REOLOGIA DE LOS ASFALTOSREOLOGIA DE LOS ASFALTOS

Reologia del Asfalto

Reologia es la ciencia del flujo que estudia la deformación de uncuerpo sometido a esfuerzos externos.

Las propiedades reologicas se definen a partir de la relaciónexistente entre fuerzas o sistemas de fuerzas externas y surespuesta, ya sea como deformación o flujo.

Todo fluido se va deformar en mayor o menor medida alsometerse a un sistema de fuerzas externas.

Las fuerzas externas se representan matemáticamente como elcortante y a respuesta dinámica del fluido se cuantifica como lavelocidad de deformación

Diagramas de Flujo

Tipos de Fluidos

Existen 3 tipos de fluidos :

• NEWTONIANOS (proporcionalidad entre el esfuerzocortante y la velocidad de deformación).

• NO NEWTONIANOS (no hay proporcionalidad entre elesfuerzo cortante y la velocidad de deformación)

• VISCOELÁSTICOS (se comportan como líquidos ysólidos, presentando propiedades de ambos).

NEWTONIANOS

Cumplen la Ley de Newton, es decir, queexiste una relación lineal entre el esfuerzocortante y la velocidad de deformación.

Hay que tener en cuenta también que laviscosidad de un fluido newtoniano nodependedel tiempo de aplicación del esfuerzo,dependedel tiempo de aplicación del esfuerzo,aunque sí puede depender tanto de latemperatura como de la presión a la que seencuentre.

µµµµ (viscosidad) es constante para este tipo defluidos y no depende del esfuerzo cortanteaplicado.

Agua, aceite

El valor de la viscosidad es la tangente del ángulo queforman el esfuerzo de corte y la velocidad de deformación,la cual es constante para cualquier valor aplicado

En la curva de viscosidad que la viscosidad es constantepara cualquier velocidad de deformación aplicada.

NO NEWTONIANOS

Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que larelación entre esfuerzo cortante y la velocidad dedeformación no es lineal.

Estos fluidos a su vez se diferencian en:

1. Independientes del tiempo de aplicación2. Dependientes del tiempo de aplicación.

Fluidos independientes del tiempo de aplicación.

Estos fluidos se pueden clasificar dependiendo de si tieneno no esfuerzo umbral, es decir, si necesitan un mínimo valorde esfuerzo cortante para que el fluido se ponga enmovimiento

FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS:

Este tipo de fluidos se caracterizan poruna disminución de su viscosidad, y de suesfuerzo cortante, con la velocidad dedeformación. Su comportamiento sepuede observar en las siguientes curvas

Fluidos independientes del tiempo de aplicación.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS

Los fluidos tixotrópicos se caracterizan por un cambio desu estructura interna al aplicar un esfuerzo. Esto producela rotura de las largas cadenas que forman sus moléculas

Dichos fluidos, una vez aplicado un estado de cizallamiento(esfuerzo cortante), sólo pueden recuperar su viscosidad(esfuerzo cortante), sólo pueden recuperar su viscosidadinicial tras un tiempo de reposo. La viscosidad vadisminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve aaumentar al cesar dicha fuerza debido a la reconstrucciónde sus estructuras y al retraso que se produce paraadaptarse al cambio.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS

Reologia del Asfalto

Estudios de los cambios en la forma y el flujo de la materiaabarcando, elasticidad, viscosidad y plasticidad

Curvas de Deformación Vs Tiempo ( Creep)

Índice de Flujo Complejo

El comportamiento de los fluidos no Newtonianos, puede serdescrito mediante la ley de Potencia , basada en la ley deWaele Oswald

C es el índice de flujo complejo. ES UNA MEDIDA DELGRADO DE APARTAMIENTO DEL FLUIRNEWTONIANO

Este índice está íntimamente relacionado con laconstitución de los asfaltos y con la durabilidad de losmismos|

Índice de Flujo Complejo

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Reologia

Ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerposometido a esfuerzos externos

“La resistencia derivada de la falta de deslizamiento de laspartes de un líquido es proporcional a la velocidad con quese separan unas de otras dentro de él”. Esta necesidad dedeslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad”,deslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad”,sinónimo de fricción interna. Dicha viscosidad es una medidade la resistencia a fluir

La fuerza por unidad de área que se requiere para elmovimiento de un fluido se define como F/A y se denotacomo “ σσσσ” ( tensión o esfuerzo de cizalla). Según Newtonla tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcionalal gradiente de velocidad (du/dy), o también denominadocomo D. Si se duplica la fuerza, se duplica el gradiente develocidad:

Ddy

du·· µµτ ==

Esta fórmula se denomina Ley de Newton [2], que esaplicable actualmente aún para unos fluidosdeterminados (Newtonianos). La glicerina y el agua sonejemplos muy comunes que obedecen la Ley de Newton.Para la glicerina, por ejemplo, la viscosidad vale 1000mPa·s, en cambio para el agua la viscosidad vale 1mPa·s, es decir, es mil veces menos viscosa que laglicerina.

dy

Curvas de deformación Vs TiempoCurva de Flujo

Esfuerzo de corte

Velocidad de deformación

Diagrama de Curvas de flujo de los cementos asfálticos

Pesudoplàstico Viscoelastico Tixotropico

Indice de flujo complejoDetermina el grado de apartamiento de fluir Newtoni anoC es la pendiente de graficar el log del corte Vs e l log de la velocidad de fluirFlujos newtonianos c = 1Asfaltos tipo Sol el Indice de flujo complejo es pr óximo a 1.A medida que C disminuye aumento en grado de gelif icaciónA medida que los asfaltos envejecen el C disminuye���� Aumento de asfaltenos

Aumento de la consistencia de los mismosAumento de la consistencia de los mismos

Susceptibilidad TérmicaCambios de consistencia por efectos de la temperatu ra Los Asfaltos son termoplásticos

– A Bajas Tº Sólido rígido– A Tº Intermedias Viscoelastico– A Altas Tº Líquido Viscoso

Asfaltos sometidos a Soplado por aire: Baja suscept ibilidad térmica - No han tenido buen comportamiento en obras térmica - No han tenido buen comportamiento en obras viales

Métodos para determinar la Susceptibilidad Térmica

Ip = Indice de Penetración Graficar el logaritmo decimal de la penetración en función de la temperatura

La pendiente de la recta que se obtiene es una medi da de la susceptibilidad térmica

Determinación de la T° para T 800 e Ip

Ip

Ensayos sobre el residuo

P25 =31 0.1 mm

T800 = 54 °C

Significado de Ip

El ip es un indicador del caracter reológico de lo s asfaltos y de su naturaleza coloidal

Ip inferior a -2 indica comportamiento Sol. Alta s usceptibilidad tèrmicaIp superior a +2 indica comportamiento Gel . Baja s usceptibilidad térmica

La mayor parte de los asfaltos empleados en pavimen tos esta en en la zona intermedia -1 alta susceptibilidad+1 baja susceptbilidadNuevo Ip menor a 1Viejo Ip 1 o mayor a 1

Caracterización dinámica de materiales

Dinámica: Cargas que producen solicitaciones dinámi cas (aparecen y desaparecen) producidas por el tránsito

Controles en un pavimento:

En la subrasante se controlan las deformaciones.En la carpeta asfálticas se deben controlar la fati ga

FATIGA: Degradación del material por repetición de cargas hasta producir falla

Espesor carpetaModulos Para cada Capa BaseRelación de Poisson Subbase

SubrasanteCaracterizar cada capa -- ���� módulos determinamos mediante ensayos dinámicos

σ

σ2

σ

N2 N1 N

σ1

N

Modulo Dinamico de las mezclas asfálticas

E = σ = Esfuerzo Los esfuerzos son dinámicos

ε Deformación

Curva Esfuerzo Vs TiempoCurva de Deformacion Vs Tiempo

Módulos dinámico del Asfalto (Stiffness) :Rigidez de l asfalto, Ensayo de tracción Indirecta por compresión diametr al.Consiste en aplicar sobre una probeta cilindrica ti po Marshall dos fuerzas distribuidas a lo largo de sus generatri ces, siendo las solicitaciones de caracter dinámico, bajo condi ciones establecidas de , tiempo de aplicación de carga (fr ecuencia), temperatura, espesor carpeta.

Investigaciones de la Shell demostraron que la rigi dez de la mezcla asfáltica depende de la rigidez del asfalto, r elaciones volumetricas de los agregados, asfalto y vacios en la mezcla.

Determinación del Sttifness del asfalto.

Es función de dos tipos de parámetros: Parametros del Asfalto:� T800 (1/10mm) temperatura para la cual la penetraci ón del � T800 (1/10mm) temperatura para la cual la penetraci ón del asfalto es de 800 decimas de mm.�Ip . Parámetro que indica la susceptibilidad térmic a del asfalto.Parametros o condiciones de Servicio.�Temperatura de servicio o de la mezcla, determinada en función de la T°media del aire ponderada y del espe sor de la capa asfaltica�Tiempo de aplicación de la carga