos son colocados en obra en un estado plástico, pero con el tiempo se van endureciendo y se producen entonces un aumento de la cohesión al mismo tiempo que crecen la viscosidad y la dureza. Estos fenómenos tienen lugar hasta que se ha alcanzado una dureza determinada y para valores mayores de esta dureza crítica, la cohesión disminuye. Entonces el producto asfáltico se vuelve frágil y es muy sensible a los esfuerzos bruscamente aplicados. Esto se debe a que los productos asfálticos sufren durante su uso la acción de diversos agentes naturales que producen modificaciones irreversibles y pérdidas en sus propiedades iniciales.

Permeabilidad.
La impermeabilidad de los materiales asfálticos es una de las características más típicas. Se debe, en primer lugar, a que la solubilidad del agua en dichos materiales es muy pequeña y, además, a la elevada viscosidad de tales productos. En general, cuanto menor es la penetración de un producto asfáltico, más lentamente se difunde el agua a través de él.


2.6.4 Comportamiento mecánico de los ligantes asfálticos.
Las características mecánicas y funcionales de un ligante asfáltico son decisivas para el comportamiento que la mezcla asfáltica tendrá al momento de entrar en servicio, por esta razón se presta una mayor atención a la caracterización mecánica y resistente de los ligantes asfálticos, en especial a su deformación a baja carga (reología), su poder aglomerante y su comportamiento y resistencia a la rotura.

Comportamiento Reológico.
La reología estudia la respuesta mecánica de un material, cuyas propiedades varían en función de la temperatura y el tiempo de aplicación de una carga, excluyéndose los fenómenos de rotura. Los ligantes asfálticos son materiales visco-elásticos que presentan un comportamiento reológico muy complejo. La respuesta de un asfalto frente a una solicitación, depende de la temperatura, de la magnitud y el tiempo de aplicación de la carga. Para caracterizar a un asfalto a una temperatura y su tiempo determinados, se deben caracterizar al menos dos propiedades, la resistencia del material a la deformación y su distribución entre sus componentes elástica y viscosa. El comportamiento visco-elástico se puede caracterizar por al menos dos propiedades: la resistencia total a la deformación (G* llamado módulo complejo) y la distribución relativa en esa resistencia, entre la parte viscosa y la parte elástica (δ llamado ángulo de fase).


FIGURA 5. RIGIDEZ DEL LIGANTE ASFALTICO Y ANGULO DE FASE

La forma experimental más extendida de caracterizar este comportamiento es a través de ensayos dinámicos de oscilación, en los que se mide un Módulo complejo G* que representa la relación entre la tensión aplicada y la deformación experimentada por el material y un ángulo de fase δ, que es la diferencia de fase entre la tensión y la deformación, y que da una idea sobre la distribución de las dos componentes, elástica y viscosa del material. La componente elástica está en fase y tiene un valor de δ = 0 grados, mientras que la viscosa tiene un ángulo de fase δ = 90 grados. Hay que destacar que la dependencia de estas variables en función del tiempo o de la temperatura pueden relacionarse debido al principio de superposición frecuencia / temperatura.
Podemos observar en la siguiente figura los cambios en la rigidez de los ligantes asfálticos debidos a los cambios en la temperatura.
A bajas temperaturas y altas frecuencias los asfaltos tienden a un G* límite próximo a 1.0 GPa y a un δ = 0 grados. Este valor de G* refleja la rigidez de los enlaces carbono – hidrógeno al alcanzar los ligantes su volumen mínimo. Al aumentar la temperatura o disminuir la frecuencia G* disminuye de forma continua y aumenta δ. La forma en que cambien será función de la composición del ligante, algunos lo harán de forma muy rápida y otros de forma más lenta, lo que hace que distintos asfaltos puedan tener distintos G* y δ.
A altas temperaturas el valor de δ se acerca a 90 grados para todos los asfaltos, lo que refleja el comportamiento completamente viscoso del material, pero los valores de G* varían, lo que implica una diferencia en la consistencia de los asfaltos. A continuación se presentan los diferentes intervalos de temperatura relacionados con las propiedades reológicas de un ligante asfáltico incluyendo también el posible deterioro del pavimento que puede originarse.

FIGURA 6. PROPIEDADES DEL LIGANTE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA

A Temperaturas superiores a 100º C., todos los asfaltos se comportan como fluidos newtonianos, y por lo tanto su viscosidad es independiente del tiempo de aplicación de la carga, aunque son temperaturas que no se producen en carreteras en servicio, siendo suficiente las medidas de viscosidad para estudiar su trabajabilidad.
A Temperaturas entre 45º y 85º C., los mayores fallos en las carreteras se deben a las deformaciones plásticas y se necesita medir tanto G* como δ. Un valor alto de G* será bueno pues representará una mayor resistencia a la deformación y un valor bajo de δ también porque significa un comportamiento más elástico del ligante.
A Temperaturas intermedias entre 0º y 45º C., los asfaltos son más duros y elásticos que a mayores temperaturas y el mayor problema es la figuración por fatiga causada por la repetición de ciclos de cargas. De nuevo son importantes tanto G* como δ, pues el daño producido por la carga estará en relación de cuanta deformación se produce y cuánta de esa deformación es recuperable.
A Temperaturas por debajo de los 0º C., el mayor problema es la fisuración térmica debido a las tensiones que se producen en las capas de pavimento por la contracción térmica que ocurre al bajar las temperaturas. La magnitud de estas tensiones viene dada por la rigidez, la resistencia a la deformación del ligante y por su habilidad para relajar estas tensiones disipando la energía producida en un flujo permanente, es decir se necesita un G* pequeño y un δ alto. Debido a que interviene el problema de la fisuración por movimientos térmicos hay que considerar tiempos de solicitación más largos. Se ha indicado también que las propiedades del asfalto dependen del tiempo de aplicación de las cargas y por eso habrá que tenerlo en cuenta al estudiarlas en los distintos intervalos de temperatura descritos.

2.7 Aditivos empleados para mejorar las propiedades de los ligantes asfálticos.
En algunas ocasiones se requiere el empleo de algún tipo de aditivo para mejorar las propiedades de los ligantes asfálticos para que a su vez, éstos logren aumentar las propiedades de las mezclas asfálticas logrando altos desempeños en su funcionamiento al momento de estar en servicio, recibiendo las cargas del tráfico y soportando los posibles gradientes de temperatura.
El término aditivo es general y puede referirse a muy diversos materiales. Con el rápido desarrollo de la tecnología existen en el mercado numerosos productos que pueden tener efectos beneficiosos, aunque deban usarse con prudencia y con el pleno conocimiento de su comportamiento. Existen una amplia gama de aditivos que se pueden emplear para la modificación de asfaltos, tanto en lo que se refiere a su naturaleza como a las mejoras conseguidas e incluso a las técnicas de incorporación a los ligantes de partida. Dejando de lado los agentes tensoactivos (activantes), con los que únicamente se pretende mejorar su adhesividad con los agregados, podemos hablar de polímeros del tipo termoplásticos (polietileno, polipropileno), polímeros termoendurecibles (epoxi, poliéster), caucho de neumáticos (polímeros 50% + negro de carbono 22% + otros 28%), fibras de diferente naturaleza (amianto, celulosa, acrílicas, elastómeros, azufre, entre otros. Los polímeros elastotermoplásticos: EVA (etileno-acetato de vinilo) y SBS (estirenobutadieno-estireno) son los que han presentado mayor desarrollo como aditivo modificante, principalmente el SBS.
La compatibilidad entre un asfalto y un polímero significa que ambos se pueden mezclar para formar un producto homogéneo en que las propiedades se encuentran mejoradas con respecto a las del asfalto base y en el que la mezcla se puede manipular sin precauciones excesivas. Así, las mezclas drenantes y los microaglomerados de granulometría discontinua deben su desarrollo, en una gran medida, al hecho de poder contar con unos asfaltos modificados que proveen de suficiente cohesión a las mezclas.
La modificación del asfalto con polímeros es un proceso que se lleva a cabo a una alta temperatura, entre 180º y 200º C., y con altos esfuerzos de corte, polímeros elastoméricos (del tipo huloso con temperatura de transición vítrea, (Tg) baja), los cuales son usualmente poliestireno-polibutadieno, forman una red o malla tridimensional en el interior del asfalto, para darle a éste buenas propiedades mecánicas.
Esta malla de hule llena de asfalto, absorberá gran parte de la energía de deformación que sufre el material al ser sujeto a esfuerzos externos, como por ejemplo cuando se usa en la fabricación de pavimentos. Esta red polimérica tridimensional llena de asfalto proporciona al compuesto un mayor intervalo de temperaturas de servicio, así como también incrementa el intervalo de esfuerzos a que este material compuesto debe ser sujeto, por ejemplo un asfalto suave puede ser usado a mayores temperaturas de servicio cuando es modificado.
Este tipo de compuesto puede ser estudiado como una mezcla polímero-polímero o polímeropolímero-solvente, ya que a su vez el asfalto es una mezcla de resinas y solventes orgánicos y estos solventes disuelven parcialmente al polímero modificado significativamente la estructura de la red de polímero formada. Las características físicas resultantes de la mezcla asfalto-polímero, dependen del tipo de asfalto, de la cantidad y tipo de polímero, de la compatibilidad entre los constituyentes, del proceso de mezclado y de las historias térmicas de los materiales.
Los asfaltos modificados con polímeros deben ser bajos en contenidos de asfaltenos y deben de poseer suficientes aceites aromáticos para disolver al polímero a las temperaturas de mezclado. El polímero debe tener cierto grado de compatibilidad con el asfalto de tal forma que ocurra una completa separación de fases, ya que en este caso las propiedades del compuesto no son mejoradas; esta compatibilidad parcial se logra mediante la disolución parcial del polímero por los aceites malténicos del asfalto. Para extender el rango de aplicaciones del asfalto, es necesario conocer la manera en que el polímero está interactuando con él.
Una de las formas de conocer el grado de compatibilidad entre los dos materiales es visualizando la microestructura del compuesto; así mismo, otra forma de inferir esta compatibilidad es a través de las respuestas térmicas (comportamiento de la Tg) ó visco-elásticas (comportamiento de Tan δ) del material compuesto. Todos los asfaltos una vez que hayan sido modificados, antes de emplearlos, deben ser detenidamente analizados, para verificar que realmente sus propiedades son mejores, que las del asfalto base, y que podrá responder a los requerimientos exigidos de acuerdo a especificaciones y normativas de construcción.






CAPÍTULO III: EMULSIONES

Podemos definir una emulsión como una dispersión fina más o menos estabilizada de un líquido en otro, los cuales son no miscibles entre sí y están unidos por un emulsificante, emulsionante o emulgente. Las emulsiones son sistemas formados por dos fases parcial o totalmente inmiscibles, en donde una forma la llamada fase continua (o dispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa). Esto puede apreciarse en la Figura 1, en donde se muestra un dibujo esquemático de una emulsión.
Un emulsionante, emulsificante o emulgente es una sustancia que ayuda en la mezcla de dos sustancias que normalmente son poco miscibles o difíciles de mezclar. De esta manera, al añadir este emulsionante, se consigue formar una emulsión. Se denomina así también a los aditivos alimentarios encargados de facilitar el proceso de emulsión de los ingredientes.

FIGURA 7. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UNA EMULSION


Generalmente el tamaño de la fase discreta tiene alguna dimensión lineal entre 1 nanómetro y 1 micra. Son estos tamaños tan pequeños los que le dan a las emulsiones sus importantes e interesantes propiedades. La ciencia que trata con las emulsiones es multidisciplinaria, ya que involucra física, química, biología, etc.

3.1 Tipos de Emulsiones Asfálticas
Las emulsiones asfálticas pueden ser clasificadas de acuerdo al tipo de emulgente usado. En este caso podemos hablar de dos tipos, aniónicas y catiónicas:
Emulsiones Aniónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad negativa a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga negativa.

Emulsiones Catiónicas:
En este tipo de emulsiones el agente emulsificante le confiere una polaridad positiva a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga positiva.
Respecto a la estabilidad de las emulsiones asfálticas, éstas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

De Rompimiento Rápido:
Estas se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos (con excepción de la emulsión conocida como ECR-60), la cual no se debe utilizar en la elaboración de estas últimas.


De Rompimiento Medio:
Estas normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%, así como en trabajos de conservación tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.

De Rompimiento Lento:
Estas se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para estabilizaciones asfálticas.

Para Impregnación:
Estas se utilizan para impregnaciones de sub-bases y/o bases hidráulicas.

3.2 Rompimiento de las Emulsiones Asfálticas.
Cuando uno usa emulsiones asfálticas, es necesario tener control sobre la estabilidad de la emulsión, o sea, se tiene que poder controlar el rompimiento de la misma. Pasado un tiempo determinado, el cual depende de la situación en particular que se esté trabajando, las emulsiones tienen que desestabilizarse para que el asfalto se deposite como una capa sobre el material pétreo.
Este fenómeno de rompimiento o ruptura de la emulsión ocurre debido a la carga eléctrica que tiene el material pétreo. La carga que tiene el material pétreo neutraliza la carga de las partículas de asfalto en la emulsión, permitiendo que se acerquen unas a otras para formar agregados de gran tamaño; estos agregados son los que se depositan sobre el material pétreo formando una capa asfáltica. Durante este proceso el agua es eliminada del sistema asfalto-pétreo.
En el proceso de desestabilización, la emulsión como va perdiendo agua, pasa por una emulsión inversa en donde el asfalto forma la fase continua y el agua la fase discreta, o sea que se forman pequeñas gotas de agua en el interior del asfalto, las cuales posteriormente, cuando se deposita la capa de asfalto, son eliminadas. En general, los factores que influyen en la ruptura de la emulsión aniónica son la evaporación de la fase acuosa, la difusión del agua de la emulsión y la absorción superficial de una parte del emulsificante en el material pétreo. La ruptura de la emulsión catiónica se produce por la absorción de la parte polar del emulgente por los agregados, provocando la ruptura de la emulsión y haciendo que las partículas del asfalto se adhieran inmediatamente a las partículas del material pétreo, aun en presencia de humedad.
En la figura siguiente podemos observar el proceso de ruptura de una emulsión en tres pasos: primero se observa la emulsión, enseguida cuando se inicia el rompimiento y después cuando se produce la ruptura completa y queda el material pétreo cubierto por el asfalto.

FIGURA 8. RUPTURA DE UNA EMULSION ASFALTICA SOBRE UN MATERIAL PETREO

La forma de rompimiento de las emulsiones asfálticas catiónicas, en la mayoría de los casos, mejora la adherencia y permite una mejor distribución de la mezcla dentro de la masa del agregado pétreo; adicionalmente permite proseguir los trabajos de asfaltado en regiones con climas húmedos o durante una temporada de lluvias, garantizando la apertura de caminos al tránsito en un corto período de tiempo.
3.3 Ventajas de las Emulsiones Asfálticas

Qué ventajas tienen las emulsiones asfálticas sobre los asfaltos rebajados y las mezclas asfálticas en fundido (en caliente).
Asfaltos líquidos: También denominados asfaltos rebajados, son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300.
1) Es un ligante asfáltico no contaminante ni peligroso, ya que contiene del 35 al 40% de agua como solvente.
2) Su manejo es sencillo y seguro, gracias a su baja viscosidad a temperatura ambiente.
3) Tiene un límite de almacenamiento y es muy amplio, ya que puede ser almacenado por semanas o meses, debido entre otras cosas a la igualdad de las densidades de sus componentes.
4) Tiene una gran adhesión con cualquier agregado pétreo, a pesar de condiciones de humedad adversas debido a la enorme dispersión de las partículas de asfalto de tamaño muy pequeño y al uso de agentes emulsificantes de tipo catiónico.
5) Se aplica en un lapso muy corto de tiempo, lo que permite la pronta funcionalidad de la obra en que se esté usando.
6) Presenta un bajo costo de la fase dispersante, que es el agua.
7) Se emplean materiales pétreos locales, lo que elimina la transportación de este tipo de materiales por grandes distancias.
8) El equipo de aplicación es mucho más sencillo debido a que todos sus componentes se aplican a temperatura ambiente.
9) Por su aplicación en frío, ayuda a no alterar el medio ambiente y queda suprimida la emisión de humos o gases.
10) El empleo del agua como solvente no crea problema de su desperdicio, ya que es recuperable.

3.4 Recomendaciones para el Uso de Emulsiones Asfálticas.
Las recomendaciones más generales para el uso de las emulsiones asfálticas son:
1) Si el depósito se usó para almacenar emulsiones aniónicas y se van a almacenar emulsiones catiónicas, es necesario neutralizar la acción de aquella lavando el tanque, primero con agua y posteriormente con ácido clorhídrico diluido al uno por ciento.
2) Por el contrario, si el depósito se usó para almacenar emulsiones catiónicas y se quiere almacenar emulsiones aniónicas, se tendrá que lavar con agua y neutralizarlo con sosa cáustica al 0.3 por ciento.
3) Para descargar más emulsión sobre la ya almacenada, es necesario que el tubo de descarga llegue al fondo para no romper la nata de la superficie, de otra forma, se corre el riesgo de obstruir las bombas.
4) Cuando una fábrica o compañía está establecida permanentemente en una región donde se registran temperaturas muy bajas, los tanques deben tener un sistema de calentamiento adecuado o estar cubiertos con algún sistema aislante, para evitar la congelación.
5) Cuando los tanques de almacenamiento sean los que usa una compañía constructora, los depósitos se protegerán con mechones alrededor, lo que será suficiente para que no baje la temperatura. Si los tanques están enterrados, no hay necesidad de tomar otra medida para evitar la congelación.
6) Antes de recibir una emulsión en obra, se recomienda comprobar su calidad y el tipo de emulsión de que se trate, haciendo las pruebas de identificación que se recomiendan en cada caso.
7) Una emulsión que cumple con las especificaciones de calidad, puede estar almacenada durante más de un año, si se recircula sistemáticamente para mantenerla homogénea.
8) Los tanques de almacenamiento deberán tener un sistema de recirculación, con el objeto de evitar el asentamiento del asfalto contenido en la emulsión.
9) La temperatura ambiente al aplicarse la emulsión, deberá ser de 10 ºC mínimos y en ascenso y nunca debe de hacerse cuando baje la temperatura durante la noche.
10) La emulsión, una vez que es desestabilizada (o sea que ya se produjo el rompimiento), no debe de re-emulsificarse aún en presencia de agua y del paso de los vehículos; por este motivo es muy importante que el emulsificante sea el adecuado.

CAPÍTULO IV: AGREGADOS

4.1 Definición de agregados pétreos
Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos.

4.2 Tipos de agregados pétreos
El tipo de agregado pétreo se puede determinar, de acuerdo a la procedencia y a la técnica empleada para su aprovechamiento, se pueden clasificar en los siguientes tipos:
a) Agregados Naturales.
Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final.
b) Agregados de Trituración.
Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera ó de las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. Se incluyen todos los materiales canterables cuyas propiedades físicas sean adecuadas.

c) Agregados Artificiales.
Son los subproductos de procesos industriales, como ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones, utilizables y reciclables.

d) Agregados Marginales.
Los agregados marginales engloban a todos los materiales que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes.

4.3 Propiedades de los agregados pétreos
Los agregados como elementos aislados tienen propiedades físicas macroscópicas: dimensión, forma, redondez, densidad, propiedades de superficie, porosidad, permeabilidad, dureza superficial, módulo elástico, conductividad térmica, dilatación, etc. Asimismo presentan unas propiedades químicas macroscópicas: solubilidad, alterabilidad, hinchamiento, etc.
Las propiedades de conjunto de los agregados pétreos son sus características como un todo. La distribución de la redondez o desgaste de los agregados es una propiedad de gran interés, por cuanto va influir sobre el rozamiento entre los elementos del agregado.



4.4 Naturaleza de los agregados
Agregados Calizos.
La roca caliza es muy común, abundante y económica en los procesos de trituración, se emplea generalmente en todas las capas de los firmes, exceptuándose en algunas ocasiones como agregado grueso en las capas de rodadura, debido a la facilidad que tiene de pulimentarse en condiciones de servicio, su carácter es básico, presenta por lo regular menores problemas de adhesividad, es decir, de afinidad con los ligantes asfálticos. En mezclas asfálticas se utiliza para mejorar esta característica cuando se emplean además otro tipo de agregados, más duros pero también más ácidos (silíceos, pórfidos, entre otros).

Agregados Silíceos.
Los agregados silíceos procedentes de trituración de gravas naturales es otro material de amplia utilización en las todas capas de los firmes. Se extraen de yacimientos granulares, en los que las partículas de mayor tamaño se separan por cribado y a partir de ellas por machaqueos sucesivos, se obtienen fracciones de menor tamaño, con una angulosidad tanto mayor cuantas más caras de fractura presenten.
Pueden no aportar una suficiente adhesividad con los ligantes asfálticos, sin embargo, si el material obtenido tiene un elevado contenido de sílice y de caras de fractura, sus características mecánicas y su rozamiento interno proporcionan un esqueleto mineral bueno para utilizarlo incluso en mezclas asfálticas sometidas a la acción directa del tráfico.



Agregados Ígneos y Metamórficos.
Son materiales que por sus características resultan muy adecuados para utilizarlos como agregado grueso en las capas de rodadura. Pueden incluirse en este grupo los basaltos, gabros, pórfidos, granitos, cuarcitas, etc. Sus cualidades para resistir al pulimento los hacen idóneos para garantizar la textura superficial necesaria en un periodo de tiempo, incluso con tráficos muy intensos. En este grupo tan amplio, los agregados de naturaleza más ácida pueden presentar una deficiente adhesividad con los ligantes asfálticos, pero en la mayoría de los casos el problema se puede resolver con activantes que son sustancias que tienen la misión específica de mejorar la adhesividad con los ligantes, o también el problema se resuelve empleando emulsiones adecuadas y en el caso de mezclas asfálticas, con el empleo de finos de naturaleza básica y un polvo mineral adecuado.

4.5 Consideración de empleo de agregados pétreos
Cuando se pretende hacer uso de los agregados pétreos para la construcción de pavimentos se deben considerar algunos aspectos fundamentales para su buen desempeño a la hora de formar parte en alguna de las capas del firme y principalmente en la elaboración de las mezclas asfálticas.

Naturaleza e identificación
Evaluación de la naturaleza petrográfica de los agregados, grado de alteración de los componentes minerales, porosidad y propiedades químicas.

Propiedades geométricas
Principal y básicamente la forma y angulosidad de las partículas; con relación al conjunto del esqueleto mineral se estudia la distribución granulométrica.
Propiedades mecánicas
Engloban los parámetros básicos de resistencia al desgaste y al pulimento.

Ausencia de impurezas
Es fundamental que los agregados a emplear en la construcción de pavimentos estén libres de impurezas capaces de afectar el buen comportamiento de las capas. El empleo de agregados sucios en la construcción de un pavimento, puede ser una causa suficiente para provocar su degradación.

Inalterabilidad
Es imprescindible la evaluación de las posibles degradaciones que puedan sufrir los agregados pétreos que se van a utilizar en una obra; así, los materiales evolutivos han de ser empleados con especiales precauciones para evitar comportamientos anómalos que puedan afectar la vida útil de las capas.

Adhesividad
Los agregados pétreos han de ser afines con los ligantes asfálticos que vayan a ser empleados en la construcción del pavimento, y en caso de problemas de afinidad, será necesario el uso de activantes, para garantizar el buen comportamiento de las mezclas asfálticas.

4.6 Características principales de los agregados pétreos para pavimentos
Las principales características que se deben tener en cuenta en los agregados para la construcción de pavimentos asfálticos son las siguientes:
Forma y angulosidad.
La forma de las partículas del agregado grueso afecta fundamentalmente, al esqueleto mineral. Según su forma, las partículas pueden clasificarse en redondeadas, irregulares, angulares, lajosas, alargadas y alargadas - lajosas.
Las lajosas y alargadas-lajosas (agujas), pueden romperse con facilidad durante la compactación o después bajo la acción del tráfico, modificando con ello la granulometría del agregado inicial. Se deben imponer limitaciones en el contenido de partículas de mala forma. Aparte de la forma de las partículas del agregado grueso, se debe tener en cuenta su angulosidad, que influye junto a la textura superficial de las partículas, en la resistencia del esqueleto mineral, por su contribución al rozamiento interno.
Los agregados pétreos generalmente más deseados para la elaboración de mezclas asfálticas son aquellos con una alta proporción de partículas aproximadamente equidimensionales (cuboides). Los factores intrínsecos, como la composición de la roca afectan a la forma de los agregados durante los procesos de trituración.

Resistencia al desgaste.
La resistencia mecánica del esqueleto mineral es un factor predominante en la evolución del comportamiento de una capa de firme después de su puesta en servicio. La evaluación de dicha resistencia se realiza mediante diversos ensayos de laboratorio; sin embargo, ninguno de ellos caracteriza el estado tensional del agregado en el conjunto del firme.
Se realizan una serie de ensayos que tienden a reproducir en laboratorio de manera más sencilla el comportamiento que luego tendrán los agregados en servicio, para ello se preparan las muestras con granulometrías próximas a las que van a ser puestas en obra, sometiéndolas a un desgaste que, de forma indirecta, proporciona información de la resistencia mecánica del material. La prueba de Los Ángeles es un ejemplo de este tipo de ensayos.

Adhesividad y resistencia al desplazamiento.
La adhesividad de los agregados pétreos con los ligantes asfálticos es de gran importancia, debido a que se pueden presentar fenómenos fisicoquímicos en la superficie de los agregados empleados en las capas de firme. En estos fenómenos complejos intervienen tanto factores físicos como la textura del agregado, la porosidad del mismo, viscosidad y tensión superficial del ligante, espesor de la película de ligante, etc.
Y a su vez factores químicos relativos al ligante y al agregado. Si los agregados están absolutamente secos, se dejan mojar fácilmente por los ligantes asfálticos; sin embargo la situación es muy diferente con algo de humedad que siempre puede existir, ya que la superficie del agregado se polariza con un signo u otro dependiendo de su naturaleza. Atendiendo a ese criterio los agregados se clasifican en ácidos y básicos.
Agregados Ácidos: La acidez es por lo general consecuencia de un alto contenido en sílice y determina una gran afinidad del agregado por el agua (hidrofilia) y una polaridad negativa. La adhesividad entre los agregados silíceos (o ácidos en general) y los ligantes asfálticos no es buena, pudiendo llegar a ser necesaria la disminución de la tensión superficial del ligante mediante procesos de activación en los que se carga electropolarmente para crear una adhesividad.
Agregados Básicos: Son menos hidrofilicos que los silíceos y se cargan positivamente en presencia de agua. Por ello pueden presentar cierta atracción por los ácidos libres en los ligantes y, en consecuencia una mejor adhesividad con los mismos.
En los pavimentos asfálticos aparte de cuidar y verificar que el ligante asfáltico moje al agregado, se debe tener en cuenta la posibilidad de que el agua en combinación con la acción de los vehículos y en ocasiones con el polvo y suciedad existentes, perturbe la adhesividad, desplazando el ligante asfáltico de la superficie del agregado, que quedará de nuevo descubierta o lavada. La adhesividad pasiva o también llamada resistencia al desplazamiento del ligante dependerá también de los mismos factores químicos y físicos anteriormente citados: afinidad polar por el ligante, espesor de la película y viscosidad del mismo, tensión superficial (ángulo de contacto) y textura superficial.

Resistencia al pulimento.
La resistencia al pulimento de las partículas del agregado, es la resistencia a perder aspereza en su textura superficial, tiene gran importancia desde el punto de vista de la resistencia al deslizamiento cuando dichas partículas van a ser empleadas en una capa de rodadura. Para su evaluación se han desarrollado los ensayos de pulimento acelerado.

Plasticidad y limpieza.
Para que un agregado pétreo se comporte adecuadamente dentro de cualquier capa de firme, debe estar completamente limpio, libre de partículas de naturaleza orgánica, polvo o arcillas.
Se establece en las normativas, que todos los finos deben tener reducida su plasticidad e incluso que no sean plásticos en la mayoría de los casos. Las fracciones gruesas deben estar exentas de polvo, fijando los límites admisibles a través del denominado coeficiente de limpieza.
Se debe garantizar que en presencia de agua, la capa en cuestión conserve sus características resistentes y que, en su caso, no haya problemas de adhesividad con los ligantes asfálticos.
En ocasiones aunque el agregado fino no sea plástico, puede estar contaminado por partículas no arcillosas, que no se hayan podido detectar mediante los límites de Atterberg, pero igualmente nocivas. Un ensayo muy utilizado para caracterizar desde este punto de vista el agregado fino (realmente todo el material inferior a 5 mm., es decir, se incluye parte del agregado grueso y el polvo mineral) es el denominado Equivalente de Arena.

Alterabilidad.
Los fallos detectados en un firme al poco tiempo después de su puesta en servicio, comunmente suelen ser ocasionados por procesos de alteración de los agregados en alguna de sus capas, los cuales pueden desencadenarse debido a alguna reacción química con alguno de los componentes de los ligantes asfálticos o conglomerantes, por la acción de la helada o, simplemente, por la siempre inevitable presencia de agua.
Existe la necesidad de evaluación de la alterabilidad de un agregado pétreo por el procedimiento que sea, y se pueden señalar a título indicativo, los siguientes caminos: análisis petrográficos, acción de soluciones salinas o de agua oxigenada, ciclos hielo– deshielo, inmersión en agua y ciclos de humedad–sequedad.

Resistencia al desprendimiento.
Los defectos de adhesión significan la quiebra de las fuerzas de unión entre el agregado y su cubierta de conglomerante asfáltico, lo que conduce a una separación física, una posible consecuencia de los defectos de adhesión, es el fallo mecánico por desgaste y desflecado de la superficie, pero el fallo mecánico no se produce inmediatamente después del fallo de adhesión, si el desprendimiento, aunque sea permanente, se produce a un nivel inferior de la construcción y el grado de entrecruzamiento físico de las partículas de agregado es suficiente para resistir el esfuerzo del tráfico. Dado que el desprendimiento es un fenómeno asociado a la presencia de agua. Se deduce que los pavimentos densos, de bajo contenido en huecos, son prácticamente inmunes y que el comportamiento de los agregados pétreos en los ensayos de deslizamiento es bastante irrelevante en dicho uso.

Aptitud para contribuir a la resistencia y rigidez de la mezcla en conjunto.
Esta propiedad se refiere tanto a los agregados gruesos, finos y polvo mineral; siempre que se cumpla que la resistencia y durabilidad intrínseca de las partículas del agregado es la adecuada a las propiedades de la masa de agregados de entrecruzado y rozamiento interno.
A este respecto tanto la angularidad como la irregularidad de la textura superficial contribuyen en gran medida a las resistencias mecánicas y a la deformación de la mezcla asfáltica.
4.7 Clasificación del agregado según su tamaño
Agregado grueso.
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como agregado grueso, a la parte del agregado pétreo total que queda retenido en el tamiz #4. Se define como agregado grueso, a la parte del agregado pétreo total que queda retenido en el tamiz 2 mm.
Características y propiedades deseables de los agregados gruesos para su utilización en las mezclas asfálticas.
Granulometría.
La granulometría es la característica física principal y fundamental de todo conjunto de partículas porque influye de forma muy importante en la resistencia mecánica del conjunto (esqueleto mineral). Normalmente se utilizan granulometrías sensiblemente continuas, a fin de conseguir la máxima compacidad del conjunto, aunque también se emplean granulometrías discontinuas en el caso de algunas mezclas asfálticas. Para encajar una granulometría dentro de algún Huso normalizado se parte de fracciones uniformes que se mezclan en las proporciones adecuadas. Los análisis granulométricos se realizan por tamizado; el procedimiento es análogo al que se emplea para suelos.
El tamaño máximo de los agregados viene normalmente limitado por consideraciones relativas al espesor de la capa extendida, trabajabilidad, segregación, etc. Por otra parte la influencia de las partículas finas obliga normalmente a limitar su porcentaje y su plasticidad. En las mezclas asfálticas tiene una especial importancia la fracción de tamaño inferior a 63µm, llamada, como se ha indicado, polvo mineral o fíller, pues algunas características relevantes de la mezcla dependen del mástico formado por la unión del polvo mineral y del ligante asfáltico.

Rozamiento interno.
La resistencia a la deformación o capacidad de soporte de una capa de firme depende esencialmente del rozamiento interno del esqueleto mineral y, en su caso, de la cohesión que proporciona el eventual ligante o conglomerante. El rozamiento interno aumenta con partículas angulosas y de textura superficial áspera como por ejemplo los agregados triturados. También influye de forma importante la granulometría del agregado y el porcentaje de huecos del material compactado. A mayores densidades corresponden generalmente mayores resistencias mecánicas, por lo que la compactación es un factor de primer orden.
La cohesión debe confiarse exclusivamente al ligante asfáltico o conglomerante. La cohesión entre las partículas suele ser despreciable, y cuando existe se debe únicamente a la plasticidad de la fracción fina, y en general es más nociva que útil. Sólo interesa una cierta plasticidad de los finos y muy reducida de todas formas, cuando se trata de capas granulares no revestidas en caminos de baja intensidad de tráfico.

Angulosidad del agregado grueso.
La angulosidad del agregado grueso beneficia al esqueleto mineral debido al rozamiento interno que se genera entre las partículas, esto contribuye a que las partículas gruesas permanezcan en su lugar cuando el pavimento entre en funcionamiento y no se produzcan desplazamientos. El empleo de agregados triturados trae consigo el aumento de la angulosidad de las partículas. La mayoría de las normativas establecen un mínimo de angulosidad del agregado grueso, dependiendo de las condiciones de tráfico al que va a estar expuesto el pavimento.

Forma del agregado grueso.
Las exigencias de forma para el agregado grueso varían ligeramente, con un mismo tráfico, para las mezclas asfálticas. Lo ideal es que las partículas presenten formas cuboides, evitando o restringiendo las formas planas, alargadas y en forma de lajas, ya que como lo hemos dicho antes, este tipo de forma es muy susceptible a quebrarse bajo condiciones de carga de tráfico, lo que modifica las granulometrías y las propiedades iniciales de las mezclas.
Existen restricciones en las normativas de materiales para pavimentos en donde se restringe el uso de partículas con estas formas no deseadas, por medio de los índices de lajas y de agujas de las distintas fracciones del árido grueso.

Resistencia a la fragmentación de los agregados gruesos.
Los agregados pétreos deben de cumplir con un cierto mínimo de resistencia a la fragmentación o al desgaste, lo que da una orientación del comportamiento que tendrá dicho agregado dentro de la mezcla asfáltica al entrar en servicio el pavimento.

Resistencia al pulimento del agregado grueso para capas de rodadura.
En el ensayo de Pulimento Acelerado, determina el grado de pulimento del agregado o coeficiente de pulido acelerado con el mismo péndulo de fricción con el que se mide el coeficiente de rozamiento en una superficie de rodadura. El coeficiente de pulido acelerado depende fundamentalmente de la naturaleza petrográfica de la roca origen, fue diseñado como un medio para predecir la susceptibilidad de una piedra al pulido cuando se utiliza como ya lo hemos dicho en la capa de rodadura de un pavimento flexible.

Limpieza del agregado grueso.
El agregado grueso deberá estar exento de terrones de arcilla, materia vegetal, marga u otras materias extrañas que puedan afectar a la durabilidad de la capa. El contenido de impurezas del agregado grueso, según las normativas deberá ser mínimo, algo muy aproximado al cinco por mil (0,5%) en masa. Aunque se podrá exigir su limpieza por lavado, aspiración u otros, y realizando una nueva comprobación.
La exigencia anterior podría cuestionarse considerando que en las plantas asfálticas modernas existen poderosos sistemas para extraer el polvo e impurezas del agregado. Sin embargo en una secuencia lógica de exigencias de calidad y prevenciones, la limpieza inicial del agregado está totalmente justificada.

Adhesividad del agregado grueso.
El agregado grueso tiene un comportamiento específico respecto a la adhesividad y a la resistencia al desplazamiento. Se preconiza la comprobación de la adhesividad agregado – ligante mediante una evaluación global de resistencia conservada en los ensayos de inmersión – compresión, o de pérdida por abrasión en el ensayo Cántabro. Estos criterios se refieren obviamente a las propiedades de las mezclas terminadas más que a la caracterización inicial de los materiales simples: agregados y ligantes.
En cualquier circunstancia se comprobará la adhesividad agregado–ligante mediante la caracterización de la acción del agua. Se enmarcan unos parámetros mínimos en los valores de inmersión – compresión según el tipo de mezcla asfáltica a utilizar. Se podrá mejorar la adhesividad entre el agregado y el ligante asfáltico mediante activantes o cualquier otro producto sancionado por la experiencia. Se establecerán las especificaciones que tendrán que cumplir dichos aditivos y las mezclas resultantes.
Agregado fino.
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como agregado fino, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #4 y queda retenido en el tamiz #200. Y se define como agregado fino, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz 2 mm. Y queda retenido en el tamiz 0.063 mm.

Procedencia del agregado fino.
El agregado fino deberá proceder de la trituración de piedra de cantera o grava natural en su totalidad, o en parte de yacimientos naturales. Existen limitaciones en la proporción de agregado fino no triturado a emplear en las mezclas. Regularmente se emplea arena natural en la elaboración de mezclas asfálticas que van a ser empleadas en pavimentos con una baja intensidad de tráfico y a bajos niveles de cargas, se deberá señalar la proporción máxima de arena natural no triturada, a emplear en la mezcla, la cual regularmente no será superior al 10% de la masa total del agregado combinado y sin que supere el porcentaje de agregado fino triturado empleado en la mezcla, la limitación de la cantidad de arena rodada o no triturada que puede incorporarse a la mezcla, se hace por temor a una disminución de la rigidez final de ésta. Hay autores y administraciones que consideran que una proporción del orden del 10% puede mejorar al tiempo la manejabilidad, la compacidad e incluso la estabilidad de la mezcla.

Limpieza del agregado fino.
El agregado fino deberá estar exento de terrones de arcilla, materia vegetal, marga y otras materias extrañas, para evitar que se presenten comportamientos extraños del material dentro de la mezcla, tales como reacciones químicas, pérdida de estabilidad de la mezcla, abundamientos, entre otros.

Resistencia a la fragmentación del agregado fino.
El material que se triture para obtener agregado fino deberá cumplir las condiciones exigidas al agregado grueso sobre el coeficiente de desgaste Los Ángeles.
Se recomienda usar agregado fino de otra naturaleza, que mejore alguna característica, especialmente la adhesividad, pero en cualquier caso procederá de agregado grueso con coeficiente de desgaste de Los Ángeles inferior a 25 para capas de rodadura e intermedias y a 30 para capas de base.

Adhesividad del agregado fino.
Respecto a los fenómenos de adhesividad agregado fino – ligante, hay que tener en cuenta que las acciones químicas o químico – físicas en las partículas de menor tamaño son más complejas. Su mayor superficie específica, facilidad para acumular humedad y gran heterogeneidad de su naturaleza determinan una mayor sensibilidad a toda clase de transformaciones químicas, fenómenos polares y de adhesividad, absorción, etc.

Polvo mineral (Fíller).
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como polvo mineral, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #200.Y se define como polvo mineral, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz 0.063 mm.
El fíller o polvo mineral de aportación es un producto comercial de naturaleza pulverulenta (cemento normalmente o cenizas volantes de central térmica) o un polvo en general calizo, especialmente preparado para utilizarlo en mástico para mezclas asfálticas. Cuando se trata de un producto comercial, se garantiza perfectamente su control y se conocen sus propiedades tanto físicas como químicas y su futuro comportamiento en la mezcla. Cuando se utiliza el otro tipo de filler, (de recuperación), que es aquel que se obtiene de las plantas asfálticas, no se sabe exactamente cuáles son sus componentes y en ocasiones varía su composición con el tiempo y puede estar o no, dentro de las normativas, debido a que es un residuo.
Las características que más suelen interesar de un polvo mineral son:
Finura.
Al ocupar parcialmente los espacios libres dejados por la estructura granular compactada y conformada por las partículas mayores, reduce el volumen de vacíos de la mezcla evitando un aumento pronunciado de la cantidad de ligante asfáltico. El polvo mineral consigue cumplir con su función rellenadora, dependiendo del volumen de vacíos existente una vez que se haya compactado la estructura granular y en función de la granulometría y de las partículas de mayor tamaño.
La densidad aparente del polvo mineral en Tolueno es una medida relativa del grado de finura del polvo, cualidad muy importante para las características finales de las mezclas. La densidad aparente del polvo mineral, en algunas normas aparece comprendida entre cinco y ocho decigramos por centímetro cúbico (0,5 a 0,8 g/cm3).

Modificación del comportamiento reológico.
El empleo del polvo mineral, incrementa la magnitud de la resistencia a la deformación de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del ligante, originando como consecuencia un aumento de la resistencia al corte de las mezclas asfálticas.

Acción estabilizante frente al agua.
Se incrementa la durabilidad de las mezclas asfálticas frente a la acción del agua debido a que se reduce parcialmente la porosidad de la estructura granular evitando el acceso del agua al interior, y por otro lado debido a que algunos polvos minerales presentan una mayor afinidad con el ligante asfáltico, mejoran la resistencia a la acción de desplazamiento que ejerce el agua sobre el ligante asfáltico.
Las características de finura y comportamiento reológico se hayan vinculadas el tamaño y forma de las partículas. La acción estabilizante frente al agua depende además del tamaño y forma de las partículas, de la composición química de los rellenos minerales. Las funciones del polvo mineral no pueden apartarse del contenido y consistencia del ligante asfáltico en la mezcla.

Procedencia del polvo mineral
El polvo mineral podrá proceder de los agregados, separándose de ellos por medio de los ciclones de la central de fabricación, o aportarse a la mezcla por separado de aquéllos como un producto comercial o especialmente preparado.
Las proporciones del polvo mineral de aportación a emplear en la mezcla deben cumplir lo que fijen las normas, debido a que es un material que se debe de utilizar en proporciones adecuadas en cada tipo de mezcla y condiciones, para obtener un resultado óptimo.
El polvo mineral que quede inevitablemente adherido a los agregados tras su paso por el secador de la planta de asfalto en ningún caso podrá rebasar ciertos límites que algunas normas contienen, este valor está aproximadamente dentro del dos por ciento (2%) de la masa de la mezcla. Si se asegurase que el polvo mineral procedente de los agregados cumple las condiciones exigidas al de aportación, se podrá rebajar la proporción mínima de éste.

Propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas.
En la interface filler-asfalto y en el comportamiento de la mezcla asfáltica, tienen que ver las propiedades físicas y químicas tanto como las características geométricas, propiedades de superficie, adsorción, adhesión, etc.
La irregularidad geométrica (forma, angulosidad y textura de superficie), es uno de los aspectos más importantes en el papel del fíller dentro de la mezcla. La irregularidad geométrica afecta directamente el contenido óptimo de asfalto en la mezcla, a las características de interface del mástico y a su comportamiento reológico. Todos estos aspectos influyen directamente en el comportamiento estructural y mecánico de las mezclas.
La irregularidad geométrica se puede evaluar cualitativamente y cuantitativamente mediante el microscopio electrónico, y caracterizar la forma, angulosidad, textura superficial y la porosidad accesible de las partículas.
Para la caracterización físico–química del fíller y su influencia en el comportamiento y durabilidad de las mezclas asfálticas, el factor más significativo es la intensidad de adsorción. En los sistemas fíller–asfalto , existe adsorción entre un sólido y una fase viscosa, los factores que influyen más en el mecanismo de adsorción son la composición del asfalto y las propiedades del fíller, es decir, su composición mineralógica, sus características estructurales, la textura superficial y la superficie específica, el tipo de adsorción depende del tipo de fíller principalmente, todos los procesos de adsorción son exotérmicos y la cantidad de calor liberado depende del carácter de la interacción entre los átomos y moléculas adsorbidos y de la superficie del sólido.
El efecto que se logra en un pavimento a partir de la utilización de un fíller activo en la dosificación de la mezcla asfáltica, es que aumenta considerablemente su durabilidad.
Existen fílleres activos como cal hidratada y dolomítica que suelen mantener su resistencia en periodos de tiempo largos de tiempo en condiciones de contenido óptimo de asfalto, mientras que los fílleres no activos como basaltos y areniscas suelen deteriorarse rápidamente, también bajo condiciones de contenido óptimo de asfalto.
El contenido de asfalto tiene sus repercusiones en la durabilidad de una mezcla, se sabe que un incremento en el contenido de asfalto tiene un efecto favorable significativo en la durabilidad de los pavimentos, este efecto se debe principalmente, a que las capas de asfalto que recubren los agregados son más gruesas y a la reducción en el volumen de huecos, que hace disminuir la penetración del agua a las capas. La mejora en la durabilidad con el incremento de contenido de asfalto no es uniforme debido a que depende del tipo de fíller involucrado en la mezcla.
Las propiedades de los fílleres tienen un efecto muy importante en la durabilidad potencial de las mezclas asfálticas, el efecto del fíller suele manifestarse, si es activo suele mantener resistencia por más tiempo que si no es activo.
La durabilidad potencial de la mezcla asfáltica suele mejorar con un incremento en el contenido de asfalto por encima del óptimo básico, es decir las condiciones óptimas de durabilidad se obtienen para contenidos de asfalto superiores al óptimo convencional, en este caso las muestras con fílleres no activos resultan ser más sensibles al contenido de asfalto que en aquellas que contienen filleres activos.
4.8 Ensayos para caracterizar los pétreos
4.8.1 Esqueleto mineral
Análisis Granulométrico.
Por medio de este ensayo podemos determinar la distribución de tamaños de las partículas, el cual consiste en hacer pasar una cierta cantidad de muestra de agregado por una serie de tamices normalizados, en Europa los tamices UNE, y en América los tamices ASTM, en un orden sucesivo de mayor a menor abertura del tamiz, quedando retenida parte de la muestra en cada tamiz.
Se representan en una gráfica el porcentaje que pasa en cada uno de ellos, pudiéndose observar si la curva granulométrica es continúa, o sea que contenga todos los tamaños o si es discontinua un solo tamaño. Si se quiere conocer con exactitud el contenido de fíller (Polvo Mineral) que pasa por el tamiz 0.063 mm UNE se hace el ensayo con el agregado lavado y secado en la estufa.


4.8.2 Agregados Gruesos. (Partículas mayores a 2 mm.)
Estudio Petrográfico.
En este ensayo se determina la composición mineralógica y las características de la naturaleza de los agregados pétreos, haciendo primero una descripción macroscópica del agregado, analizando su aspecto y determinando las características físicas como homogeneidad, dureza y tenacidad, enseguida se lleva a cabo el estudio propiamente petrográfico, mediante un microscopio polarizante que permite identificar los constituyentes minerales del agregado por su color, forma, exfoliación y relieve, por último se determina el tamaño de los cristales y su posición. La muestra es una sección delgada de agregado de un espesor uniforme aproximado a 30µ. Este estudio permite identificar los tamaños de grano, el grado de alteración del agregado y la presencia de componentes no deseables.
Índice de Lajas y Agujas.
La forma de las partículas de agregado grueso, afecta al esqueleto mineral, las formas pueden ser redondeadas, cúbicas, lajas o agujas, siendo estas dos últimas peligrosas, porque durante el proceso de compactación o por las tensiones del tráfico, se pueden romper y eso varía su contenido en la granulometría. Se definen los índices de lajas y agujas como los porcentajes en peso, respecto a la muestra total, de las partículas que son, respectivamente, lajas o agujas. Los métodos utilizados para la determinación de dichos índices de forma se basan generalmente en la medida directa de las dimensiones de las partículas.
Los ensayos se realizan por calibres de ranuras para determinar el índice de lajas y los calibres de las agujas para sacar el índice de agujas. Se hace pasar el retenido de cada tamiz por estos calibres y se expresa como resultado. El índice de lajas es el cociente entre lo que pasa por el calibre de ranuras y el total de muestra.

FIGURA 9. CALIBRE PARA LA DETERMINACION DEL INDICE DE LAJAS

Forma y Caras de Fractura.
La forma de las partículas de mayor o menor angulosidad influye en la resistencia del esqueleto mineral. Para realizar este ensayo se determina el porcentaje de partículas con dos o más caras de fractura.
Ensayo de Desgaste de los Ángeles.
Este ensayo caracteriza la resistencia que presentan los agregados al desgaste. La máquina de los Ángeles consiste en un cilindro hueco de acero, con sus extremos cerrados y una abertura para introducir los áridos, que puede girar en posición horizontal. Se introducen en el cilindro unas bolas de acero como la carga abrasiva y se hace girar un determinado número de vueltas.
Se determina el coeficiente de desgaste de los ángeles que es la diferencia entre el peso original de la muestra y el peso después del ensayo expresada en porcentaje del peso inicial.
Si el desgaste es mayor de 50%, se asume que el agregado es de mala calidad, si el desgaste es menor de 20%, el agregado es excelente.

1FIGURA 10. MAQUINA DE LOS ANGELES
Se puede decir que coeficientes Los Ángeles superiores a 50, corresponden a agregados de muy mala calidad, no aptos para construcción de capas de firme. Por el contrario, coeficientes inferiores a 20 corresponden a áridos excelentes, con resistencia al desgaste suficiente para cualquier posible aplicación y, en particular, para capas de rodadura bituminosas, que hayan de soportar tráfico pesado.
Ensayo de Friabilidad.
Este tipo de ensayo proporciona una medida relativa de la resistencia del agregado a la trituración o la degradación bajo cargas. Se toma una muestra de agregado con un peso determinado y una granulometría dada, se dispone en un cilindro de acero en el que se encaja un pistón que se mueve a velocidad constante y ejerce una presión que varía según la muestra.
El resultado es el cociente de friabilidad, calculado como el porcentaje en peso de la muestra que pasa por un tamiz determinado referido al total de material.
Ensayo de Péndulo de Fricción.
La máquina de pulido acelerado simula la acción de una rueda llena de polvo sobre las muestras de agregado pétreo colocadas sobre una lámina de resina de poliéster y montadas en moldes normalizados sobre una pista rotatoria. El pulido de las muestras se mide posteriormente utilizando un péndulo de fricción normalizado.
Primero se introducen los agregados a analizar en una probeta de mortero hidráulico y se someten a ciclos de pulido mediante abrasivos introducidos en húmedo entre las probetas colocadas periféricamente en una rueda de ensayo (máquina de pulimento acelerado), durante tres horas en arena silícea normalizada y 3 horas con palo de esmeril.
El grado de pulimento conseguido para cada muestra se mide mediante el ensayo de fricción con un péndulo, calculando la pérdida de energía del mismo por un ángulo suplementario de oscilación. Los valores habituales del coeficiente de rozamiento oscilan entre 0.40 y 0.50.

FIGURA 11. MAQUINA DE PULIMENTO ACELERADO


FIGURA 12 PENDULO DE FRICCION

4.8.3 Agregados finos (partículas entre 2 y 0,063 mm).
Equivalente de Arena.
Con este ensayo podemos evaluar la limpieza y plasticidad de los agregados finos. El ensayo consiste en introducir una muestra de agregado en una probeta que contiene una solución floculante, se mezcla el agregado con la solución y se añade agua, dejando reposar el conjunto durante 20 minutos.
Después de este tiempo se puede observar el agregado limpio en la parte inferior, en la zona intermedia las partículas contaminantes en suspensión y en la superficie el líquido relativamente limpio. Con la relación de alturas de estas zonas se determina el equivalente de arena. Se define como agregado muy contaminado el que tiene un Equivalente de Arena menor de 20 y como agregado muy limpio el que tiene un equivalente de arena mayor que 50.
Resultados de equivalentes de arena inferiores a 20 corresponden a agregados muy contaminados por partículas nocivas que, en general, no deben utilizarse en capas de firme; por el contrario, valores superiores a 50 reflejan un grado de limpieza suficiente para la mayor parte de las aplicaciones. Existe actualmente una tendencia al empleo del ensayo denominado azul de metileno, a fin de evaluar la actividad de las partículas contaminantes. Su aplicación ha de hacerse como complementaria del ensayo de equivalente de arena, pero nunca ha de admitirse como sustitutivo del mismo.

Coeficiente de Limpieza.
Consiste en comparar dos granulometrías de una misma muestra de agregados, antes y después de un lavado y secado del material. Las distorsiones entre las dos curvas no deben superar unos determinados valores.

Límites de Atterberg.
El índice de plasticidad es la diferencia entre los límites líquido y plástico obtenidos mediante dos ensayos, que consisten en determinar el porcentaje de humedad existente en la muestra a partir del cual esta cambia de estado, pasando del fluido al semisólido para el primer caso y del semisólido al sólido en el segundo caso. El ensayo para determinar el límite líquido se realiza mediante la cuchara de Casagrande y el ensayo del límite plástico se realiza fabricando unos cilindros de 3mm de diámetro.

Riedel-Weber.
Un ensayo específico que se utiliza para evaluar la adhesividad del agregado fino con los ligantes asfálticos, es el procedimiento denominado Riedel-Weber: consiste en introducir el agregado envuelto por el ligante en diversas soluciones de carbonato sódico con concentraciones crecientes, observando cuál de ellas produce el desplazamiento del ligante.
Polvo Mineral (Fíller). (Partículas menores de 0.063 mm).
Emulsibilidad.
Es una medida de la afinidad del filler hacia los ligantes asfálticos, para verificar que no sean desplazados por el agua. El método de ensayo permite cuantificar esta propiedad mediante el concepto denominado coeficiente de emulsibilidad, que se define en las condiciones de ensayo, como la máxima cantidad de ligante asfáltico que se puede dispersar en forma de emulsión directa (ligante en agua) en un gramo de polvo mineral, sin que se produzca la inversión de la emulsión (agua en ligante). Una proporción mayor de ligante lleva a la coagulación de éste, como consecuencia de la referida inversión, separándose, entonces, en agua del sistema.

Densidad aparente en tolueno.
Da una idea de la finura del filler que debe limitarse para evitar problemas en la envuelta con el ligante. El método consiste en medir el volumen ocupado por una cantidad especificada de la muestra de polvo mineral, cuando se sedimenta el tolueno. La densidad aparente determinada en estas condiciones, es una medida relativa del grado de finura del polvo mineral. Valores de la densidad aparente en tolueno entre 0.5 y 0.8 gr./cm3 corresponden a una actividad media adecuada para su utilización en mezclas asfálticas.





CAPÍTULO V: PLANTAS DE ASFALTO

5.1 Antecedentes de planta de asfalto en México D.F
Por acuerdo el 28 de junio de 1956 se creó la Planta Productora de Mezclas Asfálticas de Mixcoac, la que se ubicó en la Avenida San Antonio 423, colonia Carola, en Mixcoac, Delegación Álvaro Obregón, antecedente de la actual Planta de Asfalto del Distrito Federal; su propósito fue el de atender la demanda de mezclas asfálticas para la pavimentación de la red vial en aumento constante, como consecuencia del crecimiento de la Ciudad de México. La estructura de la Planta se diseñó para operar sobre bases comerciales, estableciéndose las normas a que debía sujetarse su organización y funcionamiento, como parte integrante del Departamento del Distrito Federal.
Al inicio de sus operaciones en aquella época, contaba con una capacidad de producción de 120 toneladas por hora y para su operación técnica y administrativa se utilizaban los servicios de 25 trabajadores.
En el año 1961 se realizó un convenio de explotación del banco de basalto que existía en la Calzada deTlalpan a la altura de la glorieta de Huipulco (hoy Estadio Azteca), allí se instalaron un conjunto de trituración y una planta mezcladora con capacidad de 30/ton/hora. Posteriormente en el año 1962, estas instalaciones fueron trasladadas a un predio ubicado en la Avenida Liga –Insurgentes Tlalpan (actualmente avenida del Imán) No. 263, Colonia Ajusco, que es su actual domicilio.
El 15 de enero de 1973, por acuerdo del Jefe del Departamento del Distrito Federal, se determinó que la Planta de Asfalto dependiera de la Secretaría de Obras y Servicios, del propio Departamento, con atribuciones esta última para coordinar y supervisar el funcionamiento de la misma, otorgándole a partir de esa fecha el carácter de Unidad Industrial.
Desde 1975, sus instalaciones se reubicaron a su actual domicilio, en avenida de la IMAN 263, colonia Ajusco, Delegación Coyoacán y en 1988 se constituyó como órgano desconcentrado, adscrito a la propia Secretaría de Obras y Servicios.
En el acuerdo No 32 de fecha 3 de enero de 1975 el C. jefe del departamento del Distrito Federal determina que los servidores públicos de la Planta, quedarían sujetos a las disposiciones de la Ley Federal de los Trabajadores al Servicio del Estado; y se faculta a la Gerencia de la planta, para llevar a efecto las inversiones, gastos y adquisiciones que requiera el normal funcionamiento de la propia planta para cuyo efecto presentará anualmente el programa y presupuesto correspondiente a la aprobación del C jefe del Departamento del Distrito Federal, por conducto del C. Secretario de Obras y Servicios del Departamento del Distrito Federal.
El Jefe del Departamento del Distrito Federal, ordenó a la Dirección General de Obras Públicas que se hicieran estudios de mercado e investigación para resolver el problema de pavimentación de las calles y avenidas existentes, con el fin de proyectar la urbanización de la ciudad de México.
Es así como, se instaló una planta experimental de mezclas asfálticas en caliente donde se realizaron pruebas con diferentes tipos de asfalto y agregados pétreos; una vez determinadas las materias primas óptimas se procedió a crear la "Planta Productora de Mezclas Asfálticas de Mixcoac", mediante acuerdo 1054 expedido el 28 de junio de 1956, como una unidad independiente que operaba sobre bases comerciales pero sin personalidad jurídica propia y cuyo control administrativo dependía de la Oficialía Mayor.
En sus primeros años, la Planta se caracterizó por ser en el país la entidad líder en tecnologías de mezclas asfálticas, contaba con un laboratorio de investigación con equipo de punta y fue pionera en la adición de polímeros y hules a las mezclas.
El 26 de mayo de 1988, se publicó en el Diario Oficial de la Federación, el decreto del 12 de mayo del mismo año, del Ejecutivo Federal, relativo a la personalidad jurídica de la Planta de Asfalto del Departamento del Distrito Federal como Órgano Desconcentrado.
El 5 de agosto de 1988, se publicó en el Diario Oficial de la Federación, el decreto del 29 de junio del mismo año, suscrito por el C. jefe del Departamento del Distrito Federal, por medio del cual se establecen las normas relativas a la operatividad financiera de la Planta de Asfalto.
Sin embargo, a partir de 1992 se inició la disminución de su producción, bajando del 72% al 44% la utilización de su capacidad instalada, debido a que tuvo mantenimiento diferido, no se invirtió en la modernización de su maquinaria y equipos y por lo tanto, hubo problemas para controlar la calidad del producto. En la última administración del Departamento del Distrito Federal, de 1994 a 1997, se atendió sólo el 40% de la demanda local.
Con fecha 12 de noviembre de 1993, según oficio CE/687/93, la Coordinación Ejecutiva de Desarrollo Organizacional de la Oficialía Mayor, le envió a la Planta de Asfalto copia del dictamen emitido por la Dirección General de Normatividad y Desarrollo Administrativo de la Secretaría de Hacienda y Crédito Público, relativo a la estructura orgánica y puestos homólogos debidamente registrada y validada.
El 29 de diciembre del año 2000, el C. Oficial Mayor comunicó al Secretario de Obras y Servicios, la autorización del dictamen No. 112/2001 referente a la reestructuración orgánica de Secretaría de Obras y Servicios y sus Órganos Desconcentrados, a partir del 1º de enero del año 2001. En la cual, la Planta de Asfalto del D.F. vio disminuida su estructura en un 25% reduciéndose a solo 16 puestos.
El 16 de julio de 2009, se publicó en la Gaceta Oficial del Distrito Federal el decreto, relativo a la personalidad jurídica de la Planta de Asfalto del Distrito Federal como Órgano Desconcentrado.
Mediante el oficio CG/171/2010, de fecha 22 de marzo de 2010, la Contraloría General emite alcance al dictamen 9/2008, de la Secretaría de Obras y Servicios con vigencia a partir del 1 de abril de 2010, autorizándose la estructura de la Planta de Asfalto del Distrito Federal integrada por 1 Dirección General, 2 Subdirecciones y 5 Jefaturas de Unidad Departamental.
Mediante el oficio CG/498/2011, de fecha 28 de octubre de 2011, la Contraloría General emite alcance al dictamen 9/2008, de la Secretaría de Obras y Servicios con vigencia a partir del 1 de noviembre de 2011, autorizándose la estructura de la Planta de Asfalto del Distrito Federal integrada por 1 Dirección General, 2 Subdirecciones y 7 Jefaturas de Unidad Departamental.

5.2 Características y Composición de una planta de asfalto.
Tambor mezclador
Tambor y álabes de acero especial aleado resistente a los problemas por altas temperaturas: Abrasión, deformación y corrosión. Escudo frontal extrareforzado y sellada contra entrada de aire indeseable al tambor. (Un álabe es la paleta curva de una turbomáquina o máquina de fluido rotodinámica)
7 secciones de alabes de empuje para elaborar una mezcla homogénea que se dividen en:
1ª sesión, de entrada: Álabes de empuje con escudo de captación de calor radiante.
2ª sección, de calentamiento: Álabes de veleo pleno para un eficiente intercambio de calor y rápido secado.
3ª sección, de calentamiento: Álabes de veleo pleno para un eficiente intercambio de calor y rápido calentamiento.
4ª sección, de mezclado de asfalto: Álabes de incorporación intensa para una rápida y homogénea revoltura del asfalto con los agregados.
5ª sección, de reincorporación de finos: Álabes de veleo compuesto para reincorporar los finos que han sido arrastrados por la corriente de aire.
6ª sección, de homogeneización: Álabes de homogeneización total de mezcla terminada
7ª sección, de expulsión: Álabes de desalojo total a prueba de reciclaje y segregación de mezcla, para transferir la mezcla al elevador o banda de arrastre.
Aros y roles de acero especial aleado al alto carbón, forjado y normalizado.
Dimensiones de los tambores (Tph: Hidrocarburos Totales de Petroleo):
80 Tph: Diámetro 5', Largo 24', Espesor 3/8"
110 Tph: Diámetro 6', Largo 28', Espesor 3/8"
150 Tph: Diámetro 7', Largo 30', Espesor 3/8"
250 Tph: Diámetro 9', Largo 38', Espesor 3/8"
Chasis reforzado para mantener su alineación como base de rodamiento del tambor, a pesar del maltrato por tránsito en brechas accidentadas.

FIGURA 13. MEZCLADOR

Quemador
Quemador con capacidad regulable desde 20,000,000 hasta 60,000,000 Btu's por hora. El BTU es una unidad de energía (1 Btu = 252 Calorías = 1055,056 Julios).
Con flama corta y ancha para una combustión completa en todos los rangos de consumo.
Optimizado para mayor eficiencia y facilidad de mantenimiento y operación.
Con sistemas de seguridad reglamentarias.
Turbina de mayor tamaño, para mejor combustión de aceites pesados.
Para operación de alta eficiencia con diésel, gas y aceites reprocesados (Combustec).

Despolvador
Gato eléctrico en las persianas del ducto de salida de gases. Para regular desde la consola la temperatura de salida de los gases.
Casa de bolsas (filtro de mangas): separa el resto del polvo.
Flujo de aire de 20,570 Acfm para 110 Tph y 26,550 Acfm para 150 Tph. (Acfm = Actual Cubic Feet per Minute).
Área filtrante de 3,850 Ft2 (348 bolsas) para 110 Tph y 4,827 Ft2 (432 bolsas) para 150 Tph.
Presión máxima de 18" columna de agua.
Bolsas namex montadas en bastidores de acero tropicalizado. Resistencia al calor de 204° C constantes y 220° C en pico.
Eficiencia de filtrado del 99.99% desde el arranque.
Velocidad de elevación de aire muy baja para potencia de operación mínima.
Sistema neumático para reincorporar los finos a la mezcla.
Enttad para aditivos sólidos. Celulosa, cemento portland, cal etc.
Sistema de seguridad de emergencia con compuerta automática de enfriamiento.
Bajo perfil de transporte gracias a sus 3 tolvas de descarga.
Registros de fácil acceso para revisión y mantenimiento.

Baja velocidad de los gases dentro de la casa de bolsas, para un ritmo uniforme de precipitación y reincorporación del polvo.
Portátil con enganche para quinta rueda, 3 ejes y 12 llantas, frenos y luces reglamentarias.
Limpieza con programa regulable y configurable, para lograr el retorno de finos a una tasa de 100% uniforme.

FIGURA 14 DESPOLVADOR



Banda o Elevador de arrastre para salida de mezcla
Diseño curvo para menor demanda de potencia y menor desgaste.
Bajo perfil que permite su transporte y operación sin necesidad de ajustes de altura.
Montada sobre el chasis, con movimiento radial con gato mecánico operado desde la consola.
Plegable para transporte.
Tolva receptora y liberadora de mezcla asfáltica (Bacha) integrada a la salida del elevador.
Con sistema de pesaje para control exacto de la mezcla producida.
Unidad de tolvas
Cada tolva con capacidad para 20 Toneladas.
Abertura inferior trapezoidal para asegurar la salida homogénea del material.
Lamina de aluminio antiderrapante en la parte delantera, para evitar despintado por pisados.
Portátil, con enganche para quinta rueda, un eje, llanta, frenos y luces (2 llantas para la unidad de 2 tolvas y 4 llantas para unidades de 3 y 4 tolvas).
Sensor de flujo de material en cada tolva, con alarma por falta de alimentación, para evitar la producción de mezcla sin algún agregado (con opción a vibradores).
Dosificación e agregados por medio de bandas e velocidad variable.
Compuerta de salida ajustable en cada tolva.
Sistema de salida optimizado para evitar piedras atrapadas y acumulación entre los rodillos.
Dosificación exacta por control preciso de motores, con ajustes mínimos de 1rpm.
Banda colectora para recibir el material de las bandas individuales de cada tolva.
Limpiadores de polietileno de alta resistencia a la abrasión y al impacto (en banda colectora para alargar la vida de la banda, rodillo y poleas).
Bandas vulcanizadas en uniones (sin grapas), para mayor duración y suavidad de operación.
Sección trasera de banda colectora abatible para fácil montaje.
Limpiadores de polietileno de alta resistencia a la abrasión y al impacto (en bandas dosificadoras para alargar la vida de la banda, rodillo y poleas).


2FIGURA 15. TOLVAS

Tanque de almacenamiento de asfalto
Cilindro hecho con placa A36 de ¼.
Agitación de asfalto, por medio de corrientes de chorro, para la suspensión el polímero por más tiempo.
Sistema de recirculación de asfalto por medio de la bomba de descarga para:
Lograr calentamiento más rápido.
Conservar una mezcla más homogénea en asfaltos modificados.
Base abisagrada para situar la bomba bajo nivel del auto tanque suministrador.
Con la tubería y válvulas bridadas para alta temperatura, necesarias para su operación.
Arranque y para automático del quemador por medio de sistema de control ajustable de temperatura.
Sistemas redundantes de seguridad para fallas de operación.
Bomba de 3", de engranes helicoidales, para rápida descarga de asfalto del autoarranque suministrados.
Rápido calentamiento del asfalto con su quemador diésel de 1, 000,000 Btu's por hora.
Con salpicaderas embebidas en el tanque para lograr un chasis de perfil bajo.
Andador en la parte superior, para evitar que se camine sobre el acero inoxidable.
El tanque cuenta con respiraderos.
Indicador de nivel de asfalto con activación automático de sistemas de seguridad.
Sistema de recirculación de asfalto para inicio de producción por medio de válvula de 3 vías.
Operado desde consola
Para homogeneizar el asfalto inmediato a la salida.
Para evitar desperdicios de mezcla inicial producida.
Doble termómetro físico en parte inferior y parte media del tanque.
Portabilidad calculada para transportarse vacío.
Aislado térmicamente con fibra de vidrio.
Cilindro de sección elíptica para disminuir la altura total.
Con forro exterior de lámina de acero inoxidable.
Con soldadura interior y exterior, radiografiada

3FIGURA 16. TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE ASFALTO



Consola de control
Alarma programable para altas temperaturas de mezcla asfálticas y gases de escape (alarma visual en consola, luz estroboscópica y alarma sonora)
Monitoreo de temperatura de gases de escape para optimizar la producción y consumo de combustible.
Encendido y control de flama, y control de temperatura de la mezcla.
Dosificación de agregados por variador de velocidad, de trabajo pesado.
Cable múltiple para control, para conexión rápida y sin fallas a todos los elementos de la planta.
Dosificación de asfalto por variador de velocidad, de trabajo pesado.
Sistema de paro de motores en cascada para seguridad de la planta y del personal.
Sistema de arranque de motores en cascada para evitar errores de operación.
Sistema de paro general de emergencia.
Amperímetros de monitoreo para todos y cada uno de los motores de la planta.
Control y monitoreo por instrumentación electrónica, tipo industrial.
Alimentación de pesos específicos de agregados y sus porcentajes de humedad.

FIGURA 17. CASETA DE CONTROL

5.3 Acomodo recomendado en la instalación de una planta de asfalto
1.- Tambor mezclador. A.- Entrada de electricidad.
2.- Tolvas. B.- Entrada de agua.
3.- Tanque de asfalto. C.- Entrada de combustible.
4.- Transportador rápido. D.- Entrada de asfalto.
5.- Elevador de arrastre. E.- Entrada de gas.
6.- Controles.
7.- Fosa de agua.
8.- Fosa de lodos.
9.- Tanque de combustible.
10.- Generador de transformador

FIGURA 18. CROQUIS DE INSTALACION TIPICA DE UNA PLANTA DE ASFALTO









CAPÍTULO VI: CARPETA ASFALTICA

6.1 Componentes de la mezcla
La carpeta asfáltica estará formada por una mezcla de agregado grueso (piedra triturada de origen granítico), agregado fino (arena), Filler y cemento asfáltico 70-100, que cumplirán con las siguientes especificaciones:
Agregado grueso
Material retenido en el tamiz Nº 10 será obtenido por trituración de rocas de origen granítico homogéneas, sanas, limpias, de alta dureza, trituradas en fragmentos angulares y de aristas vivas, no permitiéndose la presencia de ningún porcentaje de agregados con mineral en descomposición. No se admitirán el uso de ningún tipo de tosca. Cada una de las fracciones que integran la mezcla deberá estar constituida por agregados pétreos del mismo origen geológico.-
El factor de cubicidad determinado sobre el agregado retenido por la criba de la abertura redonda de 9,5mm. (3/8¨) tendrá un valor mínimo de 0,6
El Agregado Grueso tendrá una resistencia al desgaste tal que sometido al ensayo conocido como prueba de los Ángeles no acuse una pérdida de desgaste superior al 35 %. Además sometido al ensayo de durabilidad por ataque con sulfato de sodio luego de 5 ciclos deberá acusar una pérdida no mayor al 12 %.

Agregado fino
Material que pasa el tamiz Nº 10 estará constituido por una mezcla de arena natural y arena de trituración. Estará libre de arcilla y otras materias extrañas. La arena de trituración deberá provenir de rocas que cumplan lo exigido para el agregado grueso y entrará en mezcla con la arena natural en un porcentaje de no menos de cuarenta por ciento (40 %).
La arena natural será de origen silicio, de granos limpios, duros, durables y sin películas adherida alguna, debiendo cumplir la siguiente granulometría:

Pasa tamiz 80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Máximo 80%
Pasa tamiz 200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Máximo 15%

El Filler
A utilizar será Cal (cal hidratada) en polvo ó Cemento Portland normal.
Deberá presentarse como polvo seco suelto libre de terrones o agregaciones de partículas de cualquier origen.

6.2 GRANULOMETRÍA
La curva granulométrica será continua sin inflexiones bruscas, ligeramente cóncava y estará comprendida entre los siguientes límites siendo aproximadamente paralela a una de las curvas límites
Pasa tamiz 1" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100%
Pasa tamiz 3/4". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 - 100%
Pasa tamiz N º4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 - 80%
Pasa tamiz Nº 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 - 55%
Pasa tamiz Nº 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 - 40%
Pasa tamiz Nº200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 - 10%
El equivalente de arena determinando sobre la mezcla total de árido que pasa el tamiz Nº 4, deberá tener un valor mínimo de 55.
6.3 COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA
Cantidad de filler y asfalto:
El porcentaje de asfalto será el óptimo que corresponde según el método Marshall.
La preparación y ensayo de las probetas se realizará según la norma V.N.E. 9 de la Dirección Nacional de Vialidad, con 75 golpes normalizados por cara.
La relación Filler - Betún en ningún caso será superior al 80 % de la concentración crítica entendiendo como Filler al material que pasa el tamiz Nº 200 comprendido el polvo natural de los agregados y el Filler comercial incorporado a la mezcla.
Las características de la mezcla asfáltica ensayada por el método Marshall responderán a las siguientes exigencias:
Vacíos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 a 5 %
Vacíos agregado mineral (V.M.A.). . . . . . . 14 a 18 %
Vacíos ocupados por betún. . . . . . . . . . . . . 75 a 85 %
Estabilidad Mínima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .600 Kg
Estabilidad Máxima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 Kg
Fluencia Máxima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,45 cm.
Fluencia Mínima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,20 cm.

Estabilidad mínima remanente después de 24 Hs de inmersión en agua a 60 º C. (en el porciento de la Normal) 80 %.
Hinchamiento máximo, después de 24 Hs. de inmersión en agua a 60º C. = 2 %.
Relación estabilidad = mínima 2.100 Kg/ cm.
Fluencia = máxima 3.600 Kg/ cm.
Lo que significa que no se admitirá tendencia hacia el valor mínimo de fluencia acompañado de tendencia hacia el valor máximo de estabilidad y viceversa.

Índice de compactación: 1 = 1 .= 5
PEA 50 g - PEA 5 g

Donde PEA 50 g. significa el Peso Específico Aparente de la probeta.

6.4 Fórmula de carpeta requerida en la obra.
A) Formula de obra:
De acuerdo con las características a reunir fijadas en las presentes especificaciones, el Contratista presentará con la debida presentación a la iniciación de los acopios de los materiales, su fórmula para mezcla de obra, acompañada con muestras de los materiales a emplear y consignando su procedencia.
A.1) Formula de Obra preliminar
Es la propuesta por el Contratista y aprobada por la Dirección antes de comenzar el acopio y construcción de las capas bituminosas. Se realizarán los ensayos de laboratorio con muestra de los materiales componentes de la mezcla entregada por el Contratista, corriendo por cuenta de éste el valor representativo de las mismas con respecto a las que se emplearán posteriormente.
A.2) Formula de Obra inicial
Se entiende como tal la derivada de la formula preliminar con los ajustes que sean necesarios al repetir los ensayos de aprobación con muestra de acopio en obra que habrán sido verificados por la Inspección, o de los silos calientes de la Planta asfáltica, en forma tal que los resultados de los ensayos de calidad sean Técnicamente comparables a los hallados en A-1.
A.3) Formula de Obra final
Se entiende como tal la derivada de la inicial para lo cual en el transcurso de tres jornadas de trabajo con la fórmula de obra inicial (A-2) aprobada, la Inspección de Obra sobre la base de los ensayos realizados sobre la mezcla de planta y testigos de caminos extraídos de los tramos construidos en ese período, comprobará las reales características técnicas de la mezcla elaborada. En caso de surgir la conveniencia de efectuar ajustes para encuadrarse mejor dentro de las tolerancias, exigirá su realización departe del contratista quien es el directo responsable del cumplimiento de las exigencias del Pliego y como tal deberá proponer a la Inspección de la Obra por escrito las correcciones a introducir sobre la fórmula de obra inicial, la aceptación por parte de la Inspección de tales modificaciones no implica que el contratista se desligue de su plena responsabilidad sobre lo que ha propuesto y que viene a constituir la fórmula de obra final. Los ensayos de calidad que con ellos se efectúen serán técnicamente comparables a los de la A-2.
En caso de no ser necesario ningún ajuste a lo formula de Obra final vendrá a identificarse con las fórmulas de obra inicial. De proponerse modificaciones a la fórmula de obra, aceptada por la inspección, durante otras tres jornadas se verificará la fórmula de obra final y de no lograrse con ello la mezcla conveniente, la Inspección ordenará la paralización de los trabajos del Item hasta el momento de la aprobación por parte del laboratorio central de una nueva fórmula de obra, que el contratista deberá presentar de inmediato.
La fórmula A-1 será sometida a la aprobación del laboratorio central. La fórmula A-2 y A-3 tendrá aprobación transitoria de la Inspección de obra que será rectificada con intervención del laboratorio central.
Para modificar la fórmula de obra final en régimen normal de planta el contratista deberá solicitarlo por nota en donde fundamentará el pedido de la Inspección de obra, la que deberá expedirse dentro de las 72 Hs.
En cada etapa de presentación de fórmula de obra por el contratista este deberá acompañar las curvas completas de acuerdo a las técnicas Marshall, que le permitieron obtener el porcentaje óptimo de asfalto. Así mismo deberá acompañar muestras representativas de los materiales a utilizar a efectos de su verificación y aprobación, así como sus correspondientes granulometrías efectuadas por vías húmedas, Peso Específico determinado según el método Rice y porcentaje en que interviene en la formula. Deberá finalmente completarse esta información con resultados obtenidos según técnica Marshall sobre probetas moldeadas con el porcentaje óptimo de asfalto adoptado.

6.5 Tolerancias
Una vez aprobada una fórmula de obra las características resultantes de las mismas serán las que el Contratista está obligado a cumplir con las tolerancias especificadas a continuación:
Granulometría:
Tamiz 3/4"a 3/8¨ . . . . . . . . . . . . . . . . . .+.- 6,00 %
Tamiz Nº4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +- 5,00 %
Tamiz N º10. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . +- 4 ,00 %
Tamiz Nº 40 y 80. . . . . . . . . . . . . . . . . +- 3,00 %
Tamiz Nº 200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +- 1,00 %
Las tolerancias granulométricas se refieren a determinaciones sobre muestras extraídas de silos calientes y mezcladas junto con el Filler en los porcentajes que fije la Formula de Obra en caso de no cumplirse esta exigencia la Inspección podrá disponer la paralización de la Planta para dar lugar a los reajustes que permiten entrar dentro de aquellos límites.
Contenido de Asfalto: +- 0,3 %.
Estabilidad Marshall
Se tomará para toda la longitud de camino construido con cada formula de Obra Final un valor estadístico ¨E c ¨ con miras a controlar la uniformidad de la mezcla en cuanto a calidad.
Ec = Em (1 + t.g.), siendo Em igual estabilidad media, obtenido con la fórmula de obra final de la mezcla de planta.
g = 0,18 (coeficiente de variación)
t = 1,65.
En consecuencia se aceptará que un 5 % de los valores promedio de cada serie sea menores de éste valor : Ecl = Em ( 1 + t . g. ) y que otro 5 % sean superiores al valor estadístico : Ec2 = Em (1 + t.g.) la longitud de camino considerada deberá ser tal que el número de valores sea mayor de treinta (30).
A su vez exigirá que la estabilidad media (Em) de las probetas moldeadas en cada jornada sea mayor o igual que el 85 % de la estabilidad que corresponde a la fórmula de obra que se aplica.








CAPITULO VII. DESCRIPCIÓN DE TRABAJOS DE EXPLOTACIÓN DE BANCO DE PRÉSTAMO EN MATERIALES PÉTREOS.
7.1 Definición de Explosivos
Un explosivo es una mezcla de compuestos químicos que al reaccionar se descomponen rápidamente, liberando grandes volúmenes de gases con elevadas presiones y temperaturas. Un explosivo pasa por cuatro fases o etapas durante su reacción química:
La primera etapa es simplemente el explosivo sin reaccionar, el cual es un sólido, o, sólido-líquido a presiones y temperaturas normales. La segunda etapa es conocida como detonación, en la cual, las ondas de choque a elevadas presiones van desplazándose adelante de la zona de reacción, causando a su vez un efecto de ionización en los ingredientes del explosivo.
La tercera etapa toma lugar cuando los ingredientes se descomponen y se transforman en gases. Los gases resultantes, a elevadas presiones, ocupan el volumen original del material explosivo. La cuarta etapa se denomina, proceso de expansión. En este período, los gases a altas presiones que ocuparon el volumen original del explosivo, empiezan a expandirse, ejerciendo fuerzas contra el perímetro del barreno, las cuales causan el agrietamiento de la roca. Durante la reacción del explosivo se crean dos tipos de energía, la primera conocida como de choque y la segunda de gas.
7.1.2 Energía para desarrollar trabajo
Cuando toma lugar la explosión del compuesto químico denominado explosivo, se liberan diversos tipos de energía, una de ellas es la energía útil, la que desarrolla trabajo, otra, es la que se desperdicia y no se aprovecha en algo constructivo. En la figura siguiente se muestra un diagrama de la energía que se genera durante la reacción de un explosivo.
Cuando un explosivo se coloca en forma no confinada, como por ejemplo en el plásteo de piedras con exceso de tamaño, o en demoliciones de estructuras durante trabajos de ingeniería civil, se requiere de un explosivo con elevada presión de choque. En cambio, en barrenos en los cuales el explosivo queda confinado se necesita un producto que genere grandes volúmenes de gas.
Para ayudar a aclarar la diferencia entre estos dos tipos de energía, se pueden comparar las distintas formas de reacción entre un alto explosivo versus un bajo explosivo.
Bajos explosivos son aquellos que se deflagran o arden rápidamente, teniendo velocidades de reacción de 600 a 1200 metros por segundo. Otra de sus características es que no producen energía de choque, generando trabajo a partir de la expansión de los gases. Un ejemplo de este tipo de productos es la pólvora negra.
Un alto explosivo, al detonar produce tanto energía de choque como de gas.

FIGURA 19. GRAFICA REPRESENTATIVA DE LAS CURVAS DE REACION DE UN BAJO Y UN ALTO EXPLOSIVO
En el lado izquierdo de la figura se muestra un diagrama de la reacción de un cartucho conteniendo un bajo explosivo. Si se detiene la reacción cuando el cartucho sólo ha sido consumido parcialmente, y se estudia el perfil de la curva, se podrá observar una presión ascendente constante hasta alcanzar un valor máximo. Por lo anterior, se puede señalar que un bajo explosivo sólo produce presión de gas durante su combustión.
En la parte derecha de la figura, se muestra en forma gráfica la reacción de un alto explosivo. La onda de choque en el frente de la reacción viaja a través del explosivo antes de que la energía de gas esté presente. La energía de choque por lo general produce una presión mayor que la de gas, pero sólo dura un breve período de tiempo. Después que la energía de choque ha pasado, la energía de gas es liberada. La energía de gas en un alto explosivo será mayor que en un bajo explosivo. Por lo tanto, en un alto explosivo hay dos presiones distintas y separadas.
La presión de choque es una presión transitoria que viaja de acuerdo a la razón de detonación del explosivo. Esta presión se considera que representa el 15% del total de energía útil en el trabajo del explosivo.
La presión de gas totaliza un 85%. Esta última energía produce una fuerza que es constantemente sostenida hasta que la roca contenida en las paredes del barreno se fractura.

7.1.3 Energía de choque
Algunos expertos piensan que la energía de choque que se trasmite a la roca proviene de la presión de detonación del explosivo. La presión de detonación es función de la densidad del explosivo multiplicada por la reacción del mismo (velocidad del explosivo al cuadrado). Puede considerarse como una forma de energía cinética. La presión de detonación es la presión ejercida por la onda de detonación propagándose a través de la columna del explosivo. La determinación de la presión de detonación es un proceso muy complejo.
Existen en el mercado un buen número de diferentes criterios para calcular dicha presión, aunque desafortunadamente cada uno lleva a distintos resultados.
La presión de detonación es máxima en la dirección en que viaja la onda de choque. En un cartucho, esta presión será máxima en el lado opuesto al punto de iniciación. En la parte exterior del cartucho la presión de detonación es casi cero, ya que la onda de detonación no se extiende hacia los lados del cartucho.
Para conseguir un efecto que dé la máxima presión de detonación, es necesario colocar el explosivo sobre el material a quebrar e iniciarlo en el lado opuesto al que está en contacto con el material, colocando el cartucho sobre un lado y encendiéndolo de manera que la detonación sea paralela a la superficie del material por quebrar. Esto reduce el efecto de la presión de detonación.
El material, sin embargo, es sujeto al impacto causado por la expansión radial de los gases después que la onda de detonación ha pasado.
La presión de detonación puede usarse en forma efectiva en plásteoo voladuras no confinadas. Esto frecuentemente se ve tanto en minas a cielo abierto, como en subterráneas, en las que es necesario quebrar aquellas piedras que rebasan el tamaño manejable por los quebradores frontales, camiones o quebradora. Un ejemplo de esto se puede observar en la figura siguiente:

4FIGURA 20. MUESTRA DE COLOCACION DE PLASTAS PARA ROMPER PIEDRA CON SOBRE TAMAÑO

Para maximizar el uso de la presión de detonación, se requiere que exista el mayor contacto entre el explosivo y el material a quebrar. Es conveniente iniciar el explosivo en el lado opuesto al que hace contacto con la roca. En estos casos resulta conveniente un explosivo denso y con alta velocidad de detonación.

7.1.4 Energía del gas
Se considera que la energía del gas liberada dentro de un medio confinado en el proceso de detonación, causa la mayoría del fracturamiento de la roca. La presión de gas, conocida también como presión de la explosión, es la presión ejercida sobre las paredes del barreno por los gases en expansión, después que la reacción química se ha completado. La cantidad de energía de explosión está relacionada con el volumen de gases liberados por peso unitario de explosivo, y la cantidad de calor generado durante la reacción.
Entre más alta sea la temperatura de reacción a volumen constante, más alta será la presión de gas. Similarmente, si se libera una mayor cantidad de gas a igual temperatura, la presión se incrementará. Para una aproximación rápida, se puede asumir que la presión de explosión es igual a la mitad de la presión de detonación.

7.1.5 Energía no aprovechada
Los explosivos al reaccionar liberan energía, y producen en la roca fracturamiento, así como deformaciones plásticas y elásticas.
La energía de la voladura que genera la deformación elástica, produce ondas de esfuerzo que se mueven a través de la masa rocosa y pueden causar todavía más fracturamiento bajo su reflexión a partir de discontinuidades estructurales. La deformación elástica también da lugar a las ondas sísmicas, las que en caso de arribar con altos niveles, pueden causar daños a estructuras civiles o mineras.
.Las energías de choque y gas mencionadas anteriormente, por lo común agrietan o fracturan la roca, sobre todo cuando son bien aplicadas. La reacción del explosivo también produce energía que no genera ningún tipo de fracturamiento en la roca y no efectúa trabajo útil durante el proceso de la voladura. Esta clase de energía se conoce comúnmente como energía no aprovechable, la cual está formada por elementos como: luz, calor, sonido y vibraciones.
Las vibraciones y el ruido son parte de la energía no aprovechada que generalmente se asocian con problemas por voladuras en canteras o minas próximas a poblaciones.

7.1.6 Velocidad de la detonación
La velocidad de detonación es la velocidad a la cual el frente de la onda de detonación se transmite a través de la columna de explosivo. Sus rangos varían de 2500 a 7000 m/s en productos disponibles en el mercado nacional o internacional.
Para muchos usuarios este es uno de los parámetros más importantes para definir el desempeño de un explosivo. Sin embargo, está demostrado que una velocidad de detonación superior a la velocidad sónica de la roca no produce mayores efectos en la fragmentación.
La velocidad de detonación puede incrementarse con lo siguiente:
Usando barrenos con diámetros mayores Incrementando la densidad del explosivo
Reduciendo el tamaño de las partículas de los componentes del explosivo
Proporcionando una buena relación de acoplamiento
Usando un iniciador grande.

7.1.7 Presión de detonación
Es la presión en la zona de reacción, detrás del frente de detonación, o tras el plano conocido como de Chapman-Jouguet. Esta energía es función de la velocidad de detonación y de la densidad del explosivo. Se mide en Kbareso lb/in2.



Se calcula en base a la siguiente formula:
Pd = 2.325 x 10 –7x (VOD)2x ρ ρρ ρ
Donde:
Pd= Presión de Detonación, Kilobaresólb/in2
VOD = Velocidad de Detonación, ft/seg
ρ ρρ ρ= Densidad del Explosivo, gr/c.c.
Ejemplo:
Velocidad Detonación Explosivo = 3,200 m/seg= 10,496 ft/seg
Densidad = 1.20 gr/c.c.
Pd = 2.325 x 10-7x (10,496 ft/seg)2x 1.20 gr/c.c. = 30.7 Kbar Kilobares= 30.7 x 14,504 = 44,5273 lb/in2= 31,357 kg/cm2.

En la siguiente tabla se muestra la densidad, velocidad y presión de detonación de algunos explosivos.
EXPLOSIVO
DENSIDAD (g/c c.)
VELOCIDAD DE DETONACION (m/s)
PRESION DE DETONACION (kg/cm2)
Hidrogel
083
3000
9570
Anfo
0.77
3300
9955
Emulsión
1,10
4500
31977
Emulsión Plus
1,13
4700
31977




7.1.8 Energías y densidad de explosivos
7.1.8.1 Energías
La energía de un explosivo puede determinarse en términos de su peso o volumen. También puede expresarse como un número absoluto o relativo. Estos conceptos llevan a cuatro medidas de la energía generada: Energía absoluta en peso o AWS (Absolute Weight Strength). Es la medida de la cantidad absoluta de energía (en calorías) disponible en cada gramo de explosivo.
EXPLOSIVO
Cal/g
Anfo
912
Emulsión
958
Hidrogel
718
Slurry
895

Energía absoluta en volumen o ABS (Absolute Bulk Strength). Es la medida de la cantidad absoluta de energía (en calorías) disponible en cada centímetro cúbico de explosivo. Se obtiene multiplicando el AWS por la densidad del explosivo.
EXPLOSIVO
Cal/g X g/c.c.
Cal/c.c.
Anfo
912 x 0.082
748
Emulsión
958 x 1.19
1140
Hidrogel
718 x 1.10
790
Slurry
895 x 1.18
1059

Energía relativa en peso o RWS (Relative Weight Strength).
Es la medida de la energía disponible en peso de explosivo comparada con un peso igual de Anfo. Se calcula dividiendo el AWS del explosivo entre el AWS del Anfo, y se da en porciento.
Ejemplo: Anfo= 100 Emulsión = 958/912 x 100 = 105 Hidrogel= 718/912 x 100 = 79 Slurry= 895/912 x 100 = 98
Energía relativa en volumen o RBS (Relative Bulk Strength). Es la medida de la energía disponible en volumen de explosivo comparado con un volumen igual de Anfo a una densidad de 0.82 g/c.c. Se calcula dividiendo el ABS del explosivo por el ABS del Anfo y multiplicando el resultado por 100.
Ejemplo:
Anfo= 100 Emulsión = 1140/748 x 100 = 152
Hidrogel= 790/748 x 100 = 106
Slurry= 1059/748 x 100 = 142

7.1.8.2 Densidad
La densidad de un explosivo viene expresada por lo común en gramos por centímetro cúbico. La densidad del explosivo determina el peso de éste, que debe ser cargado en un barreno con diámetro específico. En términos generales: entre mayor es la densidad de un explosivo, mayor será la energía que genere.
Una expresión muy común es la densidad de cargado o peso de explosivo por unidad de longitud del barreno o barrenos.
La Densidad de Carga se emplea para determinar los Kilogramos Totales de Explosivo por barreno o por voladura.
La Densidad de Cargado se expresa como sigue:

Wc=(ρe x De x π)/400


Donde:
We= Densidad de Cargado en kg/m
ρe= Densidad del Explosivo en g/cm3
De= Diámetro del Explosivo en m

7.1.9 Resistencia al agua y clasificación de gases
La resistencia al agua es la capacidad de exposición de un explosivo al agua sin que pierda eficiencia. Los hidrogeles tienen una muy buena resistencia al agua, las dinamitas varían su resistencia, el Anfo tiene muy poca y no debe de usarse cuando se tienen barrenos con agua. La producción de humos cafés o anaranjados en una voladura indican una detonación deficiente causada por el agua. En estos casos se debe usar un explosivo más resistente al agua, o una protección externa como una manga continua de polietileno, en el caso en que se puedan desaguar los barrenos.
Considerados en forma colectiva, estos productos se distinguen como gases tóxicos liberados durante la voladura. Los gases tóxicos fundamentalmente son monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrógeno sulfurado. La mayoría de los productos comerciales están balanceados en oxígeno, para minimizar la producción de gases y optimizar la de energía. Los gases son de suma importancia en trabajos subterráneos. También hay que considerar que ciertas condiciones de trabajo pueden producir gases tóxicos aún con explosivos bien balanceados, como ejemplo tenemos: una mala iniciación, alteración por agua,
En México usamos la misma clasificación que la adoptada en Estados Unidos por el Instituto de Fabricantes de Explosivos.
Explosivos permisibles. Los gases venenosos producidos no deben exceder 2.5 pies cúbicos por libra de explosivo (71 litros por 454 g).



CLASE DE GASES
PIES CUBICOS DE GASES VENENOSOS POR CADA 200 g DE EXPLOSIVOS
1
Menos de 0.16
2
0.16 a 0.33
3
0.33 a 0.67


7.2 Diseño de bancos de explotación
Es el conjunto de labores que se llevan a cabo con la finalidad de explotar un material útil.
7.2.1 Criterios para la apertura de un banco y fases de explotación a cielo abierto
Criterios
Identificación del recurso económico (Materia Prima)
Características del yacimiento (Cumple las especificaciones mínimas para su aprovechamiento)
Evaluación de volúmenes (Cuantificar y certificar que el banco de materiales proporcionará las cantidades necesarias de materia prima, que asegure la viabilidad del proyecto en un tiempo determinado)

Fases
Despalme
Es la actividad que permite retirar toda la materia que se encuentra por arriba del material útil, este pudiendo ser capaz de roca alteradas por el ambiente imperante en el lugar, materia vegetal residual e incluso vegetación y construcciones existentes.
La finalidad de este despalme es en primera instancia, adecuar el terreno dejando la roca firme para la perforación y voladura de la misma.
Por otro lado nos permite eliminar en un gran porcentaje la contaminación existente, que pudiera perjudicar nuestro producto final. Y poder garantizar un producto terminado de calidad.

Explotación de banco
Factores que inciden en la selección de método de explotación.
Factor Geológico
Factores Técnicos del Equipo
Factores Regionales y Locales
Factores ambientales
Los factores geológicos que no debemos ignorar.
Tamaño del yacimiento Forma del yacimiento Inclinación del depósito
Límites de explotación Estabilidad de la roca.
Equipo de perforación
Cargado de Voladura
Acarreo y trasporte de Material
Trituración.

Elección de equipo de perforación
Esta elección se realizara con base en a los volúmenes deseados de explotación
A la altura de los bancos deseados
Cuando más altos sean los bancos de explotación, los equipos de perforación, deberán ser más eficiente y de mayor potencia que permita un mejor control en el paralelismo y simetría de la perforación.

Altura de banco
La altura de los bancos estará determinada por las características del yacimiento.
Equipos de perforación con los que se cuenta
Equipo de rezagado a utilizar
El ángulo de inclinación del banco: estará en función del tipo de roca a explotar y la altura del banco previamente definida
Las alturas mayormente utilizadas varían de los 6,9 y 12 mts.
Se recomienda no exceder alturas establecidas por normativas locales y por seguridad.

Pistas y rampas
Los bancos de explotación de rocas, serán tan variables en diseño como las necesidades que pudieran presentar cada una de las operaciones. Por lo cual en el anteproyecto, se deberán especificar las necesidades puntuales de cada uno, para la obtención de los mejores resultados.
Lo anterior nos ayudara a evitar de esta manera los gastos innecesarios de equipos no adecuados para nuestras necesidades.

Ventajas de la explotación a cielo abierto
Mayor concentración de operaciones y gestión más sencilla del recurso humano y de materiales
Mayor producción por explotación
Menor inversión por tonelada producida
Menor costo de operación por tonelada producida
Menor limitación en el tamaño y peso de los equipo



CAPITULO VIII. DESCRIPCIÓN DEL PERSONAL DE LA PLANTA DE ASFALTO "CABA" EN IRAPUATO GUANAJUATO.
Definición.
Se denomina recursos humanos a las personas con las que una organización (con o sin fines de lucro, y de cualquier tipo de asociación) cuenta para desarrollar y ejecutar de manera correcta las acciones, actividades, labores y tareas que deben realizarse y que han sido solicitadas a dichas personas.
En este caso se mencionara la distribución tanto del personal administrativo como el del personal obrero de la planta de asfaltos "CABA" en la ciudad de Irapuato Guanajuato.

El personal obrero que se tiene es de un nivel socioeconómico bajo y con bajo nivel de educación recibiendo un salario bajo y laborando más de las 8 horas. La mayoría del personal que se encuentra cubriendo los puestos de la planta de asfalto es originario de las rancherías cercanas, por lo cual al inicio no tienen la capacitación adecuada para operar la planta, más sin embargo van adquiriendo los conocimientos necesarios los van tomando con el paso del tiempo (no se cuenta con programas de capacitación a personal).
El personal obrero se divide en los siguientes puestos:
Operador principal. (se encarga de operar la planta en el cuarto de control)

Auxiliar de operador. (auxilia al operador tanto en la operación de la planta como en las cuestiones técnicas del cuarto de control)
Supervisor de banda de agregados. (su función es revisar que no pasen agregados con tamaño más grande que el permitido.)
Ayudante general (auxilia en las labores generales de la planta)
Paleros. (su función es recoger con la pala toda la mezcla asfáltica que cae en el piso y colocarla en el camión para reducir desperdicios, siempre y cuando no este contaminado o su temperatura no sea la correcta).

En el caso del personal administrativo se les pide una carrera en administración o afín, en el caso de tener carrera trunca se les pide un conocimiento básico en el paquete Office (Word, Power Point, Excel). En esta empresa se les da la oportunidad a adolecentes para que presten su servicio social auxiliando al personal de archivo y generando los vales de material.
En el personal administrativo se encuentra distribuido en:
Jefe (Propietario de la planta).
Gerente general.
Encargado de planta de asfalto.
Secretaria principal.
Secretaria secundaria.
Archivo y vales de material.
Compras.







Conclusiones y recomendaciones.
En conclusión la conformación de una mezcla para carpeta asfáltica conlleva muchos procedimientos desde los cuales abarca la selección del banco de materiales adecuados para la mezcla, pasando por los trabajos de explotación requeridos para la extracción del material, la trituración del mismo para darle el tamaño adecuado, una vez teniendo el tamaño adecuado del agregado dosificarlo según las especificaciones, el proceso de secado, calentamiento del material y adición del asfalto mediante el bote mezclador de la planta para obtener el producto final. Es un proceso muy interesante y enriquecedor por que abarca muchas actividades diferentes dentro de la ingeniería civil y afines a la misma. Es interesante ver como es la operación de una planta de asfaltos y saber que cada uno de los puestos es importante, desde los paleros hasta el operador de la planta.
Dentro de mis recomendaciones está que se debe de contar con capacitaciones constantes al personal obrero ya que como se mencionó anteriormente tiene bajo grado de estudios y no cuenta con la capacitación suficiente para la operación de la planta de asfaltos.
Inculcar una cultura de seguridad en el personal obrero para que puedan acatar las indicaciones y usar el equipo de seguridad adecuado.









ANEXO FOTOGRAFICO


FOTOGRAFIA 2. QUEMADOR FUNCIONANDOFOTOGRAFIA 2. QUEMADOR FUNCIONANDOFOTOGRAFIA 1. MEZCLADOR Y BANDA DE SALIDA CARPETA ASFALTICA
FOTOGRAFIA 2. QUEMADOR FUNCIONANDO
FOTOGRAFIA 2. QUEMADOR FUNCIONANDO

FOTOGRAFIA 4. VALVULA DE 3 VIAS PARA TUBERIA DE ASFALTOFOTOGRAFIA 4. VALVULA DE 3 VIAS PARA TUBERIA DE ASFALTOFOTOGRAFIA 3. BOTE MEZCLADOR
FOTOGRAFIA 4. VALVULA DE 3 VIAS PARA TUBERIA DE ASFALTO
FOTOGRAFIA 4. VALVULA DE 3 VIAS PARA TUBERIA DE ASFALTO

FOTOGRAFIA 5. TAMIZES PARA ESTUDIO GRANULOMETRICO

FOTOGRAFIA 6. VISTA DE CUARTO DE CONTROL Y PLANTA DE ASFALTO