9. (m) retos de los ingenieros de pavimentos ante las tecnicas modernas -hugo arenas

7. No sobrecargar las diapositivas con imágenes.

8. Utilizar un máximo

Fuente: Agencia Nacional de Infraestructura ANI

Uso del cemento asfáltico (Millón de ton/año)

Aplicaciones del AC

7. No sobrecargar las diapositivas con imágenes.

8. Utilizar un máximo

Es el programa de infraestructura vial que le permitirá al país

desarrollarse aceleradamente y ser mas competitivo, para enfrentar

los retos del comercio global.

La cuarta Generación de Concesiones

7. No sobrecargar las diapositivas con imágenes.

8. Utilizar un máximo .

Fuente: Agencia Nacional de Infraestructura ANI

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8. Utilizar un máximo

6

Impulso Económico

Fuente: Agencia Nacional de Infraestructura ANI

ASFALTO Y MEZCLAS ASFALTICAS

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8. Utilizar un máximo

7

En los años 1960´s En la actualidad:

•Procesos mas eficientes para disminuir los residuos en la refinación del crudo

•Nuevos procesos: DEMEX

•Crudos mas pesados

•Creciente Industrialización

ZZZZZZZZZZ

Es la unión de

grandes y complejas

cadenas de

hidrocarburos

En la refinería se rompen las cadenas de

hidrocarburos para formas unas mas

sencillas: cracking.

Existen diferentes procesos para obtener productos

derivados de la refinación del pretróleo crudo.

3 - 4

5 - 10

12- 18

18 - 24

24 – 40

24 - ~300

~40 - ~300

Número de Carbonos

Productos ligeros

Productos pesados

Crudo

GLP

Querosenos

Gasóleos

Lubricantes

Fuél óleo pesado

AC

Gasolinas

Punto de ebullición(°C)

10 - 15

15 - 150

150 - 260

230 - 370

370 - 525

370 -

525 -

La respuesta correcta es: SI

Química del cemento asfáltico

Estructura molecular y asociaciones

Propiedades mecánicas y físicas

Performance del pavimento

El AC se obtiene de los fondos de la

destilación al vacío del crudo topping o

descabezado: fondos de barril.

C: 80.0 ~ 85.0 %

H: 7.8 ~ 8.3 %

S: 1.0 ~ 7.0 %

O: 2.7 ~ 5.0 %

Asfaltenos

Aromáticos

Resinas

Saturados

Asfalto Blando Asfalto Duro

Menor proporción de Asfaltenos.

Alta susceptibilidad a la temperatura.

Mayor proporción de Asfaltenos y Resinas.

Baja susceptibilidad térmica y mayor intervalo

entre las temperaturas de traspaso de estado

elástico a uno viscoso.

TIPO SOL TIPO GEL

Menor proporción de Asfaltenos.

Alta susceptibilidad a la temperatura.

Mayor proporción de Asfaltenos y Resinas.

Baja susceptibilidad térmica y mayor intervalo

entre las temperaturas de traspaso de estado

elástico a uno viscoso.

FLUJO

NEWTONIANO

FLUJO NO

NEWTONIANO

VISCO-

ELASTICO

RESINAS: 20-45%

Componentes de adsorción

Mantienen los asfáltenos en suspensión coloidal

Su acción es aglutinante y adherente

Proveen ductilidad (viscoelasticidad)

AROMÁTICOS: 40-65%

Masa molecular media, compuestos no polares

Mayor componente en los asfaltos

SATURADOS: 2-18%

Masa molecular media

Grupo funcional de menos polaridad

Aumentan la fluidez (plasticidad)

Ayudan a preservar al asfalto de la oxidación

Disminuyen la viscosidad y la susceptibilidad térmica

Permite al ingeniero de pavimentos explicar de manera racional los

problemas mas frecuentes relacionados con el deterioro de los pavimentos:

Ahuellamiento, Fisuramiento, Desprendimiento de partículas, Adherencia.

Peso molecular, polaridad y aromaticidad No polar

Crudo

Saturados

S

Aromáticos

A

Resinas

R

Asfáltenos

A

SÍLICA

ALÚMINA

ARCILLA SATURADOS

RESINAS

AROMÁTICOS

ASFALTENOS

MALTENOS

• Sistema de una sola fase

• Mezcla homogénea de distintas moléculas: Polares y no Polares

• No polares son solvente de las polares

• Polares proveen las características elásticas

• Asociaciones sueltas, redes dispersas de moléculas polares

POLARES

NO POLARES

07/11/2014 26

07/11/2014 27

Establecer requerimientos mínimos que debe cumplir el asfalto y mezcla en los escenarios de evaluación

Establecer claramente las propiedades directas

Establecer métodos de evaluación

Cuales Requerimientos?

Que Propiedades? Con que Ensayos?

. .

Como determinamos

cual asfalto es el mejor

para nuestro proyecto?

Que presente un buen comportamiento bajo la acción del

tránsito y clima pero con un mínimo mantenimiento

En Mayor grado

• Fisuramiento a temprana edad

• Desprendimiento de partículas

• Mala adherencia asfalto-agregado

En Menor grado

• Ahuellamiento

Seguridad Trabajabilidad Seguridad

TODO material se

envejece a través del

tiempo.

La primera manera de determinar la dureza del asfalto fue por Masticación.

Forma de caracterizar el asfalto del lago de Trinidad: mezcla de arcilla de origen volcánico.

El ensayo de Solubilidad en disulfuro de carbono se usó para determinar el grado de pureza.

H.C Bowen de the Barber Asphalt Paving

Company fue el precursor del ensayo de

penetration in 1888.

ASTM Commit D-4 adoptó el ensayo de

penetración (1903)

1918 Bureau of Public Roads (ahora

FHWA) desarrolló los grados de

penetración

1931 AASHTO publicó las

especificaciones

1955 Se adicionó el ensayo de envejecimiento Thin film oven (TFO)

Inicialmente se especificaron cinco grados de penetración para los estados

del norte y sur de USA 40 – 50, 120 – 150, 60 – 70, 200 – 300, 85 - 100

FUENTE: ASTM D-946

1963 FHWA/ Asphalt Institute

establecieron cinco grados de

viscosidad

AC - 2.5, AC – 20

AC - 5 , AC – 40

AC – 10

Incluyen la viscosidad a 135 oC

Tablas 1 y 2 de ASTM D3381

AC-30 se desarrolló para los estados

de mayor temperatura

FUENTE: ASTM D-3381

1987 A 1993 sistema de clasificación SUPERPAVE

Superpave es el Producto de SHRP

(Siglas en Inglés del Programa Estrátegico de Investigación en Carreteras)

Especificaciones Basadas en Desempeño

Mide Propiedades Fundamentales del Material

Usa Conceptos Reólogicos

Toma en Cuenta Propiedades a Baja

Temperatura y Envejecimiento del Material a Largo Plazo

Especificaciones Basadas en

Desempeño

Mide Propiedades Fundamentales del Material

Usa Conceptos Reólogicos

INCLUYE LA VARIABLE TRÁNSITO. MSCR

SERVICIO MANEJO

-20 20 60 135

Temperatura del Pavimento, °C

PENETRACION

.

.

Cohesión y homogeneidad [cm]

Elasticidad en asfaltos

modificados

DUCTILIDAD

Que podemos esperar de estos

ligantes?

Cual presenta mayor resistencia

a las deformaciones plásticas?

Cual tiene mayor resistencia a la

fatiga?

NO ES POSIBLE REALIZAR UN ANALISIS INTEGRAL SOLO CON ESTA INFORMACION

ENSAYO DE PENETRACION

Dureza a temperaturas

altas en servicio

Grado de

«colaboración» a los

agregados para controlar

las deformaciones

plásticas

«Magnitud» de la

componente viscosa y

elástica de la

deformación

RESULTADOS DEL ENSAYO DE VISCOSIDAD A 60°C Que podemos

esperar de estos

ligantes?

Cual presenta mayor

resistencia a las

deformaciones

plásticas?

Cual tiene mayor

resistencia a la

fatiga?

Susceptibilidad térmica

Leyes de fatiga

Curvas maestras

Comportamiento bajo

cargas

Grado de Envejecimiento

en planta

ELABORACION DE

MEZCLA

EN PLANTA

DONDE SE ENVEJECE UN CEMENTO

ASFALTICO»?

Durante el proceso de elaboración

de la mezcla asfáltica

Durante el proceso constructivo:

transporte, colocación y

compactación

Durante la vida útil del pavimento

Los primeros dos años

Después de 7 años

3 - 4

5 - 10

12- 18

18 - 24

24 – 40

24 - ~300

~40 - ~300

Número de Carbonos

Productos ligeros

Productos pesados

Crudo

GLP

Querosenos

Gasóleos

Lubricantes

Fuél óleo pesado

AC

Gasolinas

Ensayo al horno en película delgada TFO

Ensayo de película delgada en horno rotativo

(RTFO) . Simula el envejecimiento experimentado

durante la producción de HMA y la colocación del

pavimento Usado como prueba para determinar

pérdida de masa.

Ensayo al horno en película delgada TFO

Ensayo al horno en película delgada TFO

ÍNDICES DE ENVEJECIMIENTO

Cambio en la masa

% Penetración retenida

Relación de viscosidad

Incremento en el PA

Cambio en la CQ

Otros Cambios…….

Que podemos esperar?

Cual presenta mayor resistencia Al envejecimiento durante el proceso de mezclado y colocación?

Cual tendrá un mejor perfomance?

Que podemos esperar de estos ligantes?

Cual presenta mayor resistencia Al envejecimiento durante el

proceso de mezclado y colocación?

Cual tendrá un mejor perfomance?

Que podemos esperar?

Cual presenta mayor resistencia Al envejecimiento durante el proceso de mezclado y colocación?

Que podemos esperar?

Cual presenta mayor resistencia Al envejecimiento durante el proceso de mezclado y colocación?

Solubilidad

Spot test (“Oliensis”)

Que podemos esperar?

Cual presenta mayor resistencia Al envejecimiento durante el proceso de mezclado y colocación?

El sistema de calidad

QUALAGON presenta los

tres elementos más

importantes del desempeño

del asfalto.

Cohesión

Adherencia

Durabilidad

Es un método desarrollado por la Universidad

Politécnica de Cataluña: Félix Pérez Jiménez y

Rodrigo Miró Recasens

El método se centra en las características

funcionales que los ligantes bituminosos aportan

para un buen comportamiento de la mezcla. Del

ligante asfáltico interesa:

Su capacidad aglomerante: cohesión

Su susceptibilidad térmica: Comportamiento

Reológico.

Su adhesividad en presencia de agua

Su envejecimiento: aire, calor, rayos ultravioletas

Consiste en introducir en la

máquina de los Ángeles una

probeta Marshall y someterla al

ensayo de desgaste sin ningún

tipo de carga abrasiva.

Capacidad del ligante para

mantener unidas las partículas:

ductilidad, fragilidad

Se aplica a todo tipo de ligante

TEMPERATURA oC

PERDIDAS POR FRAGILIDAD PERDIDAS POR INCONSISTENCIA

% P

ER

DID

A A

L C

AN

TA

BR

O

PG 70-22

Grado de comportamiento

Temp. media máxima 7dias

Temp. mínima

Temperatura del Pavimento

SERVICIO MANEJO

-20 20 60 135

Temperatura del Pavimento, °C

Temperatura del Pavimento

Empleando modelos

reológicos.

Evaluando propiedades

reológicas: DSR, BBR,

Temperatura del Pavimento

EVALÚA

Propiedades Elásticas y Viscosas:

Viscoelasticidad

Dependencias del Tiempo y la Temperatura

OTROS NOMBRES:

Reómetros de Esfuerzo en Oscilación

Reómetros Dinámicos

Temperatura del Pavimento

Factor de deformación

Factor de fisuramiento

Viscosidad a corte cero

ZSV

Recuperación Elástica

mediante Creep Repetido

Creep Repetido Multi-

esfuerzo, MSCR (Multi

Stress Creep and

Recovery)

La capacitancia del flujo

(Non Recoverable Creep

Compliance) Jnr

Módulo Viscoso, G”

Módulo Elástico, G’

Módulo Complejo, G*

δ

El Módulo complejo tiene una componente Elástica y una Viscosa

Factor de ahuellamiento

G*/sen en ligante original >

1.00 kPa

G*/sen en ligante envejecido

RTFO > 2.20 kPa

La resistencia total del asfalto ante la

deformación y el aporte de la

componente elástica al desempeño

del asfalto en servicio.

δ

G*/sen δ en ligante

original > 1.00 kPa

Factor de Fisuramiento G* x Sen δ en ligante envejecido RTFO y PAV < 5000 kPa.

Este parámetro controla la parte de fatiga a largo plazo

PG 70-22 de refinería , 15mm ahuellamiento

PG 64-22 excelente comportamiento

Dos mezclas con la misma estructuración pero diferente tipo de ligante

PG 70-22 de refinería , 15mm ahuellamiento

PG 64-22 modificado, excelente comportamiento

Dos mezclas con la misma estructuración pero diferente tipo de ligante

y = -7.4519x + 10.956

R2 = 0.1261

0

2

4

6

8

10

12

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

rutting inches

G*/

sin

d 6

4C

El % de recuperación en MSCR se puede agregar

para validar la modificación con polímero

y = 4.7357x - 1.1666

R2 = 0.8167

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

ALF Rutting in

Jn

r

25.6kPa

Jnr

Ahuellamiento

Resistencia al Daño

Como determinamos cual

asfalto es el mejor para

nuestro proyecto?

Como determinamos cual

asfalto es el mejor para

nuestro proyecto?

Como determinamos cual

asfalto es el mejor para

nuestro proyecto?

Optimizar los recursos: definir claramente los responsables de la calidad

del AC.

Exigir Especificaciones claras acorde a las necesidades del proyecto

No improvisar exigiendo requerimientos al ligante: Estudio particular

Implementación de ensayos que modelen situaciones reales en servicio:

modelos reológicos

Análisis integral: escenarios de evaluación

Involucrar todos los materiales en la evaluación.

AHUELLAMIENTO FATIGA FATIGA To

P

O

R

C

E

N

T

A

J

E

%

Agregado

Ligante

0

100

80

60

40

20

Gracias por su atención!!!!!