Envejecimiento Mezclas Asfalticas

Jornadas TcnicasDe actualizacin y capacitacin en el rea de

pavimentos flexibles

ENVEJECIMIENTO DE MEZCLAS ASFLTICAS: ESTUDIO, EVALUACIN Y MTODOS DE

PREVENCIN

Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto

LID-Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera VialFacultad de Ingeniera - Universidad Nacional de La Plata

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No sabemos prcticamente nada sobre las causas del envejecimiento

Dr. L. Hayflick, bilogo celular, Univ. California


El proceso de envejecimiento de los ligantes

El estudio y la evaluacin del envejecimiento

El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento

Anlisis funcional con mtodo UCL

Mtodos de prevencin del envejecimiento

EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS


EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LOS LIGANTESFACTORES INTRINSECOS

Volatilizacin de fracciones livianasOxidacin (absorcin y difusin de oxgeno)Tixotropa y sinresisDegradacin de estructura polimrica (asfaltos modif.)

FACTORES EXTRINSECOSInfluencia del tipo de ridosInfluencia del tipo y proporcin de filler

Contenido de vacos de la mezclaEspesor de pelcula de liganteFatiga (debido al trnsito; trmica)


El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES INTRINSECOS

Volatilizacin de fracciones livianas:

Es la prdida de los componentes ms ligeros, los maltnicos, por efectos de la temperatura (planta asfltica, clima en servicio) y de las condiciones de exposicin.



Oxidacin (absorcin y difusin de oxgeno):

En contacto con la atmsfera el asfalto se oxida, formando grupos polares (hidroxilos, carbonilos, carboxlicos) que contienen O2 y que tienden a asociarse en compuestos de alto peso molecular, incrementando su consistencia y perdiendo

flexibilidad.



Tixotropa y sinresis:

La tixotropa o endurecimiento histrico se debe a una lenta reorientacin molecular y cristalizacin de compuestos resinosos, a temperatura moderada (que puede ser mayor o menor que la Tg). Es reversible.

La sinresis o endurecimiento exudativo se debe a la tendencia a la exudacin de los componentes aceitosos.


OXIDACION Y PERDIDA DE FRACCIONES VOLATILES DEL BETUN

INDICE GAESTEL (COMPOSICIN DEL ASFALTO)

Nafteno-aromticosAsfaltenos Saturados+

Polar-aromticos+=IC

ICx0.931 4.83 +=log10 (h)


EVOLUCIN DE LOS COMPONENTES DEL ASFALTO DURANTE ENVEJECIMIENTO

0

10

20

30

40

50

4 8 12 16 20 240,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9Temp: 163C

Polar-aromticos

Saturados

Indice Gaestel

Asfaltenos

Nafteno-aromticos

% d

e Fr

acci

n c

ompo

nent

e

Tiempo de envejecimiento en estufa (horas)

Indi

ceG

aest

el(IC

)



Degradacin de la estructura polimrica: En los asfaltos modificados con polmeros, los efectos trmicos durante la fabricacin y puesta en obra y la exposicin climtica en la etapa de servicio, provocan la degradacin de la estructura polimrica a partir de dos hechos diferentes y con consecuencias contrapuestas: la escisin de la estructura reticular, que disminuye la viscosidad del betn-polmero y su capacidad elsticas; y los entrecruzamientos de cadenas polimricas, que tienden a rigidizar al ligante.


PRINCIPALES PROCESOS DE DEGRADACION EN COPOLIMERO SBS

O -O

OH H

H H

C C C C

H H

H H

C C

H

HH

O

a ld e h id o

C C

H

H

O

O H

c .c a rb o x l ic o

H

H

C CH 2 O H

a lc o h o l

O

H

H H

C C

HH

H

CC

O -O

H H

H

C C HC

H

H

C2

H H

H

C C HC

H

H

C2

O

O

HC

H

H

C2

H

HH

C C

p ro d u c t o e n tr e c ru z a d o ( in s o lu b le )

H

CCH2O

CCH2

O-O

+CH2 C

O H

CCH2

Perxido Cetona


El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS

Temperatura y condiciones de fabricacin; temperatura y tiempo de transporte: Son los causales ms importantes del envejecimiento a corto plazo y, a menudo, del envejecimiento total de la mezcla.Mayores temperaturas de fabricacin y transporte significan ms volatilizacin de compuestos livianos y mayor oxidacin.El choque trmico por mayor temperatura de los ridos respecto del ligante, es tambin causal de envejecimiento en la planta.El almacenaje de mezcla en planta, especialmente en silos externos y durante un largo perodo, favorece el envejecimiento, as como un tiempo de transporte prolongado.



Factores climticos durante el perodo de servicio: Son los responsables principales del envejecimiento a largo plazo.

Climas clidos y con elevadas radiaciones solares, favorecen el envejecimiento.

En menor medida, el viento y la lluvia tambin, por diferentes motivos: vientos fuertes de superficie pueden acelerar la oxidacin; el agua (asociada con la temperatura) propende al desprendimiento de la pelcula de ligante, lo que causa una degradacin del material y facilita la accin de los factores que influencian el envejecimiento.



Efecto de las radiaciones solares: Los efectos de las radiaciones infrarrojas sobre el envejecimiento estn asociados a un incremento de la temperatura del pavimento.

Las radiaciones solares ultravioletas, por su parte, producen enlaces carbonilo en la estructura del asfalto, y favorecen la oxidacin, acelerando los procesos de envejecimiento. En los ligantes polimerizados se comprobque los modificados con SBS y SBR resisten aceptablemente este factor ambiental, pero los modificados con EVA son especialmente susceptibles al deterioro por radiaciones UV.



Influencia del tipo de ridos:

Se encontr que las mezclas con ridos bsicos (por ejemplo, calizos), soportan mejor los efectos del envejecimiento que aquellas elaboradas con ridos cidos (p.ej., granticos).

Una investigacin polaca revela que las mezclas con ridos baslticos se comportan mejor frente al envejecimiento que mezclas fabricadas con otro tipo de ridos.



Contenido de vacos de la mezcla:

Influye en la respuesta al envejecimiento, debido a la mayor exposicin a la intemperie de mezclas con elevado porcentual de vacos.

Estudios de Goode y Lufsey:

xx (V)0.3729.66Ps/e S-=pedonde:

Pe : penetracin estimada del betn en el pavimento envejecido,

Ps/e : penetracin del betn recuperado de probetas no envejecidas,

S : factor de correccin que para betunes de penetracin 85/100 vale 1.85, y

V : porcentaje de huecos en la mezcla.



Espesor de pelcula de ligante :

El efecto negativo de un gran contenido de vacos se puede contrarrestar con un mayor espesor de la pelcula de ligante.Existen varias maneras de lograrlo: empleo de asfaltos modificados, espesamiento del mstico, incorporacin de fibras para retener un mayor porcentaje de asfalto.


ENVEJECIMIENTO DEL BETUNFilm Thickness Factor

d-f

a=FTF

donde: FTF : Factor de Espesor de Pelcula de Betn, a : porcentaje de betn en peso de los ridos, d : porcentaje de absorcin de betn en peso de los

ridos yf : cantidad de keroseno retenida en el ensayo CKE


donde: Glt* : mdulo complejo G* a 19 C despus de envejecer a

largo plazom : espesor en micrones de la pelcula de ligante

ENVEJECIMIENTO DEL BETUNExperiencias de Khandal y Chakraborty

x [Pa]m3.158.521 176.472,6-=Glt*


Espesor de lmina de betn: mm4 5 6 7 8 9 10

5.2

6.0

7.0In

dice

de e

nvej

ecim

ient

o: h

a/h0

Efecto del espesor de la lmina de betn sobre el ndice de envejecimiento



Ubicacin de la mezcla respecto de la superficie:

El envejecimiento es mucho ms rpido a cota de rasante y hasta unos pocos milmetros de distancia. A mayor profundidad, el efecto se ralentiza debido a que el material est menos expuesto a las acciones climticas, especialmente en mezclas densas y semidensas.



Endurecimiento en superficie y a profundidad media

1 ao

PI: -1 0 +1 +2 +3 +4

Pene

trac

in

a 25

C: d

mm

Punto de ablandamiento: C40 60 80 100

20

60

70

40

30

50

90

100

80

PI: -1 0 +1 +2 +3 +4

Betn virgenProfundidad mediaSuperficie

2 aos0.5 aos

7 aos1 ao

2 aos

7 aos



Fatiga (debido al trnsito; trmica):

Los efectos de fatiga debido al trnsito o de las variaciones trmicas provocan fisuras y otras fallas superficiales que derivan en una mayor exposicin a la intemperie y, por lo tanto, favorecen el envejecimiento.



Influencia del tipo y proporcin de filler:

El tipo de relleno mineral y sus proporciones relativas en la mezcla, influencian notablemente la resistencia al envejecimiento de la misma.

Ser tratado con mayor detalle ms adelante.


EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LOS LIGANTES

PERIODOS DEL ENVEJECIMIENTO

Corto plazo Largo plazo


ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTOA CORTO Y LARGO PLAZO

Edad: aos

Indi

cede

env

ejec

imie

nto:

ha/h

0

0 2 4 86 10 12

2

1

6

7

4

3

5Envejecimiento en almacenaje,

transporte y puesta en obra

Envejecimiento durante el mezclado

CORTO PLAZO

Envejecimiento despus de 8 aos de servicio

LARGO PLAZO


EL ANALISIS DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS PARA

PAVIMENTACION

Estudios mediante simulacin en laboratorio

Sobre el asfalto

Sobre las mezclas

Mtodos de evaluacin

Sobre el asfalto

Sobre las mezclas


Envejecimiento. Mtodos de simulacin en laboratorio sobre los asfaltos

Envejecimiento acelerado en pelcula delgadan TFOTn RTFOTn Rotavaporn Otros (variantes)

Mtodo SHRP y variantesOtros ensayos


Envejecimiento acelerado en pelcula delgadaEquipo TFOT


Envejecimiento acelerado en pelcula delgada Equipo RTFOT


FORMULA DE LUND Y WILSONPara envejecimiento a corto plazo

[%]100xB - AR - A

=C

donde: C : valor a determinar, R : viscosidad absoluta del betn recuperado de la

muestra tomada del firme al finalizar las operaciones de pavimentacin,

A : viscosidad absoluta del betn virgen yB : viscosidad absoluta del residuo del betn virgen

envejecido en RTFOT

Segn los autores, un valor C

Envejecimiento acelerado en pelcula delgadaEvaporador rotatorio (Rotavapor)


METODOLOGIA SHRP DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO SOBRE EL ASFALTO

Corto plazo: RTFOT Largo plazo: RTFOT + PAV


Instrumental PAV


METODOLOGIAS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO SOBRE LAS MEZCLAS

SHRP Corto plazo: STOA (Short Term Oven Aging:

envejecimiento en horno a corto plazo)

Largo plazo: LTOA (Long Term Oven Aging: envejecimiento en horno a largo plazo

LPO (Low Pressure Oxidation: oxidacin a baja presin)


EXPERIENCIAS DE BELL CON EL LTOA

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

CAMPO SINENVEJ.

STOA LTOA2 LTOA4 LTOA8

Tratamiento

Md

ulo

resi

lient

e di

amet

ral [

KSI

]

13 AOS, CLIMA SECO CON HELADAS


EL ANALISIS DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS PARA

PAVIMENTACION

Estudios mediante simulacin en laboratorio

Sobre el asfalto

Sobre las mezclas

Mtodos de evaluacin

Sobre el asfalto

Sobre las mezclas


EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS

Ensayos convencionales de base emprica Penetracin Punto de Ablandamiento Punto de Fragilidad Fraass

Ensayos reolgicos Viscosidad Mdulos de rigidez Remetro Dinmico de Corte (DSR) Remetro de viga a flexin (BBR)

Ensayos qumicos y fisico-qumicos de base cientfica De composicin Espectroscopa infrarroja Cromatografa por permeacin de geles Resonancia magntica nuclear Calorimetra de barrido diferencial



Penetracin IRAM 6576

100 g

25 C

COMIENZO

100 g

25 C

FIN DESPUS DE 5 seg

PENETRACION


Punto de Ablandamiento (IRAM 115)

MECHERO

CAMA DE AMIANTO

25.4 mm

TERMOMETRO

25.4

mm




Punto de Fragilidad Fraass



Viscosmetro Brookfield


RELACIN ENTRE LA PENETRACIN Y LA VISCOSIDAD

pen 1.935.3 x 109

=h

donde: h : viscosidad se expresa en poises y la, pen : penetracin en dcimas de milmetro,


NDICE DE PENETRACIN

u + 30 v20 u - 300 v

=IP

donde: tAB : temperatura del punto de ablandamiento, en Ctp : temperatura en C a la cual se realiza el ensayo de

penetracin, usualmente 25, PT : penetracin a la temperatura tp

Log 4 (tAB - tp)=u

Log 800 - log PT=v


NOMOGRAMA DE HEUKELOM

140 170

VISCOSIDAD [poises]

TEMPERATURA [C]25024023

022020

0190

180

160150

130120

110100

90801

2

34

1086

2

4

5

1052

106

4

6

1038

24

1042

6

1028

2

46

20 50 706040301001020304050 210

PENETRACIN [0.1 mm]1

2

468

10

2

46

102

2

46

103- 40 - 20 0 20 40 60

1-1-2-3

02 3

4 56 7

PI

T800 pen


G*G

Componente viscosa

GComponente elstica

d


Remetro de corte dinmico (DSR)


Mdulo de Almacenamiento G' a 64 C

2

4

6

8

10

12

Original RTFOT PAV

Md

ulo

de

Alm

acen

amie

nto

G' [

Kpa]

AP1AP2 AP3

EFECTOS DEL ENVEJECIMIENTO DE UN ASFALTO MODIFICADO CON POLIMEROS

Anlisis con DSR


Remetro de viga a flexin, BBREVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS

Remetro de viga a flexin(BBR)


10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Edad [meses]

Asf

alte

nos

[%]

Ejemplo de aplicacin de un ensayo qumico de composicin: Evolucin del tenor de asfaltenos con la edad

Asfalto original




Espectografa infrarroja


SUSCEPTIBILIDAD AL ENVEJECIMIENTO

d CAd (% AS)

xd (% AS)d (ln h)

=HS

donde: % AS : cantidad de asfaltenos del betn, d(ln h)/d(% AS) : representa cmo los asfaltenos se ven

afectados por la viscosidad h de la muestra,

d(%AS)/dCA : es la susceptibilidad a la formacin de asfaltenos (AFS),

dCA : variacin del rea de carbonilo observada en el anlisis de espectroscopa infrarroja


Medidor Presin

Solvente

DetectorRegistrador

Bomba de alta presin

Vlvula inyectora

Sistema de columnas

CROMATOGRAFIA POR PERMEACION DE GELES


EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LAS MEZCLAS

Traccin indirecta por compresin diametral

Traccin directa

Mdulo dinmico sobre probetas


ENSAYO DE TRACCION INDIRECTAConfiguracin de carga y fallo de la probeta


ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA

p x t x d2 Pmx=RTI

donde: Pmx : carga mxima a rotura, t : espesor de la probeta, d : dimetro de la probeta


MDULO RESILIENTECiclo de carga con perodo de relajacin

s x DI,T

P (n + 0.27)=EI,T

donde: EI : mdulo resiliente instantneo, P : amplitud del pulso de carga,n : coeficiente de Poisson,s : altura de la probeta ,DI : deformacin producida en el instante en que termina

la aplicacin del pulso de carga,ET : mdulo resiliente total,DT : deformacin producida al trmino del periodo de

reposo que sigue al pulso de carga.


Frecuencia transformada (Hz)

20

50

100

200

500

1.000

2.000

3.000

1E-04 1E-02 1 1000100M

dul

o co

mpl

ejo

[ksi

]

Betn: AAD-1Agregado: RHTemperatura: 25C

Sin envejecerSTOALTOA

CURVA MAESTRA STIFFNESS

CURVA ANGULO DE DESFASE

20

10

0

30

40

50

60

1E-04 1E-02 1 1000100Frecuencia transformada [Hz]

Ang

ulo

de fa

se [

]) Betn: AAD-1Agregado: RHTemperatura: 25C

Sin envejecerSTOALTOA

MDULO COMPLEJO

Carga cclica sin perodo de relajacin

(La carga se aplica a distintas frecuencias y temperaturas)


EL EFECTO DEL FILLER EN LA RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO

Hasta la actualidad, poca atencin se ha prestado a un aspecto muy importante de la durabilidad de las mezclas asflticas: la influencia de la cal en la resistencia al envejecimiento del asfalto

Dr. A. Verhasselt (2004)


NIVEL DE TENSIN VS. NMERO DE CICLOS, ENSAYO DE FATIGA SOBRE MEZCLAS DE ARENA-BETN

10

100

1E+03 1E+05Fatigue life

Stra

in [%

]

AAD-1

AAD-1 + LS

AAD-1 + HL


EL EFECTO DEL FILLER EN LA RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO

Ecuacion de Einstein

donde: hc : viscosidad macroscpica de la dispersinho : viscosidad del medio de dispersinC : concentracin en volumen del slido disperso por

unidad de dispersin y k es una constante que mide la actividad de las partculas en suspensin

h0 e k x Cx=hc


V x g fillerP

=Cs

CONCENTRACION CRITICA


g betng filler

Peso betn+

Peso fillerVol. filler + vol. betn

g filler=

Vol. filler=Cv

Peso filler

CONCENTRACION VOLUMETRICA


Cs

Cv1

RELACION Cv/CsVlida para asfaltos convencionales


010

20

30

40

50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Relacin en peso filler/betn

Prd

idas

[%]

Cal

Cemento

CO3Ca

0

10

20

30

40

50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Concentracin de filler en volumen , Cv/Cs

Prd

idas

[%]

Cal

Cemento

CO3Ca


EFECTO DE LA ADICIN DE CAL EN LOS NIVELES DE OXIDACIN

0

2

Intempermetro, 14 das ERTFOT + MTFOT

Niv

eles

de

oxid

aci

n

0

612

)(

Betn 80/100

% Cal (en peso):


EL ANALISIS FUNCIONAL DEL ENVEJECIMIENTO - MTODO UCL

Cohesin

Susceptibilidad trmica

Adhesividad

Resistencia al envejecimiento


ENSAYO CANTABRO EN PROBETAS UCL


MTODO UCL: CURVAS DE ESTADO

CURVAS DE ESTADO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8Te m pe ratura [C]

P

rdid

as [

%]

N1 N2 N3 M1 M2

-15 -5 10 25 40 55 70


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25Horas de envejecimiento

P

rdid

as [

%

N1 N2 N3 M1 M2

METODO UCLCURVAS DE ENVEJECIMIENTO


OBJETIVOS DE LAS INVESTIGACIONES EFECTUADAS CON EL METODO UCL

Conocer mejor las causas y los efectos del envejecimiento

Interpretar y valorar la contribucin de los flleres de aportacin

Proponer criterios sencillos de dosificacin de mezclas bituminosas


ACTIVIDADES EXPERIMENTALES

Mezclas patrn Variables: tipo de ligante, tipo de relleno

mineral, proporciones relativas fller-betn

Estudios mediante el Mtodo UCL. Influencia del envejecimiento sobre la cohesin y la

susceptibilidad trmica. Efecto del tipo de ligante y del tipo y contenido de fller

Anlisis intrnseco del envejecimiento de asfaltos empleados en las mezclas

UCL y extrados por destilacin controlada

EnsayosTradicionales

de caracterizacin

EnsayosComplementarios,

tcnicas analticas y DSR

Conclusiones. Determinacin de criterios de diseo para optimizar la resistencia al envejecimiento


MEZCLA UCL

Granulometra T5

00.63

202.5

1005

Pasa [%]

Tamiz UNE[mm]


FILLERES EMPLEADOS

Correlaciones entre Cv/C y f/b (en peso)

Fller/Betn (en peso)

2.481.580.610Fller calizo

0.660.470.210Cal hidratada

1.31.00.50Cv/Cs


INFLUENCIA DEL ENVEJECIMIENTO EN LA COHESION Y LA SUSCEPTIBILIDAD TERMICA MEDIANTE EL METODO UCL

Variantes en la ejecucin de los ensayosv Concentraciones volumtricas de

fller respecto de su concentracin crticav Sin fller (Cv/Cs = 0)v Cv/Cs = 0,5v Cv/Cs = 1,0 v Cv/Cs = 1,3v Cv/Cs = 1,5

v Temperatura de ensayo de las probetasv -10 Cv 5 Cv 25 Cv 40 Cv 60 Cv 70 C

v Tipo de ligantev Betn-polmero SBSv Betn-polmero EVAv Betn normal tipo B-70/100

v Tipo de fllerv Cal hidratadav Fller calizo (carbonato

clcico)v Perodos de envejecimientov 0 dasv 2 dasv 4 dasv 7 das


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]

Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 4 das 7 das

SIN FILLER

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]


Cv/Cs = 0.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]


Cv/Cs = 1.0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

Cv/Cs = 1.3

HAZ DE CURVAS DE ESTADOBETUN CON SBS FILLER CAL Cv/Cs: 0, 0.5, 1.0, 1.3 y 1.5EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]


Cv/Cs = 1.5


DIFERENCIAS DE PERDIDAS0 DIAS Y SIN FILLERMEZCLAS UCL CON SBS Y CAL, A 5 C

- 0,4- 6,61.5

- 3,7- 7,51.3

+ 0,7- 6,61.0

+ 4,0- 2,80.5

+ 24,50 (referencia)0

Envejecimiento 7 dasSin envejecer

Diferencias de prdidas [%]Cv/Cs


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]


SIN FILLER

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

Cv/Cs = 0.5

HAZ DE CURVAS DE ESTADOBETUN CONVENCIONAL FILLER CAL Cv/Cs: 0, 0.5, 1.0 y 1.3EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]


Cv/Cs = 1.0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

Cv/Cs = 1.3


DIFERENCIAS DE PERDIDAS0 DIAS Y SIN FILLERBETUN CONVENCIONAL Y CAL, 5 C Y 25 C

Envejecimiento 7 das

+ 8,5

+ 4,7

- 0,6

+ 5,4+ 2,1

- 5,9

+ 2,7

+ 19,6

Envejecimiento 7 das

Ensayos a 25 CEnsayos a 5 CCv/Cs

- 4,1- 12,11.3

- 7,3- 12,81.0

- 5,5- 9,80.5

0 (referencia)0 (referencia)0

Sin envejecerSin envejecer

Diferencias de prdidas [%]


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo de envejecimiento [das]

Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

Cv/Cs=1.0Cv/Cs=0.5

Sin filler

INCIDENCIA DE LA FILLERIZACIONBETUN CONVENCIONAL FILLER CAL ENSAYO A 25 C

Cv/Cs=1.3


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo de envejecimiento [das]

Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

Cv/Cs=1.5 Cv/Cs=1.0Cv/Cs=0.5

Sin filler

INCIDENCIA DE LA FILLERIZACIONBETUN MODIF. CON EVA FILLER CAL ENSAYO A 70 C


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

SBS EVA 70-100

0 dasSin fillerCv/Cs = 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

SBS EVA 70-100


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

SBS EVA 70-100


CURVAS DE ESTADOINCIDENCIA DEL TIPO DE LIGANTE

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

SBS y cal EVA y cal 70-100 y cal

0 dasCalCv/Cs = 1.0


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,5 1 1,5 2Concentracin de filler Cv/Cs

Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

1.3

PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO MODIF. CON SBS FILLER CAL -10 C Y 0, 2 y 4 DAS DE ENVEJECIMIENTO


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO MODIF. CON SBS FILLER CAL70 C Y 0, 2 y 4 DAS DE ENVEJECIMIENTO


010

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

0 das 2 das 7 das

1,3

PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO CONVENCIONAL FILLER CAL-10 C Y 0, 2 y 4 DIAS DE ENVEJECIMIENTO


30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8Envejecimiento [das]

Pene

trac

in

[dm

m]

Sin filler Cv/Cs = 1.0 Cv/Cs = 1.3Cv/Cs = 0.5Virgen

PENETRACION vs. ENVEJECIMIENTOASFALTO CONVENCIONAL Y CAL, DIFERENTES CONCENTRACIONES VOLUMETRICAS DE FILLER


INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE FILLER EN LA EVOLUCION DEL PUNTO DE

ABLANDAMIENTO CON EL ENVEJECIMIENTOASFALTO CONVENCIONAL Y CAL

40

45

50

55

60

65

0 0,5 1 1,5 2Cv/Cs

P. d

e R

ebla

ndec

imie

nto

[C

]

Betn virgen0 das

2 das7 das


INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE FILLER EN LA EVOLUCION DE LA VISCOSIDAD CON EL

ENVEJECIMIENTO ASFALTO CONVENCIONAL Y CAL

1000

10000

0 0,5 1 1,5 2Cv/Cs

Visc

osid

ad a

60

C [P

oise

]

Betn virgen

0 das

2 das7 das


140 170

VISCOSIDAD [poises]

TEMPERATURA [C]25024023022020019018016015

01301201101009080

1

2

34

1086

2

4

5

1052

106

4

6

1038

24

1042

6

1028

2

46

20 50 706040301001020304050 210


2

46810

2

46

102

2

46

103- 40 - 20 0 20 40 60

1-1-2-3

02 3

4 56 7

PI

T800 pen

NOMOGRAMA DE HEUKELOMASFALTO CONVENCIONAL Y CAL

Con cal, Cv/Cs=1.5 0 das

Asfalto virgenSin cal 0 das

140 170

VISCOSIDAD [poises]

TEMPERATURA [C]25024023022020019018016015

01301201101009080

1

2

34

1086

2

4

5

1052

106

4

6

1038

24

1042

6

1028

2

46

20 50 706040301001020304050 210


2

46810

2

46

102

2

46

103- 40 - 20 0 20 40 60

1-1-2-3

02 3

4 56 7

PI

T800 pen

Con cal, Cv/Cs=1.5 7 das

Asfalto virgen

Sin cal 7 das


VISCOSIDAD 100 C vs. CONCENT. DE FILLERBETUN MODIFICADO CON EVA, FILLER CAL

10

100

1000

0 0,5 1 1,5Cv/Cs

Visc

osid

ad a

100

C [P

oise

]

virgen 0 das 2 das 7 das


16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008A

bsor

banc

ia [2

54 n

m]

Ve [ml]

asfalto virgenAsfalto virgen

Asfalto de mezcla con cal, Cv/Cs=1, envejecida 7 das

Asfalto de mezcla sin filler, envejecida 7 das

ELUGRAMASASFALTO VIRGEN7 DIAS DE ENVEJ. SIN FILLER7 DIAS DE ENVEJ. CON FILLER CAL (Cv/Cs = 1.0)


2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

0

1

2

3

4

5

6

F 1

F 2

A

bs

or

ba

nc

ia 1

03

V e ( m l )

S i n e n v e j e c e r E n v e j e c i d o

SBS

EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE EL PERFIL CROMATOGRAFICO GPCDEL BETUN MODIFICADO


Virgen, sin envejecer

Sin filler,7 das de envejecimiento

Cv/Cs = 1.0, filler cal, 7 das de envejecimiento

ESPECTROSCOPIAS INFRARROJASASFALTO CONVENCIONAL

1380

.0

1600

.0

3250

.0

4000.0 400.03000.0 2000.0 1500.0 500.01020.0

1790

.018

90.0

1465

.0

NUMERO DE ONDA [cm-1]


ANALISIS MECANICO DINAMICOEFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL BETUN

G* sin envejecer

G* envejecido

d1d2

G

G

G


2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Cv/Cs

G* [

Pa]

REOMETRO DE CORTE DINAMICO (DSR)MODULO COMPLEJO Y ANGULO DE DESFASE EN FUNCION DE LA CONCENT. DE FILLER

Betn virgen

2 das de envejecimiento


76

78

80

82

84

86

88

90

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Cv/Cs

d [

]

Betn virgen




010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80Temperaturas [C]

Prd

idas

al C

nta

bro

[%]

con filler - 7 dascon filler - 0 das

Sin filler - 7 dasSin filler - 0 das

CRITERIOS DE DISEOEJEMPLO DE APLICACIN EN UNA OBRALas temperaturas de diseo de la obra son -5C y 68C

LIMITE POR FRAGILIDAD

LIMITE POR INCONSISTENCIA


EJEMPLO DE TEMPERATURAS DE DISEO

68Temperatura de diseo mxima, TDM

- 5Temperatura de diseo mnima, TDm

77727465Temperatura de inconsistencia, Ti

-9- 187- 11Temperatura de fragilidad, Tf

Con fller, 7 das

Con fller, 0 das

Sin fller, 7 das

Sin fller, 0 das

Condiciones de fillerizacin y

de envejecimiento de la mezclaTemperaturas[C]


MTODOS DE PREVENCIN DEL ENVEJECIMIENTO

Control de temperaturas durante la elaboracin en planta

Utilizacin de asfaltos modificados

Mezclas con elevado contenido de ligantepara carpetas: SMA

Empleo racional de flleres clcicos

Uso de mezclas tibias o semicalientes


Control de temperaturas durante la elaboracin


Consistencia vs. temperatura. Efecto beneficioso de los asfaltos modificados con polmeros

Regin trabajo

ASFALTOMODIFICADO CON SBS

Regin flexible

Reginmezclado y compactacin

Punto de ablandamiento

ASFALTO CONVENCIONALPE

NE

TR

AC

IN

[0.0

1 m

m]

TEMPERATURA [C]

VIS

CO

SID

AD

[Poi

ses]

10

10

10

10

1

104

5

1010

105106

600 180120


Esqueleto ptreo

SMA

Arena + Filler + Fibras

+ Asfalto

STONE MASTIC ASPHALT (SMA)


STONE MASTIC ASPHALT (SMA)

SSS S S SS S

S SS

S

Escurrimiento por exceso de ligante

Fibras de celulosa

Fibras actan como agente estabilizador y el asfalto no escurre


Elaboracin en planta a menor temperatura (mezclas tibias o semicalientes )



Procesos para fabricar mezclas semicalientes:WAM-Foam: sistema ligante de 2 componentes, un asfalto blando y otro duro (que se espuma). Uso de aditivos orgnicos de bajo punto de fusin, resinosos, que modifican la curva de viscosidad -temperatura del asfalto.Agregado a la mezcla de zeolita sinttica que libera agua hidratada y espuma al asfalto, permitiendo reducir la temperatura de mezclado.

En general, se logra mezclar a unos 40 C menos que la temperatura correspondiente al asfalto empleado, reduciendo el envejecimiento a corto plazo.


Jornadas Tcnicas

Envejecimiento de mezclas asflticas: estudio, evaluacin y

mtodos de prevencin

Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto

LID-Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera VialFacultad de Ingeniera - Universidad Nacional de La Plata


MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!!!!!


Envejecimiento Mezclas Asfalticas

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