Modificación De Mac Con Polímeros.pdf

MODULO IV

CEMENTOS ASFALTOS MODIFICADOS PERÚ

EXPOSITOR :

ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO

RESUMEN ⚫

El objetivo del presente trabajo es dar a conocer la incidencia producto de la utilización de POLIMEROS en las características finales de los pavimentos flexibles y su comportamiento ante la solicitud de los agentes actuantes sobre el mismo.

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En un inicio con el fin de entender el comportamiento del asfalto frente a un polímero, se presenta la parte conceptual del mismo (asfalto), como es su estructura química y la forma como se modifica al agregar el aditivo.

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Igualmente tener el pleno conocimiento que la presencia de estos aditivos requieren condiciones especificas de ligante a fin que exista COMPATIBILIDAD con el polímero que lo modifica y por lo tanto no pueden ser adicionados sin previos estudios que nos lleve a conclusiones definitivas y seguras del comportamiento de la estructura en su conjunto.

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Finalmente se presenta el último estudio económico efectuado por el Departamento Técnico de ULTRAPAVE en Texas EE.UU. que determinan el Beneficio Económico de la modificación de Asfalto con el polímero SBR, recibido por el autor para ser presentado especialmente en el presente evento (III Congreso del Asfalto).

EL ASFALTO: Material Aglutinante ⚫

En primer termino es necesario conocer la parte conceptual de lo que es el asfalto como material ligante derivado de la refinación del petróleo y de suma importancia para la industria de la construcción por sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad y durabilidad.

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Sin embargo, es un producto muy susceptible a los cambios de temperatura, el envejecimiento por intemperismo, la oxidación y la fotodegradación.

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Los polímeros son también complejos compuestos orgánicos que se usan como modificadores de algunas de las propiedades visco elásticas de las mezclas asfálticas.

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Estas estructuras pueden agruparse en dos familias, Asfaltenos y Maltenos y a su vez dividirse en resinas, aromáticos y saturados.

ASFALTO:MATERIAL AGLUTINANTE 1) OBTENCION

: - NATURAL Y/O - REFINACION DE PETROLEO

2) PROPIEDADES: - CONSISTENCIA - ADHESIVIDAD - IMPERMEABILIDAD - DURABILIDAD 3) SUCEPTIBLE :

- CAMBIOS DE TEMPERATURA - ENVEJECIMIENTO POR INTEMPERISMO - OXIDACION - FOTODEGRADACION

COMPOSICIÓN DEL ASFALTO MOLECULAS ASFALTICAS CONFORMAN

AROMATICAS

ESTRUCTURAS QUIMICAS ALIFATICAS

(LINEALES)

CICLICAS

FAMILIAS

ASFALTENOS

MALTENOS SOLUBILIDAD

RESINAS

AROMATICOS

SATURADOS

ACEITES ⚫

El porcentaje de aromáticos es esta fracción define la capacidad de solubilidad del asfalto. Es bueno reconocer con amplitud lo que significa la estructura química del asfalto a fin de determinar su comportamiento real y no trabajarlo simplemente como un material residual de refinación.

¿QUÉ ES UN POLIMERO ? Un polímero es un compuesto formado por adición sucesiva de unidades químicas (moléculas) denominadas “ Monómeros “. Un polímero (poli = muchos) no es nada mas que muchos monómeros ligados. Materiales plásticos y gomas son ejemplos de polímeros. La repetición de unidades químicas (monómeros) son derivados típicos del procesamiento del petróleo. Se usan muchos materiales, algunos de los mas comunes son de etileno para producir polietileno, propileno para producir polipropilenos y estireno para producir Poliestireno. A menudo mezclas de estos monómeros son utilizadas para producir polímeros con propiedades físicas muy especificas.

Ejemplo: ABS el cual es el resultado de la mezcla de 3 Monómeros (Acronitrilo, Butadieno y Estireno).

¿ QUE ES UN POLIMERO ? MONOMERO Ejemplos

POLIMERO Ejemplos

=

UNA UNIDAD

:

Estireno Butadieno Etileno Propileno

=

MUCHAS UNIDADES

:

Poliestireno Polietileno Polibutadieno Polipropileno Poliester

(S) (B)

( S ) “duro” “flexible”

¿ QUE SON POLIMEROS ? Un copolímero es un polímero formado por dos diferentes monómeros. Estireno

S

B

B

S

S

+ Butadieno

S

B

B SSSSSBBBBBBBSSSSS

Polímero Líquido en Fase Acuosa

Polímero Sólido

S B R

S B S

ASFALTO MODIFICADO CON POLIMERO -CONCEPTO ⚫

El Asfalto Modificado es aquel que mediante un proceso de mezclado a alta temperatura y esfuerzo cortante, SE LE INCORPORAN POLIMEROS para formar una “ RED “ tridimensional que atrapa dentro de sus espacios a las moléculas del asfalto.

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Esta RED absorberá gran parte de los esfuerzos a los que se vería sometido el asfalto en un pavimento. Un aditivo puede ser:

MONOMERO = Una unidad, Ejemplos: Estireno (S), Butadieno (B), Etileno, Propileno POLIMERO = Muchas unidades Ejemplos: Poliestireno (S) “ duro “, polietileno, polibutadieno “ flexible “, polipropileno, poliéster, etc. COPOLIMERO = Formado por 2 monómeros diferentes. Ejemplo: Estireno (S) + Butadieno (B).

Dentro de esta Red Radial, en la que los Dominios de Poliestireno hacen la función de ANCLAS entre los diferentes elementos de la red y las cadenas de polobutadieno son la componente elástica de la misma. Dentro de estos espacios es en donde las partículas de asfalto quedan incorporadas y en consecuencia “ protegidas “ tanto del medio ambiente como de los esfuerzos a los que está regularmente sometido un pavimento.

POLIMEROS – GOMAS – SINTÉTICOS OTROS * SBS: Stireno – Butadieno – Stireno * SBR: Stireno – Butadieno –Rubber * EVA: Etileno – Vinil – Acetado * PBD: Polibutadieno * PIB: Poli- Iso – Butadieno * Olefina Eastman EE-2 * Modifal * Butonal * Desechos Plásticos *Jebe Natural / Látex

l

CAMBIOS EN EL ASFALTO CAMBIOS INMEDIATOS EN ALGUNAS PROPIEDADES FISICAS, como son: -Disminución de la Penetración. -Aumento del Punto de Ablandamiento -Aumento del Intervalo de Plasticidad

-Disminución de la Fragilidad a Baja Temperatura -Aumento de la Viscosidad -Disminución de la Susceptibilidad Térmica -Mejora de la Adhesividad -Incremento de la Cohesividad -Aumento de la Carga Diferentes Temperaturas

de

Rotura

-Aumento de la Durabilidad debido a -Disminución y deterioro por Permeabilidad

mediante

la

Ensayos

disminución

de

de

la

Tracción

a

Oxidabilidad

MECANISMO DE MODIFICACIÓN ⚫

PRIMERA ETAPA.- El Polímero esta completamente encogido

en estado de reposo ( fracciones estireno y butadieno ) SEGUNDA ETAPA.- El Polímero empieza a desenredarse por

absorción del aceite contenido en el asfalto, el mismo que se impregna ( el aceite ) e hincha al polibutadieno, produciéndose la disolución del polímero. TERCERA ETAPA.- El Polímero se extiende, disolviéndose

completamente dentro del asfalto por su geometría y por su anclaje con otros elementos.

MECANISMOS DE MODIFICACION .... PRIMERA ETAPA: El Polímero está completamente encogido.

Fracción de Estireno Fracción de Butadieno

Figura: POLIMERO EN COMPLETO ESTADO DE REPOSO

MECANISMOS DE MODIFICACION .... SEGUNDA ETAPA: El Polímero comienza desenredarse por absorción del aceite contenido en el asfalto.

El aceite del asfalto impregna e hincha al polibutadieno

Figura: MUESTRA AL POLIMERO EN DISOLUCION

MECANISMOS DE MODIFICACION .... TERCERA ETAPA: El Polímero extendido en completo estado de disolución.

Figura: POLIMERO EN DISOLUCION CON BAJA MOVILIDAD DENTRO DEL ASFALTO POR SU GEOMETRIA Y POR ANCLAJE CON OTROS CONVENIENTES

CAMBIOS DEL PAVIMENTO AL UTILIZAR ASFALTO MODIFICADO Mejora la resistencia a la Deformación Permanente, ocasionada por altas temperaturas y cargas altas o lentas, situaciones que se presentan en: Climas Calientes Zonas de Transito Pesado Zonas de Estacionamiento Mejora la Resistencia a la Fractura Permanente ocasionada por fuerzas derivadas de bajas temperaturas o cargas aplicadas rápidamente. CARGA = COMPRESIÓN DESCARGA = RETORNO A LA POSICIÓN ORIGINAL

Si el asfalto no tiene la flexibilidad suficiente para regresar a su posición original, el fenómeno anterior ocasiona fracturas permanentes.

MEJORA DEL PAVIMENTO - Mejora la Resistencia a la Fatiga -Mejora la Resistencia Permanente

a

la

Deformación

-Mejora el Desempeño a Altas Temperaturas -No se Reblandece y a Bajas Temperaturas no se Fractura -Reduce la Formación de “ Roderas “

-Reduce significativamente Mantenimiento

los

Costos

de

¿ PARA QUE Y CUANDO UTILIZARLOS

?

⚫

Ya hemos visto que el objetivo de utilizar polímeros es el de mejorar las características del asfalto y por lo tanto de manera general INCREMENTAR LA VIDA UTIL DEL PAVIMENTO. Por lo tanto debemos conocer perfectamente las condiciones en las cuales va a “ trabajar “ el pavimento, lo que se determinara a través de un estudio minucioso de clima, cargas, temperaturas, etc, Igualmente las características del asfalto o ligante.

⚫

Una vez determinado lo indicado se procederá a recomendar el polímero mas conveniente el mismo que debe ser totalmente COMPATIBLE con el asfalto de tal manera que se mezclen sin que exista una separación de fases y no se llegue a una rotura del equilibrio coloidal del asfalto. Dicha compatibilidad depende del tipo de polímero, de la composición química del asfalto y su proceso de preparación. Existen diferentes métodos para determinar si realmente existe compatibilidad entre ambos materiales ( Asfalto vs. Polímero)

⚫

Es bueno tener en cuenta que el no cumplimiento de esta necesidad de compatibilidad, nos puede llevar a producir mezclas asfálticas que en lugar de mejorar la calidad de los pavimentos pueden desmejorar sus condiciones originales, resultando pues la utilización de polímeros contraproducente y antieconómica.

ANTECEDENTES LIMA 2001 ⚫

La preparación de Mezclas Asfálticas Modificadas (MAM) con Polímeros data de hace aproximadamente 50 años con resultados muy favorables.

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En el estado de Texas (USA), se diseña MAM desde el año 1975, con utilización de polímeros SBR, alcanzando 58 % en el aumento de la vida útil del pavimento con alto coeficiente Beneficio-Costo.

⚫

FACTOR DETERMINANTE: CEMENTO ASFALTICO vs POLIMERO

BENEFICIO ECONOMICO DE LA MODIFICACIÓN DE ASFALTOS: EL POLIMERO SBR EN TEXAS UN ESTUDIO REALIZADO POR EL DEPARTAMENTO TECNICO DE ULTRAPAVE (COMPAÑÍA QUIMICA DE TERIDOS DE CAUCHO) ⚫

INTRODUCCIÓN

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Alzas en los costos de construcción y mantenimiento de caminos promovió la adopción de medidas y productos que pudiesen controlar los costos totales de las obras viales durante su ciclo de vida.

⚫

Entre los polímeros disponibles para asfaltos, El SBR es el de mas antigüedad y el que se ha usado en todas las regiones de los Estados Unidos. Pero a pesar del consumo de miles de toneladas en los pavimentos estadounidenses, no se ha sabido si la modificación de asfaltos de hecho ha otorgado beneficios económicos a las entidades responsables por la red vial. Diferentes pruebas de Laboratorio muestran las cualidades mejoradas por la modificación. Ensayos de campo y la experiencia practica indican que la modificación si mejora el comportamiento de los asfaltos, especialmente cuando las condiciones climáticas y/o transito son difíciles. Pero no ha existido ningún estudio que haya determinado si la modificación presenta un beneficio que justifique su costo adicional.

¿ SON LOS BENEFICIOS DE LA MODIFICACION MAYORES QUE SU COSTO ?

¿CUAL ES EL DIVIDENDO QUE LA MODIFICACION PRESENTA A LA ENTIDAD QUE INVIERTA EN ELLA ?

En los últimos meses ULTRAPAVE se ha propuesto dar respuesta a esas preguntas que son tan criticas para nuestros clientes.

RECOPILACIÓN DE DATOS Llegar a una respuesta REQUIERE UNA MEDICION DEL COMPORTAMIENTO actual de caminos con asfaltos modificados y compararlos con los que no han sido modificados. Obtenida esa base de datos, se hace un análisis de costos durante un ciclo de vida en los dos casos y posteriormente basado en costos históricos de construcción. Para realizar el análisis de ciclo de vida se necesita 3 tipos de información:

1. DATOS DE TRANSITO SOBRE EL PAVIMENTO. La comparación equitativa entre caminos modificados y los no modificados debe asegurar que el patrón de transito sea similar entre ellos. 2. DATOS DE CONDICION DE PAVIMENTO. La comparación entre caminos modificados y los no modificados necesitan una evaluación sistemática de la condición de cada uno. 3. DATOS DE LA CONSTRUCCION. La comparación entre caminos modificados y los no modificados necesita considerar si las ubicaciones de los dos son comparativos y naturalmente, si el asfalto fue o no fue modificado.

I N V E S T I G A C I O N

EL CASO DE TEXAS ⚫

ULTRAPAVE ha realizado estudios en varios estados de los EEUU y entre los mas significantes esta el de Texas donde se ha empleado el polímero SBR desde 1975 y usa más asfalto modificado que cualquier otro estado del país. El Departamento de Transporte de Texas mantiene una red vial de mas de 183,000 millas – carril (305,000 kilómetros – carril) y hace un escrutinio anual (informe anual) de la condición de los pavimentos que se plasma en un compendio de datos archivados en el Sistema de Información del Manejo de Pavimentos (Pavement Management Information System o PMIS).

⚫

El PMIS usa un sistema de tanteo por dos conceptos: 1) La condición física del Pavimento (Distress Rating) 2) La calidad de rodaje sobre el mismo (Ride Rating). Bajo condición física se considera ahuellamientos, grietas, baches, etc. Bajo calidad de rodaje se usa equipos montados en un vehículo que mide el movimiento en el mismo. ULTRAPAVE se ha concentrado lógicamente en los resultados de la condición física.

⚫

La escala de este resultado en el PMIS es de 0 a 100. Una calificación de 50 indica que al pavimento requiere mantenimiento.

⚫

Usando los datos PMIS se realizo una regresión de tiempo contra condición vial (Distress Rating ) para cada serie de datos: 1) La de los caminos modificados (Tyler District) y 2)La de los no modificados (Atlanta District). Los resultados de las regresiones se ilustran en el cuadro 1.

CUADRO 1:

CURVA DE COMPORTAMIENTO

ASFALTO MODIFICADO (Tyler District) vs NO MODIFICADO (Atlanta District) CURVAS DE COMPORTAMIENTO 100 90

CONDICION FISICA

80

SBR PAVIMENTO MODIFICADO

70 60

(Distrito de Tyler)

50 40

PAVIMENTO NO MODIFICADO

30 20

(Distrito de Atlanta)

10 0 2

4

5.1

6

8.05

10

AÑOS DE SERVICIO

CONDICION FISICA: AHUELLAMIENTOS – GRIETAS – BACHES – ETC. Se ve que la curva de comportamiento corta la calificación de 50 en la escala de condición física a los 5,1 años en el caso de los asfaltos no modificados y a los 8.05 años en el caso de los modificadores. Aumenta un 58% la vida del pavimento.

ANÁLISIS DE AHORROS DURANTE EL CICLO DE VIDA ⚫

PAVIMENTOS SIN MODIFICAR: Considerando : (Costos Históricos) - Longitud de Carril :20 millas - Material Utilizado :10,560 Tn - Costo por Tonelada :$30 (caliente) - Costo por Asfaltado :$316,800 - Costo Anual de Pavimentación : 316,800/5.1 Año = $62,117

PAVIMENTO MODIFICADO: Considerando: - 5% de Cemento Asfalto y 3% de SBR - Costo del Polímero :$1/lb - Costo total del Polímero :$31,574 - Incremento de Costo del Pavimento :9.2% - % ASF (MEZCLA) 6% - % POL / ASF 3% - % POL / MEZCLA 0.2%

R E S U M E N: ⚫

-Debe incrementarse la vida del pavimento: 5.10/9.2%=0.47 Años

⚫

-Incremento Real :8.05 – 5.10

= 2.95 Años

⚫

-Beneficio Neto Recibido: (8.05) – (5.10 + 0.47) = 2.48 Años ⚫

-Aumento de Valor : 2.48 Años x $ 62,117

= $154,050

-Coeficiente Beneficio/Costo

: 4.87

-Ahorro por Milla/Carril

:$7,702

-Ahorro por Tn, de mezcla consumida

:$14.59

⚫ ⚫

⚫

CONCLUSIÓN: La modificación con polímero SBR aumenta la vida útil del pavimento en 58% con alto coeficiente de Beneficio / Costo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La utilización de un polímero SE RECOMENDARA en función del tipo de asfalto (ligante), y de las características de trabajo a que será sometido el pavimento. De acuerdo a estudios económicos, EL BENEFICIO de los asfaltos modificados es favorable, teniendo en cuenta la vida útil del pavimento. Es recomendable NO UTILIZAR polímeros si no se tienen bien definidas las características del asfalto y su composición química. A pesar que el estudio y utilización de polímeros, en otros países DATAN DESDE MAS DE 50 AÑOS ATRAS, en el Perú su aplicación en la preparación de mezclas asfálticas es aun incipiente (casí nulo), por lo cual el autor recomienda a las entidades competentes (llámese MTC) se empiecen a elaborar proyectos y ejecutar tramos de proyecto que en un inicio pueden ser de carácter experimental de acuerdo a la exigencia de nuestra geografía, el tipo de cargas que soportan, climas y especialmente el asfalto que utilizamos como material ligante

COMPORTAMIENTO DEL ASFALTO DE ACUERDO AL CLIMA

PROBLEMA: SUCEPTIBILIDAD TERMICA DE LOS ASFALTOS

DIFERENTES TIPOS DE CLIMAS EN EL MUNDO

MEJORA DE LAS PROPIEDADES DEL CEMENTO ASFALTICO

ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS

¿ CONVIENE MODIFICARLOS ? SI ……………………….. PORQUE ………… ⚫

⚫

EL CAP PEN CONVENCIONAL ES SUCEPTIBLE A TEMPERATURAS EXTREMAS, luego EL Pavimento se : FISURA AHUELLA

⚫

FRACTURA

⚫

⚫

LOS POLÍMEROS ¿ RESUELVEN EL PROBLEMA ?

⚫

Si, mejoran Convencional

⚫

las

propiedades

Visco Elásticas

¿ Quien lo dice……….. ?

del CAP PEN

PREOCUPACION MUNDIAL POR DISEÑAR MEZCLAS ASFALTICAS MODIFICADAS CON POLIMEROS

EXPERIENCIAS EN EL MUNDO

HACE 50 AÑOS

ASFALTOS MODIFICADOS PARA PAVIMENTO EN ALTURA ENSAYO PERUANO POLÍMERO SBS : STIRENO – BUTADIENO - STIRENO

MUESTRA TRAÍDA DE ARGENTINA PARA REALIZAR EL ENSAYO

RESULTADOS OBTENIDOS RECUPERACIÓN ELÁSTICA Ensayos realizados a la Prueba Inicial Ensayo de Penetración y Recuperación Elástica

Lectura Final del Ensayo de Recuperación Elástica para la mezcla de Prueba Inicial

PROPIEDADES DEL CAP PEN QUE SE MODIFICAN PUNTO DE ABLANDAMIENTO Y RECUPERACIÓN ELÁSTICA Variación Pto. de Ablandamiento y Recuperación Elástica Pto. de ablandamiento (°C)

100 Recuperación 90 Elástica 25°C (%) 75 80 70 60 63 50 40 44 30 20 2 10 0 ASF. CONVEN. AMP 4%

77.5

72.5 66

60

AMP 5%

•AUMENTA, lo que garantiza que el asfalto tendrá un buen desempeño trabajando a altas temperaturas, es decir disminuirán los problemas de exudación.

AMP 6%

Tipo de Muestra

•LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA DEL LIGANTE ASFÁLTICO AUMENTA DE MANERA NOTABLE CON LA ADICIÓN DE POLÍMEROS.

• La VISCOSIDAD AUMENTA, por lo que se vuelve más resistente y con menor riesgo de fluir, en altas temperaturas. Variación de Penetración 25°C y 4°C 140

Penetración

120

Penetración 25°C

124

Penetración 4°C

100 80 60

47

70 34

40

46.7

32

47

33

20 0

ASF. CONVEN.

AMP 4%

AMP 5%

AMP 6%

Tipo de Muestra

•La PENETRACIÓN DISMINUYE. Eso no implica que el asfalto se fracture, ya que el polímero le confiere propiedades elásticas.

PENETRACIÓN VS TEMPERATURA

Penetración

PENETRACIÓN VS. TEMPERATURA

PENETRACIÓN (DMM)

400 Asf . Conven.

350

AMP 4%

300

AMP 5%

250

AMP 6%

200 150 100 50 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

TEMPERATURA (°C)

Punto de Inflamación

Ensayo de Recuperación Elástica

Ensayo de Punto de Ablandamiento

Ensayo de Estabilidad al Almacenamiento de Asfalto Modificados

Ensayo de Adherencia

Ensayo de Riedel Weber

Ensayo de Ductibilidad

LUEGO A LAS : MEZCLAS ASFALTICAS CONVENCIONALES

CONVIENE MODIFICARLAS…???

definitivamente...

SI

PORQUE MEJORAN LA DURABILIDAD DEL PAVIMENTO

⚫

NUESTRO DISEÑO ACTUAL DE LAS CONVENCIONALES……¿ ES SUFICIENTE…. ?

M.A.C.

⚫

LA MAYORÍA DE LAS ESPECIFICACIONES EXISTENTES PARA EL DISEÑO DE MAC HAN SIDO ELABORADAS EN FUNCIÓN DE PROCEDIMIENTOS EMPIRICOS DE LABORATORIO . NO CONSIDERA CARACTERÍZTICAS REOLÓGICAS DEL ASFALTO RESPECTO A SUS PROPIEDADES VISCOELÁSTICAS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERTAURA Y EL TIEMPO DE CARGA.

⚫

ESTAS PROPIEDADES SON DETERMINADAS A TEMPERATURAS ESTÁNDAR Y VERIFICANDO SI CUMPLEN LOS CRITERIOS DE DISEÑO A TRAVÉS DEL MÉTODO MARSHALL, MÉTODO HVEEM, ETC.

⚫

ESTOS ENSAYOS NO SON SUFICIENTES POR LO QUE ES NECESARIO REALIZAR UNA REPRESENTACION MAS REAL DEL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO ANTE LAS CARGAS, CLIMA Y OTROS AGENTES EXTERNOS.

Las conclusiones más importantes que podríamos resaltar son: 1.- La granulometría de los agregados empleados es la misma en ambos casos. 2.- El contenido de asfalto empleado en la fabricación de ambas mezclas es semejante. 3.- El peso unitario de la mezcla sin polímero es superior al de la mezcla con polímero. 4.- La estabilidad de la mezcla con polímero es mayor que la de la mezcla sin polímero. 5.- El flujo de la mezcla con polímero es superior al de la mezcla sin polímero.

6.- La relación estabilidad flujo es menor en la mezcla con polímero que en la mezcla sin polímeros.

PROGRAMA ESTRATEGICO DE INVESTIGACIÓN DE CARRETERAS – EEUU

SHRP

STRATEGIC HIGHWAYS RESEARCH PROGRAM

.

SISTEMA SUPERPAVE

SUPERIOR PERFORMING ASPHALT PAVEMENTS

SUPERPAVE:……… ⚫

MÉTODO DE DISEÑO DE MAC Y UN MODELO DE PREDICCIÓN DEL

⚫

COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS.

⚫

OBJETIVO PRIMORDIAL: INDICA CRITERIOS BASICOS QUE SE TIENEN

⚫

EN CUENTA PARA EL DESARROLLO DE LOS ENSAYOS CONSIDERANDO LOS

⚫

TRES MODOS DE FALLA CRÍTICOS, COMO SON:

⚫ ⚫ ⚫

DEFORMACIÓN PERMANENTE AGRIETAMIENTO POR FATIGA AGRIETAMIENTO A BAJA TERMPERATURA.

⚫

EL CONCEPTO DE ENERGÍA DISIPADA (WD) SEGUN ASSHTO TP5, ES

⚫

ASOCIADO CON LOS PARÁMETROS [G*/SIN δ] Y [G* SIN δ] QUE

⚫

REPRESENTAN TENDENCIAS A LA CREACIÓN DE RODELAS (RUTTING) Y

⚫

DE FATIGA.

Equipos para Diseño “SUPERPAVE”

SUPERPAVE PROYECTO SHRP

NORMAS AASHTO TP5

CLASIFICACIÒN PG – GRADO DE PERFORMANCE

+ NCHRP 9 – 10 + ?????????

Nuevo Proyecto Propone nuevas pruebas dinámicas repetitivas que producen la diferencia de asfaltos con el mismo grado PG

EL PROGRAMA SHRP PARA LIGANTES ASFÁLTICOS

•

SE REALIZÓ ENTRE OCTUBRE 1987 Y MARZO 1993.

•

COSTO APROX. $.150’000,000 ………….. $. 300’000,000 ……

•

ESTABLECE NUEVAS ESPECIFICACIONES, ENSAYOS Y NORMAS DE DISEÑO PARA MATERIALES ASFÁLTICOS.

•

NACE LA CONCEPCIÓN DEL MEJORAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS.

SUPERPAVE:…………………. ⚫

PRODUCTO FINAL DEL PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN SHRP

⚫

COMPRENDE UN NUEVO MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Y UN MODELO DE PREDICCIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS.

⚫

OBJETIVO PRIMORDIAL: INDICA LOS CRITERIOS BASICOS QUE SE TIENEN EN CUENTA PARA EL DESARROLLO DE LOS ENSAYOS CONSIDERANDO LOS TRES MODOS DE FALLA CRÍTICOS QUE PRESENTAN LOS PAVIMENTOS ASFALTICOS

⚫ ⚫ ⚫

DEFORMACIÓN PERMANENTE AGRIETAMIENTO POR FATIGA AGRIETAMIENTO A BAJA TERMPERATURA.

GRADO DE DESEMPEÑO “ PG” (GRADO DE PERFORMANCE)

⚫

LA DIFERENCIA DE LAS ESPECIFICACIONES SUPERPAVE CON RESPECTO A LAS TRADICIONALES ES QUE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS SE MANTIENEN CONSTANTES VARIANDO SOLO LAS TEMPERATURAS DURANTE SU EJECUCIÓN O SEA DISTINTOS GRADOS ASFÁLTICOS CUMPLEN CON LAS MISMAS PROPIEDADES FISICAS A DISTINTAS TEMPERATURAS.

⚫

EL GRADO ASFÁLTICO SE DESIGNA COMO PG XX-YY PG : GRADO DE DESEMPEÑO XX: TEMPERATURA MÁXIMA PROMEDIO DEL PAVIMENTO (A 20 mm PROFUNDIDAD) YY: TEMPERATURA MÍNIMA SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO EJEMPLO : PG 48-30

⚫ ⚫ ⚫ ⚫ ⚫

DE

XX-YY SE DETERMINAN EN BASE A REGISTROS HISTORICOS DE TEMPERATURA Y CONSIDERANDO UN FACTOR DE CONFIABILDAD

SISTEMA SUPERPAVE SISTEMA MEJORADO PARA EL DISEÑO DE M.A.C. INCLUYE : *

ESPECIFICACIONES PARA LIGANTES

*

EQUIPOS Y PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO *

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MATERIALES *

ANALISIS Y DISEÑO DE M.A.C.

*

SOFWARE DE APOYO *

MODELOS DE PREDICCION BASADOS EN EL COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS.

SIN EMBARGO ES BUENO CONSIDERAR QUE…………………………………… LOS LOGROS DEL PROYECTO SHRP, LA NORMA AASHTO TP5 Y SISTEMA SUPERPAVE PARA LIGANTES ASFALTICOS, CON MAS FRECUENCIA SON EMPAÑADOS CUANDO ASFALTOS PG FALLAN PREMATURA Y/O IMPREDECIBLEMENTE. EL CONCEPTO DE ENERGA DISIPADA (WD) EMPLEADO EN ASSHTO TP5 GENERA PARÀMETROS REOLÒGICOS DE CORTE DINAMICO [G*/sin d] y [G* sin d] QUE IDENTIFICAN LAS TENDENCIAS A CREAR RODERAS (RUTTING) Y DE LLEGAR A LA FATIGA. LAS EXPERIENCIAS PRACTICAS DE LOS ULTIMOS AÑOS DEMANDAN LA REVISION DEL CONCEPTO DE ENERGIA DISIPADA

Reologìa del Asfalto Abel Gaspar - Rosas

.

REOMETRO DE CORTE DINAMICO - DSR NORMA de EVALUACION

G*, tan d, h, ty, gc … Pasa / Falla +$$$

1.000E6

1.000

1.000E5

1.000

G' (Pa)

10000

C r os s over po 1000 ang. fr equenc G ': 26510 Pa

G'' (Pa)

MIDE EL MÓDULO COMPLEJO ( G*) Y EL ANGULO DE FASE (δ ) EN EL RANGO DE TEMPERATURAS ALTAS E INTERMEDIAS.

-$

$

a: y inter cept: 3.460 b: s lope: 0.8258 x inter cept: 4.190 r egr es sion: 0.99968 s tandar d er r or : 1.771

1000

1000

a:

y inter cept: 3.193 100.0 s lope: 1.293 x inter cept: 2.468 r egr es sion: 0.99929 s tandar d er r or : 4.910

100.0 b:

10.00 10.00 0.01000 0.1000 1.000 10.00 100.0 1000 10000 ang.

fr equenc

ESTE REÓMETRO TRABAJA A TORSIÓN, PUDIENDO REALIZAR LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO COMPLEJO Y DEL ÁNGULO DE FASE A DISTINTAS FRECUENCIAS Y TEMPERATURAS. A ALTAS TEMPERATURAS LOS ASFALTOS SE COMPORTAN COMO FLUIDOS VISCOSOS SIN LA CAPACIDAD DE RECUPERAR SU FORMA ORIGINAL; LO CONTRARIO OCURRE A TEMPERATURAS MUY BAJAS DONDE LOS ASFALTOS SE COMPORTAN COMO SÓLIDOS ELÁSTICOS LOS CUALES RECUPERAN SU DEFORMACIÓN COMPLETAMENTE.

CAMARA DE ENVEJECIMIENTO A PRESIÓN ( PAV )

SIMULA EL ENVEJECIMIENTO DEL LIGANTE ASFÁLTICO EN SERVICIO

EQUIPO (PAV) – SUPERPAVE

⚫

EL HORNO ROTATORIO DE PELÍCULA DELGADA (RTFO)

⚫

⚫

SIMULA EL ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO DURANTE LA ETAPA DE PREPARACIÓN Y COLOCACIÓN DE LA MEZCLA.

VISCOSÍMETRO ROTACIONAL

REÓMETRO DE VIGA DE FLEXIÓN (BBR) – SUPERPAVE

COMPORTAMIENTO DEL LIGANTE EN EL RANGO DE TEMPERATURAS BAJAS

ENSAYO DE TENSIÓN DIRECTA (DTT) – Superpave

CARACTERIZA CARACTERIZALIGANTES LIGANTESEN EN EL RANGO DE TEMPERATURAS BAJAS

.

COMPACTADOR GIRATORIO P.I.N.E - Superpave

PARA EL DISEÑO VOLUMÉTRICO DE MEZCLA ASFÁLTICA. LA COMPACTACIÓN DE LA BRIQUETA ES POR EL PRINCIPIO DE AMASADO A UNA VELOCIDAD DE GIRO CONSTANTE Y UN ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE 1,25°.

EQUIPOS DE ENSAYO SUPERPAVE PARA CARACTERIZAR LIGANTES ASFÁLTICOS

EL REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO ( DSR ) MIDE EL MÓDULO COMPLEJO ( G*) Y EL ANGULO DE FASE (d ) EN EL RANGO DE TEMPERATURAS ALTAS E INTERMEDIAS.

ESTE REÓMETRO TRABAJA A TORSIÓN, PUDIENDO REALIZAR LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO COMPLEJO Y DEL ÁNGULO DE FASE A DISTINTAS FRECUENCIAS Y TEMPERATURAS. A ALTAS TEMPERATURAS LOS ASFALTOS SE COMPORTAN COMO FLUIDOS VISCOSOS SIN LA CAPACIDAD DE RECUPERAR SU FORMA ORIGINAL; LO CONTRARIO OCURRE A TEMPERATURAS MUY BAJAS DONDE LOS ASFALTOS SE COMPORTAN COMO SÓLIDOS ELÁSTICOS LOS CUALES RECUPERAN SU DEFORMACIÓN COMPLETAMENTE.

EQUIPOS DE ENSAYO SUPERPAVE PARA CARACTERIZAR LIGANTES ASFÁLTICOS

EL REÓMETRO DE VIGA DE FLEXIÓN ( BBR) Y EL ENSAYO DE TRACCIÓN DIRECTA ( DTT) PARA CARACTERIZAR LOS LIGANTES RANGO DE TENPERATURAS BAJAS .

EN EL

REÓMETRO DE VIGA FLEXIÓN (BBR) RANGO TEMPERATURAS BAJAS

LA PRINCIPAL APLICACIÓN DEL EQUIPO ES LA COMPROBACIÓN Y LA DETERMINACIÓN DEL GRADO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS DENTRO DE LAS ESPECIFICACIONES RECOGIDAS EN LA NORMATIVA SHRP Y DE ACUERDO CON LA NORMA AASHTO TP1-93.

EQUIPOS DE ENSAYO SUPERPAVE PARA CARACTERIZAR LIGANTES ASFÁLTICOS

EL

HORNO

ROTATORIO

PELÍCULA DELGADA ( RTFO ) SIMULA EL ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO DURANTE LA ETAPA DE PREPARACIÓN Y COLOCACIÓN DE LA MEZCLA.

DE

EQUIPOS DE ENSAYO SUPERPAVE PARA CARACTERIZAR LIGANTES ASFÁLTICOS

CAMARA DE ENVEJECIMIENTO A PRESIÓN ( PAV )

SIMULA EL ENVEJECIMIENTO A LARGO PLAZO.

CÁMARA DE ENVEJECIMIENTO A PRESIÓN - PAV EQUIPO ESPECÍFICAMENTE DESARROLLADO PARA REALIZAR UN ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL Y ACELERADO DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS SOMETIÉNDOLOS A TEMPERATURA Y PRESIONES ELEVADAS.

PRUEBAS SUPERPAVE PARA PROPIEDADES FISICAS DE ASFALTO MODOS DE FALLA CRITICOS Agrietamiento Térmico

Agrietamiento por Fatiga

Vel de Enfriamiento Rigidez Transicion Vitrea

Maleabilidad Bombeo

Velocidad de Tráfico

Estabilidad de Almacenamiento

Volumen de tráfico

Tipo de Aditivo

Estructura del Pavimento

Mezcla y Compactación

PAV

-20

Deformación Permanente

RTFO

20

ORIGINAL

60

TEMPERATURA DE PAVIMENTO °C

135

CORTESIA: OAT - MTC

EN EL PERÚ MAPA DE TEMPERATURAS

SELECCIÓN DE GRADOS DE ASFALTO SUPERPAVE Altura  500 – 2400 m.s.n.m. PG 52 –10 PG 58 – 10; 58 – 16 PG 64 –10

Altura entre 2400 – 4400 m.s.n.m.

PG 46 – 10; 46 – 16, 46 - XX PG 52 – 10, 52 –16, 52 – 28. PG 58 – 10 Alturas mayores de 4400 m.s.n.m.

PG 46 – 10, 46 – 16, 46 – XX Alturas entre 80 – 1000 m.s.n.m. PG 52 – 10

CORTESIA CORTESIA OAT-MTC

PG 58 – 10 PG 64 - 10

ADEMÁS…….. OTROS FACTORES INTERVIENEN EN LA PERFORMANCE DE LOS PAVIMENTOS ASFALTICOS

Climate

Traffic TIEMPO DE CARGA

Pavement Structure

Material Properties

EL PROYECTO ES

Pavement condition

INTEGRAL