Cuestionario Laboratorio De Reometro.pdf

CUESTIONARIO DEL LABORATORIO REALIZADO EN EL EQUIPO REOMETRO Docente: Ing. Shirley Yolanda Velásquez Garnica Estudiante: Luz Wara Velásquez León Código: 6783506 Materia: Laboratorio de Pavimentos Paraleo:8 vo B ¨Vive como si fueras a morir mañana; aprende como si el mundo fuera a durar para siempre¨ Mahatma Gandhi.

28/06/2018

1. DETALLE EL PROCEDIMIENTO SEGUIDO EN LABORATORIO EN LA SESIÓN DE LABORATORIO INDICANDO LOS PARÁMETROS UTILIZADOS EN LAS MEDICIONES (TEMPERATURAS DE EVALUACIÓN, ESPESOR, DIÁMETRO DE LA MUESTRA) Se realizó en el Laboratorio es lo siguiente: - Se realizó el ensayo de ahuellamiento - El equipo que se utilizo es el Reómetro de corte dinámico (DSR): se realizó la Evaluación de ligante asfaltico para determinar el grado PG. - Para obtener el grado PG tenemos dos valores la temperatura máxima y la temperatura mínima que están en función a datos estadísticos del lugar, se relaizara una explicación más adelante. - Se puede sacar cada cierta distancia grado de humedad temperatura, variables ambientales del lugar. EXPLICACION SOBRE LA TEMPERATURA: - Los grados PG de la tabla del ensayo van cada 6 grados y es la temperatura máxima - La temperatura máxima y mínima están basados a datos estadísticos del lugar, que son datos históricos de 20 años del lugar. - Por ejemplo (La Paz – Oruro), se debe sacar los datos estadísticos de la temperatura, en base a la humedad, la temperatura, y las variables ambientales, y después mediante modelos matemáticos, se generan los datos PG, y se obtiene la temperatura máxima, no del ambiente, sino la temperatura del Pavimento.

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Por ejemplo Si en laboratorio se obtiene la temperatura de (60 °C), la persona encargada de realizar el ensayo debe adoptar que debe cumplir un grado PG 64. La temperatura es la máxima, la fórmula que se aplica es la siguiente: (VALOR DE AHUELLAMIENTO) 𝐺 ∗𝑆𝑒𝑛𝛿 Se realiza este ensayo, para determinar si el ligante asfaltico es un material visco elástico que tiene componente viscosa y elástica. El ángulo de desfase es el que indica cual viscoso o elástico es nuestro ligante asfaltico 45º sería lo más exigente en laboratorio En la muestra se pudo observar lo siguiente: LIGANTE ORIGINAL - Platos que miden 25 mm. - Frecuencia de 10 rad por minuto. - Deformación del 12% se debe acondicionar unos 5 minutos para resultados más exactos. - La muestra es de 1mm de espesor. - El plato de abajo es fijo y el de arriba es móvil el plato comienza a levitar y la fuerza axial comienza en 0 - El reómetro actúa con tres fases el cual hace un ciclo, la incógnita en el ensayo será el ángulo de desfase 2. DADOS LOS SIGUIENTES RESULTADOS OBTENIDOS DE LA SESIÓN DE LABORATORIO:

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LIGANTE ASFÁLTICO 1: ⊡ LIGANTE ASFÁLTICO 2: ∆ RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS: 3. DE ACUERDO A LAS ESPECIFICACIONES DADAS, ¿QUÉ GRADACIÓN PG CORRESPONDE A CADA UNO DE LOS CEMENTOS ASFÁLTICOS REFERIDA A SU MÁXIMA TEMPERATURA? De acuerdo a la tabla de Especificaciones SUPERPAVE – SHRP para Ligantes Asfálticos. - EL LIGANTE ASFALTICO 1 CORRESPONDE UNA GRADACIÓN PG (58), ya que el ligante asfaltico tiene una temperatura de 58 °C. - EL LIGANTE ASFALTICO 2 CORRESPONDE A UNA GRADACIÓN PG (64), ya que el ligante asfaltico tiene una temperatura de 64 °C.

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La temperatura en el comportamiento a la fatiga de ligantes asfálticos, de acuerdo a dos métodos de ensayo: Grado PG y Barrido de Amplitud Lineal (LAS) (ASTM D7175, 2008). El estudio evalúa tres ligantes asfálticos, los cuales corresponden a tres diferentes aplicaciones de la mezcla asfáltica: PG64- 16 (mezcla convencional), PG76-16 (mezcla modificada con polímero SBS) y PG88-22 (mezcla tibia). Los resultados obtenidos muestran la diferencia en comportamiento de los ligantes cuando son evaluados a distintas temperaturas (37, 34, 28, y 20 °C) considerando dos tipos de envejecimiento: a corto plazo y a largo plazo. Adicionalmente, se explora la temperatura de transición entre la parte sólido-elástica y la líquido-viscosa, como parámetro para determinar la temperatura adecuada del ensayo de fatiga. Los resultados obtenidos indican que existe un cambio en la tendencia de la resistencia a fatiga con el cambio de temperatura, principalmente cuando el asfalto se encuentra a una temperatura superior o inferior al punto (temperatura) de transición. De acuerdo a la evaluación por fatiga de la mezcla asfáltica, la temperatura de transición indica ser un parámetro adecuado para la selección de la temperatura de evaluación de este modo de falla en ligantes asfálticos; sin embargo, se deberán realizar validaciones posteriores con diferentes materiales para corroborarlo. De acuerdo a los resultados obtenidos se detectan dos consideraciones importantes: (1) la temperatura de transición en residuo de RTFO es inferior la temperatura de transición en residuo de PAV para los 2 ligantes, lo cual indica que un asfalto residuo de PAV comenzará a comportarse como un sólido viscoelástico a temperaturas mayores que un residuo de RTFO. Lo anterior confirma la teoría que un asfalto con mayor envejecimiento será más propenso a presentar agrietamiento por fatiga, ya que el fenómeno de fatiga se comenzará a presentar a partir de mayores temperaturas; sin embargo, lo anterior no implica que el asfalto con la mayor temperatura de transición presentará el peor comportamiento a la fatiga, simplemente se refiere a la temperatura máxima en la que comenzará su comportamiento sólido viscoelástico, el cual debe evaluarse con un ensayo de fatiga; (2) el PG 88 no presenta la misma tendencia que los otros ligantes después de envejecido en PAV, éste mantiene un punto de transición cercano al obtenido con residuo de RTFO, lo cual se puede atribuir a los químicos que forman parte de este asfalto para mezcla tibia.

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4. DE ACUERDO A SU ANÁLISIS, SOLAMENTE BASADOS EN ESTOS ENSAYOS, ¿CUÁL TENDRÍA UN MEJOR COMPORTAMIENTO? De acuerdo a los datos obtenidos en el ensayo se puede observar que el ligante asfaltico 2 ya que el ángulo delta es más cercano a 45 5. ¿QUÉ CONCLUSIONES TIENE RESPECTO AL ÁNGULO 𝛿? Ligante 1 El ángulo de desface (∂) debe ser lo más próximo a 45°y el valor que necesitamos es el

Donde ∂ es el ángulo en radianes entre una deformación aplicada sinusoidalmente y la resultante de tensión sinusoidal en un ensayo tipo deformación controlada, o entre la tensión aplicada y la deformación resultante en un ensayo tipo tensión controlada. De acuerdo a los resultados, del ligante asfaltico 1, el módulo de almacenamiento (G’) con un valor de 40 Pa, el módulo de pérdida de la energía disipada durante cada ciclo de carga (G’’) con un valor de 68 Pa y ángulo de fase (d) con un valor de 90-82. Ligante 2 El ángulo de desfase (𝛿) debe ser lo más próximo a 45°que indica tener una porción elástica ideal y el valor que necesitamos es el

𝐺∗ ⁡(𝑘𝑃𝑎) sin⁡(𝛿) que controla la falla por ahuellamiento

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De acuerdo a los resultados, del ligante asfaltico 2, Módulo de almacenamiento (G’) con un valor de 38 Pa, el módulo de pérdida de la energía disipada durante cada ciclo de carga (G’’) con un valor de 85 Pa y ángulo de fase (𝛿) con un valor de 90-85° Donde 𝛿 es el ángulo en radianes entre una deformación aplicada sinusoidalmente y la resultante de tensión sinusoidal en un ensayo tipo deformación controlada. Para resistir el ahuellamiento, un cemento asfáltico no debe ser tan blando a las altas temperaturas de terreno, y evitar deformaciones.

6. ¿QUÉ OTROS ENSAYOS RECOMENDARÍA REALIZAR? Los ensayos especificados son: •

Punto de inflamación con copa abierta Cleveland (ASTM D92).

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Viscosidad Dinámica a 135 °C (ASTM D4402).

•

Efecto del calor y el aire en una película delgada de asfalto en movimiento mediante el horno de película delgada rotacional RTFO. (ASTM D2872).

•

Determinación de propiedades reológicas de materiales bituminosos (AASHTO T315 / ASTM D7175).

•

Ensayo de envejecimiento de ligantes asfalticos utilizando el recipiente de envejecimiento presurizado PAV (ASTM D6521).

Breve descripción de las pruebas de ensayo: Punto de inflamación Cleveland copa abierta. La prueba de punto de inflamación es un parámetro muy importante como consideración de almacenaje y transporte, ya que indica la temperatura mínima a la cual el asfalto empieza a generar vapores potencialmente inflamables, generando así riesgos de fuego. Viscosidad Dinámica a 135 °C (20 RPM, eje N°21). El viscosímetro rotacional (RV) caracteriza la rigidez (stiffness) del asfalto a 135 °C, temperatura en la cual se comporta casi enteramente como un fluido. Consiste en un cilindro rotacional coaxial, que mide la viscosidad por medio del torque requerido para rotar un eje N°21 (spindle) sumergido en la muestra de asfalto caliente a una velocidad constante. Esta especificación limita a un valor menor de 3 Pa*s. Esto garantiza un asfalto que puede ser bombeado y manejable durante la elaboración de la Mezcla asfáltica en caliente (HMA).

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Efecto del calor y el aire en una película delgada de asfalto en movimiento mediante el horno de película delgada rotacional RTFO. Un aspecto clave en la evaluación de ligantes asfálticos con el sistema Superpave, es que las propiedades físicas son medidas sobre ligantes que han sido envejecidos en laboratorio para simular las condiciones de envejecimiento en un pavimento en operación. Las propiedades físicas se miden mediante reología los ligantes envejecidos en el RTFO (Rolling Thin Film Oven), para simular el endurecimiento por la oxidación que ocurre durante el mezclado en caliente y la colocación. Envejecimiento

acelerado

de

ligantes

asfálticos

utilizando

el

recipiente

de

envejecimiento presurizado PAV. Otra etapa de envejecimiento que se puede medir de forma posterior al RTFO es el envejecimiento

PAV

(Pressure

Aging

Vessel)

donde

se

simula

además

del

endurecimiento por la oxidación que ocurre durante el mezclado en caliente y la colocación, el severo envejecimiento que sufre el ligante después de varios años de servicio en un pavimento. El ensayo de envejecimiento acelerado (PAV)

que es dado a presión y a altas

temperaturas simula el envejecimiento del ligante después de 7 a 10 años de servicio y es el más recomendable a usar por el envejecimiento a largo plazo Ligante 2 GRADO DE DESEMPEÑO PG. La tabla N° 4 muestra las especificaciones para cementos asfálticos clasificados por grado de desempeño. (Tabla N° 7 del RTCA). La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas es de medio galón (alrededor de 2 litros) de asfalto. Se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo. El principio fundamental es realizar los envejecimientos en el horno de película delgada rotacional (RTFO) y en el Recipiente de envejecimiento presurizado (RTFO+PAV) (de sus siglas en ingles), medir las propiedades reologicas de la muestra en condición original, la muestra acondicionada RTFO y la muestra acondicionada RTFO+PAV y buscar con base a estos el rango de clasificación en el cual se cumplen los requerimientos, a los demás ensayos se les debe verificar el cumplimiento.

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7. ¿QUÉ RECOMENDARÍA PARA MEJORAR LA COMPONENTE ELÁSTICA DEL LIGANTE ASFÁLTICO? Ligante 1 Temperatura de transición La temperatura de transición se empleará para denominar la temperatura a la que se produce la transición de fase del estado sólido-elástico a líquido-viscoso. En la Figura 3, se observa cómo la temperatura de transición hacia la izquierda (mayor temperatura), el asfalto presentaría un comportamiento líquido viscoelástico hasta comportarse como un líquido viscoso. Por otro lado, desplazándose a la derecha (menor temperatura), el asfalto presentaría un comportamiento sólido viscoelástico hasta llegar a comportarse como un sólido rígido.

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LÍQUIDO VISCOELÁSTICO

SÓLIDO VISCOELÁSTICO

Figura 3 Temperatura de transición en ligantes asfálticos. Gutiérrez (2013)[7] Los problemas de fisuración de una carpeta asfáltica, se presentarán precisamente debajo de la temperatura de transición, donde el ligante comenzará a comportarse como un sólido y será más propenso a presentar agrietamiento. Cuando el asfalto es sometido a un esfuerzo, la componente elástica (G’) absorbe la energía y la utiliza para recuperarse; en cambio, la componente viscosa (G”) disipa la energía ya sea por medio de calor o por deformación del material. Gutiérrez (2013)[7] afirma que: El estado ideal del asfalto es cuando estas componentes son iguales en magnitud (δ = 45°), ya que la componente elástica absorbe sólo la energía necesaria para recuperarse de la deformación sufrida por el esfuerzo y libera la energía que no necesita por medio de la componente viscosa. De acuerdo a lo anterior, el autor recomienda evaluar las propiedades a la fatiga a una temperatura menor o igual a la temperatura de transición del ligante asfaltico. Por este motivo, se determinó el punto de transición para cada ligante asfáltico en sus dos condiciones de envejecimiento: RTFO y PAV. La componente elástica del ligante asfáltico coayuda a aumentar el comportamiento elástico de la mezcla asfáltica, el ligante asfaltico también influye de gran manera en la componente viscosa e involucra la presencia de este dentro de la mezcla llevándolo al aumento de dicho componente y viceversa. Cuando los ligantes asfálticos son poco viscosos, de alta penetración, provocan que las mezclas asfálticas sean muy susceptibles a las deformaciones plásticas o a la formación de ahuellamiento, por eso se recomienda utilizar cementos asfálticos más

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duros (mayor viscosidad) en los climas cálidos para la construcción de pavimentos y para climas templados deben usarse asfaltos blandos (mayor elasticidad) En algunas ocasiones se requiere el empleo de algún tipo de aditivo para mejorar las propiedades de los ligantes asfálticos para que, a su vez, éstos logren aumentar las propiedades

de

las

mezclas

asfálticas

logrando

altos

desempeños

en

su

funcionamiento al momento de estar en servicio, recibiendo las cargas del tráfico y soportando los posibles gradientes de temperatura. El término aditivo es general y puede referirse a muy diversos materiales. Con el rápido desarrollo de la tecnología existen en el mercado numerosos productos que pueden tener efectos beneficiosos, aunque deban usarse con prudencia y con el pleno conocimiento de su comportamiento. Existen una amplia gama de aditivos que se pueden emplear para la modificación de asfaltos, tanto en lo que se refiere a su naturaleza como a las mejoras conseguidas e incluso a las técnicas de incorporación a los ligantes de partida. Dejando de lado los agentes tensoactivos (activantes), con los que únicamente se pretende mejorar su adhesividad con los agregados, podemos hablar de polímeros del tipo termoplásticos (polietileno, polipropileno), polímeros termoendurecibles (epoxi, poliéster), caucho de neumáticos (polímeros 50% + negro de carbono 22% + otros 28%), fibras de diferente naturaleza (amianto, celulosa, acrílicas, elastómeros, azufre, entre otros. Los polímeros elasto termoplásticos: EVA (etileno-acetato de vinilo) y SBS (estireno butadieno-estireno) son los que han presentado mayor desarrollo como aditivo modificante, principalmente el SBS. La compatibilidad entre un asfalto y un polímero significa que ambos se pueden mezclar para formar un producto homogéneo en que las propiedades se encuentran mejoradas con respecto a las del asfalto base y en el que la mezcla se puede manipular

sin

precauciones

excesivas.

Así,

las

mezclas

drenantes

y

los

microaglomerados de granulometría discontinua deben su desarrollo, en una gran medida, al hecho de poder contar con unos asfaltos modificados que proveen de suficiente cohesión a las mezclas. La modificación del asfalto con polímeros es un proceso que se lleva a cabo a una alta temperatura, entre 180º y 200º C., y con altos esfuerzos de corte, polímeros elastoméricos (del tipo huloso con temperatura de transición vítrea, (Tg) baja), los cuales

son

usualmente

poliestireno-polibutadieno,

forman

una

red

o

malla

tridimensional en el interior del asfalto, para darle a éste buenas propiedades mecánicas. Esta malla de hule llena de asfalto, absorberá gran parte de la energía de

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deformación que sufre el material al ser sujeto a esfuerzos externos, como por ejemplo, cuando se usa en la fabricación de pavimentos. Esta red polimérica tridimensional llena de asfalto proporciona al compuesto un mayor intervalo de temperaturas de servicio, así como también incrementa el intervalo de esfuerzos a que este material compuesto debe ser sujeto, por ejemplo, un asfalto suave puede ser usado a mayores temperaturas de servicio cuando es modificado. Este tipo de compuesto puede ser estudiado como una mezcla polímero-polímero o polímero polímero-solvente, ya que a su vez el asfalto es una mezcla de resinas y solventes orgánicos y estos solventes disuelven parcialmente al polímero modificado significativamente la estructura de la red de polímero formada. Las características físicas resultantes de la mezcla asfalto-polímero, dependen del tipo de asfalto, de la cantidad y tipo de polímero, de la compatibilidad entre los constituyentes, del proceso de mezclado y de las historias térmicas de los materiales. Los asfaltos modificados con polímeros deben ser bajos en contenidos de asfaltenos y deben de poseer suficientes aceites aromáticos para disolver al polímero a las temperaturas de mezclado. El polímero debe tener cierto grado de compatibilidad con el asfalto de tal forma que ocurra una completa separación de fases, ya que en este caso las propiedades del compuesto no son mejoradas; esta compatibilidad parcial se logra mediante la disolución parcial del polímero por los aceites malténicos del asfalto. Para extender el rango de aplicaciones del asfalto, es necesario conocer la manera en que el polímero está interactuando con él. Una de las formas de conocer el grado de compatibilidad entre los dos materiales es visualizando la microestructura del compuesto; así mismo, otra forma de inferir esta compatibilidad es a través de las respuestas térmicas (comportamiento de la Tg) ó visco-elásticas (comportamiento de Tan δ) del material compuesto. Todos los asfaltos una vez que hayan sido modificados, antes de emplearlos, deben ser detenidamente analizados, para verificar que realmente sus propiedades son mejores, que las del asfalto base, y que podrá responder a los requerimientos exigidos de acuerdo a especificaciones y normativas de construcción. Ligante 2 Debido a que se utilizaron, mezclas con los asfaltos de penetración 60/70 y 40/50, se encontró que entre más duro es el asfalto, mayor es la resistencia de la mezcla ante la formación

de

ahuellamiento. Las propiedades de

un

asfalto pueden

influir

decisivamente sobre el comportamiento ante las deformaciones plásticas de una

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mezcla asfáltica en caliente. En una mezcla que contenga la misma granulometría y el mismo tipo de agregados pétreos, con un mismo contenido de asfalto e igual contenido de vacíos, puede ser resistente o no a las deformaciones plásticas en función de las propiedades del ligante asfáltico que se le añada a la mezcla aunque sea de similar penetración. La componente elástica del ligante asfáltico contribuye a aumentar el comportamiento elástico de la mezcla, de igual forma, el ligante influye decisivamente en la componente viscosa y su mayor presencia dentro de la mezcla hace que aumente esta componente. Cuando los ligantes asfálticos son poco viscosos, de alta penetración, provocan que las mezclas asfálticas sean muy susceptibles a las deformaciones plásticas o a la formación de ahuellamiento, por eso se recomienda utilizar cementos asfálticos más duros (mayor viscosidad) en los climas cálidos para la construcción de pavimentos. El empleo de asfaltos de baja penetración disminuyen el riesgo de las deformaciones plásticas en las mezclas asfálticas, también el empleo de modificadores asfálticos, en especial de los polímeros EVA, favorece de manera muy considerable su comportamiento, aumentando la resistencia a las altas temperaturas, lo que conduce a un comportamiento elástico de la misma, recuperando todas las deformaciones inducidas por las cargas del tráfico y evitando así la formación de roderas. ✓

Granulometrías continuas, que logren componer una mezcla asfáltica densa, la cual pueda mitigar los efectos de roderas en las capas de pavimento asfáltico. Estos concretos asfálticos al momento de su colocación deben de ser adecuadamente compactados y se debe diseñar con un bajo porcentaje de vacíos, para aumentar los puntos de contacto entre las partículas que componen la mezcla asfáltica y disminuir la propensión a que la mezcla se densifique por causas de solicitación de tráfico.

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La textura de los agregados es importante y una textura rugosa es requerida, particularmente en capas gruesas de asfalto en climas calientes.

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Las mezclas asfálticas se deben hacer con agregados angulares obtenidos principalmente de trituración, para hacer que la mezcla asfáltica sea más estable que las hechas con materiales de canto rodado.

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Baja viscosidad en el asfalto empleado, hace que la mezcla sea menos rígida o dura y por consiguiente más susceptible a las roderas (duro) más viscoso los asfaltos deben ser usados en espesores gruesos de pavimento en climas cálidos.

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Los especimenes probados en laboratorio tienen que ser compactados con densidades comparables a la que van a tener las capas de pavimento en el sitio donde recibirán las cargas del tráfico.

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La temperatura tiene un efecto muy significativo en la formación de las roderas y por consiguiente las temperaturas empleadas en los ensayos son relativamente altas para reproducir las condiciones más desfavorables a las que estará sometido el pavimento.

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Cambios en la distribución del tráfico, especialmente en grandes proporciones de tráfico pesado, tal vez aumente el valor de las deformaciones plásticas, si el pavimento originalmente no se diseñó para esas condiciones o solicitaciones de cargas y tráfico.

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