Variables que impactan en la visco-elasticidad de un Asfalto modificado. Gabriel Hernández

Transcripción

1 Variables que impactan en la visco-elasticidad de un Asfalto modificado. Gabriel Hernández

2 Agenda. I. Introducción: Cambios perceptibles en el asfalto. II. Materiales utilizados. III. Estudios de reología enfocados a la rigidez del asfalto donde se incluye asfalto extraído de RAP. IV. Estudios de recuperación elástica en materiales asfálticos. V. Conclusión.

4 Introducción. Porque se degrada el asfalto en los pavimentos?

5 Introducción. Cambio en su composición. Porque se degrada el asfalto en los pavimentos?

6 Introducción. Cambio en su composición. Porque se degrada el asfalto en los pavimentos? Fallas en su control de diseño: Rigidez, recuperación elástica y resistencia al cracking térmico.

7 Introducción. Cambio en su composición. Porque se degrada el asfalto en los pavimentos? Fallas en su control de diseño: Rigidez, recuperación elástica y resistencia al cracking térmico. Reutilización del pavimento

8 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. El Asfalto experimenta cambios físicos importantes por efecto de la temperatura.

9 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Los procesos de refinación del petróleo han cambiado para mejorar la extracción de componentes que han llevado a otra Calidad en los asfaltos.

10 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN DEL ASFALTO SE VE INFLUENCIADA SU VISCOSIDAD. Ecuación de Poiseuille: h = p r t P 4 8 L V. Ec. (1) Donde: h = Viscosidad del material a una temperatura definida. r = radio de un tubo de longitud L. V = Volumen de líquido que fluye por el capilar. t = Tiempo en el que se llevó a cabo el flujo del material. P = Presión aplicada.

11 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. A SU VEZ LA VISCOSIDAD SE VE INFLUENCIADA POR LA TEMPERATURA. Ecuación de EYRING. A log h = + B T Ec..(2) Donde: h = Viscosidad del material. T = Temperatura de prueba. A y B = Constantes características del material.

12 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. EL PROTOCOLO AMAAC Y ALGUNAS OTRAS NORMATIVAS PROPONEN INTERVALOS DE VISCOSIDAD QUE SE USAN COMO CRITERIOS PARA EL MANEJO DEL ASFALTO EN MEZCLAS CONVENCIONALES. TEMPERATURA INTERVALO DE VISCOSIDAD, Pa.s Asfaltos vírgenes. Temperatura de mezclado 0.15 a 0.19 Temperatura de compactación 0.25 a 0.31

13 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Anteriormente se veía congruencia con los límites de viscosidad Vs. Temperatura.

14 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Hoy es mas frecuente ver asfaltos que se salen del comportamiento normal.

15 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Esta modificación en la obtención del Asfalto ha originado cambios en su composición.

16 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto.

17 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. o Uno de los parámetros relacionados con la composición del asfalto que se usa como guía para predecir el comportamiento del asfalto es el índice de Gaestel (también conocido como índice de inestabilidad coloidal). o En términos generales un asfalto con IA menor a 1.8 garantizará mejores resultados de durabilidad, viscosidad y facilidad de modificación con polímeros de SBS IA = Resinas + Asfaltenos Saturados + Aromáticos

18 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Esta modificación en la obtención del Asfalto ha originado cambios en su composición.

19 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Los componentes aromáticos han tenido una tendencia a la baja.

20 Cambios físicos y químicos importantes en el Asfalto. Mientras que las resinas polares han tenido una tendencia a la alta.

21 Ventajas en el uso del asfalto modificado. Además de mejorar del grado PG, se persigue que los polímeros den aporte en recuperación elástica para reducir deformaciones.

22 Los polímeros deben tener la capacidad de modificar asfaltos de diferentes fuentes. Cuando los polímeros que modifican el Asfalto no son compatibles se separan con el tiempo.

23 Como sabemos si contamos con un buen asfalto?. Lo que no se mide no se controla. Afortunadamente con la ayuda de técnicas de caracterización analítica y reología podemos conocer el asfalto y como mejorarlo para garantizar un desempeño adecuado.

25 Materiales utilizados. Variable de composición Tipos de asfalto caracterizados por análisis Iatroscan Asfalto Americano PG (Marathon-Catlettsburg, KY) Asfalto Mexicano PG (PEMEX-Ciudad Madero) Asfalto obtenido de bancos de RAP Saturados, % peso/peso Aromáticos, % peso/peso Resinas, % peso/peso Asfaltenos, % peso/peso IA

26 Materiales utilizados. Tipos de asfalto caracterizados por análisis Iatroscan

27 Polímeros utilizados. En la gama de elastómeros SBS existen diferentes estructuras para diferentes aplicaciones del asfalto modificado.

28 Polímeros utilizados. Para los experimentos de este estudio se utilizo un elastómero SBS radial de composición 30/70 % en peso de estireno/butadieno

29 Polímeros utilizados. Composición de plastómero EGA (polietilen-glicidil-acrilato).

31 Razones que motivan al uso de RAP. El uso de RAP (Pavimento reciclado fresado Reclaimed Asphalt Pavement ) en formulaciones de pavimentos puede ser considerado una aplicación sustentable dentro del sector de construcción de estas. Entendiendo por aplicación sustentable aquella que cubre necesidades del presente sin comprometer la habilidad de futuras generaciones por cubrir sus propias necesidades.

32 Recursos obtenidos en el RAP reciclado.

33 Muestreo de los bancos de RAP.

34 Separación de Asfalto del RAP.

35 Efecto combinado utilizando asfalto del RAP y asfalto virgen. Debido al alto contenido de asfaltenos y resinas en el Asfalto del RAP combinado con Asfalto virgen incrementa el modulo reológico.

36 Efecto combinado utilizando asfalto del RAP y asfalto virgen. El asfalto obtenido del RAP y combinado con asfalto virgen vuelve rígida la mezcla a medida que aumenta su contenido y se observa en el disminuciones del ángulo de fase reológico.

37 Efecto combinado usando asfalto del RAP con asfalto modificado con SBS. El elastómero SBS radial ofrece un efecto de sinergia en combinación con el Asfalto del RAP incrementa el modulo de corte reológico en la mezcla asfáltica.

38 Efecto de combinación del Asfalto extraído del RAP y combinado con ligantes asfálticos. Los elastómeros de SBS permiten obtener un mayor control del grado PG, particularmente del grado PG negativo.

40 Variables relacionadas con la formación de roderas: rigidez y recuperación elástica. No obstante en el fenómeno de formación de roderas no solo el estudio de la rigidez es importante.

41 Variables relacionadas con la formación de roderas: rigidez y recuperación elástica. La resistencia a la formación de roderas en el pavimento asfáltico no solo depende de la dureza; sino también de la recuperación elástica y esta propiedad la imprime el asfalto, no el agregado pétreo.

42 Recuperación elástica?.

43 Recuperación elástica torsional. Permite tener idea de la recuperación del material ante un esfuerzo de deformación y verifica si el asfalto tiene polímero.

48 Recuperación elástica final después de un esfuerzo múltiple (MSCR). Incluye la simulación de esfuerzos repetidos a la temperatura máxima que en teoría garantiza el asfalto su desempeño.

49 Recuperación máxima en el nivel final mas alto de deformación múltiple. La compliance reológica (Jnr) es inversamente proporcional a la rigidez, pero esta relacionada con la parte que no recupera después de deformaciones múltiples en esfuerzos variados y temperatura de prueba, además de que el asfalto ha sido envejecido por RTFO

50 El método AASHTO M332 surge como una nueva propuesta en Estados Unidos para medir el recobro elástico de un asfalto. Esta especificación monitorea el cumplimiento de la recuperación elástica del asfalto ante múltiples esfuerzos a diferentes temperaturas.

51 El método AASHTO M332 surge como una nueva propuesta en Estados Unidos para medir el recobro elástico de un asfalto. Sin embargo, algo que no debemos de perder de vista es la viscosidad del asfalto, ya que podemos rigidizar y hacer muy elástico al ligante asfáltico pero poco o nada procesable.

52 Jnr Vs recuperación elástica. Monitoreo de comportamiento elástico de tres asfaltos vírgenes a tres temperaturas de prueba 64 C, 70 C y 76 C.

53 Jnr Vs recuperación elástica. Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en asfalto EKBE PG de origen para llegar a PG

54 Jnr Vs recuperación elástica. Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en asfalto Americano de origen PG para llegar a PG

55 Jnr Vs recuperación elástica. Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en asfalto EKBE PG incorporando 2 niveles de asfalto de RAP a tres temperaturas de monitoreo de 64, 70 y 76 C.

56 Jnr Vs recuperación elástica. Monitoreo de diferentes asfaltos modificados con polímero (AMP) en asfalto Americano PG incorporando 2 niveles de asfalto de RAP a tres temperaturas de monitoreo de 64, 70 y 76 C.

58 Conclusiones. En este trabajo se trataron cuatro conceptos a considerar en la elección y control de un ligante asfáltico que será utilizado en la construcción de un pavimento. 1. Composición del asfalto. 2. Control en su rigidez a través del módulo de corte reológico. 3. Control de su recuperación elástica. 4. Estudio y elección del sistema polimérico que permita cumplir con las propiedades (2) y (3) mencionadas antes.

59 Conclusiones. Actualmente contamos con asfaltos menos aromáticos y mas resinosos, esto hace que sean materiales muy rígidos, difíciles de modificar con polímeros y sobre todo de una vida útil corta. Qué se puede hacer para mejorar el asfalto? Utilizar aditivos que mejoren el contenido aromático del asfalto (rejuvenecedores); y/o, elegir un polímero adecuado que no rigidice tanto al asfalto, pero que a la vez brinde una alta recuperación elástica.

60 Conclusiones. Es importante tener una visión sustentable con un alto enfoque de calidad. El uso de RAP permite obtener una fuente de asfalto que puede ser combinable con asfalto virgen o modificado. Es importante tener en cuenta hasta cuanto se puede hacer uso de RAP sin sacrificar las propiedades reológicas en los límites permitidos de módulo de corte reológico y Jnr, que garantizaran resistencia del pavimento a deformaciones y recuperaciones elásticas cuando estás ocurran.

61 Conclusiones. Finalmente, el nuevo método de AASHTO M332 exige una combinación de rigidez y recuperación elástica en el ligante asfáltico que garantiza su durabilidad. Se ha visto que los asfaltos modificados con permiten conseguir muy buenas propiedades dentro de esta norma, solo hay elegir el mejor tipo de polímero para el asfalto que se pretende modificar, y no perder de vista la viscosidad del asfalto modificado, porque aunque este tenga una rigidez adecuada y una elevada recuperación elástica de nada sirve si no se puede procesar o bombear.

62 Muchas gracias Gabriel Hernández Zamora Grupo Dynasol