Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente contar con un ligante de mejores características adhesivas.

Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en proporción, sus propiedades pueden influir de manera significativa en su comportamiento. El tipo de mezcla será el que, en gran medida, determine la contribución hecha por el ligante sobre todo el conjunto. Generalmente, las propiedades de las mezclas con granulometría continua dependen del enclavamiento o trabazón de los áridos, mientras que las preparadas con altos contenidos de mortero asfáltico dependen más de la rigidez de la proporción de ligante, polvo mineral y arena.

A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue a reblandecerse, facilitando la deformación de la mezcla (ahuellamiento). El riesgo de aparición de estas deformaciones es aún mayor en pavimentos sometidos a la circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y sin tener en cuenta otros factores que pueden influir, se puede disminuir la probabilidad de aparición de estas deformaciones aumentando la rigidez del ligante mediante el empleo de un asfalto más duro.

Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se vuelve relativamente rígido y va perdiendo poder de resistencia a las tensiones, volviéndose frágil y siendo susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para absorber las solicitaciones inducida por el tráfico. Disminuyendo la dureza del asfalto, se minimizará el riesgo de fallo por fragilidad.

Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de buscar comportamientos globales satisfactorios de la mezclas bituminosas, la elección del asfalto adecuado para cada tipo de mezclas se vuelve un compromiso entre ambos extremos; ahuellamiento a altas temperaturas y fisuramiento por fragilidad térmica a bajas temperaturas. Donde mejorando el comportamiento a altas temperaturas, se influye negativamente en el comportamiento a bajas temperaturas. 

Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural (monómero).

Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas. (Ejemplos: EVA, SBS)

Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad.

Dentro de estos tenemos:

• EVA: etileno-acetato de vinilo.
• EMA: Etileno-acrilato de metilo
• PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena resistencia térmica, como también buen comportamiento a bajas temperaturas.
• PP: (Polipropileno).
• Poliestireno: no son casi usados.

Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su posición original, es decir, son elásticos.

Dentro de estos tenemos:

• Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son ejemplos de polímeros orgánicos e inorgánicos naturales
• SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico. Este es el más utilizado de los polímeros para la modificación de los asfaltos, ya que este es el que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica.
• SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora ácido acrílico
• EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes químicos.

Termoendurecibles: estos tienen muchos enlaces transversales que impiden que puedan volver a ablandarse al calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos las resinas epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al 20%, son muy costosas y se utilizan para casos especiales (ejemplo: playa de camiones)

Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella.

Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros.

El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son:

• Mayor intervalo de plasticidad(diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass)
• Mayor cohesión.
• Mejora de la respuesta elástica.
• Mayor resistencia a la acción del agua.
• Mayor resistencia al envejecimiento.

Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores:

• Tipo y composición del polímero incorporado.
• Característica y estructura coloidal del asfalto base.
• Proporción relativa de asfalto y polímero.

Para que los asfaltos con polímeros consigan las prestaciones óptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polímeros sean compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. Cada polímero tiene un tamaño de partícula de dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por encima de esta el polímero solo actúa como un filler; y por debajo de esta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia.

Para analizar la compatibilidad de los polímeros con el asfalto base tenemos:

1. Criterio del índice de IMAMURA.
2. Mediante tablas de solubilidad.

En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos especializados para la preparación de A.M.P, estas centrales producen asfaltos modificados con polímeros que alcanzan altas prestaciones.

En razón que los asfaltos presentan un comportamiento reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero incrementa su componente elástica. Los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos modificados, de ahí que deba recurrirse a otros tipos de ensayos. Un método que ha sido adoptado en muchos países de Europa, es el de "Recuperación elástica", basado en el ensayo convencional de "Ductilidad".

Hasta el momento no se tiene conocimiento de una especificación para asfaltos modificados con polímeros modificados por parte de instituciones oficiales. Sí se conocen especificaciones que se ajustan a determinados productos comerciales; en estas especificaciones se incluyen, entre otros ensayos, el "Punto de fractura Fraass" y el ensayo de "Recuperación elástica".

Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio; los campos de aplicación más frecuentes son:

• Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada viscosidad para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).
• Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de polímeros en este tipo de mezclas es para aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la rapidez de aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de tráfico. Estas se utilizan para trabajos de conservación de rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia y con una buena textura superficial.

La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad, elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polímeros.

La buena textura superficial para mejorar la adherencia de los vehículos se consigue mediante una granulometría discontinua (discontinuidad 2-6mm)

En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa subyacente (esta también influye en la durabilidad). Estas también deben ser resistentes, para soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los áridos.

Estas mezclas son denominadas también microaglomerados y tienen espesores menores a los 30 mm.

En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con el fin de reducir la posibilidad de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán asfaltos modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza elástica, para que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.

Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos modificados con asfaltos modificados con polímeros son capaces de asimilar mayores tensiones iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla convencional.

• Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los A.M.P y las emulsiones con ellos fabricadas, son adecuados para riegos en vías de fuerte intensidad de tráfico y/o en zonas climáticas de temperaturas extremas, porque el ligante debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura y una buena susceptibilidad térmica, con el fin de evitar exudación del ligante durante el verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno.
• Membrana absorbente de tensiones: estas membranas tienen como misión retardar la propagación de fisuras de un firme a un nuevo refuerzo, por lo que deben estar fabricadas con A.M.P para tener buena resistencia mecánica, resiliencia y flexibilidad para absorber las tensiones provocadas por el movimiento de las fisuras del firme.

En función de no contar con experiencias muy válidas en cuanto a la durabilidad de mezclas bituminosas modificadas con polímeros, se hacen necesarios implementar métodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento.

Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y largo plazo se emplean los métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research Program).

Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros componentes de los asfaltos durante su funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el calentamiento de la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la muestra para luego ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos polímeros y falsear los resultados.

Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos ocurre durante los procesos de mezclado y colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el pavimento (envejecimiento a largo plazo).

Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y RTFOT.

Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el envejecimiento PAV.

En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para el largo plazo el LTOA.

Se han realizado ensayos (los mencionados precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas bituminosas modificadas con polímeros llegando a la conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento más bajo que los convencionales.

A manera de conclusión se pueden enumerar una serie de ventajas y desventajas de los asfaltos modificados con polímeros.

1. Disminuye la suceptibilidad térmica

• Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamiento.
• Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.

1. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad.
2. Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas.
3. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas.
4. Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla.
5. Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado.
6. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagación de las fisuras.
7. Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante, pues los sitios más activos del asfalto son ocupados por el polímero.
8. Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio, demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades características.
9. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación.
10. Fácilmente disponible en el mercado.
11. Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado.
12. Mayor resistencia al derrame de combustibles.
13. Reduce el costo de mantenimiento.
14. Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.
15. Aumenta el módulo de la mezcla.
16. Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo.
17. Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas asfálticas.
18. Permite un mejor sellado de las fisuras.
19. Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas moderadas.
20. No requieren equipos especiales.

1. Alto costo del polímero.
2. Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles con el asfalto base (existen aditivos correctores).
3. Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la mezcla.
4. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios.
5. La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su rápido endurecimiento

Evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto modificado, sin embargo, si hacemos un análisis del costo a largo plazo (es decir, la vida útil de la vía); podemos concluir que el elevado costo inicial queda sobradamente compensado por la reducción del mantenimiento futuro y el alargamiento de la vida de servicio del pavimento.

1)-The asphalt Institute. Manual del asfalto. Bilbao.Ediciones Urmo, 1973.

2)-Comisión permanente del asfalto de la Republica Argentina. Vigesimo Octava Reunión del Asfalto. Buenos Aires, Argentina, 1995.

3)-Revista Rutas. Madrid. Edita: Revistas de la Asociación Técnica de Carreteras, Diciembre de 1997.

4)-Construcciones Pan-Americana. Guía Mundial del Comprador Internacional Buyer’s Guide. Mayo 2003.

5)- Revista Carreteras. Asociación Argentina de Carreteras. Mayo 1993.

6)-Bocco, Zanon. Mezclas Asfálticas y Aridos Triturados. Trabajo Final UCC. Diciembre de 2000

7)-A.Chiman, L.Sanabria, L.Hernandez, L.Chiman. Evaluación de las Propiedades de Asfaltos Modificados con Polímeros Activados. Corporación para la Investigación y Desarrollo en Asfaltos en el Sector de Transporte e Industrial Corasfaltos.

8)- J.Agnusdei, O.Iosco. Durabilidad de Mezclas Asfáltica Preparadas con Ligante Modificados con Polímeros. Comisión de Investigaciones Científicas. Lemit. Buenos Aires, Argentina.

INTERNET

2)-www.asphaltinstitute.org

3)-www.cpasfalto.org

4)-www.styrelf.com.es

Este ensayo se utiliza para la clasificación de los asfaltos. Este es un método antiguo y empírico que consiste en:

• Calentar un recipiente con cemento asfáltico hasta llevarlo a una temperatura de 25ºC (77ºF), en un baño de agua a temperatura controlada.
• Se apoya ulna aguja normalizada, de 100 gr. Sobre la superficie del cemento asfáltico durante 5 segundos.
• La medida de penetración es la longitud que la aguja penetró en el cemento asfáltico (unidades de medida 0.1mm).

Los asfaltos de diferentes tipos reblandecen a temperaturas diferentes. El punto de reblandecimiento se determina usualmente por el método de ensayo arbitrario de anillo y bola. Aunque este ensayo no se incluye en las especificiones para los asfaltos de pavimentación, se emplea frecuentemente para caracterizar los materiales más duros empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura en la cual los asfaltos se hacen fluidos.

El ensayo consiste en:

• Llenar de asfalto fundido un anillo de latón de dimensiones normalizadas.
• La muestra se suspende en un baño de agua. Y sobre el centro de la muestra se sitúa una bola de acero de dimensiones y pesos especificados.
• A continuación se calienta el baño a ulna velocidad determinada
• Se anota la temperatura en la cual la bola de acero toca el fondo del vaso de cristal. Esta temperatura se denomina punto de ablandamiento del asfalto.

Los procedimientos y aparatos necesarios para la realización de este ensayo se describen con detalle en los métodos AASHO T53 y ASTM D36.

La ductilidad se mide en un cemento asfáltico con un ensayo del tipo "de extensión".

El ensayo consiste en:

• Se moldean probetas de asfálto en condiciones y medidas normadas.
• Se la lleva a la temperatura del ensayo (generalmente 25º C)
• Se separa ulna parte de la probeta de la otra a una velocidad de 5cm/min, hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra.
• La ductilidad es la distancia en cm a la cual se rompe dicho hilo.

Este ensayo está basado en el ensayo de Ductibilidad.. En éste se emplea la misma técnica para la preparación de las muestras y elmismo equipo para realizar el ensayo.

• La muestra es estirada a ulna velocidad de 5 cm/min, hasta ulna distancia de 20 cm.
• El hilo se corta al medio y al cabo de 30 min. Se mide la recuperación elástica.
• Se expresa la recuperación elástica como un porcentaje de la deformación aplicada.

El ensayo de acuerdo a las distintas especificaciones, puede realizarse a ulna temperatura de 7ºC, 13ºC y a 25ºC.

Si la rotura del hilo se produce antes de los 20 cm, se tomará esta distancia para el cálculo de la recuperación elástica.

Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En este ensayo, una lamina metálica es recubierta con una capa de 0,5 mm de espesor de asfalto y es movida de una cierta manera. La temperatura es gradualmente reducida, y el valor al cual se produce la rotura de la capa de asfalto se denomina Temperatura Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con que se obtuvo el asfalto.

O ensayo de pelicula delgada en horno. Esto no es en realidad un ensayo, sino que es un procedimiento destinado a someter a uulnamuestra de asfalto a condiciones e endurecimiento aproximadas a aquellas que ocurren durante las operaciones normales de ulna planta de mezclado en caliente. Para medir la resistemcia al endurecimiento del material bajo estas condiciones, se hacen al asfalto ensayos de penetración o de viscosidad antes y después del ensayo.

El ensayo consiste en:

• Colocar ulna muestra de 50 ml de cemento asfáltico en un recipiente cilíndrico de fondo plano de 140 mm de diámetro interno y 10 mm de profundidad.
• El espesor de la capa de asfalto debe ser de 3 mm aproximadamente.
• El recipiente que contiene la muestra se coloca en un plato que gira alrededor de 5 o 6 revoluciones por minuto durante 5 hs. Dentro de un horno mantenido a 163ºC.
• Luego se vuelca el cemento asfáltico dentro e un recipiente normalizado para hacerle el ensayo de penetración y el de viscosidad.

O ensayo de película delgada rodate en horno. Este ensayo es ulna variante del ensayo TFOT, el propósito es el mismo, pero cambian los equipos y los procedimientos del ensayo.

El ensayo consiste en:

• Se vuelca cierta cantidad de cemento asfáltico en un recipiente.
• Se coloca el recipiente en un soporte que gira a cierta velocidad alrededor de un eje horizontal en un horno mantenido a ulna temperatura de 163ºC.

Al rotar el frasco, el cemento asfáltico es expuesto constantemente en películas nuevas. En cada rotación el orificio del frasco de la muestra pasa por un chorro de aire caliente que barre los vapores acumulados.

El tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de endurecimiento en la muestra es menor que para el ensayo TFOT.

Este ensayo se utiliza para determinar el envegecimiento a largo plazo en asfaltos.

El ensayo consiste en:

• Someter al residuo proveninte del RTFOT a un calentamiento adicional de 100ºC durante 20 horas.
• Este se realiza en un recipiente a 2,1 MPa

Este ensayo se utiliza para determinar el envegecimiento a corto plazo de mezclas asfálticas. Este ensayo ha sido adoptado por el SHRP (Strategic Highway Research Program).

Este ensayo consiste en someter a ulna muestra recién preparada y en estado suelto a un calentamiento en estufa con circulación forzada de aire mantenida a 135ºC, durante 4 horas.

Este ensayo se utiliza para determinar el envegecimiento a largo plazo en mezclas asfálticas.

El mismo consiste en moldear, con la mezcla previamente envegecida durante 4 horas a 135ºC. Probetas con el compactador giratorio y posteriormente someter a la misma a un calentamiento en estufa con circulación forzada con aire durante 5 días a 85ºC.

La especificacion desarrollada por la Sociedad de Investigaciones Viales de Alemania¹²

Incluye un ensayo que permite controlar la homogeneidad del asfálto modificado luego de un calentamiento prolongado, tratando de simular lo que ocurre en el almacenaje en obra, verificando de que no haya separación del polímero del asfálto.

El ensayo consiste en:

• Colocar la muestra de asfalto modificado en un recipiente de forma cilíndrica.
• El recipiente, con la muestra, es mantenido a 180ºC. Durante tres días.
• Al cabo del período se determina el punto de ablandamiento en el tercio superior y en el tercio inferior del contenido en el recipiente.
• La diferencia entre ambas determinaciones no debe ser superior a los 2ºC.

Los usoso a los cuales estarían destinados los distintos grados son:

Grado 45: Mástic asfáltico o capas de bases.

(NOTA: El Mástic asfáltico o pasta asfáltica es ulna mezcla de 50 a 70 partes de asfalto de alta consistencia con polvo de roca; y es utilizado para la realización de juntas y cubrejuntas de adoquinados).

Grado 65: carpetas de rodamiento. Capas drenantes insonorizadas. Capas de bases y rodamientos en aeropuertos.

Grado 80: Carpetas de rodamiento finas.

CUALQUIER CONSULTA SOBRE LA MONOGRAFÍA: