Uso de Infrarrojo Portátil para Evaluar Pavimentos Asfalticos: Herramienta para la Gestión de Conservación Vial

Transcripción

1 Uso de Infrarrojo Portátil para Evaluar Pavimentos Asfalticos: Herramienta para la Gestión de Conservación Vial Delmar Salomón Pavement Preservation Systems, LLC

2 Bosquejo Todo asfalto se oxida y envejece: el resultado inevitable de todo pavimento flexible Antecedentes de Espectroscopia de Infrarrojo (FTIR) en asfalto envejecido (SHRP2-R06B)** Monitoreo in-situ. FTIR portátil: no destructivo Demostración y resultados del proyecto RP 249 en Idaho Normal Provisional T 128 de AASHTO Conclusiones ** SHRP2: Strategic Highway Research Program 2: desarrollo de tecnología para medir calidad de materiales de construcción en obra SHRP1= SUPERPAVE: todo sobre propiedades reológicas del ligante asfáltico

3 Resultado inevitable: envejecimiento del asfalto en los pavimentos 1 O 2 Oxidación térmica ultravioleta O-H C=O S=O Dibujo cortesía, Dr. Michael Greenfield, Univ. Rhode Island; traducción por Dora Salomón Impacto a usuarios: aumento de la rugosidad; tiempo perdido; usuarios insatisfechos Impacto económico: reducción de vida útil; incremento de gastos de mantenimiento impacto ambiental: daño por humedad; deterioro a la infraestructura /pavement_pres.jpg Insostenibilidad de infraestructura vial

4 Resumen General La oxidación es un factor importante en el deterioro de los pavimentos Los estudios FTIR en laboratorio sobre la oxidación del asfalto son bien conocidos Ensayos no destructivos de los niveles de oxidación de HMA por FTIR portátil Norma Provisional TP 128 de AASHTO: uso de FTIR portátil en monitoreo Necesidad de un indicador de campo rápido para evaluar el nivel de oxidación de los HMA (mezcla en caliente) SHRP 2 - Avances en aplicaciones de campo de FTIR Uso de espectroscopia de infrarrojo portátil para prueba in situ de HMA Potencial de incorporar un índice de envejecimiento para pavimento en Programas de Gestión Vial

5 Método de espectroscopia infrarrojo [ Espectroscopia infrarrojo de Transformada de Fourier (FTIR)] Ligante Mezcla Vibración de flexión Vibración de tensión Oxidación de la señal " del ligante y la mezcla

6 Referencias para la espectroscopia infrarrojo de los asfaltos envejecidos Identificación de los principales productos de la oxidación (Petersen et al., ) Carbonilo (CO) se evalúa por área de banda entre 1820 y 1650 cm -1 (Ruan, Glover et al., 2003; Woo, Glover et al., 2007) Viscosidad relacionada con el contenido de carbonilo (Ruan, Glover et al., 2003; Woo, Glover et al., 2007) Modulo (G*) se correlaciona con CO y SO se mide por FTIR (Glaser y Petersen, PARC2010)

7 REFERENCIA DE SHRP 2 Zofka et al., 2013; Chrysochoou, Johnson & Yut, 2014 (SHRP 2 R06B) Reporte R06B de SHRP 2

8 (SHRP2-R06B): Medición del nivel de oxidación por FT-IR Trabajo original, usando taladro y llevando muestra al equipo FTIR Muestreo (destructivo) Tamizando Escaneo Procesamiento de la señal Interpretación de datos

9 Técnicas de espectroscopia de infrarrojo Transmisión Reflectancia atenuada total(atr) Reflectancia difusa de espectroscopia infrarrojo (DRIFT) Transmisión IR es buena para los líquidos y películas delgadas, pero requiere extracción con solventes y pastillas de KBr. ATR es adecuado tanto para líquidos así como polvos, pero interroga sólo 1-2 μm, también es propenso a los efectos de dispersión. DR es mejor para muestras sólidas en bruto (penetra a profundidad total de 2 mm), <tamaño de partícula <100 μm, minimiza la dispersión).

10 Tecnología de punta Avances recientes en aplicaciones FTIR portátil para mediciones in situ en pavimentos Existe la necesidad de pruebas in situ para el control de procesos: interpretación rápida y fácil para control de calidad en obra Práctica Implementar control de procesos FTIR portátil para medir el nivel del envejecimiento (oxidación) de mezcla asfáltica (HMA) en campo/obra Medir el nivel de oxidación del pavimento y usar como banco de datos en programas de Gestión de Conservación Vial

11 Modalidades de espectroscopia infrarrojo Transmisión (laboratorio tradicional) Destructivo (extracción del ligante de mezcla asfáltica) Reflectancia total atenuada (ATR) Reflectancia Difusa Infrarroja Transformada de Fourier (DRIFT) (no-destructivo)

12 Proyecto RP 249: Demostraciones con diferentes contenidos de RAP REPORTE RP 249 por D. Salomon y Iliya Yut Improving Quality Control of Asphalt Pavement with RAP using a Portable Infrared Spectroscopy Device (Junio 2016)

13 Fórmula de Mezcla de Trabajo (JMF) Tabla 1. Resumen del JMF para 3 proyectos de demostración Parámetros Experimentales Contenido de RAP (% peso por agregado) Proyecto #1 (Karcher)12046 Proyecto #2 (Fruitland) kn Proyecto #3 (Lewiston) kn (fresado-40%, acopio 5% Ligante virgen, PG Ligante del contrato, PG Contenido virgen del ligante (% por peso de la mezcla) Contenido de ligante (% peso por mezcla) Composición/agregado (% por peso de agregado) B 39% C 44% ½ 9% # 4 9% LL C 6% LL WC 22% B 26.5% C 21% Clean C 7.5% Fresado 40% Acopio de RAP 5%

14 Primer Estudio para Idaho Transportation Department Control de calidad de las muestras de HMA/RAP en obra utilizando un equipo portátil de espectroscopia de infrarrojo (PIRS ) Objetivos: 1. Evaluar la capacidad del PIRS para determinar % RAP 2. Proporcionar recomendaciones para el uso PIRS en los futuros proyectos de pavimentación. Selección Proyectos por % de RAP Bajo RAP Medio RAP Alto RAP Recoger los Materiales Ligantes Agregado RAP Muestras para Calibración Varios %RAP ( ) ( ) Mediciones de mezclas por PIRS Laboratorio (calibración) Planta y Obra Pavimento (validación) Análisis de datos Variabilidad Relación de resultados: laboratorio, planta y pavimento Factores de influencia Comparar resultados de campo y elaborar recomendaciones

15 Primer Estudio en Idaho Mezclas preparadas con diferentes porcentajes de RAP Tipo de muestra Proyecto JMF RAP Virgin Binder Virgin Agg. RAP No. de muestras Preparación Laboratorio Karcher 17% 5.6% 4.7% 3.8% 2.9% Fruitland 54% 5.6% 4.1% 2.7% 1.3% Lewiston 45% 5.7% 3.6% 2.8% 1.9% 94.4% 80.3% 66.1% 52.0% 94.4% 70.9% 47.3% 23.7% 94.3% 64.9% 52.2% 39.6% 0% 15% 30% 45% 0% 25% 50% 75% 0% 31% 45% 58% Adquirir componentes del contratista. Precalentar Componentes Mezclar a temperatura de planta Enfriar la Mezcla Medir por PIRS Almacenar Fuente de RAP Por cada proyecto 5 Entregas de los Planta HMA Por cada proyecto 5 Contratistas Pavimento Por cada proyecto 5 Contratista y Agencia * Todos los pesos = % en total agregado

16 Calibración del RAP en la mezcla (composición) Proyecto #1 (Karcher) Proyecto #2 (Fruitland) Proyecto#3 (Lewiston) Muestra 1 0% RAP 0% RAP 0% RAP Muestra 2 15% RAP 25% RAP 30% RAP Muestra 3 30% RAP 50% RAP 45% RAP* Muestra 4 45% RAP 75% RAP 60% RAP Muestra 5 100% RAP 100% RAP 100% RAP

17 Primer Estudio para Idaho Transportation Department Medición de oxidación por PIRS Modo de exploración : mezcla HMA con RAP Escaneo region IR: cm -1 Resolución de la señal: 8 cm -1 Promedio de espectros: 24 Señal de Oxidación OxS = Pico normalizada a 1700 cm -1

18 Análisis del infrarrojo OxS = A1700 A2920

19 (Absorbancia) Escaneo de IR y señales de oxidación Cálculo de la señal de oxidación proveniente de un espectro de absorbancia de una muestra de mezcla asfáltica. (Aplicación) (N de Ondas)

20 Medición In Situ en obra y comparación con las curvas de calibración

21 Cilindros de HMA compactado con muestras de la planta D= 50 mm X L= 50 mm

22 Señal de Oxidación [au] 0.70 Señal de oxidación de la mezcla de producción Karcher (12046)( Proyecto 1) % 15% 30% planta,17% pavimento, 17% 45% 100% % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Contenido de RAP

23 Señal de oxidación [au] 0.70 Señal de oxidación de la mezcla de producción Fruitland (kn13462) (proyecto #2) % 0.30 planta 54% 75% % 25% 50% pavimento, 54% % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Contenido de RAP

24 Señal de oxidación [au] Señal de oxidación de la mezcla de producción Lewiston (kn 13435) (Proyecto #3) 0.70 planta, 45% % % 45% 58% pavimento 45% 100% % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Contenido de RAP

25 Primera demostración en Idaho Objetivo de Análisis: Detectar la desviación de muestras de plantas y pavimentos de la JMF Resultados: Todas las mediciones de los pavimentos se mantuvieron dentro 1 desviación estándar del JMF Mediciones de las plantas resultaron ser más altas que las del pavimento La muestra de la planta Lewiston puede no ser representativa por realizar el trabajo de pavimentación durante la noche.

26 Evaluación del nivel de oxidación de mezclas asfálticas mediante un espectrómetro de infrarrojos portátil Publicación Agosto de 2017 Standard Method of Test for Evaluation of Oxidation Level of Asphalt Mixtures by a Portable Infrared Spectrometer AASHTO TP 128

27 Detalles Norma Provisional TP 128 de AASHTO Método destructivo: desarrollado por SRHP2 (Reporte R06B) Método no destructivo: desarrollado y presentado a AASHTO TS-2c por PPS, LLC Alcance: Monitorear los niveles de oxidación de HMA ( HMA / RAP ) Basado en el análisis cuantitativo de espectro infrarrojo con PIRS El muestreo obtenido directamente de la superficie del pavimento compactado La muestra puede ser modificada mediante la adición de RAP El nivel de oxidación en las muestras se calcula en base a la intensidad de la señal asociada con el contenido de carbonilo. La señal de la oxidación en la superficie del pavimento. se compara con las señales predeterminadas de muestras JMF y las de Plantas. La frecuencia umbral para las pruebas las establece una agencia en base a un estudio piloto.

28 Ensayo en el campo (Monitoreo de pavimento por PIRS) En la planta HMA-Lewiston Sección de prueba Karcher Lewiston: en pavimento colocado

29 MEDICIONES IN SITU Proyecto Karcher: 17% RAP

30 Mediciones In Situ Proyecto Fruitland, 54% RAP Proyecto: Lewiston, 45% RAP

31 Primera demostración en Idaho Qué hemos aprendido sobre RAP-HMA? En promedio, cada 20% de RAP corresponde a 0.1 unidades Ox.Signal con una deviación estándar = 10% RAP El % de RAP en HMA puede determinar con una confiabilidad del 82% basándose en las mediciones de entre 0% a 100 %de RAP

32 Conclusión El instrumento, PIRS, determina el nivel de oxidación de la mezcla asfáltica: del diseño, en producción o en pavimentos colocados. La técnica (no-destructiva) con el PIRS (instrumento portátil) se realiza de manera muy directa apunte, dispare y analicé. Existe la Norma Provisional TP 128 de AASHTO para el uso del FTIR portátil (PIRS) en el monitoreo y comparación de niveles de oxidación en formula de trabajo (JMF); la mezcla asfáltica de producción y pavimento colocado. La señal de oxidación que se logra con el PIRS, es un método rápido para la evaluación de niveles de oxidación en las superficies de pavimentos. Es útil para determinar cuando se debe hacer un tratamiento preventivo para una mejor conservación vial.

33 El Camino por Recorrer

34 Delmar Salomón Presidente Pavement Preservation Systems LLC