EXPERIENCIA EN APLICACIÓN DE ASFALTO MODIFICADO CON POLÍMERO TIPO SBS (SOLPRENE 411) EN CARPETAS DE CONCRETO ASFÁLTICO Ing. Gerardo Torres Taboada Director General del Centro S.C.T. Guanajuato Ing. Víctor A. Sotelo Cornejo Jefe de Unidad General de Servicios Técnicos del Centro S.C.T. Guanajuato Ing. Secundino Parra Moreno Jefe de la Unidad de Laboratorios del Centro S.C.T. Guanajuato. Generalidades En los albores del tercer milenio, las necesidades de la sociedad, están vinculadas con las distintas modalidades de las comunicaciones y el transporte, especialmente en las carreras. Al ser estas el principal medio de desplazamiento de persona y bienes, así como el instrumento primordial para la integración social, económica y cultural de la República Mexicana. La red federal de carreteras en nuestro país integra como mínimo 10 ejes troncales principales, dentro de los cuales se encuentra el eje: México Querétaro Irapuato León Lagos de Moreno Aguascalientes Zacatecas Torreón Chihuahua y Cd. Juárez. Este eje cruza por el estado de Guanajuato en una longitud de 163km; en él se localiza el LIBRAMIENTO NORTE DE IRAPUATO este es el subtramo experimental a que nos vamos a referir en está platica. La estructura del pavimento esta constituido por dos cuerpos con 12.10 m. de corona cada uno y una longitud de 11,000 m., el transito que circula actualmente es de 10, 000 vehículos en ambas direcciones, de las cuales de 20% son pesados. En el año de 1995 se programó una rehabilitación de la superficie de rodamiento, en la cual se propuso que se le podría incluir una modificación al asfalto. Pretendiendo con esto, obtener un mejor desempeño en la carpeta a colocar. Introducción Las nuevas tecnologías utilizadas en mezclas asfálticas, particularmente en concretos asfálticos, obligan a probar algunos de la infinidad de productos que existen en el mercado, cuyos fabricantes ofrecen diversas propiedades entre las cuales se encuentra mayor durabilidad, más resistencia a los cambios atmosféricos o un mejor desempeño. Por otro lado
es indiscutible el incremento del volumen tránsito que circula por los principales ejes carreteros, así como el aumento de las cargas transportadas hacen que se busque materiales que nos permitan aumentar la vida de servicio de un pavimento, con el fin de disminuir la conservación de los mismos, durante su vida de proyecto. Basados en las premisas anteriores el CENTRO S.C.T. GUANAJUATO en el año de 1995, realizó estudios de cemento No. 6, modificándolo con polímeros del tipo SBS, Gilsonita y Hule de llanta, en proporciones de 1.5 % a 7.0 % pretendiendo con esto obtener un mejor desempeño en la carpeta asfáltica. Para tal fin se realizaron trabajos de campo y laboratorio, tendientes a definir tanto el proyecto de la propia rehabilitación, como el tipo de aditivo que modificara el asfalto, tomando en cuenta por su puesto los materiales pétreos de la zona. Análisis de resultados de laboratorio en el asfalto normal y modificado a) Asfalto Utilizado El producto asfáltico utilizado fue el cemento No. 6, procedente de la Refinería de Salamanca, Guanajuato, con las características siguientes: ENSAYES DE CALIDAD (VALORES PROMEDIO) Periodo: Enero Diciembre 1995 PRUEBA VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL 135º C (seg) PENETRACIÓN A 25º C (0.1mm) SOLUBILIDAD EN TRICLOROETILENO (%) PUNTO DE INFLAMACIÓN (ºC) PUNTO DE REBLANDECIMIENTO (ºC) NORMA S.C.T. 138 100 min. 70 60 70 99.5 99.5 min. 287 232 min. 49 48 56 DUCTILIDAD A 25º C (cm.) +105 100 min. PENETRACIÓN RETENIDA A 25ºC (%) PERDIDA POR CALENTAMIENTO (%) RESIDUOS DE LA PELÍCULA DELGADA DUCTILIDAD A 25º C (cm.) +105 71 50 min. 0.5 1.0 MAX.
b) Modificadores utilizados Como es de todos conocido, la modificación del cemento asfáltico en el país no es nueva ya que en una época se obtuvieron asfaltos (FR, FM, y FL), así como en la actualidad se sigue utilizando emulsiones asfálticas aniónicas y catiónicas. Las modificaciones que se utilizaron fueron las siguientes: polímeros SBS Solprene 411, Gilsonita y hule de llanta, la incorporación de este producto al asfalto fue mediante un molino trigonal y a temperaturas de 180 a 190ºC. La calidad obtenida al ensayar estos cementos modificados fue la siguiente:
De acuerdo con los resultados del cemento asfáltico así como los obtenidos por la prueba del Marshall, se puede observar en las gráficas que el asfalto modificado con polímeros SBS presenta un comportamiento más homogéneo y si comparamos los valores obtenidos en las gráficas anteriores podemos observar que el 3% no cambia sustancialmente con respecto al 5 y 7 %, por lo que el CENTRO S.C.T. GUANAJUATO optó por agregarle un 3.0% de polímero SBS del tipo Solprene 411, al cemento asfáltico No. 6 y elaborar un tramo de prueba que se pudiera monitorear para observar su comportamiento. Libramiento norte de Irapuato Con la finalidad de definir la rehabilitación necesaria en el tramo en estudio se realizo una evaluación al pavimento en 1995, de la que obtuvieron las siguientes recomendaciones. Bacheo superficial, renivelaciones aisladas y una sobrecarpeta de 0.05 m. de concreto asfáltico. Con base en esta rehabilitación se propuso que el bacheo y la renivelación se efectuara en base de concreto asfáltico normal y la sobre carpeta de 0.05 m. se modificara el asfalto al 3% con SBS de tipo solprene 411. Proceso de construcción En diciembre de 1995 se construyó la sobrecarpeta modificando el asfalto con SBS al 3.0%. Esta acción se llevó a cabo agregando el asfalto No.6 a una temperatura de 180º C el polímero SBS en una proporción del 3.0%, su proceso consistió en pasar estos productos por un molino trigonal para efectuar la homogeneización en un tiempo de 2.5 a 3.0 horas, posteriormente se trasladó en un tanque térmico el asfalto ya modificado, a una planta de concreto donde se incorporó el agregado con características de acuerdo a normas S.C.T., a una temperatura de 160ºC. La mezcla asfáltica se elaboro a temperatura de 170ºC, se tendió por medio de una extendedora (finisher) a 150ºC y se compacto a 135ºC, por medio de un rodillo liso, evitando utilizar el neumático debido a que se adhería la mezcla a los neumáticos, desprendida la mezcla alcanzo a los 80ºC, situación que no es recordable, debido a que el concreto ya se encuentra fraguado. Proceso de monitoreo Durante la construcción se determinaron pruebas Marshall cuyos resultados se presentan en las gráficas siguientes:
Con la finalidad de observar el comportamiento del tramo en estudio, se efectuaron lecturas con vigas BELKELLMAN, DYNAFLECT, en productos definidos para tal fin, realizándose lectura y observaciones del comportamiento físico a partir de febrero de 1996 y continuando con estos estudios anualmente; así como se realizaron mediciones del Índice Internacional de Rugosidad (IRI), el los años de 1997 y 1999. Estos resultados se peden observar en las graficas siguientes: Conclusiones: Si se considera que los estudios efectuados al cemento asfáltico No. 6 modificado con polímeros SBS fueron realizados con el equipo de laboratorio con el que cuenta actualmente la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, no fue posible conocer parámetros como son la viscosidad cinemática y absolutas, así como a los análisis Reológicos elásticos. Por otro lado el monitoreo que se esta llevando a cabo desde el punto vista de su desempeño a través de la medición de deflexiones con equipo DYNAFLECT, viga BELKELLMAN e Indice de Rugosidad Internacional (IRI), este Centro S.C.T. Guanajuato considera que el tramo de estudio, a la fecha, esta funcionado en óptimas condiciones. Por otro lado, en el tramo se han observado algunas grietas longitudinales en los hombros de la corona, mismas que se presentan debido a algunas inestabilidades de los taludes del terraplén; a dicho efecto, el Centro S.C.T. ha considerado la programación de su reparación para el programa 2001, el que consistirá en el calafateo de dichas grietas y la colocación de un tratamiento superficial a través de una microcarpeta de textura abierta de 0.03m. de espesor.
KILÓMETRO DEFLEXIÓN 1995 1996 1997 1998 1999 1+000 20.0 10.4 10.6 12.3 14.5 2+000 17.5 7.5 8.3 9.5 10.2 3+000 15.0 5.5 6.6 7.4 8.3 4+000 14.5 5.4 6.6 7.2 8.4 5+000 14.0 5.3 6.5 7.0 8.6 6+000 18.0 5.3 6.4 8.1 12.0 7+000 16.0 5.7 6.3 8.3 10.1 8+000 14.0 6.2 6.5 7.5 9.1 9+000 15.0 5.0 6.2 7.8 9.3 10+000 16.0 4.0 5.5 7.4 9.7 10+600 17.5 3.7 5.0 7.3 10.2