CARACTERIZACIÓN FUNCIONAL DE LA ADHESION DE LOS CEMENTOS ASFALTICOS

UTILIZADOS EN CHILE MEDIANTE EL PROCEDIMIENTO UCL®

Gonzalo Valdés V. (*)Alejandra Calabi F.Rodrigo Osses P.

Universidad de La Frontera, Chile

Rodrigo Miró R.Universidad Politécnica de Cataluña, España.

Pauta de la Presentación• Introducción

- Contexto y descripción del estudio

• Etapa Experimental- Metodología

- Materiales utilizados

• Análisis de Resultados

• Conclusiones

IntroducciónLongitud Red Vial

Nacional77.571 Km

94%

6%

Asphalt Intitute, 2007; MOP, 2013

Chile90%

Desarrollar o Implementar procedimientos para mejorar la eficiencia del desempeño de los materiales componentes de los pavimentos asfálticos tendrá

siempre un gran impacto en el desarrollo del país.

?

T=$$

Sólido- elástico

Viscoelastico Viscosoε

0ºC 4ºC 25ºC 60ºC 135ºC

mezcladoCompactaciónTemperatura intermediaClima frío Clima cálido bombeo

t

Dada la complejidad del LA, tradicionalmente la caracterización de su comportamiento se ha realizado básicamente por medio de ensayos simples, evaluando parcial o indirectamente solo las propiedades del LA.

Estos procedimientos no evalúan la cohesión (adhesión) o capacidad del LA de mantener unidas las partículas de árido en una mezcla asfáltica (Perez y Miró, 2002).

• El ligante asfáltico es un material orgánico, proveniente mayoritariamente de la destilación del petróleo. Es altamente dependiente del tiempo y magnitud de carga y de la temperatura (Asphalt Institute, 2007; Leuseur, 2009, Read et al ,2003 entre otros).

Introducción

Introducción

Loss of aggregate on surface wearing

Ravelling (surface stripping)

Asphalt Pavement Distress Summary, Asphalt Institute,

2013

Fatigue cracking caused by stripping at the bottom of the HMA layer. “Pérdida de Capacidad

Adhesiva del Ligante Asfáltico”

• Deterioros involucrados en pavimentos asfálticos

Fatigue Block cracking

¿Qué pasa con la adhesión ligante – árido?

¿Siempre el ligante presenta la misma capacidad de adhesiva

independiente del árido?

……y la forma del árido?

………y la susceptibilidad térmica?????

¿Los procedimientos normados en Chile actualmente evalúan

esto?

¿se puede evaluar fácilmente???

IntroducciónObjetivos del estudio

Evaluar la capacidad adhesiva de asfaltos chilenos en su

interacción en la matriz árido-ligante

Evaluar la susceptibilidad térmica en el desempeño del

ligante a la adhesión

Metodología SimpleUCL ®

Etapa ExperimentalEvaluación funcional de la adhesión de los cementos asfálticos chilenos en la

matriz árido - ligante

Fabricación de probetas

UCL®

Caracterización de

MaterialesC.A.

(5 tipos)

Áridos(3 tipos)

Procedimiento UCL®

Acondicionamiento de

probetas UCL® Curvas de

EstadoAnálisis de Resultados

Análisis de forma

Etapa ExperimentalMETODOLOGÍA UCL®

(Método Universal de Caracterización de Ligantes)

• Desarrollada en el Laboratorio de Caminos de la UPC para medir la capacidad de adhesión de los CA

• Mide la capacidad de adhesión de los ligantes asfálticos en base a la valoración de la resistencia a la disgregación que el ligante proporciona a una mezcla patrón.

• Considera diferentes temperaturas de acondicionamiento que permiten definir curvas de estado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-30 -10 10 25 40 60TEMPERATURA (°C)

PER

DID

AS A

L CA

NTA

BRO

(%)

FRÁGIL

FASES DE COMPORTAMIENTO DEL BETUN

ELASTOPLÁSTICO INCONSISTENTE

Etapa ExperimentalMETODOLOGÍA UCL®

(Método Universal de Caracterización de Ligantes)

Tº = 25ºC - 300 rev.

Peso de áridos entre 2,5-5 mm = 720 g (80%)Peso de áridos entre 0,63-2,5 mm = 180 g (20%)Peso de ligante sobre árido = 40,5 g (4,5%)

3 Probetas Marshall x Tº de ensayoCompactación: 50 golpes por cara

Etapa Experimental

• Materiales utilizadosCementos Asfálticos

- CA 14

- CA 24(1)

- CA 24(2)

- CA MP

- CA AM

Etapa Experimental

• Materiales utilizadosAgregados pétreos

(3 Tipos, 1 de cantera, AC, y 2 de origen fluvial, AF1 y AF2)

• Árido de Cantera (AC): Chancado de cono. Compuesto de un 39% de Plagioclasa, 5% de Piroxenos y un 2% de minerales opacos los cuales son minerales primarios 30% de Cuarzo, 22% de Biotita y un 1% de óxidos de hierro.

• Áridos Fluviales: AF1: forma irregular(Chancado de cono)• AF2: forma cúbica(Chancado de impacto)• Compuestos principalmente por partículas de dolomita, basalto,

dacitas, andesitas, riolitas, arenisca, cuarzo y cuarcita.

AC AF1 AF2

Ensayos AC AC AF 1 AF 1 AF 2 AF 2

Esp. Norma (5-2,5) mm

(2,5-0,63) mm

(5-2,5) mm

(2,5-0,63) mm

(5-2,5) mm

(2,5-0,63) mm

Desgaste Máquina de Los Ángeles (%) 28 - 25 - 14,3 - < 25 -

35% MC 8.202.11

Densidad Aparente

Suelta (kg/m3) 1.047 1.252 1.195 1.293 1.441 1.456 -

MC 8.202.19 Comp. (kg/m3) 1.177 1.326 1.309 1.500 1.496 1.523 -

Densidad Real, Neta y Absorción

Real (kg/m3) 2.372 2.428 2.607 2.611 2.637 2.650 -

MC 8.202.20 MC 8.202.21

Neta (kg/m3) 2.719 2.596 2.792 2.660 2.776 2.701

2000-3000

(kg/m3) Absorción (%) 5,3 2.65 2,5 0,7 1,8 1,6 < 3

Análisis de Resultados

Análisis de Resultados• Análisis de forma de los áridos

AC AF1 AF2

Disco Cúbica

LaminaBarra

Diagrama de Zingg, Forma de Partículas(Cheng et al., 2005)

, ASTM D3398

0,3 – 0,8 0,5 – 0,9

Análisis de Resultados• Análisis de forma de los áridos

RESULTADOS – Curvas de estado de los CA

Análisis de Resultados• Análisis de forma de los áridos

RESULTADOS – Curvas de estado de los CA (áridos)

AC AF1 AF2Relación con Análisis de Forma de PartículasMayor IP (AC y AF1) mejor adhesión Tº inf.Menor Factor de FormaMenor Factor de Esfericidad

Mayor significancia forma que mineralogía (áridos estudiados) .

Conclusiones

• El método UCL® se visualiza como un procedimiento simple y de fácil implementación para la caracterización del poder adhesivo de cementos asfálticos chilenos.

• Se evidencia de manera clara la diferencia de comportamiento entre distintos ligantes y áridos utilizados en las mezclas asfálticas, incorporando la susceptibilidad térmica en su caracterización.

Conclusiones• Los valores obtenidos de la capacidad de adhesión que se

pueden observar en algunos resultados, pueden no concordar con los que teóricamente se espera, lo que puede ser por efecto de la interacción árido ligante, considerando aspectos como la absorción selectiva en la matriz árido-ligante y/o la modificación que sufren los ligantes en el proceso de fabricación de mezclas, como por ejemplo la oxidación, factores que es importante evaluar en la interacción de los componentes de la mezcla asfáltica.

• Otro punto importante que merece continuar en su estudio es la influencia de la forma (más cúbica o irregular) y características de los áridos (poros accesibles de ser embebidos por el asfalto), los cuales se considera influyen en la adhesión que puede proporcionar un ligante.

Agradecimientos

• Los autores agradecen al Proyecto DIUFRO DI12-0035 financiado por la Dirección de Investigación de la Universidad de La Frontera.

• Se extiende este agradecimiento a las empresas Clasa S.A. y a la empresa Bitumix S.A. por el suministro y caracterización de los C.A. utilizados en este estudio.

Muchas Gracias por la Atención!!!

Gonzalo Valdés V.gonzalo.valdes@ufrontera.clDepartamento de Ingeniería de

Obras CivilesUniversidad de La Frontera