universidad central del ecuador facultad de …iv agradecimientos a la universidad central del...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

COMPORTAMIENTO FISICOQUÍMICO DEL ASFALTO PRODUCIDO EN LA

REFINERÍA ESMERALDAS MODIFICADO CON POLÍMERO

TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA

LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

AUTOR: DARLIN GABRIEL ESCOBAR ESPAÑA

QUITO

2018


FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Comportamiento fisicoquímico del asfalto producido en la Refinería Esmeraldas

modificado con polímero

Trabajo de titulación, modalidad Proyecto de Investigación para la obtención del

título de Ingeniero Químico

Autor: Darlin Gabriel Escobar España

Tutor: Ing. Luis Alberto Calle Guadalupe.

QUITO

2018

i

DERECHOS DE AUTOR

Yo, DARLIN GABRIEL ESCOBAR ESPAÑA en calidad de autor y titular de los

derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación COMPORTAMIENTO

FISICOQUÍMICO DEL ASFALTO PRODUCIDO EN LA REFINERÍA ESMERALDAS

MODIFICADO CON POLÍMERO, modalidad proyecto de investigación, de conformidad

con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS

CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la

Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva

para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservo a

mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa

citada.

Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la

digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de

conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma

de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la

responsabilidad por cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y

liberando a la Universidad de toda responsabilidad.

En la ciudad de Quito, a los 14 días del mes de noviembre de 2018.

______________________________

Darlin Gabriel Escobar España

C.C.: 0803149020

[email protected]

ii

APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

Yo, LUIS ALBERTO CALLE GUADALUPE, en calidad de tutor del trabajo de titulación,

modalidad proyecto de investigación, titulado: COMPORTAMIENTO FISICOQUÍMICO

DEL ASFALTO PRODUCIDO EN LA REFINERÍA ESMERALDAS MODIFICADO CON

POLÍMERO, elaborado por el estudiante DARLIN GABRIEL ESCOBAR ESPAÑA de la

carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería Química de la Universidad

Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios

en el campo metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la

evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a

fin de que el trabajo investigativo sea habilitado para continuar con el proceso de

titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los 14 días del mes de noviembre de 2018.

____________________________________

Ing. Luis Alberto Calle Guadalupe.

C.C.:1705283446

iii

DEDICATORIA

A mi abuelita “Mi mami

Anita” por sembrarme los

sentimientos hacia Dios,

criarme con valores, darme

su amor y convertirme en

persona de bien. A toda mi

familia y las personas que

me apoyaron durante toda

mi vida personal y

estudiantil.

iv

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Central del Ecuador y a la Facultad de Ingeniería Química, institución

formadora de profesionales probos, comprometidos con la sociedad.

A los funcionarios de la Refinería Esmeraldas EP Petroecuador por su ayuda al

desarrollo de esta investigación.

A los Ingenieros: Jorge Medina y Joffre Valladares por su ayuda académica y

tecnológica. De igual manera a Pablo Lasluisa por su motivación y apoyo moral.

A todos mis familiares que me apoyaron, me guiaron y me dieron el soporte para

concluir mis estudios Universitarios, y

A Dios Padre Celestial, Todopoderoso que todo lo puede y derrama en mi

bendiciones, por darme Salud para ir de a poco logrando mis objetivos.

v

CONTENIDO

Pág

CONTENIDO ................................................................................................................ v

LISTA DE TABLAS ........................................................................................................ i

LISTA DE CUADROS ................................................................................................... iii

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... iv

LISTA DE GRÁFICOS .................................................................................................. v

LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... vi

RESUMEN ................................................................................................................... vii

ABSTRACT ................................................................................................................ viii

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

1. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 3

1.1.Asfalto ..................................................................................................................... 3

1.1.1. Obtención del Asfalto en la refinería Esmeraldas ................................................ 4

1.1.2. Propiedades del asfalto ....................................................................................... 4

1.2. Asfalto modificados ................................................................................................ 5

1.3. Poliestireno ............................................................................................................ 6

1.3.1. Propiedades del Poliestireno ............................................................................... 7

1.4. Porcentajes de polímeros en el asfalto .................................................................. 7

1.4.1. Inferior al 4%(Bajo contenido de polímero) ......................................................... 8

1.4.2. Aproximada al 5%(Contenido de Polímero 5%) .................................................. 8

1.4.3. Superior al 7%(Contenido de polímero elevado) ................................................. 8

i

1.5. Comportamiento fisicoquímico y relógico del asfalto .............................................. 8

1.5.1. Propiedades Fisicoquímicas ............................................................................... 9

1.5.2. Reología. .......................................................................................................... 10

1.5.3. Comportamiento Reológico ............................................................................... 11

1.5.4. Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments) ............................... 12

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ........................................................................ 15

2.1. Diseño experimental ............................................................................................ 15

2.1.1. Esquema de la caracterización fisicoquímica .................................................... 15

2.1.2. Esquemas del diseño reológico ........................................................................ 17

2.2. Caracterización fisicoquímica............................................................................... 19

2.3. Análisis Reológico ................................................................................................ 19

2.3.1. Determinación del grado de desempeño, PG .................................................... 20

2.3.2. Comportamiento Reológico a diferentes PG de Temperatura.- ......................... 21

3. DATOS EXPERIMENTALES .................................................................................. 22

3.1. Caracterización fisicoquímica del asfalto ............................................................. 22

3.1.1. Penetración ....................................................................................................... 22

3.1.2. Viscosidad Saybolt-Furol .................................................................................. 23

3.1.3. Punto de Inflamación ........................................................................................ 24

3.1.4. Ductilidad .......................................................................................................... 26

3.1.5. Punto de reblandecimiento................................................................................ 27

3.2. Caracterización Reoógica .................................................................................... 28

3.2.1. Determinación del Grado de Desempeño ......................................................... 29

3.2.2. Comportamiento Reológico a diferentes temperatura de PG ............................ 33

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................... 39

4.1.Cálculos para la caracterización del asfalto .......................................................... 39

4.1.1.Penetración ........................................................................................................ 39

4.1.2.Viscosidad Saybolt Furol .................................................................................... 40

ii

4.1.3.Viscosidad Cinemática ....................................................................................... 41

4.1.4.Viscosidad Segundos Redwood ......................................................................... 43

4.1.5.Punto de Inflamación ......................................................................................... 43

4.1.6.Ductilidad ........................................................................................................... 44

4.1.7.Densidad, Peso específico ................................................................................. 46

4.1.8.Punto de reblandecimiento ................................................................................ 48

4.1.9.Índice de Penetración ........................................................................................ 50

4.1.10.Pérdida de masa por calentamiento ................................................................. 51

4.2.Determinación del Grado de Desempeño del asfalto ............................................ 52

4.2.1. Determinación del módulo complejo y ángulo de fase ....................................... 52

4.3. Modelos Reológicos ............................................................................................. 56

4.4. Comportamiento de la viscosidad dinámica ......................................................... 55

5. DISCUSIÓN ........................................................................................................... 60

6. CONCLUSIONES .................................................................................................. 62

7. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 64

CITAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................... 65

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 68

ANEXOS ..................................................................................................................... 71

i

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Composición química del asfalto. .................................................................... 3

Tabla 2. Propiedades del Poliestireno. .......................................................................... 7

Tabla 3. Grado asfáltico. ............................................................................................. 13

Tabla 4. Penetración 1 a 25°C, 100g, 5s..................................................................... 22





Tabla 9. Viscosidad Saybolt-Furol 1 a 135°C .............................................................. 23

Tabla 10. Viscosidad Saybolt-Furol 2 a 135°C ............................................................ 23




Tabla 14. Punto de Inflamación 1................................................................................ 24





Tabla 19. Ductilidad 1 a 25°C, 5cm/min ...................................................................... 26





Tabla 24. Punto de reblandecimiento 1 ....................................................................... 27

Tabla 25. Punto de Reblandecimiento 2 ..................................................................... 27




ii

Tabla 29. Datos Original Binder Grading Asfalto Convencional .................................. 29

Tabla 30. Datos Original Binder Grading Asfalto Modificado 3% ................................. 30



Tabla 33. Datos para 52°C Muestra: 9% poliestireno .................................................. 33




Tabla 37. Datos para 76°C Muestra: 9%Poliestireno .................................................. 37

Tabla 38. Datos para 82°C Muestra: 9%poliestireno ................................................... 38

Tabla 39. Contenido del asfalto AC-20 refinería Esmeraldas ...................................... 39

Tabla 40. Resultados penetración............................................................................... 40

Tabla 41. Resultado Viscosidad Saybolt Furol a 135°C .............................................. 41

Tabla 42. Resultado Viscosidad Cinemática a 135°C ................................................. 42

Tabla 43. Viscosidad Segundos Redwood .................................................................. 43

Tabla 44. Resultados punto de inflamación ................................................................ 44

Tabla 45. Resultados Ductilidad ................................................................................. 45

Tabla 46. Resultados de densidad .............................................................................. 47

Tabla 47. Resultados punto de reblandecimiento ....................................................... 48

Tabla 48. Índice de Penetración ................................................................................. 50

Tabla 49. Resultados Pérdida por Calentamiento ....................................................... 52

Tabla 50. Resultados medios ensayo Original Binder Grading ................................... 54

Tabla 51. Viscosidad del asfalto a diferentes PG ........................................................ 55

Tabla 52. Modelo de Viscosidad dinámica en función de porcentaje poliestireno ....... 56

Tabla 53. Comportamiento Reológico del Asfalto Convencional ................................. 57

Tabla 54. Comportamiento Reológico del Asfalto Modificado con 3% ......................... 58

Tabla 55. Comportamiento Reológico del asfalto modificado con 6% ......................... 58

Tabla 56. Comportamiento Reológico del asfalto modificado con 9% ......................... 59

iii

LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Obtención asfalto refinería Esmeraldas ........................................................ 4

Cuadro 2. Propiedades del asfalto. ............................................................................... 5

Cuadro 3. Características generales de los modificadores. .......................................... 6

Cuadro 4. Propiedades fisicoquímicas del asfalto. ........................................................ 9

Cuadro 5. Comparaciones método Marshall y Superpave .......................................... 14

Cuadro 6. Ensayos ASTM de propiedades fisicoquímicas .......................................... 19

Cuadro 7. Materiales y equipos para análisis reológico .............................................. 19

iv

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Estructura química del Poliestireno ............................................................... 7

Figura 2. Rigidez del ligante asfáltico y ángulo de fase ............................................... 11

Figura 3. Cambio de la rigidez del ligante asfáltico debido a la temperatura. .............. 12

Figura 4. Esquema de porcentajes de Poliestireno(EPS) en asfalto ........................... 15

Figura 5. Esquema caracterización fisicoquímica de asfalto modificado 3% ............... 15



Figura 8. Esquema determinación Grado de Desempeño PG ..................................... 17

Figura 9. Esquema reológico a diferentes PG asfalto convencional ............................ 17

Figura 10. Esquema reológico a diferentes PG asfalto modificado 3% ....................... 17



v

LISTA DE GRÁFICOS

pág.

Gráfico 1. η=f (γ) y τ= f (γ) a 52°C modificada con 9% de poliestireno ........................ 33





Gráfico 6. η=f (γ) y τ= f (γ) a 82°C modificada con 9% de poliestinero ........................ 38

Gráfico 7. Penetración Vs. Tiempo ............................................................................. 40

Gráfico 8. Viscosidad Cinemática Vs. Tiempo a 135°C ............................................... 42

Gráfico 9. Punto de Inflamación Vs Tiempo ................................................................ 44

Gráfico 10. Comportamiento de Ductilidad en el transcurso del tiempo ...................... 45

Gráfico 11. Densidad en función del tiempo ................................................................ 48

Gráfico 12. Comportamiento de punto de reblandecimiento ........................................ 49

Gráfico 13. Comportamiento Penetración y Punto de Reblandecimiento .................... 49

Gráfico 14. Determinación del Grado de Desempeño ................................................. 54

Gráfico 16. Comportamiento Viscosidad a Diferentes PG ........................................... 55

Gráfico 15. Modelo reológico de las muestras de asfalto ............................................ 59

vi

LISTA DE ANEXOS

pág.

ANEXO A. Performance Grades, Grados de desempeño (AASHTO M320) ............... 72

ANEXO B. Fotografías de Reómetro y muestras de asfalto ........................................ 73

ANEXO C. Procedimientos ASTM Propiedades Fisicoquímicas ................................. 74

ANEXO D. Comportamiento reoLógico para cada grado de PG software Rheoplus ... 90

vii


modificado con polímero

RESUMEN


modificado con polímero en porcentajes de 3, 6 y 9 de poliestireno EPS previamente

fundido.

A las muestras de asfaltos convencionales y modificadas se les realizó ensayos

fisicoquímicos como: Penetración, Viscosidad Saybolt, Punto de Inflamación,

Ductilidad, Pérdida de masa por calentamiento, Densidad Específica, Punto de

Reblandecimiento según procedimientos establecidos en las normas ASTM y NTE

INEN. Con la ayuda del Reómetro se determinaron el módulo complejo, ángulo de

fase, grado de desempeño y el comportamiento a diferentes temperaturas, en

intervalos de 6°C, desde 52 a 82°C.

De los resultados obtenidos se concluye que la mezcla del 9% de poliestireno fundido

es la que presenta mayor grado de desempeño. Además todas las muestras cumplen

con los requisitos establecidos en las normas y se comportan de acuerdo al modelo

reológico de Ellis.

PALABRAS CLAVES: / ASFALTOS/ ASFALTO MODIFICADO / REFINERIA

ESMERALDAS/ POLIESTIRENO / PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS / MODELO

REOLÓGICO / GRADO DE DESEMPEÑO/

viii

Physicochemical behavior of the asphalt produced in the Refinery Esmeraldas

modified with polymer

ABSTRACT

Physicochemical behavior of the asphalt produced in the Esmeraldas Refinery modified

with polymer in percentages of 3, 6 and 9 EPS polystyrene previously melted.

The samples of conventional and modified asphalts were subjected to physicochemical

tests such as: Penetration, Saybolt Viscosity, Flash Point, Ductility, Heating loss of

mass, Specific Density, Softening Point according to procedures established in the

ASTM and NTE INEN standards. With the aid of the Rheometer, the complex module,

phase angle, degree of performance and behavior at different temperatures were

determined, in 6 ° C intervals, from 52 to 82 ° C.

From the results obtained it is concluded that the mixture of 9% of molten polystyrene

is the one with the highest degree of performance. In addition, all samples meet the

requirements established in the standards and behave according to the Ellis

rheological model.

KEY WORDS: / ASPHALT / MODIFIED ASPHALT / REFINERY ESMERALDAS /

POLYSTYRENE / PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES / RHEOLOGICAL MODEL /

PERFORMANCE GRADES /

1

INTRODUCCIÓN

El asfalto de la Refinería Esmeraldas es convencional posee propiedades

satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una gama amplia de aplicaciones

y bajo distintas condiciones climáticas y de tránsito. Sin embargo en la actualidad los

grandes volúmenes de tráfico sobre los criterios de diseño vehicular junto al exceso de

carga, hacen que utilizar asfaltos convencionales en la construcción de carreteras

actualmente no satisfagan sus expectativas tal como cumplir un determinado periodo

de servicio, es decir, menor resistencia al envejecimiento, poca durabilidad de un

camino relajándose en deformaciones y figuraciones dentro de una carpeta asfáltica.

Es importante modificar estas características del cemento asfaltico convencional

añadiendo polímeros como el poliestireno EPS el cual mejora la calidad y la

resistencia que se expresan en las propiedades físicas, químicas, mecánicas y

reológicas. A esto se suma la contribución ambiental al utilizar el poliestireno de

desecho.

En Estados Unidos fue desarrollado el programa Estratégico de Investigación de

Carreteras (Strategic Highway Research Program, SHRP) quien obtiene nuevas

especificaciones para ligantes de mezclas asfálticas que conforman el sistema

SUPERPAVE (Superior PERforming Asphalt PAVEment), el cual incorpora el

comportamiento en servicio de los pavimentos basados en principios básicos de

ingeniería de materiales e incluye, además, nuevos equipos de ensayo, metodología y

criterios de interpretación (Montejo, 2002, pág. 667).

En Europa en la década de los 30 ya existían proyectos para modificar asfaltos con

polímeros naturales y sintéticos, los cuales fueron patentados en 1943

comprobándose que los elastómeros son los polímeros que presentan mayor

compatibilidad con el asfalto debido a sus propiedades elásticas, siendo el SBS el

polímero que proporciona mejores propiedades a la mezcla asfáltica (Palma, Ortiz ,

Ávalos, & Castañeda, 2015, pág. 119).

En la Facultad de Ingeniería Química se han realizado investigaciones sobre la

reología del asfalto, sustitución parcial con partículas de neumático, vidrio y

politereftalato de etileno.

2

El mejoramiento del comportamiento del asfalto producido en Esmeraldas se lo podría

lograr con la incorporación de un porcentaje de poliestireno porque dada las

características físicas del mismo hacen pensar que se obtendría un ligante modificado

que satisfaga las condiciones tecnológicas para su utilización en carreteras.

La investigación consistió en agregar poliestireno EPS al asfalto procedente de

refinería para estudiar su comportamiento, para ello se agregó porcentajes de 3%EPS,

6%EPS y 9%EPS determinándose las propiedades fisicoquímica, viscoelásticas así

mismo como el modelo matemático que siguen las muestras de asfaltos mediante la

ayuda de los ensayos normalizados INEN, ASTM y el reómetro rotacional PHysica

MR301.

De los resultados de esta investigación se puede apreciar que las muestras de asfalto

cumplen con las especificaciones y requisitos mínimos establecidos en las normas

para las propiedades fisicoquímicas; y se comportan de acuerdo al modelo de Ellis

para temperaturas comprendidas en rango de 52°C a 82°C; lo que cambia son los

parámetros del modelo. La concentración de poliestireno en 9% es la que satisface

que el asfalto tenga un mayor grado de desempeño.

3

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Asfalto

El asfalto es un material de color oscuro, presenta propiedades ligantes y aglutinantes,

conformado por una serie muy compleja de elementos y compuestos en los que

sobresalen los hidrocarburos; soluble en gran parte en disulfuro de carbono, presenta

consistencia semisólida a temperaturas ambientes pero tiende a rápidamente a la

liquidez al incrementarse la temperatura. Esta última propiedad ha permitido

adecuarlo a muchos usos en la construcción de distintas obras civiles. (Arena Lozano,

2006)

Las cantidades de elementos constitutivos del asfalto varían dependiendo del origen y

la penetración, así:

Tabla 1. Composición química del asfalto. (Petroecuador EP, 2013, pág. 1)

Compuesto Desde Hasta

% de carbono 70 90,0

% de hidrógeno 7,3 10,1

% de azufre 0,56 9,5

% de cenizas 0,06 1,25

% de nitrógeno 0,05 7,0

Los materiales asfalticos se conocen y han sido utilizados en la construcción de

caminos, edificios y embarcaciones e la antigüedad. Los primeros asfaltos que se

utilizaron fueron los que se encontraron en minas, estanques y lagos (de asfaltos); en

la actualidad provienen del procesamiento del petróleo están compuestos por

(Petroecuador EP, 2013, pág. 2):

Aceites: Hidrocarburos de alto peso molecular, más resinas protectoras

absorbidas.

Maltenos: Aceites resinosos de alto peso molecular

Insolubles orgánicos: Hidrocarburos de alto peso molecular con pequeñas

cantidades de resinas adsorbidas.

4

1.1.1. Obtención del Asfalto en la refinería Esmeraldas.- Las unidades de crudo 1

y crudo 2 de la refinería esmeraldas son alimentadas con 110 000 BPD de crudo

oriente de 25°API. El crudo se hace circular por el interior de los hornos alcanzando

elevadas temperaturas, se obtiene las fracciones mas livianas, como el gas

combustible, la nafta, el Jet Fuel y el diésel.

El crudo reducido constituido por los componentes mas pesados del petróleo y que no

se lograron vaporizar a estas condiciones de presión y temperatura, pasan a una

destilación al vacío (VGO). En el fondo de la torre de vacio, se obtienen los residuos

finales de esta destilación; que se conoce con el nombre de fondos de vacio. Si las

características del crudo de alimentación son adecuadas, estos fondos de vacio son

empleados directamebnte como asfalto para pavimentación. (Petroecuador EP, 2013,

pág. 5)

Cuadro 1. Obtención asfalto Esmeraldas (Petroecuador EP, 2013, pág. 6)

1.1.2. Propiedades del asfalto.- Las propiedades más importante del asfalto que se

estudian en la actualidad son durabilidad, adhesión y cohesión, suceptibilidad a la

temperatura y suceptibilidad al endurecimiento y al envejecimiento. (Revista

Ingeneiría Volumen 17, 2002, pág. 87)

Crudo Oriente

25°API

Cru

do

1

Va

cío

1

FC

C

Selv

a 1

ASFALTOS Cru

do

2

Va

cío

2

Selv

a 2

5

Cuadro 2. Propiedades del asfalto. (Asphalt Institute, 1995)

1.2. Asfalto modificados

El uso de asfaltos modificados permite obtener mezclas asfálticas de mayor

durabilidad y comportamiento bajo las cargas de tránsito. La tecnología de asfaltos

modificados se emplea desde hace varios años en diferentes países del mundo.

Algunos de los modificadores empleados comúnmente se muestran a continuación

(Figueroa, Reyes, Hernández, Jiménez, & Bohórquez, 2007, pág. 4)

Pro

pie

dad

es d

el

asfa

lto

Durabilidad.-Es la medida de que tanto puede retener un asfalto sus características originales cuando es expuesto a procesos normales de degradación y envejecimiento.

Adhesión y Cohesión.-Adhesión es la capacidad del asfalto para adherirse al agregado en la mezcla de pavimentación. Cohesión es la capacidad del asfalto de mantener firmemente, en su puesto, las partículas de agregado en el pavimento terminado.

Suceptibilidad a la Temperatura.-Los asfaltos son termoplásticos; esto es, se vuelven más duros (más viscosos) a medida que su temperatura disminuye, y más blandos (menos viscosos) a medida que su temperatura aumenta.

Suceptibilidad al endurecimiento y al envejecimiento.- Los asfaltos tienden a endurecerse aumentando sus características de consistencia en la mezcla asfáltica durante la construcción, y también en el pavimento terminado. Este endurecimiento es causado principalmente por el proceso de oxidación (el asfalto combinándose con el oxígeno), el cual ocurre más fácilmente a altas temperaturas (como las temperaturas de construcción) y en películas delgadas de asfalto (como la película que cubre las partículas de agregado).

6

Cuadro 3. Características generales de los modificadores. (Figueroa, Reyes, Hernández, Jiménez, & Bohórquez, 2007, pág. 4)

Polímero Características

Termoplásticos

Conocidos como plastómeros al ser adicionados al cemento

asfaltico rigidizan la mezcla y por lo general aumentan el grado

de funcionamiento a altas temperaturas. (Rondón & Reyes ,

2015)

Se reblandecen con calor, pueden ser solubles

Al enfriarse se dejan moldear sin perder propiedades

Polímeros lineales. Forman pequeñas ramificaciones

Polietileno, propileno, policloruro de vinilo, poliestireno,

copolimeros de etileno-acetato de vinilo EVA, poliamidas,

etc.

Termoendurecibles

Formados por la base y el endurecedor. No se pueden

transformar después de deformarse

Resinas fenólicas, epoxi, de poliéster, de poliuretano

Elastómeros o

cauchos

Mejoran principalmente el comportamiento resiliente

(recuperacón elástica) de las mezclas cuando son solicitadas a

ciclos de carga y descarga. (Rondón & Reyes , 2015)

Polímeros insaturados, amorfos

Para conseguir las propiedades elásticas se debe

vulcanizar

Caucho natural, caucho etileno-propileno, SBR y SBS.

Finalmente, al utilizar cualquiera de estos modificadores, se pretende tener una

resistencia al envejecimiento, a los efectos del agua y en general a las condiciones

climáticas, busca una mejor adherencia con los pétreos, propiedades elásticas, de

viscosidad y en general con estas condiciones se alcanzan mezclas con mayor

resistencia a la deformación y a la fatiga. (Figueroa, Reyes, Hernández, Jiménez, &

Bohórquez, 2007, pág. 5)

1.3. Poliestireno

El poliestireno es un termoplástico con muchas propiedades deseables. Es diáfano,

transparente, fácilmente coloreable y fácil de fabricar.

7

Posee propiedades mecánicas y térmicas razonablemente buenas, pero es

ligeramente frágil y se reblandece a menos de 100°C. Es conocido por su brillo,

claridad, dureza, maquinabilidad, facilidad de coloración, excelente estabilidad

dimensional y costo relativamente bajo. (Billmeyer, 2004, pág. 409)

Figura 1. Estructura química del Poliestireno. (Rosato, 1993)

1.3.1. Propiedades del Poliestireno.- Por sus propiedades el PS es utilizado en la

fabricación de juguetes, carcasas, contenedores, señales de tránsito, tazas, tapas,

entre otros. (International Plastics Selector, 1991, pág. 1108)

Tabla 2. Propiedades del Poliestireno. (Automatic Creations Inc, 2009)

Variable Poliestireno (PS)

Tfusión (°C) 230

Densidad (g/cm3) 1,17

% absorción de H2O 0,04

Tflexión, 0.46MPa (°C) 96,1

Tflexión, 1.8MPa (°C) 69,4

Elongación en la ruptura (%) >=10%

1.4. Porcentajes de polímeros en el asfalto

Un ligante modificado está constituido por dos fases distintas. Se consideran tres

casos:

8

1.4.1. Inferior al 4%(Bajo contenido de polímero).- En este caso, el bitumen

constituye la fase continua en la que se dispersa la fase del polímero. A temperaturas

de servicio elevadas(a eso de 60°C), el modulo de la fase del polímero es

sensiblemente superior al de la matriz que conforma la fase del bitumen, lo que le da a

esta ultima la habilidad de reforzar mejorando la conducta mecánica. A temperaturas

bajas el módulo de la fase dispersa es muy inferior al de la matriz, por lo cual

disminuye notablemnete la fragilidad. Por tanto, la fase del polímero dispersa mejora

las propiedades a temperaturas de servicio elevadas o bajas. En este caso, la

escogencia del asfalto es determinante. (Reyes Lizcano, 2004, pág. 92)

1.4.2. Aproximada al 5%(Contenido de Polímero 5%).- En este caso, se obtienen

microestructuras en las que las dos fases son continuas. Estos sistemas son difíciles

de controlar y tienen problemas de estabilidad( su micromorfologia y sus propiedades

dependen a menudo de sus condiciones térmicas recientes). (Reyes Lizcano, 2004)

1.4.3. Superior al 7%(Contenido de polímero elevado).- Como regla general, si el

bitumen y el asfalto se seleccionan de manera conveniente, el porcentaje de polímero

es suficientemente elevado porque la fase del polímero constituye la matriz del

sistema. En este caso no se tiene un bitumen, sino un polímero plastificado por los

aceites del bitumen en los que se encuentran dispersos los fragmentos mas pesados

del ligante base. Las propiedades de este sistema son diferentes de las de un bitumen,

y dependen de las de los polímeros. (Reyes Lizcano, 2004)

1.5. Comportamiento fisicoquímico y relógico del asfalto

Las propiedades se analizan para los asfaltos convencionales y modificados con

polímeros

9

1.5.1. Propiedades Fisicoquímicas.- Se presentan las siguientes

Cuadro 4. Propiedades fisicoquímicas del asfalto. (NTE INEN 2515, 2010)

Propiedad Significado

Penetración

La penetración es expresada por la distancia que una aguja

estándar penetra verticalmente en una muestra de material el

condiciones de peso, tiempo y temperaturas conocidas. Si las

condiciones del ensayo no son especificadas se entiende que el

peso total de la aguja y accesorios, el tiempo y la temperatura

son respectivamente 100 gramos, 5 segundos y 25°C. Se

expresa en centésimos de centímetro. (ASTM D5, 2013)

Punto de

reblandecimiento

El punto de reblandecimiento de un material bituminoso, es la

temperatura a la cual una probeta del material en forma de disco,

que se encuentra horizontalmente en el interior de un anillo, se

deforma por el peso de una bola de acero que se encuentra

sobre él, y toca el fondo de una superficie situada a una pulgada

(2.54 cm) dentro de un baño, cuando este se calienta a una

velocidad determinada con agua destilada. (ASTM D36, 2014)

Ductilidad

La ductilidad es la capacidad para mantenerse cohesionado bajo

las deformaciones inducidas por el tránsito. Se mide en un equipo

denominado “ductilímetro”. (ASTM D113, 2017)

Punto de

inflamación

El punto de inflamación es aquella temperatura en la cual se

originan chispazos debido a la inflamación que se da por el

desprendimiento de vapores del material bituminoso al ser

calentado, no se debe confundir el punto de inflamación con el

punto de combustión ya que este es el punto crítico en el cual el

asfalto se combustiona generando llamas que pueden ser

peligrosas sino se tiene precaución. (ASTM D92, 2018)

Peso específico El peso específico es la proporción del peso de cualquier

volumen de material al peso de un volumen igual de agua, ambos

a una temperatura determinada. (ASTM D70, 2018)

10

1.5.2. Reología.- Es la ciencia que estudia la fluencia y la deformación de los cuerpos

que no son ni sólidos ni líquidos, es decir, de cuerpos intermedios entre sólido elástico

y líquido viscoso. (Reyes Lizcano, 2004, pág. 58)

Esfuerzo cortante: shear stress (τ).- Fuerza tangencial F por unidad de área A.

(Mezger, 2014, pág. 17)

(1)

Velocidad de deformación o gradiente de velocidad: shear rate ( ).- Es la

variación de la velocidad v a través de la distancia entra platos h, generalmente se

expresa en variables diferenciales para ir describiendo las capas finas en la

deformación. (Mezger, 2014, pág. 21)

⁄

( )

Ley de Newton de viscosidad.- Relación proporcional del esfuerzo cortante (τ) con la

velocidad de deformación ( ) a través de una constante llamada viscosidad (μ) que es

fija a cualquier velocidad de deformación por ejemplo: el agua (1mPa*s a 20°C).

(Mezger, 2014, pág. 21)

( )

( )

⁄

( ⁄ )

[

] ( )

Modelos reológicos.-Con el fin de materializar las ecuaciones reológicas de

estado de los cuerpos viscoelásticos, se usan modelos que constituyen una

asociación de elementos de base, los cuales (Reyes Lizcano, 2004, pág. 70):

a) Modelo de Ostwald/de Waele o Ley de la potencia

b) Modelo de Bingham

11

c) Modelo de Herschel – Bulkley

d) Modelo de Phillips – Deutsch

e) Modelo de Carreau – Gahleitner

f) Modelo de Ellis.- Es un modelo para comportamientos de flujo con viscosidad

de cizalladura cero ( ( )) y cizalladura infinita ( ( )).

Presentando un coeficiente de consistencia “c” [Pa*s] y el índice “p” que es el

exponente para el ajuste de la ecuación.

( )

Éste modelo fue especialmente diseñado para describir el comportamiento a

bajas velocidades de deformación y de ser el caso que se analice a elevadas

velocidades de deformación se reemplaza el término “ ” por “ ”,

convirtiéndose en el modelo de Sisko (Mezger, 2014, pág. 62). Se utiliza en la

industria de cerámicos, polímeros, alimentos, fármacos.

1.5.3. Comportamiento Reológico.- 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). (Gerald , 1999)

Figura 2. Rigidez del ligante asfáltico y ángulo de fase. (Gerald , 1999)

La forma experimental de caracterizar este comportamiento es a través de ensayos

dinámicos de oscilación, ese 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.

12

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.

Podemos observar en la siguiente figura los cambios en la rigidez de los ligantes

asfálticos debidos a los cambios en la temperatura.

Figura 3. Cambio de la rigidez del ligante asfáltico debido a la temperatura. (Gerald , 1999)

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

e 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.

1.5.4. Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments).- Según los

investigadores del programa SHRP, las propiedades medidas de los ligantes asfálticos

mediante los ensayos SUPERPAVE, pueden ser relacionadas directamente con su

comportamiento en servicio por principios de ingeniería. Los ensayos se realizan a las

temperaturas que se encuentran los pavimentos asfálticos en servicio, para proveer

mejor comportamiento del mismo en regiones climáticas específicas.

13

Básicamente la estructura del pavimento, el diseño de la mezcla y las propiedades de

la carpeta tal como fue construida junto con las propiedades del ligante, determinan el

comportamiento del pavimento durante su vida útil.

SUPERPAVE intenta mejorar el comportamiento de los asfaltos para evitar que

contribuya a producir en los pavimentos deformaciones permanentes, agrietamiento

por fatiga y agrietamiento por bajas temperaturas. Para conseguir este objetivo es que

se realizan una serie de ensayos. (Vásquez Ramos, 2001).

Grado Asfáltico.- Una de las principales diferencias entre las especificaciones

tradicionales para asfalto y las del método SUPERPAVE, se refiere a que en

este último los resultados de los ensayos se mantienen constantes, variando

solamente las temperaturas. Es decir, distintos grados asfálticos cumplen con

las mismas propiedades físicas pero a distintas temperaturas.

El grado asfáltico se designa como

PG XX -YY, donde:

PG: Performance Grade o Grado de Desempeño.

XX: Temperatura máxima promedio del pavimento (medida a 20 mm de

profundidad).

YY: Temperatura mínima superficial del pavimento. (García Augusto, 2016)

Los valores de XX e YY se determinan en base a registros históricos de

temperatura considerando un factor de confiabilidad. De esta manera, el

comportamiento de un determinado grado asfáltico queda determinado por las

exigencias que SUPERPAVE impone.

Tabla 3. Grado asfáltico. (García Augusto, 2016)

Grado

asfáltico

Temperatura

máxima,°C

Temperatura

mínima,°C

PG 46 46 34,46,52

PG 52 52 10,16,22,28,34,40,46

PG 58 58 16,22,28,34,40

PG 64 64 10,16,22,28,34,40

PG 70 70 10,16,22,28,34,40

PG 76 76 10,16,22,28,34

PG 82 82 10,16,22,28,34

14

Comparaciones método Marshall y Sperpave.

Cuadro 5. Comparaciones método Marshall y Superpave

Marshall Superpave

Desarrollado por Bruce Marshall, ex

ingeniero de Bitumenes del departamento

de Carreteras del Estado de Mississipi en

1943.

Desarrollado por SHRP(Strategic

Highway Research Program) en 1987. El

producto final de programa de

investigación sobre asfaltos de SHRP es

un nuevo sistema conocido como

SUPERPAVE(Superior Performing

Asphalt Pavemente

El propósito de este método es

determinar el contenido óptimo der

asfalto para una combinación específica

de agregados, solo se aplica a mezclas

asfálticas en caliente.

Este método evalúa los componentes de

la mezcla asfáltica en forma individual

(agregado mineral y asfalto), y su

interacción cuando están mezclados.

Experimento de laboratorio dirigido al

diseño de una adecuada mezcla asfáltica

por medio del análisis de estabilidad,

fluencia, densidad y vacíos.

La metodología superpave ha

demostrado tener importantes avances

en la selección del ligante asfaltico; las

mezclas de agregados; y la

compactibilidad de la mezcla asfáltica.

15

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

2.1. Diseño experimental

Para la caracterización fisicoquímica y reológica del asfalto convencional y modificado

producido en refinería Esmeraldas. El procedimiento que se realizó fue el siguiente

2.1.1. Esquema de la caracterización fisicoquímica

Los ensayos se realizaron cada 15 días para cada muestra por un tiempo estimado de

90 días.

Figura 4. Esquema de porcentajes de Poliestireno(EPS) agregado en el asfalto

Figura 5. Esquema caracterización fisicoquímica de asfalto modificado 3%EPS

16



17

2.1.2. Esquemas del diseño reológico

Figura 8. Esquema determinación Grado de Desempeño PG

Figura 9. Esquema reológico a diferentes PG asfalto convencional

Figura 10. Esquema reológico a diferentes PG asfalto modificado 3%

18



19

2.2. Caracterización fisicoquímica

Las muestras de asfalto se las caracterizó mediante procedimientos de la ASTM, por

sus siglas en Inglés, American Society of Testing and Materials, en las que se

presentan a continuación.

Cuadro 6. Ensayos ASTM de propiedades fisicoquímicas

ORD Procedimiento Ensayo

1 Penetración a 25°C, (ASTM D5, 2013)

2 Viscosidad Saybolt-Furol, SSF a 135°C (ASTM E102 , 2016)

3 Punto de inflamación en copa abierta

Cleveland

(ASTM D92, 2018)

4 Ductilidad a 25°C (ASTM D113, 2017)

5 Peso específico (ASTM D70, 2018)

6 Punto de Reblandecimiento (ASTM D36, 2014)

7 Perdida de la masa por calentamiento (ASTM D6, 2018)

2.3. Análisis Reológico

Cuadro 7. Materiales, equipos, sustancias o reactivos para análisis reológico

ORD Materiales, equipos, sustancias o reactivos

1 Asfalto AC-20 Refinería Esmeraldas

2 Asfalto AC-20 Modificado EPS

3 Reómetro Physical MCR 301

4 Computador-Software

5 Recipientes metálicos

6 Reverbero eléctrico

7 Espátula

8 Gasolina

9 Agua destilada

10 Paños limpio y secos

20

2.3.1. Determinación del grado de desempeño, PG.- Se utilizó el Reómetro

PHYSICAL MCR 301 marca ANTON PAAR, en el cual se realizó la clasificación de las

muestras de asfaltos convencional y modificada con polímeros de acuerdo a la

metodología SUPERPAVE (Superior Performing Pavement).

Procedimiento

Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma ASTM D 7175-15 “Standard Test

Method for Determining the Rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic

Shear Rheometer”. Este método de ensayo cubre la determinación del módulo de

corte dinámico y el ángulo de fase de los ligantes asfálticos cuando son evaluados en

el reómetro de corte dinámico usando una geometría de platos paralelos. Éste se

aplica a ligantes asfálticos que tienen valores de módulo de corte dinámico dentro del

intervalo de 100 Pa a 10 MPa. Este intervalo del módulo se obtiene típicamente entre

4 y 88 ° C a 10 rad/s. Este método de ensayo está destinado a la determinación de las

propiedades viscoelásticas lineales de los ligantes asfálticos como requerimiento para

pruebas de especificación y no pretende ser un procedimiento que se considere como

caracterización completa de las propiedades viscoelástica de los ligantes asfálticos.

a) Calentamos la muestra de asfalto en baño maría a razón de 80°C, agitamos

suavemente para que toda la muestra se homogenice.

b) Se enciende el compresor del Reómetro Physical MCR 301 y se abren los

filtros para la eliminación de toda el agua que pudiera estar condensada.

Esperamos que la presión en el compresor sea de 5 bares para llevar en

funcionamiento el reómetro.

c) Se coloca en funcionamiento el reómetro, para ello se enciende y se quita la

protección del rotor.

d) Se realiza pruebas de inercia sin la colocación del usillo o tool-master con

ayuda del software del equipo RHEOPLUS V3.40

e) Escogemos el tipo de porta muestra y usillo apropiado al tipo de viscosidad de

la muestra que se va a trabajar, en este caso seleccionamos el usillo PP25/PE-

SN22059 con el respectivo plato de medida y se realiza la prueba de inercia.

f) Se enciende el sistema de refrigeración.

g) En el software abrimos una nueva plantilla, en asphalt (asfalto) y

seleccionamos la aplicación Original Binder Grading.

h) Inicializamos el reómetro, se coloca el sistema de medida y el plato de medida.

Inicializamos el gap de medida, colocamos la chaqueta de thermostatization y

procedemos a cerrar la chaqueta.

21

i) Se ajusta la temperatura 52°C a la cual se desea trabajar y setiamos el zero

gap.

j) Se lleva a la posición de 140 milímetros el sistema de medida y revisamos que

la temperatura este a 52°C.

k) Agregamos la muestra de asfalto en el plato de medida y se lleva el sistema de

medida a una posición de 1mm.

l) Retiramos los excesos del asfalto alrededor del plato ayudados con una

espátula pequeña y cerramos la chaqueta de temperatura

m) Al finalizar la prueba se limpia el tool-master y el plato de medida con solvente

y paños que estén limpios y secos. Se utiliza agua destilada para realizar el

enjuague del sistema de manera que pruebas futuras no se vean afectadas por

la utilización del solvente.

2.3.2. Comportamiento Reológico a diferentes PG de Temperatura.-

Procedimiento

a) Calentamos la muestras de asfalto hasta su fluidez, ponemos en

funcionamiento el reómetro inicializando, colocamos el plato y sistema de

medida ya descritos.

b) Se coloca la muestra de asfalto en el plato de medida de manera que no

haya mucho exceso de muestra.

c) Colocamos la temperatura de inicio, 52°C

d) Ayudados del software escogemos el modulo a trabajar en este caso es

Visco-elastic Fluid: Logarithmic ram stepwise.

e) Se determina las variables para la medición, se escoge el modelo de ajuste

para los datos.

f) Se varia la temperatura cada 6°C hasta una temperatura final de 82°C

g) Realizar los respectivos cálculos para su posterior análisis.

22

3. DATOS EXPERIMENTALES

3.1. Caracterización fisicoquímica del asfalto

Cada ensayo se lo realizó en una numero de 3 repeticiones para cada medición, las

mediciones se ejecutó cada 2 semana por un tiempo de 90 días. Los datos que se

presentan son los correspondientes valores medios de las repeticiones.

3.1.1. Penetración

Tabla 4. Penetración 1 a 25°C, 100g, 5s.

ORD ASFALTO AC-20 Penetración Media 0,1mm

1 Convencional 69,5

2 3% EPS 65,2

3 6% EPS 66,3

4 9% EPS 67,2



1 Convencional 68,8

2 3% EPS 67,1

3 6% EPS 66,8

4 9% EPS 67,3



1 Convencional 67,8

2 3% EPS 64,8

3 6% EPS 64,8

4 9% EPS 65,3

23



1 Convencional 69,8

2 3% EPS 68,6

3 6% EPS 67,5

4 9% EPS 67,6



1 Convencional 69,5

2 3% EPS 67,1

3 6% EPS 66,5

4 9% EPS 66,5

3.1.2. Viscosidad Saybolt-Furol

Tabla 9. Viscosidad Saybolt-Furol 1 a 135°C

ORD ASFALTO AC-20 VISCOSIDAD SAYBOLT-FUROL MEDIA SSF

1 Convencional 160,2

2 3% EPS 172,6

3 6% EPS 175,6

4 9% EPS 181,6


ORD ASFALTO AC-20 VISCOSIDAD SAYBOLT-FUROL MEDIA, SSF


2 3% EPS 172,6

3 6% EPS 176,1

4 9% EPS 183,8

24




2 3% EPS 173,4

3 6% EPS 176,9

4 9% EPS 185,5




2 3% EPS 173,3

3 6% EPS 176,7

4 9% EPS 191,2




2 3% EPS 173,6

3 6% EPS 178,7

4 9% EPS 199,7

3.1.3. Punto de Inflamación

Tabla 14. Punto de Inflamación 1

ORD ASFALTO AC-20 Punto de Inflamación medio

°C


2 3% EPS 248,3

3 6% EPS 254,0

4 9% EPS 264,0

25



°C


2 3% EPS 250,6

3 6% EPS 258,6

4 9% EPS 262,3



°C


2 3% EPS 249,6

3 6% EPS 254,0

4 9% EPS 260,3


ORD ASFALTO AC-20 Punto de Inflamación medio,

°C


2 3% EPS 250,6

3 6% EPS 254,6

4 9% EPS 259,3



°C


2 3% EPS 250,3

3 6% EPS 259,3

4 9% EPS 263,0

26

3.1.4. Ductilidad

Tabla 19. Ductilidad 1 a 25°C, 5cm/min

ORD ASFALTO AC-20 Ductilidad medio

cm


2 3% EPS 114,9

3 6% EPS 109,0

4 9% EPS 109,3



cm


2 3% EPS 114,1

3 6% EPS 112,9

4 9% EPS 112,3



cm


2 3% EPS 115,1

3 6% EPS 110,5

4 9% EPS 111,8

27


ORD ASFALTO AC-

20

Ductilidad medio

cm


2 3% EPS 115,7

3 6% EPS 113,5

4 9% EPS 110,8



cm


2 3% EPS 114,8

3 6% EPS 114,4

4 9% EPS 104,1

3.1.5. Punto de reblandecimiento

Tabla 24. Punto de reblandecimiento 1

ORD ASFALTO AC-20 Punto de reblandecimiento medio, °C

1 Convencional 48,4

2 3% EPS 50,0

3 6% EPS 50,1

4 9% EPS 52,1

Tabla 25. Punto de Reblandecimiento 2


1 Convencional 48,4

2 3% EPS 49,8

3 6% EPS 50,5

4 9% EPS 52,6

28



1 Convencional 48,4

2 3% EPS 49,9

3 6% EPS 50,2

4 9% EPS 53,4



1 Convencional 48,3

2 3% EPS 49,9

3 6% EPS 50,6

4 9% EPS 53,5



1 Convencional 48,4

2 3% EPS 50,1

3 6% EPS 50,9

4 9% EPS 52,4

3.2. Caracterización Reoógica

Se realizaron 3 repeticiones para cada ensayo

29

3.2.1. Determinación del Grado de Desempeño

Tabla 29. Datos Original Binder Grading Asfalto Convencional


INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE TECNOLOGÍA Y REFINACIÓN DE PETRÓLEO

Datos de Propiedades Reológica del Asfalto Fecha:

Nombre: Darlin Escobar

Tema: Comportamiento Fisicoquímico del asfalto Refinería Esmeraldas

Muestra: Asfalto AC-20 Convencional

ORIGINAL

Ensayos Variable

Modulo complejo, G* (kPa)

Angulo de fase, δ (°)

ǀG*ǀ/sen δ (kPa)

52 7,32 74,6 7,59

58 3,38 77,8 3,46

Prueba 1 Temperatura,

°C 64 1,59 80,8 1,96

70 0,775 83,3 0,78

76 . . .

82 . . .

52 6,89 74,8 7,14

58 3,16 78,2 3,23


°C 64 1,50 81,1 1,51

70 0,74 83,5 0,75

76 . . .

82 . . .

52 7,50 75,0 7,77

58 3,52 78,1 3,60


°C 64 1,67 81,0 1,69

70 0,82 83,4 0,83

76 . . .

82 . . .

30

Tabla 30. Datos Original Binder Grading Asfalto Modificado 3%







Muestra: Asfalto AC-20 3%

ORIGINAL

Ensayos

Variable



ǀG*ǀ/sen δ (kPa)

52 6,86 75,2 7,09

58 3,23 78,4 3,29


°C 64 1,53 81,2 1,55

70 0,74 83,5 0,75

76 . . .

82 . . .

52 7,07 75,3 7,31

58 3,32 78,4 3,39


°C 64 1,57 81,3 1,59

70 0,76 83,6 0,77

76 . . .

82 . . .

52 8,88 74 9,24

58 4,23 77 4,34


°C 64 1,96 80,2 1,99

70 0,95 82,8 0,96

76 . . .

82 . . .

31









ORIGINAL

Ensayos

Variable



ǀG*ǀ/sen δ (kPa)

52 7,75 74,4 8,04

58 3,51 77,9 3,59


°C 64 1,65 80,8 1,67

70 0,80 83,3 0,804

76 . . .

82 . . .

52 7,83 75 8,10

58 3,67 78,1 3,75


°C 64 1,73 81,0 1,75

70 0,84 83,4 0,85

76 . . .

82 . . .

52 8,49 74,5 8,80

58 3,96 77,7 4,05


°C 64 1,90 80,6 1,93

70 0,91 83,0 0,92

76 . . .

82 . . .

32









ORIGINAL

Ensayos Variable



ǀG*ǀ/sen δ (kPa)

52 9,41 70,7 9,97

58 4,44 74,6 4,62


°C 64 2,12 78,1 2,17

70 1,05 81 1,06

76 0,54 83,3 0,54

82 . . .

52 10,3 70,7 10,9

58 4,88 74,5 5,06


°C 64 2,33 78 2,38

70 1,15 81 1,16

76 0,59 83,3 0,59

82 . . .

52 10,4 70,7 11

58 4,93 74,5 5,12


°C 64 2,36 77,9 2,42

70 1,16 80,9 1,18

76 0,60 83,2 0,60

82 . . .

33

3.2.2. Comportamiento Reológico a diferentes temperaturas de PG.- Se realizó el

comportamiento para cada una de las muestras de asfalto, pero presentamos datos y

gráficas para el asfalto Modificado con 9% de poliestireno obtenidos del software

Rheoplus.

Tabla 33. Datos para 52°C Muestra: 9% poliestireno

Meas. Pts.

Shear Rate

Shear Stress Viscosity

[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,186 86,0

2 0,0147 0,225 86,0

3 0,0215 0,33 86,0

4 0,0316 0,484 86,0

5 0,0464 0,711 86,0

6 0,0681 1,04 86,0

7 0,1 8,6 86,0

8 0,147 2,25 86,0

9 0,215 3,3 86,0

10 0,316 4,84 86,0

11 0,464 7,11 86,0

12 0,681 10,4 86,0

13 1 86,0 86,0

14 1,47 22,5 86,0

15 2,15 33 86,0

16 3,16 48,4 86,0

17 4,64 71,1 86,0

18 6,81 104 86,0

19 10 860 86,0

20 14,7 225 86,0

21 21,6 330 86,0

22 31,6 484 86,0

23 46,4 711 86,0

24 68,3 1.050 86,0

25 100 8.600 86,0

Gráfico 1. η=f (γ) y τ= f (γ) a 52°C modificada con 9% de poliestireno

10

100

1.000

10.000

Pa·s

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

ASFALTO AC-20 9%EPS 52°C

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

ASFALTO AC-20 9%EPS 52°C [Ellis I]

a = 4.702,5; b = -3.774,7; p = 1,0472

Viscosity

Shear Stress

34


Meas. Pts.

Shear Rate


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,839 83,9

2 0,0147 0,901 83,9

3 0,0215 1,32 83,9

4 0,0316 1,94 83,9

5 0,0464 2,85 83,9

6 0,0681 4,18 83,9

7 0,1 8,39 83,9

8 0,147 9,01 83,9

9 0,215 13,2 83,9

10 0,316 19,4 83,9

11 0,464 28,5 83,9

12 0,681 41,8 83,9

13 1 83,9 83,9

14 1,47 90,1 83,9

15 2,15 132 83,9

16 3,16 194 83,9

17 4,64 285 83,9

18 6,81 418 83,9

19 10 839 83,9

20 14,7 901 83,9

21 21,5 1.320 83,9

22 31,6 1.940 83,9

23 46,5 2.850 83,9

24 68,2 4.190 83,9

25 100 8.390 83,9


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 5.901,8; b = -5.438,9; p = 1,017

Viscosity

Shear Stress

35


Meas. Pts.

Shear Rate


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,585 58,5

2 0,0147 0,839 58,5

3 0,0215 1,23 58,5

4 0,0316 1,81 58,5

5 0,0464 2,65 58,5

6 0,0681 3,9 58,5

7 0,1 5,72 58,5

8 0,147 8,39 58,5

9 0,215 12,3 58,5

10 0,316 18,1 58,5

11 0,464 26,5 58,5

12 0,681 39 58,5

13 1 57,2 58,5

14 1,47 83,9 58,5

15 2,15 123 58,5

16 3,16 181 58,5

17 4,64 265 58,5

18 6,81 390 58,5

19 10 572 58,5

20 14,7 839 58,5

21 21,6 1.230 58,5

22 31,6 1.810 58,5

23 46,5 2.660 58,5

24 68,2 3.900 58,5

25 100 5.850 58,5


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 858,18; b = -604,67; p = 1,0708

Viscosity

Shear Stress

36


Meas. Pts.

Shear Rate


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,481 48,1

2 0,0147 0,691 48,1

3 0,0215 1,01 48,1

4 0,0316 1,49 48,1

5 0,0464 2,19 48,1

6 0,0681 3,21 48,1

7 0,1 4,81 48,1

8 0,147 6,91 48,1

9 0,215 10,1 48,1

10 0,316 14,9 48,1

11 0,464 21,9 48,1

12 0,681 32,1 48,1

13 1 48,1 48,1

14 1,47 69,1 48,1

15 2,15 101 48,1

16 3,16 149 48,1

17 4,64 219 48,1

18 6,81 321 48,1

19 10 481 48,1

20 14,7 692 48,1

21 21,6 1.020 48,1

22 31,6 1.490 48,1

23 46,4 2.190 48,1

24 68,1 3.210 48,1

25 100 4.810 48,1


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 184,52; b = -57,432; p = 1,2315

Viscosity

Shear Stress

37

Tabla 37. Datos para 76°C Muestra: 9%Poliestireno

Meas. Pts.

Shear Rate


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,413 41,3

2 0,0147 0,44 41,3

3 0,0215 0,646 41,3

4 0,0316 0,948 41,3

5 0,0464 1,39 41,3

6 0,0681 2,04 41,3

7 0,1 4,13 41,3

8 0,147 4,4 41,3

9 0,215 6,46 41,3

10 0,316 9,48 41,3

11 0,464 13,9 41,3

12 0,681 20,4 41,3

13 1 41,3 41,3

14 1,47 44 41,3

15 2,15 64,6 41,3

16 3,16 94,8 41,3

17 4,64 139 41,3

18 6,81 204 41,3

19 10 413 41,3

20 14,7 440 41,3

21 21,5 646 41,3

22 31,6 948 41,3

23 46,4 1.390 41,3

24 68,1 2.040 41,3

25 100 4.130 41,3


10

100

1.000

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 820,08; b = -768,91; p = 1,01

Viscosity

Shear Stress

38

Tabla 38. Datos para 82°C Muestra: 9%poliestireno

Meas. Pts.

Shear Rate


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,324 32,4

2 0,0147 0,433 32,4

3 0,0215 0,636 32,4

4 0,0316 0,934 32,4

5 0,0464 1,37 32,4

6 0,0681 2,01 32,4

7 0,1 3,24 32,4

8 0,147 4,33 32,4

9 0,215 6,36 32,4

10 0,316 9,34 32,4

11 0,464 13,7 32,4

12 0,681 20,1 32,4

13 1 32,4 32,4

14 1,47 43,3 32,4

15 2,15 63,6 32,4

16 3,16 93,4 32,4

17 4,64 137 32,4

18 6,81 201 32,4

19 10 324 32,4

20 14,7 433 32,4

21 21,5 636 32,4

22 31,6 934 32,4

23 46,4 1.370 32,4

24 68,1 2.010 32,4

25 100 3.240 32,4

Gráfico 6. η=f (γ) y τ= f (γ) a 82°C modificada con 9% de poliestinero

10

100

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 45,239; b = -2,6884; p = 1,5386

Viscosity

Shear Stress

39

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS

4.1. Cálculos para la caracterización del asfalto

Tabla 39. Contenido del asfalto AC-20 refinería Esmeraldas

Muestra Convencional

Parafinas 4,0%

Asfaltenos 22,4918 %

Maltenos 73,5082 %

4.1.1. Penetración

Para el cálculo de la penetración promedio se sigue la siguiente ecuación:

∑

( )

Dónde:

Pi= Penetración Parcial

P=Penetración medio 0,1mm

n=número de repeticiones.

Calculo modelo

( )

40

Resultados

Tabla 40. Resultados penetración

Dónde: PP1=Penetración medio Medición 1 PPT=Penetración medio Total

Gráfico 7. Penetración Vs. Tiempo

4.1.2. Viscosidad Saybolt Furol

Para el cálculo de la viscosidad Saybolt-Furol promedio se sigue la siguiente ecuación:

∑

( )

63

64

65

66

67

68

69

70

1 2 3 4 5 6

Pe

ne

trac

ión

, 0.1

mm

Tiempo, meses(1/2)

Penetración

Convencional AC-20 Esmeraldas 3% AC-20 Esmeraldas

6% AC-20 Esmeraldas 9% AC-20 Esmeraldas

Ord Muestra PP1,

0.1mm PP2,

0.1mm PP3,

0.1mm PP4,

0.1mm PP5,

0.1mm PPT,

0.1mm

1 Convencional AC-20

Esmeraldas 69,5 68,83 68,83 67,83 67,5 67,1

2 3% AC-20 Esmeraldas 67,2 67,17 67,83 66,67 66,17 66,61

3 6% AC-20 Esmeraldas 66,3 66,83 66,83 65,5 65,5 65,39

4 9% AC-20 Esmeraldas 67,2 67,33 67,33 66,67 66,5 66,81

41

Dónde:

=Viscosidad Saybolt Furol medio

SSF=Viscosidad Saybolt Furol Parcial

n=Numero de repeticiones

Calculo Modelo

( )

Resultados

Tabla 41. Resultado Viscosidad Saybolt Furol a 135°C

Ord Muestra SSF1 SSF2 SSF3 SSF4 SSF5 SSFT


Esmeraldas 160,20 165,60 167,90 168,50 168,93 166,23

2 3% AC-20 Esmeraldas 172,63 172,63 173,40 173,30 173,60 173,11

3 6% AC-20 Esmeraldas 175,63 176,13 176,97 176,77 178,73 176,85

4 9% AC-20 Esmeraldas 181,60 183,80 185,53 191,20 199,77 188,38

Dónde:

SSF1= Segundo Saybolt-Furol Medio Medición 1 SSFT= Segundo Saybolt-Furol Medio Total

4.1.3. Viscosidad Cinemática

Para el cálculo de la Viscosidad Cinemática iniciamos de los datos de Viscosidad

Saybolt Furol, utilizamos la siguiente expresión;

( )

Donde;

Calculo Modelo para Asfalto AC-20 Convencional

42

Resultados

Tabla 42. Resultado Viscosidad Cinemática a 135°C

Ord Muestra


Esmeraldas 389,12 402,23 407,82 409,28 410,32 403,76

2 3% AC-20 Esmeraldas 419,31 419,31 421,18 420,94 421,67 420,48

3 6% AC-20 Esmeraldas 426,60 427,81 429,85 429,37 434,13 429,56

4 9% AC-20 Esmeraldas 441,10 446,44 450,64 464,42 485,23 457,57

Gráfico 8. Viscosidad Cinemática Vs. Tiempo a 135°C

350

370

390

410

430

450

470

490

1 2 3 4 5

Vis

cosi

dad

cin

em

átic

a, c

St

Tiempo en meses(1/2)

Comportamiento Viscosidad Cinemática



43

4.1.4. Viscosidad Segundos Redwood

Tabla 43. Viscosidad Segundos Redwood

Dónde: SRW1= Segundo Redwood Medio Medición 1 SRWT= Segundo Redwood Medio Total

4.1.5. Punto de Inflamación

Para el caculo de punto de inflamación medio utilizamos,

∑

( )

Donde;

=Punto de inflamación medio

=Punto de inflamación parcial

=número de repeticiones

Calculo Modelo

( )

Ord Muestra SRW1 SRW2 SRW3 SRW4 SRW5 SRWT

1 Convencional

AC-20 Esmeraldas

1420,9 1468,8 1489,2 1494,52 1498,33 1474,38

2 3% AC-20 Modificado

1531,15 1531,15 1537,98 1537,09 1539,75 1535,41


1557,76 1562,19 1569,64 1567,87 1585,25 1568,58


1610,71 1630,22 1645,57 1695,86 1771,87 1670,85

44

Resultados

Tabla 44. Resultados punto de inflamación

Ord Muestra PIP1,

°C PIP2, °C

PIP3, °C

PIP4, °C

PIP5, °C

PIPT, °C


Esmeraldas 242,67 243,67 245,33 245,00 247,00 244,73

2 3% AC-20 Esmeraldas 248,33 250,67 249,67 250,67 250,33 249,93

3 6% AC-20 Esmeraldas 254,00 258,67 254,00 254,67 259,33 256,13

4 9% AC-20 Esmeraldas 264,00 262,33 260,33 259,33 263,00 261,80

Dónde:

PIP1= Punto Inflamación medio Medición 1 PIPT= Punto Inflamación medio Total

Gráfico 9. Punto de Inflamación Vs Tiempo

4.1.6. Ductilidad

Valor medio de Ductilidad se calcula de acuerdo a,

∑

( )

=Ductilidad Promedio

=Ductilidad Parcial


230

240

250

260

270

1 2 3 4 5

Pu

nto

de

Infl

amac

ión

, °C

Tiempo, meses(1/2)

Punto de Inflamación



45

Calculo Modelo

( )

Resultados

Tabla 45. Resultados Ductilidad

Ord Muestra DP1, cm DP2, cm DP3, cm DP4, cm DP5, cm DPT, cm

1 Natural AC-20 Esmeraldas

137,63 135,57 134,2 132,33 133,17 134,58

2 3% AC-20 Esmeraldas 114,9 114,17 115,1 115,7 114,87 114,95

3 6% AC-20 Esmeraldas 109 112,93 110,57 113,57 114,43 112,1

4 9% AC-20 Esmeraldas 109,3 112,3 111,87 110,87 104,13 109,69

Dónde: DP1= Ductilidad medio Medición 1 DPT=Ductilidad medio Total

Gráfico 10. Comportamiento de Ductilidad en el transcurso del tiempo

0

50

100

150

1 2 3 4 5

Du

ctili

dad

, cm

Tiempo, meses (1/2)

Ductilidad

Natural AC-20 Esmeraldas 3% AC-20 Esmeraldas


46

4.1.7. Densidad, Peso específico

Cálculos

Se determina la densidad de acuerdo la siguiente expresión matemática

( ) ( ) ( )

Dónde:

A: masa del picnómetro vacío con su tapa, g

B: masa del picnómetro y agua destilada con su tapa, g

C: masa del picnómetro y asfalto con su tapa, g

D: masa del picnómetro, asfalto y agua destilada con su tapa, g

Densidad del agua destilada a 25 °C (g/cm³).

: Densidad del asfalto a 25 °C (g/cm³).

Calculo modelo para determinar la densidad del asfalto;

Para la primera quincena se determina la densidad del asfalto convencional AC-20 de

Refinería Esmeraldas a 25 °C,

Datos obtenidos

ORD Dato

Simbología Datos Significado Peso, g

1 A masa del picnómetro

vacío con su tapa 14,31

2 B

masa del picnómetro y

agua destilada con su

tapa

39,27

3 C masa del picnómetro y

asfalto con su tapa 27,08

4 D

masa del picnómetro,

asfalto y agua destilada

con su tapa

39,56

47

Densidad del agua destilada a 25 °C = 0,997 g/cm³

( ) ( )

Resultados

Tabla 46. Resultados de densidad

Ord Muestra Densidad P1, g/cm³

Densidad P2, g/cm³

Densidad P3, g/cm³

Densidad P4, g/cm³

Densidad P5, g/cm³

Densidad PT, g/cm³


Esmeraldas 1,0201 1,0223 1,0219 1,0189 1,0221 1,0211

2 3% AC-20 Esmeraldas 1,2680 1,1864 1,1866 1,2032 1,2190 1,2126

3 6% AC-20 Esmeraldas 1,1942 1,2271 1,1953 1,2020 1,1947 1,2027

4 9% AC-20 Esmeraldas 1,2350 1,2262 1,1787 1,1953 1,2110 1,2092

Dónde: Densidad P1= Densidad medio Medición 1 Densidad PT= Densidad medio Total

48

Gráfico 11. Densidad en función del tiempo

4.1.8. Punto de reblandecimiento.- Para cálculo medio del punto de

reblandecimiento seguimos;

∑

( )

Donde;

=Punto de reblandecimiento medio

=Punto de reblandecimiento parcial


Calculo modelo para AC-20 convencional refinería Esmeraldas

Resultados

Tabla 47. Resultados punto de reblandecimiento

Ord Muestra PRM1,

°C PRM2,

°C PRM3,

°C PRM4,

°C PRM5,

°C PRMT,

°C


Esmeraldas 48,40 48,47 48,47 48,33 48,47 48,43

2 3% AC-20 Esmeraldas 50,07 49,87 49,97 49,93 50,10 49,99

3 6% AC-20 Esmeraldas 50,17 50,57 50,20 50,60 50,97 50,50

4 9% AC-20 Esmeraldas 52,10 52,60 53,40 53,57 52,43 52,82

1

1,1

1,2

1,3

1 2 3 4 5

De

nsi

dad

, g/

cm³

Tiempo, meses (1/2)

Densidad

Convencional AC-20 Esmeraldas

3% AC-20 Esmeraldas

6% AC-20 Esmeraldas

9% AC-20 Esmeraldas

49

Gráfico 12. Comportamiento de punto de reblandecimiento

Gráfico 13. Comportamiento Penetración y Punto de Reblandecimiento

44,00

46,00

48,00

50,00

52,00

54,00

1 2 3 4 5 6

Pu

nto

de

Re

bla

nd

eci

mie

nto

, °C

Tiempo, meses(1/2)

Punto de Reblandecimiento



46,00

47,00

48,00

49,00

50,00

51,00

52,00

53,00

54,00

65

65,5

66

66,5

67

67,5

68

68,5

69

69,5

Natural AC-20Esmeraldas

3% AC-20Esmeraldas

6% AC-20Esmeraldas

9% AC-20Esmeraldas

Muestras

Pu

nto

de

Re

bla

nd

eci

mie

nto

, °C

Pe

ne

trac

ión

, 0,1

mm

Punto de Reblandecimiento Vs. Penetración

Penetración Punto de Reblandecimiento

50

4.1.9. Índice de Penetración .- Este índice no es ningún en sayo se calcula con la

Penetración y el punto de reblandecimiento de acuerdo a la siguiente expresión

matemática:

( )

[

] ( )

Donde;

A: Variable que relaciona el Punto de reblandecimiento y la penetración

IP: Índice de Penetración

P: Penetración

PR: Punto de reblandecimiento

Cálculo modelo para Índice de penetración AC-Natural

Penetración: 69,1 a 0,1mm

Punto de Reblandecimiento: 48,43 °C

[

]

Resultados

Tabla 48. Índice de Penetración

Ord Muestra A IP


Esmeraldas 2,2698 -0,8250

2 3% AC-20 Esmeraldas 2,1600 -0,5062

3 6% AC-20 Esmeraldas 2,1196 -0,3833

4 9% AC-20 Esmeraldas 1,9379 0,2114

51

4.1.10. Pérdida de masa por calentamiento

Para determinar el porcentaje de perdida de mesa del asfalto luego del calentamiento

seguimos las siguientes operaciones:

( )

( )

( )

Dónde;

R: Peso de recipiente metálico vacío

RMA: Peso de recipiente + asfalto antes del calentamiento

RMD: Peso de recipiente + asfalto después del calentamiento

PAA: Peso del asfalto antes del calentamiento

PAD: Peso del asfalto después del calentamiento

%Perdida: Porcentaje de pérdida del asfalto luego del calentamiento

Cálculos

Este es un cálculo modelo para conocer la pérdida de masa por calentamiento para el

asfalto Convencional al inicio de la investigación.

R= 78,35 g

RMA= 128,76 g

RMD= 128,69 g

52

Resultados

Tabla 49. Resultados Pérdida por Calentamiento

Ord Muestra Perdida por

Calentamiento Inicial, %

Perdida por Calentamiento Final,

%


Esmeraldas 0,200 0,140

2 3% AC-20 Esmeraldas 0,190 0,160

3 6% AC-20 Esmeraldas 0,140 0,150

4 9% AC-20 Esmeraldas 0,200 0,180

4.2. Determinación del Grado de Desempeño del asfalto

4.2.1. Determinación del módulo complejo y ángulo de fase.- Para el cálculo de

los valores medio se siguen las expresiones;

Para modulo complejo, G*,

∑

( )

Donde;

: Modulo Complejo Promedio

G*i : módulo Complejo Parcial

n: número de Repeticiones

Cálculo modelo

( )

53

Para angulo de fase, δ (°);

∑

( )

Donde;

: ángulo de Fase Promedio

δi : ángulo de Fase Parcial

n: número de Repeticiones

Cálculo modelo

( )

( )

Para ǀG*ǀ/sen δ, (kPa)

∑

( )

Donde;

: Modulo Promedio

: Modulo Parcial

n: Numero de Repeticiones

Cálculo modelo

( )

54

Resultados

Tabla 50. Resultados medios ensayo Original Binder Grading

Variables Temperatura, °C

52 58 64 70 76 82

Convencional

Módulo complejo, G* (kPa) 7,23 3,35 1,59 0,78 **** *****

Ángulo de fase, δ (°) 74,8 78,03 80,96 83,4 **** *****

ǀG*ǀ/sen δ (kPa) 7,5 3,43 1,72 0,78 **** *****

3% EPS


Ángulo de fase, δ (°) 74,833 77,933 80,900 83,300 **** *****

ǀG*ǀ/sen δ (kPa) 7,880 3,673 1,710 0,829 **** *****

6% EPS


Ángulo de fase, δ (°) 74,63 77,9 80,8 83,23 **** *****

ǀG*ǀ/sen δ (kPa) 8,31 3,80 1,78 0,89 **** *****

9% EPS

Módulo complejo, G* (kPa) 10,04 4,75 2,27 1,12 0,58 *****

Ángulo de fase, δ (°) 70,7 74,53 78 80,9 83,27 *****

ǀG*ǀ/sen δ (kPa) 10,62 4,93 2,32 1,13 0,58 *****

Gráfico 14. Determinación del Grado de Desempeño

50

55

60

65

70

75

80

0 2 4 6 8 10

Tem

pe

ratu

ra, °

C

ǀG*ǀ/sen δ (kPa)

Grado de Desempeño

Asfalto convencional Asfalto 3% EPS Asfalto 6% EPS Asfalto93% EPS

55

4.3. Comportamiento de la viscosidad dinámica

Tabla 51. Viscosidad del asfalto a diferentes PG

Muestra Convencional 3% 6% 9%

Porcentaje

Temperatura

0 3 6 9

52 45 60 79 86

58 40 42,3 63,2 83,9

64 38 47,1 56,2 58,5

70 45,1 45,2 45,6 48,1

76 29,2 33,1 37,8 41,3

82 27,8 28,7 31,7 32,4

Gráfico 15. Comportamiento Viscosidad a Diferentes PG

25

35

45

55

65

75

85

0 3 6 9

Vis

cosi

dad

, cP

Porcentaje de Polímero, %

Viscosidad Vs. Porcentaje de Polímero

PG 52

PG 58

PG 64

PG 70

PG 76

PG 82

56

Tabla 52. Modelo de Viscosidad dinámica en función de porcentaje poliestireno

4.4. Modelos Reológico

Ayudados de los datos obtenidos en el reómetro, reemplazamos en el modelo

matemático correspondiente.

Cálculo Modelo

Para el asfalto Convencional a una temperatura de 52°C determinamos su modelo

matemático

( )

El modelo que se ajusta al comportamiento de la muestra es el de Ellis

ANALYSIS RESULTS:

Number of Input Data Points : 25

Number of Output Data Points : 25

Regression Parameter a : 3.016,7

Regression Parameter b : -1.929

Regression Parameter p : 1,0944

Correlation Ratio R : 0,98704

Correlation Ratio R^2 : 0,97426

Standard Deviation s(n-1) : 569,15 Pa relating to tau

El modelo quedaría de la siguiente manera:

ORD PG Valor de R2 Modelo

1 52 0,9722 µ=4,7333(X) + 46,2

2 58 0,9192 µ= 5,0867(X) + 34,46

3 64 0,9473 µ= 2,3533(X) + 39,36

4 70 0,7339 µ= 0,3133(X) + 44,59

5 76 0,9972 µ= 1,3667x + 29,2

6 82 0,9352 µ= 0,56x + 27,63

57

(

) (

)

Resultados

Tabla 53. Comportamiento Reológico del Asfalto Convencional

Temperatura,

°C

Valor

Desviación

estándar Modelo matemático

52 0,97426 569,15 (

) (

)

58 0,97025 361,5 (

) (

)

64 0,97465 167,38 (

) (

)

70 0,97144 128,34 (

) (

)

76 0,98708 65,62 (

) (

)

82 0,98866 49,665 (

) (

)

58

Tabla 54. Comportamiento Reológico del Asfalto Modificado con 3%

Temperatura,

°C Valor

Desviación


52 0,88954 670,74 (

) (

)

58 0,95003 347,03 (

) (

)

64 0,96532 185,4 (

) (

)

70 0,98412 96,964 (

) (

)

76 0,98897 62,63 (

) (

)

82 0,98363 61,902 (

) (

)

Tabla 55. Comportamiento Reológico del asfalto modificado con 6%

Temperatura

°C Valor

Desviación


52 0,89767 872,85 (

) (

)

58 0,90968 421,91 (

) (

)

64 0,95712 201,26 (

) (

)

70 0,98422 91,255 (

) (

)

76 0,99249 46,062 (

) (

)

82 0,98736 47,399 (

) (

)

59

Tabla 56. Comportamiento Reológico del asfalto modificado con 9%

Temperatura,

°C Valor

Desviación


52 0,93222 701,36 (

) (

)

58 0,884 492,37 (

) (

)

64 0,95171 219,11 (

) (

)

70 0,98588 86,169 (

) (

)

76 0,9746 68,856 (

) (

)

82 0,99285 37,559 (

) (

)

Gráfico 16. Modelo reológico de las muestras de asfalto

Asfalto AC-20Convencional

Asfalto AC-203%EPS

Asfalto AC-206%EPS

Asfalto AC-209%EPS

ELLIS ELLIS ELLIS ELLIS

Modelos Reológicos

60

5. DISCUSIÓN

La investigación se la realizó con el asfalto producido en refinería Esmeraldas AC-

20, se lo caracterizo mediante nomas, procedimientos ASTM y normas NTE INEN.

Para la clasificación del asfalto se utilizó la metodología SUPERPAVE (Superior

Performing Asphalt Pavements), que utiliza especificaciones que permiten

caracterizar a los asfaltos. El estudio SUPERPAVE así como el comportamiento

reológico mediante temperatura se lo realizó con la ayuda del equipo Reómetro

PHYSICA MCR 301.

El polímero utilizado es de reciclo, poliestiteno EPS, el cual se lo integró al asfalto

mediante un proceso de fundición a temperatura entre 220 y 240°C. Se calienta el

asfalto en un baño con agua a razón de 110°C y lentamente incorporamos el

poliestireno EPS, se deja en proceso de calentamiento por un tiempo aproximado

de 5 horas, la agitación debe ser constante durante este periodo para conseguir

una muestra homogénea, de manera que se evite variaciones y tener resultados

distorsionados en el momento de realizar la caracterización fisicoquímica y

reológica.

Los porcentaje de polímero que se agregó se los obtuvo del libro de Fredy Alberto

Reyes Lizcano, titulado “Diseño Rotacional de pavimentos”, donde se detalla el

porcentaje menor, medio y alto al cual un asfalto puede ser modificado con

polímero de manera que al ser analizados cumplan con los requisitos especificados

en las norma de Penetración, viscosidad saybolt-furol, Punto de inflamación,

ductilidad, pérdida de masa por calentamiento, pesos especifico, punto de

reblandecido y ensayos realizados en el Reómetro. Para tener una mayor

reproducibilidad de los datos se realizó 3 repeticiones de cada ensayo.

Las características fisicoquímicas del asfalto Esmeraldas AC-20 convencional y

modificado con poliestireno EPS, se las determinó cada 2 semanas para observar

su comportamiento, en los resultados se puede apreciar que al agregar poliestireno

en el asfalto convencional la propiedad de penetración aumenta como se muestra

en la tabla 40.

61

La penetración a 0,10 mm del AC20-Convencional es de 69.10, AC20- 3%EPS de

66.61, AC20-6%EPS de 66.3 y AC20- 9% de 66.81. En el gráfico 15 se manifiesta

disminución de la viscosidad a medida que aumenta la temperatura en cada una de

las muestras, para el asfalto modificado 3%EPS la viscosidad a 52°C es 57,7 Pa.s y

a la temperatura de 82°C es 31,7 Pa.s.

Se determinó el modulo complejo G*y el ángulo de fase δ con el reómetro de

manera que se utilizó la modelación “Original Binder Grading”, correspondiente a

Asfalto. A una temperatura de 52°C se evidencia que el asfalto convencional

presenta el modulo complejo G* más pequeño cuyo resultado es 7.6 kPa mientras

que el asfalto modificado 9%EPS presenta el valor más alto de todas las muestras

del ensayo 18.6kPa; en cuanto al ángulo de fase δ es lo contrario, la muestra con

menor valor es la modificada con 9%EPS cuyo resultado es 65,36°.

Los resultados muestran que cuando la relación entre el modulo complejo G* y seno

del ángulo de fase δ es menor que la unidad el reómetro ya no registra datos a la

temperatura que se está determinando, por consiguiente el software

automáticamente cambia de temperatura lo que se conoce como PG-Grado de

Desempeño (Performance Grades). Al agregarle polímero al asfalto el PG aumenta

de manera que registra mayor PG es 9%EPS, como se lo aprecia en el Gráfico 14.

Se realizó ensayos en el reómetro para determinar la viscosidad dinámica, esfuerzo

cortante, gradiente de velocidad y el modelo que se obtiene en cada grado de PG

para lo cual se empleó una modelación distinta que corresponde a Flow curve:

visco-elastic Fluid: Logarithmic ramp stepwise, se encuentra dentro de los ensayos

para asfalto.

Se trabajó con las temperaturas correspondientes a cada punto de PG(Performance

Grades), en un rango de 52°C a 82°C haciendo variaciones de 6°C para la toma de

datos. En el gráfico 16 se observa que todas las muestras de asfalto convencional y

modificados se comportan de acuerdo al Modelo reológico de ELLIS.

62

6. CONCLUSIONES

La calidad del asfalto de refinería Esmeraldas AC-20 y los modificados con

poliestireno al 3%, 6% y 9% cumplen con los parámetros exigido en las normas

establecidas, en cuanto a la penetración se establece un rango mínimo de 60 y

máximo de 70 a 0,1mm, por tanto se los puede usar en la construcción de

pavimentos.

El poliestireno mejora la propiedad de penetración en el asfalto AC-20 que se

produce en Refinería Esmeraldas, al agregar el polímero la Penetración disminuye

lo que hace que la consistencia incremente y por consiguiente se tiene un asfalto

más endurecido, mientras que el asfalto convencional es más rígido a bajas

temperatura aumentando de esta manera fisuración térmica y muy blando a

temperaturas elevadas haciendo más probable el ahullamiento.

Todas las muestras utilizadas para esta investigación se encuentran dentro del

rango de aceptación que se dan en las especificaciones, para el punto de

reblandecimiento van desde 45°C hasta 53°C; el asfalto modificado con 9% de

poliestireno aumenta el punto de reblandecimiento en 3°C aproximadamente lo que

implica que está mejorando su estabilidad a temperatura más elevadas

convirtiéndolo en un asfalto de mejor calidad.

Las muestras modificadas con poliestireno 3%, 6% y 9% cumplen con las

especificaciones ASTM en cuanto a la ductilidad, penetración, punto de

reblandecido, punto de inflamación e índice de penetración, lo que hace posible

tener un asfalto normalizado, se observa aumento de la viscosidad, disminución de

la penetración y aumento del punto de reblandecimiento.

El punto de Inflamación del asfalto supera los valores de 230°C, de esta manera las

muestras de asfalto cumplen con la norma AASHTO T48. A medida que se

incrementa el porcentaje de polímero el punto de inflamación aumenta, es decir que

requieren de una mayor temperatura para empezar a generar vapores y de esta

manera evitarían causar graves accidente eventuales.

63

El comportamiento viscoso es el que predomina en el asfalto convencional y

modificado debido a que el ángulo de fase δ es mayor a 45° lo que determina que

estas muestras son capaces de recuperarse a deformaciones.

Las muestras modificadas con poliestireno de 3% a 9% mostraron una mejora en

propiedades termo-mecánicas a altas temperatura, aumentando su PG en dos

grados.

El porcentaje sugerido de poliestireno agregado en el asfalto AC-20 de refinería

Esmeraldas es del 9% debido a que aumentó el PG en aproximadamente 1 grado.

En el rango de temperatura de 52 °C y 82°C todas las muestras de asfaltos tienen

un comportamiento pseudoplástico debido a que las parafinas no se funden en su

totalidad Y obedecen a la ley de la potencia definido por el modelo matemático de

ELLIS.

64

7. RECOMENDACIONES

Realizar un estudio de envejecimiento sometiendo las muestras de asfaltos

convencionales y modificados con poliestireno a los equipos RFTO (Rolling Thin

Film Oven) y PAV (Pressure Aging Vessel) de manera que se pueda obtener un

índice de envejecimiento a nivel de laboratorio de corto Plazo.

Estudiar las muestras de asfaltos modificados a temperaturas superiores de 82°C

para conocer su comportamiento y observar que modelo matemático obedecen.

Investigar el comportamiento reológico del asfalto modificado a bajas temperaturas

mediante la utilización del Reómetro de Viga de Flexión (BBR).

Adicionar un aditivo a la mezcla asfalto poliestireno para que la homogenización de

esta se lo mejor posible, de esta manera evitar que se formen dos fases entre el

polímero y asfalto.

65

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

Arena Lozano, H. L. (2006). Tecnología del cemento asfáltico (Quinta ed.). Popayán

Colombia: F.A.2000.

Asphalt Institute, U. (1995). Asphalt Technology and Contruction Practices. United

State of America : Traducido por la Comisión Permanente del asfalto de la

República Argentina.

ASTM D113, 1. (2017). Standard Test Method for Ductility of Asphalt Materials. West

Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D36, D.-1. (2014). Standard Test Method for Softening Point of Bitumen (Ring-

and-Ball Apparatus). West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D5, D.-1. (2013). Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials.

West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D6, D.-9. (2018). Standard Test Method for Loss on Heating of Oil and Asphaltic

Compounds. West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D70, 1. (2018). Standard Test Method for Density of Semi-Solid Asphalt Binder

(Pycnometer Method). West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D92, 1. (2018). Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland

Open Cup Tester. West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM E102 , E.-9. (2016). Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of

Bituminous Materials at High Temperatures. West Conshohocken, PA: ASTM

International.

Automatic Creations Inc. (2009). Material Data: RTP Company RTP 400 HI FR:

Polystyrene (PS), High Impact - Flame Retardant. www.matweb.com, 450.

66

Billmeyer, F. (2004). Ciencia de los Polímeros. Troy, New York: Reverte.

Figueroa, A. S., Reyes, F. A., Hernández, D., Jiménez, C., & Bohórquez, N. (2007).

Análisis de unn asfalto modificado con icopor y su incidencia en una mezcla

asfáltica densa en caliente. Artículo Ingeniería e Investigación Vol. 27, 4.

García Augusto. (2016). Superpave para el diseño de mezclas asfálticas .

Gerald , H. (1999). Methods to Achive Rut-Resistant Durable Pavements . Washington,

D.C. : Academy Press.

Granda, F. (2012). Estudio del comportamiento reológico del asfalto producido en la

Refinería Estatal de Esmeraldas. Trabajo de Investigación, UCE Ingeniería

Química, 119.

International Plastics Selector. (1991). Plastics: Thermoplastics and thermosets. United

State of America: Nancy L. Burgerson.

Mezger, T. G. (2014). The Rheology Handbook, for users of rotational and oscillatory

rheometers. Hanover: Cuarta.

Montejo, A. (2002). Ingeniería de Pavimentos para carreteras (Segunda ed.). Bogotá

D.C.: Valbuena de Fierro.

NTE INEN 2515, 2. (2010). Productos derivados del petróleo, Cemento asfaltico

requisitos. Quito: Intituto ecuatoriano de normalizacón .

Palma, C., Ortiz , J., Ávalos, F., & Castañeda, A. (2015). Modificacion de asfalto con

elastómeros para su uso en pavimentos. Saltillo México: Valdés.

Petroecuador EP, G. d. (2013). Asfalto ecuatoriano, calidad y normas de utilización.

Seminario, 1.

Recalde , P. (2008). Utilización de partículas de neumáticos fuera de uso como.

Trabajo de Graduación Previo la Obtención del Título de Ingeniero Químico,

UCE, Quito, 120.

67

Revista Ingeneiría Volumen 17, N. (2002). Tecnología del asfalto. Ingeniería de

Construcción , 87.

Reyes Lizcano, F. A. (2004). Diseño Rotacional de pavimentos. Bogotá: Escuela

Colombiana de Ingeniería.

Rondón, H., & Reyes , F. (2015). Pavimentos: Materiales, construcción y diseño.

Bogotá: Ecoe.

Rosato, D. (1993). Plastics Encyclopedia and Dictionary. United State of America:

Hanser Publishers.

Vásquez Ramos, M. V. (2001). Superpave Consideraciones Generales. El Salvador:

Unidad de investigación y desarrollo vial.

Vizuete, C. (2011). Caracterización de asfalto modificado con partículas de. Trabajo de

Graduación Previo la Obtención del Titulo de Ingeniero Químico, UCE, Quito,

120.

68

BIBLIOGRAFÍA

Arena Lozano, H. L. (2006). Tecnología del cemento asfáltico (Quinta ed.). Popayán

Colombia: F.A.2000.

Asphalt Institute, U. (1995). Asphalt Technology and Contruction Practices. United

State of America : Traducido por la Comisión Permanente del asfalto de la

República Argentina.

ASTM D113, 1. (2017). Standard Test Method for Ductility of Asphalt Materials. West

Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D36, D.-1. (2014). Standard Test Method for Softening Point of Bitumen (Ring-

and-Ball Apparatus). West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D5, D.-1. (2013). Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials.

West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D6, D.-9. (2018). Standard Test Method for Loss on Heating of Oil and Asphaltic

Compounds. West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D70, 1. (2018). Standard Test Method for Density of Semi-Solid Asphalt Binder

(Pycnometer Method). West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM D92, 1. (2018). Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland

Open Cup Tester. West Conshohocken, PA: ASTM International.

ASTM E102 , E.-9. (2016). Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of

Bituminous Materials at High Temperatures. West Conshohocken, PA: ASTM

International.

Automatic Creations Inc. (2009). Material Data: RTP Company RTP 400 HI FR:

Polystyrene (PS), High Impact - Flame Retardant. www.matweb.com.

69

Billmeyer, F. (2004). Ciencia de los Polímeros. Troy, New York: Reverte.

Figueroa, A. S., Reyes, F. A., Hernández, D., Jiménez, C., & Bohórquez, N. (2007).

Análisis de unn asfalto modificado con icopor y su incidencia en una mezcla

asfáltica densa en caliente. Artículo Ingeniería e Investigación Vol. 27.

García Augusto. (2016). Superpave para el diseño de mezclas asfálticas .

Gerald , H. (1999). Methods to Achive Rut-Resistant Durable Pavements . Was

hington, D.C. : Academy Press.

Granda, F. (2012). Estudio del comportamiento reológico del asfalto producido en la

Refinería Estatal de Esmeraldas. Trabajo de Investigación, UCE Ingeniería

Química.

International Plastics Selector. (1991). Plastics: Thermoplastics and thermosets. United

State of America: Nancy L. Burgerson.

Mezger, T. G. (2014). The Rheology Handbook, for users of rotational and oscillatory

rheometers. Hanover: Cuarta.

Montejo, A. (2002). Ingeniería de Pavimentos para carreteras (Segunda ed.). Bogotá

D.C.: Valbuena de Fierro.

NTE INEN 2515, 2. (2010). Productos derivados del petróleo, Cemento asfaltico

requisitos. Quito: Intituto ecuatoriano de normalizacón .

Palma, C., Ortiz , J., Ávalos, F., & Castañeda, A. (2015). Modificacion de asfalto con

elastómeros para su uso en pavimentos. Saltillo México: Valdés.

Petroecuador EP, G. d. (2013). Asfalto ecuatoriano, calidad y normas de utilización.

Seminario.

70

Recalde , P. (2008). Utilización de partículas de neumáticos fuera de uso como.

Trabajo de Graduación Previo la Obtención del Título de Ingeniero Químico,

UCE, Quito.

Revista Ingeneiría Volumen 17, N. (2002). Tecnología del asfalto. Ingeniería de

Construcción .

Reyes Lizcano, F. A. (2004). Diseño Rotacional de pavimentos. Bogotá: Escuela

Colombiana de Ingeniería.

Rondón, H., & Reyes , F. (2015). Pavimentos: Materiales, construcción y diseño.

Bogotá: Ecoe.

Rosato, D. (1993). Plastics Encyclopedia and Dictionary. United State of America:

Hanser Publishers.

Vásquez Ramos, M. V. (2001). Superpave Consideraciones Generales. El Salvador:

Unidad de investigación y desarrollo vial.

Vizuete, C. (2011). Caracterización de asfalto modificado con partículas de. Trabajo de

Graduación Previo la Obtención del Titulo de Ingeniero Químico, UCE, Quito.

71

ANEXOS

72

ANEXO A. Performance Grades, Grados de desempeño (AASHTO M320)

73

ANEXO B. Fotografías de Reómetro y muestras de asfalto

Figura B.1. Reómetro PHYSICA MCR 301

Figura B.2. Equipo y Software RHEOPLUS

74

ANEXO C. Procedimientos ASTM Propiedades Fisicoquímicas

Anexo C.1. Penetración (ASTM D5, 2013)

La penetración se realiza de acuerdo a la norma (ASTM D5, 2013) y se define como la

distancia, expresada en décimas de milímetro hasta la cual penetra verticalmente en el

material una aguja normalizada en condiciones definidas de carga, tiempo y

temperatura. Normalmente, el ensayo se realiza a 25°C (77°F) durante un tiempo de 5

s y con una carga móvil total, incluida la aguja, de 100 g, aunque pueden emplearse

otras condiciones previamente definidas.

Materiales y Equipo

ORD Equipo o Material

1 Penetrómetro

2 Aguja de penetración

3 Recipiente o molde para la muestra

4 Baño de agua María

5 Dispositivo medidor de tiempo

6 Termómetro

7 Espátula

8 Asfalto AC-20

9 Balanza Analítica

Procedimiento

1. Pesamos 450 g de Asfalto ayudados con una espátula caliente y

colocamos en un recipiente.

2. Calentamos la muestra de asfalto de manera que se homogenice

alcanzando fluidez para que se puedan agregar en los moldes para las

probetas, preparamos dos moldes por cada muestra de material.

3. Se llenan totalmente los moldes y cubrimos con un vaso de vidrio

invertido de manera que las muestras queden protegidas de polvo y

eliminar posible burbujas de aire.

4. Enfriamos al aire a una temperatura entre 20°C y 30 °C (68 °F y 86 °F),

por un tiempo entre 1 hora y 1 hora 30 minutos.

75

5. Sumergimos los recipientes en el baño maría a temperatura de 50°C, se

mantiene por un periodo de 1 hora 30 minutos.

6. Limpiamos la aguja de penetración con el disolvente tolueno y se seca

con un paño limpio, fijándola correctamente en su soporte.

7. Acercamos la aguja del pecnetrómetro hasta que su punta llegue a la

superficie de la muestra, evitando que esta se penetre.

8. Se coloca en cero el pecnetrómetro y soltamos seguidamente el

mecanismo que libera la aguja durante el tiempo antes indicado.

9. Se Anota la distancia que haya penetrado la aguja en la muestra,

expresada en decimas de milímetro.

10. Se desmonta el equipo dejando todo limpio y seco.

Datos Parciales Obtenidos en 3 repeticiones de medida

Tabla C.1. Penetración Medición 11 de Junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Penetración 1.

0,1mm

Penetración 2.

0,1mm

Penetración 3.

0,1mm

1 Convencional 69,5 69,0 70,0

2 3% EPS 65,5 65,0 65,0

3 6% EPS 67,5 66,0 65,5

4 9% EPS 66,5 67,0 68,0

Tabla C.2. Penetración Medición 25 de Junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Penetración 1.

0,1mm

Penetración 2.

0,1mm

Penetración 3.

0,1mm


2 3% EPS 66,0 67,0 68,5

3 6% EPS 65,5 67,0 68,0

4 9% EPS 67,0 66,5 68,5

76

Tabla C.3. Penetración Medición 9 de Julio 2018

ORD ASFALTO AC-

20

Penetración 1.

0,1mm

Penetración 2.

0,1mm

Penetración 3.

0,1mm


2 3% EPS 65,0 65,0 64,5

3 6% EPS 64,5 65,5 64,5

4 9% EPS 66,5 64,0 65,5

Tabla C.4. Penetración Medición 23 de Julio 2018

ORD ASFALTO AC-

20

Penetración 1.

0,1mm

Penetración 2.

0,1mm

Penetración

3. 0,1mm


2 3% EPS 68,0 68,5 69,5

3 6% EPS 66,5 68,0 68,0

4 9% EPS 68,0 67,0 68,0

Tabla C.5. Penetración Medición 6 de agosto 2018

ORD ASFALTO AC-

20

Penetración 1.

0,1mm

Penetración 2.

0,1mm

Penetración

3. 0,1mm


2 3% EPS 68,0 66,5 67,0

3 6% EPS 66,0 66,0 67,5

4 9% EPS 66,5 67,0 66,0

77

Anexo C.2. Viscosidad Saybolt-Furol (ASTM E102 , 2016)

Para realizar este ensayo seguimos los pasos de la noma (ASTM E102 , 2016), se

emplea para cementos asfalticos, emulsiones y aceites, se determina el tiempo en

segundos necesarios para que pasen 60 centímetros cúbicos de líquido por medio de

un tubo a una temperatura determinada.

La determinada medición se realizó a una temperatura de 135°C.

Equipo y Materiales

ORD Equipo y Materiales Rango o apreciación

1 Viscosímetro Saybolt ______________

2 Frasco calibrado 60 ml

3 Termómetros _____________

4 Cronómetro A ± 1s

5 Pipeta 2mm de diámetro interior

Procedimiento

1. Se limpia el recipiente correctamente con gasolina

2. Colocamos en el recipiente una cantidad de muestra de manera que este moje

completamente la superficie.

3. Se inserta el tapón suavemente a más de 6,3 mm y menos de 9,5 mm en la

parte inferior del tubo de salida, se observa que haya cerrado hemáticamente

para evitar que se escape aire.

4. Agregamos la muestra en el tubo hasta que deja de rebosar dentro del cilindro,

agitamos suavemente con el termómetro.

5. Graduamos la temperatura del baño de manera que sea contante la

temperatura en el interior del tuvo

6. Se retira el termómetro y limpiamos cuidadosamente el exceso de muestra del

cilindro de rebose ayudados con una pipeta.

7. +Colocamos el frasco calibrado de 60 centímetro cúbicos en una posición tal

que quede centrado con respecto al orificio de salida.

8. Se saca el tapón del corcho del tuvo y al mismo tiempo se pone en marcha el

cronometro. Paramos el cronómetro cuando la parte inferior del menisco

alcance la graduación del cuello del frasco calibrado.

78


Tabla C.6. Viscosidad Saybolt-Furol Medición 12 Junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 1,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 2,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 3,

SSF

1 Convencional 158,1 161,8 160,7

2 3% EPS 173,6 172,1 172,2

3 6% EPS 175,0 177,4 174,5

4 9% EPS 181,6 182,1 181,1

Tabla C.7. Viscosidad Saybolt-Furol Medición 26 Junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 1,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 2,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 3,

SSF

1 Convencional 164,2 166,1 166,5

2 3% EPS 172,2 172,6 173,1

3 6% EPS 175,5 176,4 176,5

4 9% EPS 182,1 185,8 183,5

Tabla C.8. Viscosidad Saybolt-Furol Medición 10 Julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 1,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 2,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 3,

SSF

1 Convencional 167,4 167,9 168,4

2 3% EPS 173,4 174,7 172,1

3 6% EPS 178,2 176,8 175,9

4 9% EPS 186,3 185,9 184,4

79

Tabla C.9. Viscosidad Saybolt-Furol Medición 24 Julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 1,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 2,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 3,

SSF

1 Convencional 167,8 169,3 168,4

2 3% EPS 174,1 172,6 173,2

3 6% EPS 177,3 176,9 176,1

4 9% EPS 193,4 191,5 188,7

Tabla C.10. Viscosidad Saybolt-Furol Medición 7 agosto 2018

ORD ASFALTO

AC-20

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 1,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 2,

SSF

VISCOSIDAD

SAYBOLT-

FUROL 3,

SSF

1 Convencional 168,3 168,2 170,3

2 3% EPS 174,1 173,1 173,6

3 6% EPS 179,2 177,9 179,1

4 9% EPS 199,9 199,6 199,8

Anexo C.3. Punto de Inflamación (ASTM D92, 2018)

Materiales y Equipo

ORD Material y Equipo

1 Aparato de Copa abierta Cleveland

2 Termómetro

3 Asfalto

4 Mechero de gas

Procedimiento

1. Colocamos la muestra de asfalto en la copa

2. Se enciende la llama de ensayo y se ajusta el diámetro respectivo.

3. Aplicamos calor al inicio de tal manera que la rata de incremento de

temperatura de la muestra sea de 14°C a 17°C por minuto

80

4. Fijarse que la temperatura de la muestra sea cercana a 56°C por debajo

del punto de inflamación esperado.

5. Se disminuye el calor de manera que la temperatura se aumente para

los últimos 28°C antes de llegar al punto de inflamación, en 5°C a 6°C

por minuto.

6. Aplicamos la llama de ensayo una vez por cada aumento de 2°C, por lo

menos a 28°C bajo el punto de inflamación. Se pasa la llama de ensayo

a través del centro de la copa.

7. Se registra como punto de inflamación, la lectura de temperatura sobre

el termómetro cuando aparezca una llama en cualquier punto sobre la

superficie


Tabla C.11. Punto de Inflamación Medición 13 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

Inflamación

1,

Punto de

Inflamación

2,

Punto de

Inflamación

3,

°C °C °C

1 Convencional 244 241 243

2 3% EPS 248 249 248

3 6% EPS 253 256 253

4 9% EPS 265 263 264

Tabla C.12. Punto de Inflamación Medición 27 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

Inflamación

1,

Punto de

Inflamación

2,

Punto de

Inflamación

3,

°C °C °C


2 3% EPS 249 252 251

3 6% EPS 257 260 259

4 9% EPS 266 259 262

81

Tabla C.13. Punto de Inflamación Medición 11 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

Inflamación

1,

Punto de

Inflamación

2,

Punto de

Inflamación

3,

°C °C °C


2 3% EPS 250 249 250

3 6% EPS 253 255 254

4 9% EPS 262 259 260

Tabla C.14. Punto de Inflamación Medición 25 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

Inflamación

1,

Punto de

Inflamación

2,

Punto de

Inflamación

3,

°C °C °C


2 3% EPS 249 252 251

3 6% EPS 256 253 255

4 9% EPS 260 259 259

Tabla C.15. Punto de Inflamación Medición 8 agosto 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

Inflamación

1,

Punto de

Inflamación

2,

Punto de

Inflamación

3,

°C °C °C


2 3% EPS 249 252 250

3 6% EPS 261 258 259

4 9% EPS 266 260 263

82

Anexo C.4. Ductilidad. (ASTM D113, 2017)

Equipos y Materiales

ORD Equipos y Materiales

1 Moldes

2 Placa

3 Baño de agua

4 Ductímetro

5 Termómetro

6 Espátula

7 Asfalto

Procedimiento

1. Colocamos sobre una superficie horizontal la placa con el molde apoyadas

completamente.

2. Se calienta la muestra de asfalto agitándole suavemente por su

consistencia hasta que este fluido y se puede agregar en los moldes de

forma de chorro fino en un recorrido alternativo de extremo a extremo,

hasta que se llene completamente para evitar la formación de burbujas de

aire

3. Dejamos enfriar a temperatura ambiente la probeta dentro del molde

durante 35 minutos, sumergiéndola en el baño de agua a la temperatura de

25°C durante 30 minutos.

4. Se quita el exceso de material del molde con una capsula recta caliente.

5. Introducimos en baño de agua la placa, molde y probeta, manteniéndolo a

la temperatura de 25°C durante 90 minutos aproximadamente, se retira la

placa del molde y las piezas laterales.

6. Colocamos la probeta en el ductímetro, se introducen cada pareja de

clavijas de los sistemas fijo y móvil en los correspondientes orificios de

cada pinza, poniendo a continuación en marcha el mecanismo de arrastre

del ensayo a la velocidad especificada, hasta que se produzca la rotura

midiéndose la distancia en cm que se hayan separado ambas pinzas hasta

este instante.

83


Tabla C.16. Ductilidad Medición 14 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Ductilidad

1,

Ductilidad

2,

Ductilidad

3,

cm cm cm

1 9% EPS 107,8 109,8 110,3

2 6% EPS 107,5 111,4 108,1

3 3% EPS 113,4 116,4 114,9

4 Convencional 137,3 136 139,6

Tabla C.17. Ductilidad Medición 28 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Ductilidad

1,

Ductilidad

2,

Ductilidad

3,

cm cm cm

1 9% EPS 111,4 110,4 115,1

2 6% EPS 109,7 114,4 114,7

3 3% EPS 112,3 114,6 115,6

4 Convencional 135,4 134,7 136,6

Tabla C.18. Ductilidad Medición 12 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Ductilidad

1,

Ductilidad

2,

Ductilidad

3,

cm cm cm

1 9% EPS 110,9 111,1 113,6

2 6% EPS 113,8 110,3 107,6

3 3% EPS 114,6 112,5 118,2

4 Convencional 133,1 134,5 135

Tabla C.19. Ductilidad Medición 26 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Ductilidad

1,

Ductilidad

2,

Ductilidad

3,

cm cm cm

1 9% EPS 113,8 108,3 110,5

2 6% EPS 113,7 110,7 116,3

3 3% EPS 117,3 113,3 116,5

4 Convencional 131,5 132,1 133,4

84

Tabla C.20. Ductilidad Medición 9 agosto 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Ductilidad

1,

Ductilidad

2,

Ductilidad

3,

cm cm cm

1 9% EPS 106,4 103,1 102,9

2 6% EPS 115,2 114,8 113,3

3 3% EPS 113,6 116,5 114,5

4 Convencional 133,7 134,1 131,7

Anexo C.5. Punto de reblandecimiento. (ASTM D36, 2014)

Equipos y Materiales

ORD Equipos y Materiales Capacidad o Rango

1 Anillos de bronce de bordes cuadrado __________

2 Platos de base __________

3 Esferas de acero Diámetro: 9,5 mm y

Peso 3,5 g

4 Guías de contacto de las bolas __________

5 Recipiente de vidrio 800 ml

6 Soporte de anillos y montaje __________

7 Termómetro __________

8 Agua destilada __________

9 Muestras de asfalto __________

Procedimiento

1. Calentamos la muestra de asfalto aproximadamente a 180°C hasta que

esta esté fluida.

2. Se calienta los dos anillos de bronce sin el plato de base a la misma

temperatura que se calentó el asfalto, colocamos sobre el plato base.

3. Agregamos el asfalto dentro de los dos anillos y se deja enfriar a

temperatura ambiente por aproximadamente media hora.

85

4. Se coloca los anillos con las muestras, las guías para las bolas y los

termómetros en posición, llenamos el baño con agua destilada hasta una

altura aproximada de 105 milímetro.

5. Colocamos las dos bolas en el fondo del baño ayudados de unas tenazas

para que se homogenicen a la misma temperatura de iniciación que el resto

del montaje.

6. Se pone todo el conjunto del baño en agua con hielo.

7. Calentamos con ligereza el baño para mantener la rata de elevación de la

temperatura a 5°C por minuto.

8. Registramos la temperatura indicada por el termómetro en el momento que

el asfalto rodeando la bola toca el fondo del baño.


Tabla C.21. Punto de Reblandecimiento Medición 16 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

reblandecimiento 1,

°C

Punto de

reblandecimiento 2,

°C

Punto de

reblandecimiento 3,

°C


2 3% EPS 50,4 49,2 50,6

3 6% EPS 50,4 50,7 49,4

4 9% EPS 52,5 51,7 52,1

Tabla C.22. Punto de Reblandecimiento Medición 30 junio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

reblandecimiento 1,

°C

Punto de

reblandecimiento 2,

°C

Punto de

reblandecimiento 3,

°C


2 3% EPS 49,6 50,2 49,8

3 6% EPS 50,7 50,3 50,7

4 9% EPS 52,3 53,1 52,4

86

Tabla C.23. Punto de Reblandecimiento Medición 14 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

reblandecimiento 1,

°C

Punto de

reblandecimiento 2,

°C

Punto de

reblandecimiento 3,

°C


2 3% EPS 50,2 49,5 50,2

3 6% EPS 50,6 50,3 49,7

4 9% EPS 53,2 52,4 54,6

Tabla C.24. Punto de Reblandecimiento Medición 28 julio 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

reblandecimiento 1,

°C

Punto de

reblandecimiento 2,

°C

Punto de

reblandecimiento 3,

°C


2 3% EPS 49,5 50,1 50,2

3 6% EPS 50,6 50,4 50,8

4 9% EPS 55,2 52,1 53,4

Tabla C.25. Punto de Reblandecimiento Medición 11 agosto 2018

ORD ASFALTO

AC-20

Punto de

reblandecimiento 1,

°C

Punto de

reblandecimiento 2,

°C

Punto de

reblandecimiento 3,

°C

1 Convencional 48 48,8 48,6

2 3% EPS 50 50,1 50,2

3 6% EPS 51,3 50,4 51,2

4 9% EPS 52,8 52,6 51,9

87

Anexo C.6. Pérdida de masa por calentamiento. (ASTM D6, 2018)

Equipo y Materiales

ORD Equipo y Materiales Rango

1 Horno ____________

2 Termómetro ____________

3 Balanza A± 0,01 g

4 Recipiente Metálico ____________

5 Muestras de asfalto ____________

Procedimiento

1. Calentamos la muestra de asfalto para que esta fluya y colocamos 50 g en

el recipiente metálico, dejamos enfriar la muestra a temperatura y

procedemos a registrar el peso inicial.

2. Se mantiene la temperatura en el horno de 163°C y colocamos el recipiente

metálico que contiene la muestra en el interior del horno, se gira la placa

durante todo el ensayo a una velocidad de aproximadamente de 6 r.p.m.

3. La temperatura del horno debe estar constante a 163°C durante 5 horas

aproximadamente.

4. Se saca la muestra, se deja enfriar y se pesa, registramos el valor

Datos Parciales Obtenidos

Tabla C.26. Porcentaje de Pérdida Inicial Asfalto convencional

ORD Prueba R, g RMA, g RMD, g PAA, g PAD, g %Perdida

1 1 77,22 127,67 127,56 50,45 50,34 0,23

2 2 72,15 125,04 124,93 52,89 52,78 0,20

3 3 75,28 127,11 127,03 51,83 51,75 0,16

4 Promedio % Perdida 0,20

Tabla C.27. Porcentaje de Pérdida Inicial Asfalto 3%EPS


1 1 70,34 120,78 120,68 50,44 50,34 0,20

2 2 72,54 125,41 125,32 52,87 52,78 0,18

3 3 77,53 129,38 129,28 51,85 51,75 0,20


88



1 1 67,80 118,21 118,14 50,41 50,34 0,13

2 2 76,25 129,11 129,03 52,86 52,78 0,15

3 3 80,91 132,73 132,66 51,83 51,75 0,15




1 1 77,57 128,02 127,91 50,45 50,34 0,22

2 2 78,98 131,86 131,76 52,88 52,78 0,20

3 3 69,57 121,41 121,32 51,84 51,75 0,17


Tabla C.30. Porcentaje de pérdida Final Asfalto convencional


1 1 78,35 128,76 128,69 50,41 50,34 0,15

2 2 75,13 127,97 127,91 52,84 52,78 0,12

3 3 70,45 122,28 122,20 51,83 51,75 0,16

4 Promedio % pérdida 0,14

Tabla C.31. Porcentaje de pérdida final asfalto 3%EPS


1 1 75,67 126,10 126,01 50,43 50,34 0,18

2 2 78,54 131,41 131,32 52,87 52,78 0,16

3 3 77,25 129,08 129,00 51,83 51,75 0,15

4 Promedio % pérdida 0,16



1 1 78,65 129,07 128,99 50,42 50,34 0,17

2 2 74,32 127,18 127,10 52,86 52,78 0,15

3 3 72,98 124,80 124,73 51,82 51,75 0,14


89



1 1 78,78 129,20 129,12 50,42 50,34 0,16

2 2 74,87 127,75 127,65 52,88 52,78 0,20

3 3 73,15 124,99 124,90 51,84 51,75 0,18


90

ANEXO D. Comportamiento reológico para cada grado de PG software Rheoplus

ANEXO D.1. Asfalto Convencional a diferentes temperaturas PG

Tabla D.1. Asfalto AC-20 convencional temperatura: 52°C

Meas.

Pts.

Shear

Rate

Shear

Stress Viscosity

[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,45 45

2 0,0147 1,19 45

3 0,0215 1,75 45

4 0,0316 2,56 45

5 0,0464 3,76 45

6 0,0681 5,52 45

7 0,1 8,11 45

8 0,147 11,9 45

9 0,215 17,5 45

10 0,316 25,6 45

11 0,464 37,6 45

12 0,681 55,3 45

13 1 81,1 45

14 1,47 119 45

15 2,15 175 45

16 3,16 256 45

17 4,64 376 45

18 6,81 553 45

19 10 811 45

20 14,7 1.190 45

21 21,6 1.750 45

22 31,6 2.570 45

23 46,4 3.770 45

24 68,1 5.520 45

25 100 4,5 45

91

Figura D.1. Asfalto AC-20 convencional temperatura: 52°C

10

100

1.000

10.000

Pa·s

10

100

1.000

10.000

100.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

ASFALTO AC-20 NATURAL 52°C

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

ASFALTO AC-20 NATURAL 52°C [Ellis I]

a = 3.016,7; b = -1.929; p = 1,0944

Viscosity

Shear Stress

92

Tabla D.2. Asfalto AC-20 convencional Temperatura: 58°C

Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity

[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,40 40

2 0,0147 1,6 40

3 0,0215 2,34 40

4 0,0316 3,44 40

5 0,0464 5,05 40

6 0,0681 7,41 40

7 0,1 10,9 40

8 0,147 16 40

9 0,215 23,4 40

10 0,316 34,4 40

11 0,464 50,5 40

12 0,681 74,1 40

13 1 109 40

14 1,47 160 40

15 2,15 234 40

16 3,16 344 40

17 4,64 505 40

18 6,81 742 40

19 10 1.090 40

20 14,7 1.600 40

21 21,6 2.350 40

22 31,6 3.440 40

23 46,4 5.050 40

24 68,1 7.410 40

25 100 4.0 40

Figura D.2. Asfalto AC-20 Convencional Temperatura: 58°C

10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 1.302,4; b = -758,72; p = 1,1104

Viscosity

Shear Stress

93

Tabla D.3. Asfalto AC-20 Convencional Temperatura: 64°C


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,38 38

2 0,0147 0,471 38

3 0,0215 0,691 38

4 0,0316 1,01 38

5 0,0464 1,49 38

6 0,0681 2,19 38

7 0,1 3,21 38

8 0,147 4,71 38

9 0,215 6,91 38

10 0,316 10,1 38

11 0,464 14,9 38

12 0,681 21,9 38

13 1 32,1 38

14 1,47 47,1 38

15 2,15 69,1 38

16 3,16 101 38

17 4,64 149 38

18 6,81 219 38

19 10 321 38

20 14,7 471 38

21 21,5 691 38

22 31,6 1.010 38

23 46,4 1.490 38

24 68,2 2.190 38

25 100 3.8 38


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 407,44; b = -145,51; p = 1,2164

Viscosity

Shear Stress

94



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,452 45,2

2 0,0147 0,691 45,2

3 0,0216 1,01 45,2

4 0,0316 1,49 45,2

5 0,0464 2,18 45,2

6 0,0681 3,21 45,2

7 0,1 4,71 45,2

8 0,147 6,91 45,2

9 0,215 10,1 45,2

10 0,316 14,9 45,2

11 0,464 21,8 45,2

12 0,681 32,1 45,2

13 1 47,1 45,2

14 1,47 69,1 45,2

15 2,15 101 45,2

16 3,16 149 45,2

17 4,64 218 45,2

18 6,81 321 45,2

19 10 471 45,2

20 14,7 691 45,2

21 21,6 1.010 45,2

22 31,6 1.490 45,2

23 46,4 2.190 45,2

24 68,2 3.210 45,2

25 99,8 4.520 45,2


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 327,15; b = -164,72; p = 1,1372

Viscosity

Shear Stress

95



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,292 29,2

2 0,0147 0,532 29,2

3 0,0215 0,78 29,2

4 0,0316 1,15 29,2

5 0,0464 1,68 29,2

6 0,0681 2,47 29,2

7 0,1 3,62 29,2

8 0,147 5,32 29,2

9 0,215 7,8 29,2

10 0,316 11,5 29,2

11 0,464 16,8 29,2

12 0,681 24,7 29,2

13 1 36,2 29,2

14 1,47 53,2 29,2

15 2,15 78 29,2

16 3,16 115 29,2

17 4,64 168 29,2

18 6,81 247 29,2

19 10 362 29,2

20 14,7 532 29,2

21 21,5 780 29,2

22 31,6 1.150 29,2

23 46,4 1.680 29,2

24 68,1 2.470 29,2

25 100 2.920 29,2


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 157,55; b = -56,958; p = 1,2006

Viscosity

Shear Stress

96



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,278 27,8

2 0,0147 0,458 27,8

3 0,0215 0,673 27,8

4 0,0316 0,987 27,8

5 0,0464 1,45 27,8

6 0,0681 2,13 27,8

7 0,1 3,12 27,8

8 0,147 4,58 27,8

9 0,215 6,73 27,8

10 0,316 9,87 27,8

11 0,464 14,5 27,8

12 0,681 21,3 27,8

13 1 31,2 27,8

14 1,47 45,8 27,8

15 2,15 67,3 27,8

16 3,16 98,7 27,8

17 4,64 145 27,8

18 6,81 213 27,8

19 10 312 27,8

20 14,7 458 27,8

21 21,5 673 27,8

22 31,6 987 27,8

23 46,4 1.450 27,8

24 68,1 2.130 27,8

25 100 2.780 27,8


10

100

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 59,793; b = -8,1454; p = 1,3775

Viscosity

Shear Stress

97

ANEXO D.2. Asfalto Modificado 3%EPS a diferentes temperaturas PG

Tabla D.7. Asfalto Modificado 3%EPS Temperatura: 52°C


[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,00999 0,60 60

2 0,0147 0,877 60

3 0,0215 1,29 60

4 0,0316 1,89 60

5 0,0464 2,78 60

6 0,0681 4,07 60

7 0,1 5,98 60

8 0,147 8,78 60

9 0,215 12,9 60

10 0,316 18,9 60

11 0,464 27,8 60

12 0,681 40,7 60

13 1 59,8 60

14 1,47 87,8 60

15 2,15 129 60

16 3,16 189 60

17 4,64 278 60

18 6,82 408 60

19 10 598 60

20 14,7 878 60

21 21,6 1.290 60

22 31,6 1.890 60

23 46,4 2.770 60

24 68,1 4.070 60

25 100 6.000 60

Figura D.7. Asfalto Modificado 3%EPS Temperatura: 52°C

10

100

1.000

10.000

Pa·s

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 16.442; b = -15.680; p = 1,01

Viscosity

Shear Stress

98



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,423 42,3

2 0,0147 1,21 42,3

3 0,0215 1,77 42,3

4 0,0316 2,6 42,3

5 0,0464 3,82 42,3

6 0,0681 5,61 42,3

7 0,1 8,23 42,3

8 0,147 12,1 42,3

9 0,215 17,7 42,3

10 0,316 26 42,3

11 0,464 38,2 42,3

12 0,681 56,1 42,3

13 1 82,3 42,3

14 1,47 121 42,3

15 2,15 177 42,3

16 3,16 260 42,3

17 4,64 382 42,3

18 6,81 561 42,3

19 10 823 42,3

20 14,7 1.210 42,3

21 21,6 1.770 42,3

22 31,6 2.600 42,3

23 46,4 3.820 42,3

24 68,2 5.610 42,3

25 100 4.230 42,3


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 1.510,4; b = -1.074,6; p = 1,0696

Viscosity

Shear Stress

99



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,471 47,1

2 0,0147 0,669 47,1

3 0,0215 0,981 47,1

4 0,0316 1,44 47,1

5 0,0464 2,11 47,1

6 0,0681 3,1 47,1

7 0,1 4,56 47,1

8 0,147 6,69 47,1

9 0,215 9,81 47,1

10 0,316 14,4 47,1

11 0,464 21,1 47,1

12 0,681 31 47,1

13 1 45,6 47,1

14 1,47 66,9 47,1

15 2,15 98,1 47,1

16 3,16 144 47,1

17 4,64 211 47,1

18 6,81 310 47,1

19 10 456 47,1

20 14,7 669 47,1

21 21,5 981 47,1

22 31,6 1.440 47,1

23 46,4 2.110 47,1

24 68,2 3.110 47,1

25 100 4.710 47,1


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 616,32; b = -352,66; p = 1,1151

Viscosity

Shear Stress

100



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,452 45,2

2 0,0147 0,719 45,2

3 0,0215 1,06 45,2

4 0,0316 1,55 45,2

5 0,0464 2,27 45,2

6 0,0681 3,34 45,2

7 0,1 4,9 45,2

8 0,147 7,19 45,2

9 0,215 10,6 45,2

10 0,316 15,5 45,2

11 0,464 22,7 45,2

12 0,681 33,4 45,2

13 1 49 45,2

14 1,47 71,9 45,2

15 2,15 106 45,2

16 3,16 155 45,2

17 4,64 227 45,2

18 6,81 334 45,2

19 10 490 45,2

20 14,7 719 45,2

21 21,6 1.060 45,2

22 31,6 1.550 45,2

23 46,4 2.270 45,2

24 68,2 3.340 45,2

25 99,9 4.520 45,2


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 233,41; b = -88,418; p = 1,1931

Viscosity

Shear Stress

101



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,331 33,1

2 0,0147 0,594 33,1

3 0,0215 0,872 33,1

4 0,0316 1,28 33,1

5 0,0464 1,88 33,1

6 0,0681 2,76 33,1

7 0,1 4,05 33,1

8 0,147 5,94 33,1

9 0,215 8,72 33,1

10 0,316 12,8 33,1

11 0,464 18,8 33,1

12 0,681 27,6 33,1

13 1 40,5 33,1

14 1,47 59,4 33,1

15 2,15 87,2 33,1

16 3,16 128 33,1

17 4,64 188 33,1

18 6,81 276 33,1

19 10 405 33,1

20 14,7 594 33,1

21 21,5 872 33,1

22 31,6 1.280 33,1

23 46,4 1.880 33,1

24 68,1 2.760 33,1

25 100 3.310 33,1


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 129,13; b = -44,232; p = 1,202

Viscosity

Shear Stress

102



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,287 28,7

2 0,0147 0,482 28,7

3 0,0215 0,707 28,7

4 0,0316 1,04 28,7

5 0,0464 1,52 28,7

6 0,0681 2,24 28,7

7 0,1 2,87 28,7

8 0,147 4,82 28,7

9 0,215 7,07 28,7

10 0,316 10,4 28,7

11 0,464 15,2 28,7

12 0,681 22,4 28,7

13 1 28,7 28,7

14 1,47 48,2 28,7

15 2,15 70,7 28,7

16 3,16 104 28,7

17 4,64 152 28,7

18 6,81 224 28,7

19 10 287 28,7

20 14,7 482 28,7

21 21,5 707 28,7

22 31,6 1.040 28,7

23 46,4 1.520 28,7

24 68,1 2.240 28,7

25 100 2.870 28,7


10

100

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 58,191; b = -10,288; p = 1,3076

Viscosity

Shear Stress

103

ANEXO D.3. Asfalto Modificado 6%EPS a diferentes temperaturas PG



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,790 79

2 0,0147 0,109 79

3 0,0215 0,16 79

4 0,0316 0,235 79

5 0,0464 0,344 79

6 0,0681 0,505 79

7 0,1 0,742 79

8 0,147 1,09 79

9 0,215 1,6 79

10 0,316 2,35 79

11 0,464 3,44 79

12 0,681 5,05 79

13 1 7,42 79

14 1,47 10,9 79

15 2,15 16 79

16 3,16 23,5 79

17 4,64 34,4 79

18 6,81 50,5 79

19 10 74,2 79

20 14,7 109 79

21 21,6 160 79

22 31,6 235 79

23 46,5 345 79

24 68,3 506 79

25 100 7900 79


1

10

100

1.000

10.000

Pa·s

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 19.035; b = -18.173; p = 1,01

Viscosity

Shear Stress

104



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,00999 0,632 63,2

2 0,0147 0,611 63,2

3 0,0215 0,898 63,2

4 0,0316 1,32 63,2

5 0,0464 1,93 63,2

6 0,0681 2,84 63,2

7 0,1 4,17 63,2

8 0,147 6,12 63,2

9 0,215 8,98 63,2

10 0,316 13,2 63,2

11 0,464 19,3 63,2

12 0,681 28,4 63,2

13 1 41,7 63,2

14 1,47 61,2 63,2

15 2,15 89,8 63,2

16 3,16 132 63,2

17 4,64 193 63,2

18 6,81 284 63,2

19 10 417 63,2

20 14,7 612 63,2

21 21,6 898 63,2

22 31,6 1.320 63,2

23 46,5 1.940 63,2

24 68,1 2.840 63,2

25 100 6.320 63,2


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 9.601; b = -9.129,1; p = 1,0106

Viscosity

Shear Stress

105



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,562 56,2

2 0,0147 0,817 56,2

3 0,0215 1,2 56,2

4 0,0316 1,76 56,2

5 0,0464 2,58 56,2

6 0,0681 3,79 56,2

7 0,1 5,57 56,2

8 0,147 8,17 56,2

9 0,215 12 56,2

10 0,316 17,6 56,2

11 0,464 25,8 56,2

12 0,681 37,9 56,2

13 1 55,7 56,2

14 1,47 81,7 56,2

15 2,15 120 56,2

16 3,16 176 56,2

17 4,64 258 56,2

18 6,81 379 56,2

19 10 557 56,2

20 14,7 817 56,2

21 21,6 1.200 56,2

22 31,6 1.760 56,2

23 46,4 2.580 56,2

24 68,2 3.790 56,2

25 99,8 5.620 56,2


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 513,61; b = -280,96; p = 1,1225

Viscosity

Shear Stress

106



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,456 45,6

2 0,0147 0,657 45,6

3 0,0215 0,964 45,6

4 0,0316 1,42 45,6

5 0,0464 2,08 45,6

6 0,0681 3,05 45,6

7 0,1 4,47 45,6

8 0,147 6,57 45,6

9 0,215 9,64 45,6

10 0,316 14,1 45,6

11 0,464 20,8 45,6

12 0,681 30,5 45,6

13 1 44,7 45,6

14 1,47 65,7 45,6

15 2,15 96,4 45,6

16 3,16 141 45,6

17 4,64 208 45,6

18 6,81 305 45,6

19 10 447 45,6

20 14,7 657 45,6

21 21,6 964 45,6

22 31,6 1.420 45,6

23 46,4 2.080 45,6

24 68,1 3.050 45,6

25 100 4.560 45,6


10

100

1.000

Pa·s

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 323,85; b = -170,56; p = 1,1274

Viscosity

Shear Stress

107



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,378 37,8

2 0,0147 0,479 37,8

3 0,0215 0,702 37,8

4 0,0316 1,03 37,8

5 0,0464 1,51 37,8

6 0,0681 2,22 37,8

7 0,1 3,26 37,8

8 0,147 4,78 37,8

9 0,215 7,02 37,8

10 0,316 10,3 37,8

11 0,464 15,1 37,8

12 0,681 22,2 37,8

13 1 32,6 37,8

14 1,47 47,8 37,8

15 2,15 70,2 37,8

16 3,16 103 37,8

17 4,64 151 37,8

18 6,81 222 37,8

19 10 326 37,8

20 14,7 478 37,8

21 21,5 702 37,8

22 31,6 1.030 37,8

23 46,4 1.510 37,8

24 68,2 2.220 37,8

25 100 3.780 37,8


10

100

1.000

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 96,669; b = -18,502; p = 1,3289

Viscosity

Shear Stress

108



[1/s] [Pa] [Pa·s]

1 0,01 0,317 31,7

2 0,0147 0,404 31,7

3 0,0215 0,593 31,7

4 0,0316 0,87 31,7

5 0,0464 1,28 31,7

6 0,0681 1,87 31,7

7 0,1 2,75 31,7

8 0,147 4,04 31,7

9 0,215 5,93 31,7

10 0,316 8,7 31,7

11 0,464 12,8 31,7

12 0,681 18,7 31,7

13 1 27,5 31,7

14 1,47 40,4 31,7

15 2,15 59,3 31,7

16 3,16 87 31,7

17 4,64 128 31,7

18 6,81 187 31,7

19 10 275 31,7

20 14,7 404 31,7

21 21,5 593 31,7

22 31,6 870 31,7

23 46,4 1.280 31,7

24 68,1 1.870 31,7

25 100 3.170 31,7

Figura D.18. Asfalto modificado 6%EPS Temperatura: 82°C

10

100

Pa·s

0,1

1

10

100

1.000

10.000

Pa

0,01 0,1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


a = 49,215; b = -4,6312; p = 1,4545

Viscosity

Shear Stress

universidad central del ecuador facultad de …iv agradecimientos a la universidad central del...

Documents