Taller Asfaltos Modificados y WMA

8/21/2019 Taller Asfaltos Modificados y WMA

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5-7 de junio de 2013, I I Congreso Internacional de I ngeniería Civi l , Portoviejo - Ecuador

Exper iencias sobre asfaltos modif icados y mezclas tibias

EXPERIENCIAS SOBRE ASFALTOSMODIFICADOS Y MEZCLAS TIBIAS

Hugo Alexander Rondón QuintanaIngeniero Civil, M. Sc., Ph. D.

Profesor Asociado

Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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CONTENIDO

1. DEFINICIONES

2. ASFALTOS MODIFICADOS

2.1 EJEMPLO EXITOSO: ASFALTO-GCR2.2 IMPORTANCIA EN COLOMBIA

2.3 OTRAS EXPERIENCIAS

3. MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS

3.1 DEFINICIÓN3.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS3.3 FABRICACIÓN DE MEZCLAS WMA3.4 DISEÑO DE MEZCLA WMA

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Asfaltos

– Cemento asfáltico.

– Emulsiones asfálticas.

– Asfaltos rebajados.

– Asfaltos espumados.

– “Asfaltos tibios”.

– Asfaltos naturales o asfaltitas.

– Crudos pesados.



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Cemento asfáltico (CA)

– Se caracterizan por medio de su penetración, viscosidad o PG(grado de funcionamiento).

– En Colombia se identifican por intervalos de penetración endécimas de mm/10:

• CA 20-40

• CA 40-50

• CA 60-70

• CA 80-100• CA 120-150

• CA 200-300



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Cemento asfáltico (CA) modificado

– CA + aditivo.

– Polímeros: Termoplásticos y Termoendurecibles.

– Termoplásticos: Elastómeros y Plastómeros.

– Modificación: vía húmeda y seca.

– Bogotá D.C.: producción diaria aprox. de 600 ton. de basuras (10% aprox. son plásticos).

dbms.thailand.com, blogdiego10m.wordpress.com, rainforestradio.com, ecologismo.com, ve.kalipedia.com, solostocks.com



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Mezclas asfálticas

– Agregados pétreos + ligante asfáltico.

– En Colombia:

• Sello de arena – asfalto.• Tratamientos superficiales.• Lechadas (Slurry and Seal).

• Mezclas abiertas en frío.• Mezclas abiertas en caliente.• Mezclas densas en frío.• Concreto asfáltico.• Mezclas asfálticas drenantes.

• Mezclas discontinuas en caliente.• Mezclas recicladas (RAP).

– Otras: Mezclas tibias (WMA).icc.ucv.cl/obrasviales/images/Imagea36.jpg



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Fatiga: falla de un material por repetición decarga.

Ahuellamiento: acumulación de deformación permanente=desplazamiento vertical.

Consejo de directores de carreterasde Iberia e Iberoamérica, 2002

Base + subbase

Capa Asfáltica

Subrasante

t

z



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Fatiga



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Bache (INVIAS, 2006)



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Nottingham Asphalt Tester (NAT): Módulo dinámico, resistencia a fatigay deformación permanente.

Configuración de carga y falla en el ensayodiametral (Kennedy, 1977).



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Banco de fatiga o equipo de ensayo de probeta trapezoidal (LCPC ,2007a).



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Otros equipos. Garnica et al. (2002)



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Ahuellamiento



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Ensayo de pista a pequeña escala (Choi et al., 2005).



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Ensayos a escala real con simuladores de vehículo pesado o carruseles de fatiga

http://localhost/var/www/apps/conversion/Seminario%20de%20Geotecnia/hmls.movhttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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Stripping



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Horno RTFOTPAV (tomada de

http://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.html).

Equipos para envejecer asfaltos a corto y largo plazo.

http://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://www.humboldtmfg.com/c-5-p-346-id-5.htmlhttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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CONTENIDO

1. DEFINICIONES2. ASFALTOS MODIFICADOS




3.1 DEFINICIÓN3.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

3.3 FABRICACIÓN DE MEZCLAS WMA3.4 DISEÑO DE MEZCLA WMA

2013 C C



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DISEÑOS TÉCNICO, LEGAL Y FINANCIERO PARA IMPLEMENTACIÓNDE UN PLAN DE GESTIÓN INTEGRAL DE ACEITES USADOS,

LLANTAS, NEUMÁTICOS Y BATERÍAS EN EL D.C.

Hugo Alexander Rondón QuintanaIngeniero Civil, M. Sc., Ph. D.

Fac. Medio Ambiente y Rec. Naturales

U. Distrital Francisco José de Caldas

5 7 d j i d 2013 I I C I t i l d I i í Ci i l P t i j E d



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Aprox. 300 millones de llantas anuales se desechan en Estados Unidos.

En Puerto Rico se produce 1 neumático/habitante/año.

En Brasil se producen anualmente cerca de 45 millones de llantas.

En México se estima un desecho de 1/4 de llanta por habitante por año.

La producción mundial es aprox. de 20 millones de toneladas por año.

http://www.swissinfo.ch/ http://sabersinfin.blogspot.com http://columnacuestiondeenfoques.blogspot.com


http://4.bp.blogspot.com/_icHZZBQAEkM/SBCc6nW3BUI/AAAAAAAABLk/TPLE4MB97Y4/s1600-h/llantas.jpghttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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En Colombia, se producen 18.000 toneladas de neumáticos como

desecho al año.

Las importaciones de llantas nuevas para buses y camiones aumentaronen valor al 11.2% anual y en volumen al 15.3% entre 1993-2002.

En 1999 se generaron 1.981.375 de llantas usadas en Bogotá.

En 2010 las llantas usadas en Bogotá D.C fueron de de 2.642.938.

http://www.swissinfo.ch/ http://sabersinfin.blogspot.com http://columnacuestiondeenfoques.blogspot.com


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Residuo voluminoso en rellenos sanitarios y en basureros a cielo abierto.

En época de lluvias, son refugio de insectos (malaria, paludismo, dengue y

virus del oeste del Nilo).

Contaminantes visuales que degradan la imagen de las comunidades.

Peligro: pueden incendiarse accidentalmente.

http://www.inqro.com.mxhttp://www.veracruzanos.info

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Quema de llantas a cielo abierto:

Irritaciones de la piel, ojos, sistema respiratorio y

membranas mucosas.

Depresión del sistema nervioso central.

Cáncer.

Efectos mutagénicos (p.e., defectos físicos,

abortos, o cáncer al nacimiento).

Lluvia ácida.

Calentamiento de la atmósfera y cambio climático.

Adelgazamiento de la capa de ozono.

ttp://www.dforceblog.com/

http://rainforestradio.com/

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Disposición:

Apilamiento.

Entierro.

Reúso.

Generación de energía

http://www.elbarlovento.com.mx/Edicion4oct10.html


http://www.elarsenal.net/wp-content/uploads/2011/01/venta-de-llantas-usadas.jpghttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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Algunos usos:

Aprovechamiento energético.

Arrecifes artificiales.

Plantación de árboles.

Señalizaciones.

Protección de equipos.

Paredón en polígonos de tiro.

En áreas deportivas.

Para control de erosión.

Muros de contención.

Barreras en pistas de karts.

Para delimitación de casas.

Modificador de asfaltos.

http://cuenca-vv-sjr.blogspot.com/




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Ventajas:

Mezclas más resistentes a los fenómenos de fatiga (flexión y TDC),

ahuellamiento.




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Ahuellamiento

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Ley de fatiga para mezclas asfálticas modificadas con grano-caucho(Sibal et al., 2000).




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Influencia del caucho molido de llanta en la resistencia a la deformación permanente. Shen et al. (2006) (izquierda) y Lee et al. (2007) (derecha)




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Ventajas:

Aumenta la resistencia al envejecimiento y oxidación.

Aumenta la resistencia de la mezcla al agrietamiento por

bajas temperaturas.

Disminuye la susceptibilidad térmica.

Aumenta la resistencia a la humedad.

Aumento de la elasticidad del ligante.

Disminuye el ruido de rodadura.

Ayuda a disminuir el impacto ambiental negativo que

producen las llantas usadas.

Mezclas más durables = menor mantenimiento.




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Evolución de E/F con la temperatura de compactación. Izquierda mezcla

convencional, derecha mezcla con Gcr.




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Costo de mantenimiento de vías pavimentadas con mezclas convencionales

y modificadas con asfalto-Gcr en Arizona (USA). Way (1999).




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Consumo de llanta para km-carril de vía: 2 y 27 toneladas.

Instituto de Desarrollo Urbano – IDU y Universidad de Los

Andes (2002, 2005).

Laboratorio y tramos de prueba.

Resolución No. 3649 del 16 de septiembre de 2009 y

3841 del 5 de septiembre de 2011.

Tecnología estudiada desde la década de los 50’s yutilizada ampliamente desde los 70’s.

Utilizado principalmente para modificar mezclas de

concreto asfáltico y mezclas abiertas en caliente.

Recientemente se está estudiando su utilización en WMA

y RAP.




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Resolución 1457 del 29 de julio del 2010 del Ministerio de

Medio Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial.

Países desarrollados con reglamentación para usar elasfalto-GCR.

Colombia presenta especificación general de asfaltos

modificados (INVIAS, 2007).

Resolución 6981 del 27 de diciembre de 2011 del SDM y la

SDA para Bogotá D.C.

En 10 años se tiene un ahorro en mantenimiento de aprox.

$20.786’054.000 en Bogotá D.C.




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j , g g , j


En el mundo existen diversas tecnologías para mezclar el asfalto caucho

en planta.




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j , g g , j


Desventajas:

Incremento de la viscosidad y temperatura defabricación en planta y compactación en obra.

Incremento del costo inicial de la mezcla.

La captación de aceites del asfalto por parte delcaucho afecta en algunas ocasiones las propiedades

de adherencia y cohesión.




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j g g j


CONTENIDO

1. DEFINICIONES2. ASFALTOS MODIFICADOS









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j g g j


INVIAS (2012). MB: muy buena; B: buena; R: regular; M: mal; MM: muy mal.

RED PAVIMENTADA

ESTADO MB B R M MM

Longitud [km] 1232.15 2725.05 2416.56 1832.70 106.57Porcentaje [%] 14.82 32.78 29.07 22.05 1.28

RED AFIRMADA

ESTADO MB B R M MM


RED TOTAL

ESTADO MB B R M MM





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De acuerdo con IDU, la malla vial a diciembre de 2011en Bogotá D.C.,alcanza 15275.8 km-carril de los cuales el 94.24% corresponden al

Subsistema Vial. Del Subsistema Vial en estado malo y regular seencuentran el 71% de las vías (malo 51% y regular 20%).

“ En términos generales la red secundaria y terciaria presenta un

estado crítico y paulatinamente ha venido deteriorándose por la

carencia de mantenimiento debido a los bajos recursos de que disponenlos departamentos y la Nación para inversión en infraestructura vial ” (Mintransporte, 2006).

En Colombia, la tendencia del parque automotor en los últimos 40 añosha sido incrementar en número y magnitud de cargas (Mintransporte,2010).




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Ministerio de Transporte, INVIAS y CIMOC, 2003

CAMIÓN C2Bogotá

Girardot

Ibagué

Cali

Buga

Buenaventura

Medellín

La Pintada

Santamarta

Bosconia

Muestra eje

sencillo, llanta doble 3380 1035 2014 2615 999

Mayores al

permitido (11 ton)1025 368 651 747 542

% de excedidos 30,3 35,6 32,3 28,6 54,3

CAMIÓN C3Bogotá

Girardot

Ibagué

Cali

Buga

Buenaventura

Medellín

La Pintada

Santamarta

Bosconia

Muestra eje

tándem, llanta doble934 586 795 678 355

Mayores al

permitido (22 ton)138 246 88,0 142 104

% de excedidos 14,8 42,0 11,1 20,9 29,3




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Promedio anual del tránsito: 4,6%.

Tasa anual promedio de crecimiento de

la capacidad instalada: 5,08%.

Fenómenos ambientales como “El Niño”o “La Niña”.

IDEAM (2001), MINTRANSPORTE (2000), MINTRANSPORTE

(2004), MINTRANSPORTE (2006).

En Colombia las condiciones de tránsito y clima son cambiantes:


http://www.diariolibre.com/showimage.php?typeid=3&imageid=16623http://www.diariolibre.com/showimage.php?typeid=3&imageid=16623http://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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http://m.eltiempo.com/colombia/bogota/bloqueo-a-alimentadores-

de-transmilenio/11003668


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CONTENIDO

1. DEFINICIONES



2.3 OTRAS EXPERIENCIAS3. MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS






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Evolución del módulo resiliente para mezclas MDC-2 modificadas conPEBD empleando CA 80-100.




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Evolución de E/F con el contenido de CA y PEBD/CA




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c)

Rigidez Marshall vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas modificadas MDC-2 empleando CA 80-100.




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Evolución del módulo resiliente vs. Porcentaje de asfaltita para mezclasmodificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70




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Evolución de la deformación permanente vertical vs. Porcentaje de asfaltita para mezclas modificadas MDC-2 empleando CA 80-100 y CA 60-70.




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Evolución Rigidez Marshall vs. porcentaje de PVC adicionado por víahúmeda (izquierda) y seca (derecha)




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Evolución del módulo dinámico




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Evolución de la deformación permanente




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Evolución de la temperatura máxima de funcionamiento




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CONTENIDO

1. DEFINICIONES









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Internacionalmente conocidas como WMA.

Objetivo: reducir temperaturas de mezclado y

compactación sin alterar la mezcla resultante.

De acuerdo con Bonaquist (2011) y Sterling(2012), la disminución mínima de la temperaturade fabricación en la planta de asfaltos: 28°C.

Reducción de temperaturas de mezclado ycompactación = disminución en la energía parala elaboración de la mezcla y de emisiones a laatmósfera.

De acuerdo con Gandhi (2008), Hearon yDiefenderfer (2008), las temperaturas de mezclay compactación de WMA oscilan entre 90-130°C y 100-135°C respectivamente.




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CONTENIDO

1. DEFINICIONES









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Ventajas de WMA:

Reducción el consumo de combustible y emisiones en planta = Disminución

de contaminantes.

Olard y Noan (2008)




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Ventajas de WMA:

Extensión y compactación en ambientes más

fríos.

Reducen el desgaste de las plantas.

Menor oxidación y envejecimiento a corto

plazo.

Oportunidad de ser utilizadas parafabricación de mezclas modificadas concaucho y RAP.

Mayor distancia de transporte de la mezcla previo a la extensión y compactación.

http://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-

perfiladoras-de-pavimento.html


http://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://maquining.blogspot.com/2009/03/caterpillar-perfiladoras-de-pavimento.htmlhttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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Desventajas de WMA:

Reciente utilización y baja producción investigativa.

Generalmente, las propiedades de WMA son menoresque las de HMA, y dependen del tipo de aditivoutilizado o del método de fabricación.

Los ligantes asfálticos tienden a generar los mismos problemas que las emulsiones y los asfaltos rebajados.

El ahorro de combustibles y energía no se compensacon el costo extra generado por la producción delligante y aditivos.

Las menores temperaturas de fabricación puedengenerar que el secado del agregado pétreo no seasuficiente.




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CONTENIDO

1. DEFINICIONES









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Modificación del ligante asfáltico o la mezcla.

Cecabase, RTEvotherm, HyperTherm, RedisetWMX, Qualitherm, SonneWarmix, Sasobit (cerasintética), Thiopave, TLA-X.

Sasobit: se añade por lo general en una proporción

de 3% a 4% con respecto al peso total de la mezclaasfáltica. Reduce la temperatura de fabricación en12°C aprox.

Un problema identificado: fabricantes no revelan

información específica, composición ycaracterísticas de los aditivos.http://shop.ebdoor.com/Shops/4

47243/Products/4089510.aspx


E f lt

http://shop.ebdoor.com/Shops/447243/Products/4089510.aspxhttp://shop.ebdoor.com/Shops/447243/Products/4089510.aspxhttp://shop.ebdoor.com/Shops/447243/Products/4089510.aspxhttp://shop.ebdoor.com/Shops/447243/Products/4089510.aspxhttp://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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Espumar asfalto.

Técnica utilizada durante más de 50 años para producir mezclas asfálticas en frío.

Combinación del ligante en caliente y chorros deagua fría para fabricación de asfaltos espumados(denominados asfaltos celulares).

Algunas metodologías utilizan zeolitas sintéticas onaturales (“piedra que hierve”). Dos muy utilizadasen el mundo son el Aspha-Min® y Advera® .

Otros aditivos son el AccuShear, Aquablack foam,AquaFoam, Double Barrel Green/Green Pac,ECOFOAM-II, Low Emission Asphalt (LEA),Meeker Warm Mix foam, Terex foam, Tri-Mixfoam, Ultrafoam GX, WAM-Foam.

Thenoux y Jamet (2002)

http://www.aspha-min.com/




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Espumar asfalto.

Introducción de agregados pétreos húmedos a la

mezcla. Técnica denominada Low-Energy Asphalt® (LEA).

Utilización de emulsiones asfálticas.

Una de las más utilizadas en el mundo se denominaEvotherm. El agua en la emulsión es liberada enforma de vapor cuando se mezcla con el agregadocaliente.

Técnica WAM-Foam®. Se trata de un sistema aglutinante de dos

componentes, un cemento asfáltico muy blandocon uno rígido espumado.

http://www.greenway-

asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10


http://www.greenway-asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10http://www.greenway-asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10http://www.greenway-asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10http://www.greenway-asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10http://www.greenway-asfalt.nl/teksten/item/bekijk/id/10http://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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CONTENIDO

1. DEFINICIONES









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Último documento técnico sobre diseño de mezclas WMA:Reporte No. 691 del NCHRP. Resume las conclusiones delProyecto NCHRP 09-43 cuyo objetivo fue desarrollar los

criterios de diseño y análisis de mezclas WMA.

Uno de los temas críticos de las mezclas WMA: falta de un procedimiento de diseño formal y de fabricación demezclas WMA en laboratorio.

En la mayoría de los proyectos de WMA construidos enUSA, estas mezclas han sido diseñadas bajo los mismoscriterios de las mezclas HMA.

Recomendación para WMA: utilizar asfáltos de baja

penetración y mayor PG a altas temperaturas de servicio.

Los criterios volumétricos en el diseño de WMA nodifieren de los utilizados para HMA.




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El asfalto envejece menos en las mezclas WMA quelas HMA durante su fabricación.

Se aconseja envejecer a corto plazo durante 2 horas lamezcla WMA, bajo la temperatura prevista decompactación en obra.

Conclusión general: al diseñar mezclas WMA sedeben utilizar los criterios y procedimientosreportados en AASHTO R 35 para mezclas HMA.

Para el diseño de mezclas WMA, solo se deben tener

en cuenta, los aspectos considerados en el Proyecto deApéndice del NCHRP 691.




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Equipos de laboratorio.

Mezcladores mecánicos, agitador mecánico de bajo cizallamiento yequipo para espumar asfalto a escala en el laboratorio.

http://www.hoskin.ca/catalog/index.php?main_page=product_info&products_id=1305

http://www.wirtgen.de/media/redaktion/pdf-dokumente/03_kaltrecycling_stabilisierung/wlb_10/prospekt_18/p_wlb10_e.pdf


C id i d “ f l ibi ”

http://www.hoskin.ca/catalog/index.php?main_page=product_info&products_id=1305http://www.wirtgen.de/media/redaktion/pdf-dokumente/03_kaltrecycling_stabilisierung/wlb_10/prospekt_18/p_wlb10_e.pdfhttp://www.wirtgen.de/media/redaktion/pdf-dokumente/03_kaltrecycling_stabilisierung/wlb_10/prospekt_18/p_wlb10_e.pdfhttp://www.wirtgen.de/media/redaktion/pdf-dokumente/03_kaltrecycling_stabilisierung/wlb_10/prospekt_18/p_wlb10_e.pdfhttp://www.wirtgen.de/media/redaktion/pdf-dokumente/03_kaltrecycling_stabilisierung/wlb_10/prospekt_18/p_wlb10_e.pdfhttp://www.hoskin.ca/catalog/index.php?main_page=product_info&products_id=1305http://www.hoskin.ca/catalog/index.php?main_page=product_info&products_id=1305http://laud.udistrital.edu.co/content/universidad-distrital-logojpg-0


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Contenido optimo de “asfalto tibio”.

1. Determinación del grado de partículas cubiertas de asfalto (AASHTO T-195). Elcriterio de cubrimiento recomendado es de al menos 95% de las partículas deagregado grueso.

2. Grado de compactación. El criterio de grado de compactación recomendado esaquel en el cual la relación de giro (ver ecuación 1) debe ser menor o igual a1.25.

(1)

( N 92)T -30 son los giros al 92% de densidad relativa obtenidos a 30° C por debajode la temperatura de compactación planificada en obra (T c) y ( N 92)T son los giros

al 92% de densidad relativa obtenidos a T c.

Este criterio debe considerarse provisional y sujeto a cambios ya que se basó enescasa y limitada investigación.


C t id ti d “ f lt tibi ”



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Contenido optimo de “asfalto tibio”.

3. Sensibilidad a la humedad (AASHTO T 283). Los especímenes se debencompactar con un porcentaje de vacíos con aire de 7 ± 0.5 % (AASHTO T312, compactador giratorio). La resistencia en tracción indirecta de las muestrashúmedas debe ser cuando menos 80% con respecto a la condición de briquetasen estado seco.

4. Determinación del Número de Flujo, usando el AMPT - AASHTO TP 79-09.

Ensayo para evaluar la resistencia a la deformación permanente. Losespecímenes se compactan con un porcentaje de vacíos de 7± 1.0.

Ejes equivalentes [106]

de 8.2 toneladas Número de

Flujo mínimo


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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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