variables que impactan en la visco-elasticidad de un asfalto … · 2016-10-17 · buenas...

Variables que impactan en la visco-elasticidad de un Asfalto

modificado.

Gabriel Hernández

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Introducción.

¿Porque se degrada el asfalto

en los pavimentos?

Introducción.

¿Porque se degrada el asfalto

en los pavimentos?

Cambio en su composición.

Introducción.

¿Porque se degrada el asfalto

en los pavimentos?

Cambio en su composición.

Fallas en su control de diseño:

Rigidez, recuperación elástica y

resistencia al cracking térmico.

Introducción.

¿Porque se degrada el asfalto

en los pavimentos?

Cambio en su composición.

Fallas en su control de diseño:

Rigidez, recuperación elástica y

resistencia al cracking térmico.

Reutilización del pavimento

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.El Asfalto experimenta cambios físicos importantes por efecto de la

temperatura.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.Los procesos de refinación del petróleo han cambiado para mejorar la

extracción de componentes que han llevado a otra Calidad en los

asfaltos.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN DEL ASFALTO SE VE

INFLUENCIADA SU VISCOSIDAD.

h = ________p r t P4

8 L V…………. Ec. (1)

Ecuación de Poiseuille:

Donde:

h = Viscosidad del material a una temperatura definida.

r = radio de un tubo de longitud L.

V = Volumen de líquido que fluye por el capilar.

t = Tiempo en el que se llevó a cabo el flujo del material.

P = Presión aplicada.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

A SU VEZ LA VISCOSIDAD SE VE INFLUENCIADA POR LA

TEMPERATURA.

Ecuación de EYRING.

log h = + BA

TEc.…….(2)

Donde:

h = Viscosidad del material.

T = Temperatura de prueba.

A y B = Constantes características del material.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

EL PROTOCOLO AMAAC Y ALGUNAS OTRAS NORMATIVAS PROPONEN INTERVALOSDE VISCOSIDAD QUE SE USAN COMO CRITERIOS PARA EL MANEJO DEL ASFALTO ENMEZCLAS CONVENCIONALES.

TEMPERATURA INTERVALO DE VISCOSIDAD, Pa.s

Asfaltos vírgenes.

Temperatura de mezclado 0.15 a 0.19

Temperatura de compactación 0.25 a 0.31

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.Anteriormente se veía congruencia con los límites de viscosidad Vs.

Temperatura.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

Hoy es mas frecuente ver asfaltos que se salen del comportamiento

normal.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

Esta modificación en la obtención del Asfalto ha originado cambios en su

composición.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

IA =Resinas + Asfaltenos

Saturados + Aromáticos

o Uno de los parámetros relacionados con la composición del asfalto que

se usa como guía para predecir el comportamiento del asfalto es el

índice de Gaestel (también conocido como índice de inestabilidad

coloidal).

o En términos generales un asfalto con IA menor a 1.8 garantizará

mejores resultados de durabilidad, viscosidad y facilidad de

modificación con polímeros de SBS

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.Esta modificación en la obtención del Asfalto ha originado cambios en su

composición.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.Los componentes aromáticos han tenido una tendencia a la baja.

Mientras que las resinas polares han tenido una tendencia a la alta.

Cambios físicos y químicos

importantes en el Asfalto.

Ventajas en el uso del asfalto

modificado.

Además de mejorar del grado PG, se persigue que los polímeros den

aporte en recuperación elástica para reducir deformaciones.

Los polímeros deben tener la

capacidad de modificar asfaltos

de diferentes fuentes.

Cuando los polímeros que modifican el Asfalto no son compatibles se

separan con el tiempo.

¿Como sabemos si contamos

con un buen asfalto?.

Lo que no se mide no se controla. Afortunadamente con la ayuda de técnicas de

caracterización analítica y reología podemos conocer el asfalto y como mejorarlo

para garantizar un desempeño adecuado.

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Materiales utilizados.

Tipos de asfalto caracterizados por análisis Iatroscan

Variable de

composición

Asfalto Americano

PG 64-22(Marathon-Catlettsburg, KY)

Asfalto Mexicano PG

64-16(PEMEX-Ciudad Madero)

Asfalto obtenido de

bancos de RAP

Saturados, % peso/peso 5.6 9.8 3.1

Aromáticos, % peso/peso 39.5 15.3 13.1

Resinas, % peso/peso 32.6 43.1 69.8

Asfaltenos, % peso/peso 22.3 31.8 14.0

IA 1.2 2.9 5.2

Tipos de asfalto caracterizados por análisis Iatroscan

Materiales utilizados.

En la gama de elastómeros SBS existen diferentes estructuras para

diferentes aplicaciones del asfalto modificado.

Polímeros utilizados.

Polímeros utilizados.

Para los experimentos de este estudio se utilizo un elastómero SBS radial

de composición 30/70 % en peso de estireno/butadieno

Polímeros utilizados.

Composición de plastómero EGA (polietilen-glicidil-acrilato).

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Razones que motivan al

uso de RAP.

El uso de RAP (Pavimento reciclado

fresado “Reclaimed Asphalt Pavement“)

en formulaciones de pavimentos puede

ser considerado una aplicación

sustentable dentro del sector de

construcción de estas.

Entendiendo por aplicación “sustentable”

aquella que cubre necesidades del

presente sin comprometer la habilidad

de futuras generaciones por cubrir sus

propias necesidades.

Recursos obtenidos en el

RAP reciclado.

Muestreo de los

bancos de RAP.

Separación de Asfalto del

RAP.

Efecto combinado utilizando asfalto

del RAP y asfalto virgen.

Debido al alto contenido de asfaltenos y resinas en el Asfalto del RAP

combinado con Asfalto virgen incrementa el modulo reológico.

Efecto combinado utilizando

asfalto del RAP y asfalto virgen.

El asfalto obtenido del RAP y combinado con asfalto virgen vuelve rígida

la mezcla a medida que aumenta su contenido y se observa en el

disminuciones del ángulo de fase reológico.

Efecto combinado usando

asfalto del RAP con asfalto

modificado con SBS.El elastómero SBS radial ofrece un efecto de sinergia en combinación con el Asfalto

del RAP incrementa el modulo de corte reológico en la mezcla asfáltica.

Efecto de combinación del Asfalto

extraído del RAP y combinado con

ligantes asfálticos.

Los elastómeros de SBS permiten obtener un mayor control del grado PG,

particularmente del grado PG negativo.

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Variables relacionadas con la

formación de roderas: rigidez y

recuperación elástica.

No obstante en el fenómeno de formación de roderas no solo el estudio de

la rigidez es importante.

Variables relacionadas con la

formación de roderas: rigidez y

recuperación elástica.

La resistencia a la formación de roderas en el pavimento asfáltico no solo

depende de la dureza; sino también de la recuperación elástica y esta

propiedad la imprime el asfalto, no el agregado pétreo.

¿Recuperación elástica?.

Recuperación elástica

torsional.

Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de

deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de

deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

Recuperación elástica

torsional.

Recuperación elástica

torsional.

Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de

deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de

deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

Recuperación elástica

torsional.

Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de

deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

Recuperación elástica

torsional.

Recuperación elástica final después

de un esfuerzo múltiple (MSCR).

Incluye la simulación de esfuerzos repetidos a la temperatura máxima que

en teoría garantiza el asfalto su desempeño.

Recuperación máxima en el

nivel final mas alto de

deformación múltiple.

La compliance reológica (Jnr) es inversamente proporcional a la rigidez,

pero esta relacionada con la parte que no recupera después de

deformaciones múltiples en esfuerzos variados y temperatura de prueba,

además de que el asfalto ha sido envejecido por RTFO

El método AASHTO M332 surge

como una nueva propuesta en

Estados Unidos para medir el recobro

elástico de un asfalto.

Esta especificación monitorea el cumplimiento de la recuperación elástica

del asfalto ante múltiples esfuerzos a diferentes temperaturas.

Sin embargo, algo que no debemos de perder de vista es la viscosidad

del asfalto, ya que podemos rigidizar y hacer muy elástico al ligante

asfáltico pero poco o nada procesable.

El método AASHTO M332 surge

como una nueva propuesta en

Estados Unidos para medir el recobro

elástico de un asfalto.

Jnr Vs recuperación elástica.

Monitoreo de comportamiento elástico de tres asfaltos vírgenes a tres

temperaturas de prueba 64°C, 70°C y 76°C.

Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en

asfalto EKBE PG 64-16 de origen para llegar a PG 76-16.

Jnr Vs recuperación elástica.

Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en

asfalto Americano de origen PG 64-22 para llegar a PG 76-22.

Jnr Vs recuperación elástica.

Jnr Vs recuperación elástica.

Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en

asfalto EKBE PG 64-16 incorporando 2 niveles de asfalto de RAP a tres

temperaturas de monitoreo de 64, 70 y 76°C.

Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en

asfalto Americano PG 64-22 incorporando 2 niveles de asfalto de RAP a

tres temperaturas de monitoreo de 64, 70 y 76°C.

Jnr Vs recuperación elástica.

Agenda.

I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto.

II. Materiales utilizados.

III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del

asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP.

IV. Estudios de recuperación elástica en materiales

asfálticos.

V. Conclusión.

Conclusiones.

En este trabajo se trataron cuatro conceptos a considerar en la eleccióny control de un ligante asfáltico que será utilizado en la construcción deun pavimento.

1. Composición del asfalto.

2. Control en su rigidez a través del módulo decorte reológico.

3. Control de su recuperación elástica.

4. Estudio y elección del sistema polimérico quepermita cumplir con las propiedades (2) y (3)mencionadas antes.

Conclusiones.

Actualmente contamos con asfaltos menos aromáticos y mas resinosos,esto hace que sean materiales muy rígidos, difíciles de modificar conpolímeros y sobre todo de una vida útil corta.

¿Qué se puede hacer para mejorar el asfalto? Utilizar aditivos quemejoren el contenido aromático del asfalto (rejuvenecedores); y/o,elegir un polímero adecuado que no rigidice tanto al asfalto, pero que ala vez brinde una alta recuperación elástica.

Conclusiones.

Es importante tener una visiónsustentable con un alto enfoque decalidad. El uso de RAP permite obteneruna fuente de asfalto que puede sercombinable con asfalto virgen omodificado.

Es importante tener en cuenta hastacuanto se puede hacer uso de RAP sinsacrificar las propiedades reológicas en loslímites permitidos de módulo de cortereológico y Jnr, que garantizaranresistencia del pavimento a deformacionesy recuperaciones elásticas cuando estásocurran.

Conclusiones.

Finalmente, el nuevo método de AASHTO M332 exige una combinaciónde rigidez y recuperación elástica en el ligante asfáltico que garantizasu durabilidad.

Se ha visto que los asfaltos modificados con permiten conseguir muybuenas propiedades dentro de esta norma, solo hay elegir el mejor tipode polímero para el asfalto que se pretende modificar, y no perder devista la viscosidad del asfalto modificado, porque aunque este tengauna rigidez adecuada y una elevada recuperación elástica de nada sirvesi no se puede procesar o bombear.

Muchas graciasGabriel Hernández Zamora

Grupo Dynasolgabriel.hernandez@Dynasol.com

www.dynaolelastomers.com