asfalto sbr

7/29/2019 ASFALTO SBR

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ISSN 0188-729

Certificacin ISO 9001:2000 Laboratorios acreditados por EMA

COMPORTAMIENTO DE MEZCLASASFLTICAS MODIFICADAS CON SBR

Paul Garnica AnguasHoracio Delgado Alamilla

Jos Antonio Gmez Lpezlvaro Gonzlez Madrigal

Publicacin Tcnica No 254Sanfandila, Qro, 2004
http://www.imt.mx/http://www.imt.mx/Espa%E1%AF%AC/Publicaciones/http://www.imt.mx/Espa%E1%AF%AC/Publicaciones/http://www.imt.mx/http://www.sct.gob.mx/


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SECRETARA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTESINSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE

Publicacin Tcnica No 254Sanfandila, Qro, 2004

COMPORTAMIENTO DEMEZCLAS ASFLTICASMODIFICADAS CON SBR


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Este trabajo fue realizado por el Jefe de la Divisin de Laboratorios, Dr Paul GarnicaAnguas y los investigadores M en I Horacio Delgado Alamilla y M en I Jos AntonioGmez Lpez, en la Coordinacin de Infraestructura del Instituto Mexicano delTransporte, as como el Ing lvaro Gonzlez Madrigal tesista de la Universidad

Autnoma de Chihuahua.

Se agradece al Ing Rodolfo Tllez Gutirrez los comentarios realizados a este trabajoy de igual forma la participacin del becario Adalberto Rogelio Hernndez Ortiz y deltcnico Mario Antonio Prez Gonzlez, en los ensayes de laboratorio.


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I

ndice

Resumen III

Abstract V

Resumen ejecutivo VII

Introduccin 1

1 Asfaltos modificados 3

1.1 Principales modificadores de asfalto 31.2 Componentes de las sustancias modificadoras ms utilizadas 4

1.3 Asfalto ahulado (SBR) 41.3.1 Descripcin 51.3.2 Aplicaciones 5

1.4 Procedimiento de trituracin y molienda del hule 61.5 Procedimiento de incorporacin del SBR 61.6 Factores que influyen en el asfalto modificado con hule molido 7

2 Mtodos de diseo de mezclas asflticas 9

2.1 Mtodo Marshall 92.1.1 Pruebas a las mezclas asflticas 9

2.2 Mtodo Superpave 11

2.2.1 Pruebas al agregado mineral 112.2.2 Pruebas al cemento asfltico 122.2.3 Pruebas a la mezcla asfltica 13

3 Descripcin del experimento 15

3.1 Caracterizacin de los materiales 153.1.1 Agregado mineral 153.1.2 Cemento asfltico 163.1.3 Hule molido (SBR) 18

3.2 Elaboracin de la mezcla asfltica 183.2.1 Granulometra 193.2.2 Parmetros de la mezcla asfltica 20

3.3 Pruebas a la mezcla asfltica 213.3.1 Pruebas de volumetra 213.3.2 Pruebas mecnicas 22

4 Anlisis de resultados 25

4.1 Pruebas volumtricas 25


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Comportamiento de mezclas asflticas modificadas con SBR

II

4.2 Propiedades mecnicas 264.2.1 Tensin indirecta 264.2.2 Ensayo Cntabro 294.2.3 Prueba de compresin axial sin confinar 294.2.4 Prueba de inmersin-compresin (sensibilidad a la humedad) 30

4.2.5 Estabilidad y flujo Marshall 324.2.6 Analizador de pavimentos asflticos (APA) 33

Conclusiones 35

Bibliografa 37


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III

Resumen

Se evala el comportamiento de las mezclas asflticas modificadas con la adicinde diferentes porcentajes de asfalto ahulado, utilizando las metodologas de

diseo Marshall y Superpave. Se ilustra el efecto del SBR en los parmetrosvolumtricos ms importantes en el diseo, como son el volumen de vacos (Va);vacos en el agregado mineral (VAM); y vacos llenos de asfalto (VFA). Al igual sevalora la variacin en el desempeo de la mezcla asfltica compactada por lamodificacin con el SBR, mediante pruebas mecnicas que evalan parmetroscomo el esfuerzo y deformacin mxima a la falla, desgaste, susceptibilidad a lahumedad y deformacin permanente.


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Abstract

This work evaluates the behavior of hot mix asphalt modified with different

percentage of crumb rubber (SBR), using the methodologies of asphalt mix designMarshall and Superpave. It shows the effect of the crumb rubber (SBR) over thevolumetric parameters more important in the design as they are the air voids (Va),voids in the mineral aggregate (VMA), voids filled with asphalt (VFA). To the equalthe variation in the performance of the paving mixture due to the modification withthe crumb rubber (SBR) is evaluated, using mechanical test for evaluated thestress and strain, abrasion, moisture susceptibility and rutting resistance.


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VII

Resumen ejecutivo

Uno de los problemas que se enfrenta en la actualidad en Mxico, es la

generacin de altos volmenes de contaminantes industriales y el almacenamientode los mismos, aunado al creciente incremento tanto en nmero como enmagnitud de las cargas de trnsito, ocasionando fallas prematuras en lospavimentos asflticos.

Investigaciones recientes estn buscando el mejoramiento de las mezclasasflticas para pavimentacin, mediante la inclusin de nuevos materiales paraoptimizar su desempeo.

En los ltimos aos, uno de los modificadores ms utilizados ha sido el asfaltoahulado mediante el empleo de diferentes tipos de residuos de hule, como puedenser llantas de desecho, SBR, hule natural, polibutadieno y hule reciclado.

En el primer captulo se presentan los principales modificadores empleados enMxico, as como una breve descripcin de su composicin. De igual forma sehace nfasis en uno de los modificadores ms utilizados como es el hule dellantas de desecho, mostrando los diferentes procesos de obtencin eincorporacin del hule, junto con los principales factores que afectan la mezclaasfalto-hule.

El captulo 2 contiene dos mtodos de diseo de mezclas asflticos: el mtodoMarshall, que es el que ms se ha utilizado en Mxico y el Superpave que es elms actual para el diseo de mezclas.

Se proporcionan antecedentes de las metodologas y las diferentes pruebas, tantovolumtricas como mecnicas, que se emplean para la seleccin de un diseoapropiado.

Por otra parte, en el captulo 3 se presenta la descripcin del experimento, ascomo los resultados de las pruebas realizadas, al igual que los criterios adoptados.

Se describen los diferentes tipos de pruebas volumtricas y mecnicas utilizadaspara evaluar el desempeo del SBR como modificador del asfalto, mediantediversos criterios, como son el desgaste de la mezcla; deformacin permanente; lasusceptibilidad a la humedad; parmetros de resistencia, como el esfuerzo ydeformacin mxima a la falla; al igual que el mdulo a la falla del material.

El captulo 4 exhibe los resultados obtenidos, los cuales muestran los efectosproducidos debido al empleo de diferentes porcentajes de SBR a travs de laevaluacin de propiedades volumtricas y mecnicas.


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Introduccin

El creciente desarrollo industrial ha generado mejoras a la humanidad, perotambin problemas ambientales que afectan en menor o mayor grado al medioque nos rodea; uno de estos problemas, es la generacin de residuos industrialesy de consumo que por su naturaleza y volumen representan en muchos casos unproblema de salud pblica, as como para los ecosistemas.

Los residuos slidos municipales en el pas se han estimado en 27.4 millones detoneladas; y el volumen de residuos peligrosos, de 7.7 millones de toneladas para1994 (SEDESOL: INE.1994), ocasionando una gran desproporcin entre elvolumen generado e infraestructura de tratamiento. En la repblica, una granmayora de los residuos terminan en el drenaje y basureros, causando problemasambientales y de salud.

En la ltima dcada, en muchos pases se ha acentuado la preocupacin por ladisposicin de residuos industriales, que por sus caractersticas no biodegradablesy alto volumen en que se producen, constituyen un grave problema para el medioambiente; entre estos se encuentran los residuos de hule como EVA (etilen vinilacetato), PU (poliuretano), y SBR (hule estireno-butadieno), as como losproductos fabricados con este ltimo material que al concluir su vida til vienen asumarse a la acumulacin de este tipo de residuos como es el caso de losneumticos; muchos de los cuales, son quemados en condiciones no controladasgenerando un grave deterioro en la calidad del aire.

Aunado a este problema est el creciente incremento tanto en nmero como en

magnitud de las cargas de trnsito, ocasionando fallas prematuras en lospavimentos asflticos. Se necesitan pavimentos que puedan soportar las cargasocasionadas por el trnsito vehicular mediante mejoras en las metodologas dediseo.

Sin embargo, actualmente se busca a travs de la investigacin el mejoramientode las mezclas asflticas para pavimentacin, mediante la inclusin de nuevosmateriales para mejorar su desempeo, siendo uno de los ms utilizados el hulede llanta.


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1 Asfaltos modificados

La Norma N-CMT-4-05-002/01 define el asfalto modificado como el producto de ladisolucin, o incorporacin en el asfalto de un polmero o de hule molido de

neumtico, que son sustancias estables en el tiempo y en los cambios detemperatura y que se aaden al material asfltico para modificar sus propiedadesfsicas y reolgicas, a fin de disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a lahumedad, as como a la oxidacin.

1.1 Principales modificadores del asfaltoLos modificadores del asfalto se pueden clasificar segn la Norma N-CMT-4-05-002/01, en cuatro grupos importantes:

Polmero tipo I

Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asflticastanto a altas como a bajas temperaturas. Se fabrica a base de bloques deestireno, en polmeros elastomricos radiales de tipo bibloque o tribloque,mediante configuraciones como estireno-butadieno-estireno (SBS) o estireno-butadieno (SB), entre otras.

Polmero tipo II

Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de mezclas asflticasa bajas temperaturas. Se hace a base de polmeros eslastomricos lineales,mediante una configuracin de caucho de estireno, butadieno-latex o neopreno-

latex.Polmero tipo III

Es un modificador de asfaltos que mejora la resistencia al ahuellamiento de lasmezclas asflticas; disminuye la susceptibilidad del cemento asfltico a latemperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas. Se obtiene de unpolmero de tipo plastmero, mediante configuraciones como etil-vinil-acetato(EVA) o polietileno de baja densidad (HDPE, LDPE), entre otras.

Hule molido de neumticos

Es un modificador de asfaltos que mejora la flexibilidad y resistencia a la tensinde las mezclas asflticas, reduciendo la aparicin de grietas por fatiga o porcambios de temperatura. Es fabricado con base en el producto de la molienda deneumticos.


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1.2 Componentes de las sustancias modificadorasms utilizadasLos polmeros ms comnmente utilizados son elastmeros, SBR y SBS, ascomo el plastmero (EVA). A continuacin se presenta un resumen de las

propiedades de cada componente de estas sustancias:

Acetato de etilo

Lquido inflamable, incoloro con olor caracterstico a frutas, su punto de ebullicines de 171 F. Es incompatible y reacciona con los oxidantes, catalizadores parapolmeros de vinl, perxidos, cidos fuertes y cloruro de aluminio. Puedepolimerizarse si es contaminado o sujeto a calentamiento.

Acetato de vinilo

Lquido incoloro con olor caracterstico a fruta, inflamable. Es compatible yreacciona con los oxidantes, cidos, bases, slica gel, alumina, azocompuestos,ozono. Su punto de ebullicin es de 162 F y su punto de inflamacin es de 919.01F. Puede polimerizarse si es contaminado.

Estireno

Lquido incoloro amarillo, aceitoso, con olor caracterstico. Puede formar perxidosen circunstancias especficas, iniciando una polimerizacin explosiva. La sustanciase puede polimerizar debido al calentamiento suave bajo la influencia de la luz,con peligro de incendio o explosin.

Butadieno

Aspecto de gas licuado comprimido, incoloro, con olor caracterstico; su punto deebullicin es de -4 C, su punto de fusin es de -109 C. Extremadamenteinflamable.

1.3 Asfalto ahulado (SBR)En el mercado se pueden encontrar una gran variedad de asfaltos adicionales alos antes mencionados esto debido a que la accin de los modificadores colaboraen la tendencia a que el asfalto presente menores variaciones de consistencia por

cambios de temperatura.Con la utilizacin de asfaltos modificados, las mezclas asflticas pueden optimizarsu desempeo; el grado y tipo de mejoramiento depender de la interaccinasfalto-modificador. Entre las posibles mejoras se pueden mencionar:

Disminuir la susceptibilidad trmica

Aumentar la cohesin interna


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Mejorar la elasticidad y flexibilidad a bajas temperaturas

Mejorar el comportamiento a la fatiga

Aumentar la resistencia al envejecimiento

Reducir la deformacin permanente

Cabe mencionar que un slo modificador no puede lograr todas estas mejoras enel desempeo de la mezcla asfltica modificada; de echo, la mejora sustancial deuna propiedad importante (ejemplo, deformacin permanente) conllevar a ladisminucin de otra (ejemplo, fatiga).

1.3.1 DescripcinEn los ltimos aos, uno de los modificadores ms utilizados ha sido el asfaltoahulado mediante el empleo de diferentes tipos de residuos de hule, como puede

ser llantas de desecho, SBR, hule natural, polibutadieno y hule reciclado. Estodebido a la bsqueda del aprovechamiento de los residuos slidos que existen enel pas.

El asfalto ahulado est definido en la Norma ASTM como una mezcla de cementoasfltico, hule de llantas y ciertos aditivos en el cual el hule es al menos el 15% delpeso total de la mezcla y tiene una reaccin con el cemento asfltico suficientepara causar un aumento de volumen en las partculas de hule.

1.3.2 Aplicaciones

Los asfaltos modificados con hule se han empleado con frecuencia entratamientos superficiales de riego con gravilla aplicados a pavimentos fisurados ytratamientos antirreflexin de fisuras entre capas. Asimismo, han tenido unanotable difusin como material sellado de fisuras y juntas de pavimentos, comotratamiento de impermeabilizacin de materiales susceptibles al agua y por ltimocomo ligante en mezclas asflticas de distintos tipos fabricadas en caliente.

En tratamientos superficiales se ha obtenido un buen comportamiento, siempreque las fisuras que presentaba el pavimento tenan poco movimiento. Peropresentan comportamiento deficiente cuando estas fisuras son reflejadas desdecapas inferiores y con movimientos relativos importantes entre sus bordes ofisuras reflejadas en capas asflticas que han cubierto antiguos pavimentos deconcreto.

En cuanto al asfalto modificado con hule como material de sellado de fisuras, tienecualidades como una buena adherencia con los bordes de las fisuras, elasticidad ypoca susceptibilidad trmica. Se han observado y obtenido excelentes resultadosen pavimentos asflticos con fisuras poco activas, pero no as como sellador de

juntas entre losas de concreto, en las que aunque ms econmico que otrosmateriales, se ha demostrado una menor eficiencia.


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1.4 Procedimiento de trituracin y molienda delhulePara reducir el hule procedente de neumticos o de otras fuentes, a tamaos devarios centmetros se emplean trituradores similares a los habituales en eltratamiento de residuos slidos urbanos y desechos industriales; este proceso sedenomina proceso primario o de trituracin y se realiza principalmente conmquinas trituradoras que cuentan de una tolva reguladora que alimenta alconjunto formado de dos o ms carboles paralelos de cuchillas que giran ensentido contrario o en el mismo sentido y a distinta velocidad. Despus se realizael proceso secundario o molienda a temperatura ambiente, el cual consiste enreducir el tamao de los granos de hule hasta aproximadamente 0.32 mm; estasmquinas constan de un rbol rotatorio y una parte fija que lo rodea; se trata deequipos ms ligeros que los trituradores, tanto en peso como en potencia, y suprincipal caracterstica es que todo el proceso se realiza a temperatura ambiente.

Finalmente, se realiza un tercer proceso denominado criogenizacin del hule omolienda en hmedo, la cual se basa en la reduccin de la temperatura de unmaterial hasta conseguir su fragilizacin; para ello, el procedimiento ms utilizadoes la inmersin directa en bao de nitrgeno lquido. La temperatura decriogenizacin del hule se alcanza aproximadamente a los -60 C. A esatemperatura el hule puede molerse con molinos de martillos o de bolas,obteniendo hule molido de 0.16 mm; en cuanto a la molienda hmeda, essimplemente formar un lodo de agua y partculas de hule, que mediante la accinproducida por unas muelas va reduciendo el tamao. Es usual aplicar un ltimoproceso que es de separacin de acero y de fibras, que se realiza principalmentecon separadores magnticos.

1.5 Procedimiento de incorporacin del SBRComo sucede con otros aditivos, el hule puede incorporarse en los materialesasflticos mediante dos procedimientos:

Va hmeda

El cemento asfltico se modifica con caucho de neumticos, como si se tratase decualquier otro polmero.

Va seca

Se utiliza solamente en la fabricacin de mezclas asflticas en caliente y consisteen la mezcla directa del hule con el agregado mineral durante el proceso defabricacin de la mezcla asfltica, antes de incorporar el asfalto al mezclador.


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1.6 Factores que influyen en el asfalto modificadocon hule molidoLa interaccin entre el asfalto y el hule se ha explicado tradicionalmente como unproceso por el que este ltimo incorpora en sus cadenas polimricas parte de los

componentes ms voltiles del asfalto. El grano del caucho o hule se ablanda ysufre un cierto hinchamiento. El resultado es el aumento de la viscosidad delligante, este proceso se ve afectado por diversos factores que a continuacin semencionan.

Caractersticas del asfalto original

El empleo de asfaltos de alta penetracin conduce a asfaltos-caucho pococonsistentes a altas temperaturas, por el contrario, los asfaltos con pocapenetracin dan lugar a asfaltos-caucho demasiado rgidos a bajas temperaturas.

Composicin del hule

Las variaciones en la composicin del hule procedente del neumtico de desechono suelen ser significativas.

Incorporacin de aceites compatibles y otros aditivos

La funcin principal de los aceites es limitar la viscosidad para facilitar la aplicacindel producto, as como disminuir su mdulo a bajas temperaturas.

Otros aditivos frecuentes son polmeros con alto contenido de hule natural, que sedescomponen e incorporan en el asfalto a temperaturas ms bajas que el hule de

neumticos, proporcionando al ligante modificado mayor adhesividad y flexibilidadpero no reducen la susceptibilidad trmica tanto como el hule de neumticos.

Contenido de hule en la mezcla

Al aumentar el contenido del hule se incrementa el grado de modificacin delasfalto modificado con hule. Al realizarse pruebas con un asfalto AC-20 deaproximadamente penetracin 60/70, con hule menor a 1.25mm, el perodo deinteraccin fue de 90 minutos a 176C y empleando el mismo mtodo de mezclase llega a la conclusin de que a mayor contenido de hule sobre el asfalto,aumenta claramente la viscosidad, as como el punto de reblandecimiento y el

porcentaje de retorno elstico.Granulometra del hule

Cuanto menor es el tamao de las partculas de hule, mayor ser su superficieespecfica y con ella el grado de interaccin con el asfalto; como efecto contrariose ha observado que las partculas ms pequeas tienden a despolimerizarse, loque supone una disminucin de la viscosidad.


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Superficie especfica

Esta propiedad no slo depende de la granulometra del hule sino que tambin serelaciona con el procedimiento de molienda a que ha sido sometido.

Impurezas del hule

Estas impurezas son desde humedad, acero y fibras, hasta cualquiercontaminante. La humedad puede provocar vapor de agua al mezclar hule yasfalto. Por ello, el hule debe analizarse peridicamente introduciendo muestrasen estufa a 100C, hasta peso constante.

Mezclador empleado

En general, los asfaltos modificados con hule fabricados por medios mecnicosapropiados presentan una menor dispersin en la viscosidad (homogeneidad) yuna disminucin algo ms asentada de cclicos, tratndose por tanto de una

interaccin asfalto-hule ms completa.

Tiempo y temperatura de reaccin

Al aumentar la temperatura se acelera la interaccin qumica entre el asfalto y elhule, con temperaturas entre 165 y 200C. El almacenamiento posterior no debesuperar los 150 160C para evitar la degradacin del hule.

En cuanto a tiempos de mezclado, suelen ser suficientes perodos de no ms deuna hora, sobre todo si se almacena en caliente la mezcla en un segundo tanqueprovisto de agitacin. La viscosidad aumenta en cuanto sube la temperatura y esmayor el tiempo de mezclado.


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2 Mtodos de diseo de mezclas asflticas

Las mezclas asflticas han sido tpicamente diseadas con procedimientosempricos de laboratorio, lo que significa que se requiere la experiencia en campo

para determinar si el anlisis de laboratorio tiene correlacin con el desempeo delpavimento. De cualquier manera, aun con la correcta conjuncin de estosprocedimientos y el desarrollo del criterio de diseo de la mezcla, no se podanasegurar buenos grados de desempeo.

2.1 Mtodo Marshall

El concepto del mtodo Marshall para diseo de mezclas para pavimentacin fueformulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de

Autopistas del estado de Mississippi. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos,a travs de una extensiva investigacin y estudios de correlacin, mejor y

adicion ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall, a la vez quedesarroll un criterio de diseo de mezclas.

El mtodo original de Marshall slo es aplicable a mezclas asflticas en calientepara pavimentacin que contengan agregados con un tamao mximo de 25 mm(1) o menor. El mtodo Marshall modificado se desarroll para tamaos mximoarriba de 38 mm (1.5). El procedimiento est pensado para diseo en laboratorioy control en campo de mezclas asflticas en caliente con graduacin densa.Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza emprica, la importancia delos resultados en trminos de estimar el comportamiento en campo se pierdecuando se realizan modificaciones a los procedimientos estndar.

El mtodo Marshall utiliza especmenes de prueba estndar de una altura de 64mm (2 ) y 102 mm (4) de dimetro. Estos se preparan mediante unprocedimiento para calentar, combinar y compactar mezclas de asfalto- agregado(ASTM D1559). Los dos aspectos principales del mtodo Marshall son ladensidad-anlisis de vacos y la prueba de estabilidad y flujo de los especmenescompactados; cabe mencionar que este proceso de diseo no tiene especificadopruebas para agregados minerales ni para cementos asflticos.

2.1.1 Pruebas a las mezclas asflticas compactadas

En el mtodo Marshall se elaboran tres tipos de pruebas para conocer tanto suscaractersticas volumtricas como mecnicas.

Determinacin de la gravedad especfica

La prueba de gravedad especfica puede desarrollarse tan pronto como elespcimen se haya enfriado en un cuarto de temperatura. Esta prueba se hace deacuerdo con la Norma ASTM D1188, gravedad especfica de mezclas asflticascompactadas utilizando parafina o la ASTM D2726, gravedad especfica de


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2.2 Mtodo Superpave

En 1987, el Strategic Highway Research Program (SHRP) fue establecido por elCongreso de los Estados Unidos con un presupuesto de 150 millones de dlaresen programas de investigacin, a fin de mejorar el desempeo y duracin de las

carreteras volvindolas ms seguras tanto para automovilistas como para lostrabajadores de las mismas.

Un tercio de este presupuesto se emple en el desarrollo de especificaciones dedesempeos basados en asfalto, directamente relacionados con anlisis delaboratorio y con aplicaciones en campo.

Iniciando el desarrollo de un nuevo sistema para especificar materiales asflticos,el producto final del programa es un nuevo sistema llamado Superpave (SuperiorPerforming Asphalt Pavement). Representa una tecnologa provista de tal maneraque pueda especificar cemento asfltico y agregado mineral; desarrollar diseos

de mezclas asflticas; analizar y establecer predicciones del desempeo delpavimento.

Este mtodo evala los componentes de la mezcla asfltica en forma individual(agregado mineral y asfaltos) y su interaccin cuando estn mezclados.

2.2.1 Pruebas al agregado mineral

Las propiedades del agregado mineral son obviamente importantes para eldesempeo de mezclas asflticas. El criterio de agregados est directamenteincorporado en el procedimiento Superpave. Procedimientos existentes serefinaron para concordar con el sistema Superpave. Al respecto, dos tipos depropiedades de agregados se especifican en el sistema Superpave: propiedadesde consenso y propiedades de origen.

Propiedades de consenso

Las propiedades de consenso del Superpave son: angularidad del agregadogrueso; angularidad del agregado fino; partculas alargadas y aplanadas yequivalente de arena.

Propiedades de la fuente de origen

Adems de las propiedades de consenso, los expertos viales pensaron que habaotras caractersticas crticas del agregado. Aun cuando estas propiedades sonrelevantes en el proceso de diseo de la mezcla, podran tambin usarse como uncontrol de aceptacin de la fuente de origen.

Las propiedades que consideraron fueron:, la tenacidad mediante la prueba dedesgaste de Los ngeles; la durabilidad a travs de la prueba de intemperismoacelerado; y la prueba de materiales deletreos


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2.2.2 Pruebas al cemento asfltico

Las pruebas Superpave para cementos asflticos miden propiedades fsicas quepueden ser directamente relacionadas con el desempeo en campo a travs deprincipios ingenieriles.

Las pruebas Superpave para cemento asfltico son tambin llevadas atemperaturas a las que se encuentran los pavimentos en servicio.

El tema central de las especificaciones Superpave es la confianza sobre laspruebas del cemento asfltico en condiciones que simulan las tres etapas crticasdurante la vida del asfalto.

Las pruebas realizadas en el asfalto original, representan la primera etapatransportacin, almacenamiento y manejo.

La segunda etapa representa el asfalto durante la produccin, mezcla y

construccin; es simulada por las especificaciones mediante el envejecimiento delasfalto en el horno rotatorio de pelcula delgada. Este procedimiento expone unapelcula delgada de asfalto a calor y aire para aproximar el envejecimiento quesufre el asfalto durante su mezcla y construccin.

La tercera etapa ocurre cuando envejece el cemento asfltico desde que se colocaen la mezcla asfltica, carpeta asfltica, hasta el fin de su vida de diseo para lacual fue planeado. Esta etapa se simula en la vasija de envejecimiento a presin(PAV), mediante la exposicin de muestras de asfalto a calor y presin pararepresentar el envejecimiento del pavimento a lo largo de los aos de servicio.

En la Tabla 2.1 se pueden observar las pruebas utilizadas en el Superpave y elpropsito de las mismas.

Tabla 2.1

Propsito de las pruebas de asfaltos Superpave

Equipo Propsito

Horno rotatorio de pelcula delgada (RTFO)Vasija de envejecimiento a presin(PAV)

Simula las caractersticas delenvejecimiento del asfalto

Remetro de corte dinmico (DSR)

Mide las propiedades del asfalto a

temperaturas altas e intermedias

Viscosmetro rotacional (RV)Mide las propiedades del asfalto aaltas temperaturas

Remetro de viga en flexin (BBR)Ensaye de tensin directa (DTT)

Mide las propiedades del asfalto abajas temperaturas.


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2.2.3 Pruebas a las mezclas asflticasLos requerimientos del diseo de mezclas asflticas de Superpave son:

Requerimientos volumtricos de la mezcla

Los requerimientos volumtricos de la mezcla son: vacos de aire; vacos delagregado mineral y vacos llenos de asfalto. El contenido de vacos de aire es unapropiedad importante que se utiliza como base para la seleccin del contenido delcemento asfltico.

Superpave define los vacos del agregado mineral (VAM), como la suma delvolumen de vacos de aire y del asfalto efectivo en una muestra compactada.Representa los vacos entre las partculas del agregado.

Los vacos llenos de asfalto (VFA) son el porcentaje de VAM que contienecemento asfltico. Consecuentemente, VFA es el volumen de cemento asflticoefectivo, expresado como el porcentaje de VAM.

Proporcin de polvo

Otro requerimiento de la mezcla es la proporcin de polvo; se calcula como larelacin entre el porcentaje en peso del agregado ms fino que el tamiz 0.075 mmy el contenido de asfalto efectivo en porcentaje de peso total en la mezcla, menosel porcentaje de asfalto absorbido.

Susceptibilidad a la humedad

El ensayo de susceptibilidad a la humedad para evaluar una HMA aldesprendimiento es la Norma T 283, Resistencia de mezclas bituminosascompactadas al dao inducido por humedad. Este ensayo, que no se basa en eldesempeo, sirve para dos propsitos; primero, identificar si una combinacin decemento asfltico y agregado es susceptible a la accin del agua; segundo, midela efectividad de los aditivos antidesprendimiento o de mejora de adherencia.


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3 Descripcin del experimento

La investigacin se realiz utilizando dos mtodos de diseo: el mtodo Marshall yel mtodo Superpave, siguiendo tres parmetros fundamentales: caracterizacin

de materiales, elaboracin de las probetas asflticas y pruebas a la mezclaasfltica.

3.1 Caracterizacin de los materialesEn esta etapa se llevaron a cabo pruebas en los materiales utilizados, como son elagregado mineral, ligante asfltico y hule molido.

3.1.1 Agregado mineral

El material granular en estudio proviene del banco de materiales La Caada,Saldarriaga, Qro (Figura 3.1) y est compuesto de roca basltica triturada.

De igual forma, se evalu la calidad de los materiales utilizados en las mezclasasflticas; los resultados se observan en la Tabla 1.

Tabla 3.1

Concentrado de pruebas al agregado mineral

Pruebas Resultado Especificacin

Angularidad del agregado grueso 100 / 100 100 / 100

Partculas alargadas y aplanadas 2 % 10 % mx

Equivalente de arena 75 % 50 % mn

Desgaste de Los ngeles 16 % 35 % mx

Intemperismo acelerado 7 % 10 % mx

Figura 3.1Banco La Caada


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Las pruebas adicionales realizadas a los agregados fueron: absorcin, densidadespecfica y aparente, tanto al agregado grueso como al fino. Los resultadosintegran la Tabla 3.2.

3.1.2 Cemento asfltico

Se efectuaron dos tipos de pruebas al ligante, de acuerdo con la metodologaSuperpave, mismas que se describen a continuacin:

Viscosmetro rotacional (RV)Las temperaturas de mezclado y compactacin de la muestra estn dadas conbase en la viscosidad del asfalto, en donde se especifica que para mezclarse ycompactarse el asfalto, ste debe tener una viscosidad entre 0.15 y 0.19 Pa.s yentre 0.25 y 0.31 Pa.s respectivamente; para tal determinacin se realiz unacarta de viscosidad-temperatura.

Con objeto de elaborar la carta de viscosidad-temperatura, se realizaron pruebas

en el viscosmetro rotacional a diferentes temperaturas y as conocer la viscosidadatribuible a una temperatura especfica. Las diferentes temperaturas, as como losvalores obtenidos se pueden observar en la Figura 3.2; de igual forma en la Tabla3.3 se muestran los resultados de las temperaturas de mezclado y compactacinpara los diversos porcentajes de SBR.

Se puede observar que las temperaturas tanto de mezclado como decompactacin, se incrementan con la adicin del hule molido

Para determinar la viscosidad, la especificacin Superpave establece que elasfalto debe tener una viscosidad mxima de 3 Pa.s (3000cP) para una

temperatura de 135 C; en la Figura 3.2 se dibuj un rea de control con lasespecificaciones de temperatura y viscosidad mencionadas, en donde todas lascurvas que sobrepasen la parte superior del cuadro no cumplirn con laespecificacin. En este caso particular, el ligante con 20 % de SBR tiene unaviscosidad muy alta, lo que lo hace inapropiado para su manejo en plantas y en sualmacenamiento.

Tabla 3.2

Pruebas adicionales a los agregadosPruebas Resultado

Absorcin (%) 3.01

Densidad 2.70

Densidad aparente 2.78


28/50


17

Figura 3.2Grfica de viscosidades

0,1

1

10

100

120 130 140 150 160 170 180 190 200

Temperatura (oC)

Viscosidad

(Pa.s

)

AC-20

SBR -5%

SBR - 10%SBR -15%

SBR - 20%

7

Remetro dinmico de corte (DSR)

Conjuntamente se determin la visco-elasticidad del cemento asfltico, definiendosu grado de desempeo (PG); para ello se utiliz el ligante original (AC-20), y laadicin de SBR en porcentajes de 5, 10, 15 y 20 % .

Los resultados que se obtuvieron se muestran en la Tabla 3.4, tomando comoparmetros de evaluacin el ngulo de fase, mdulo de corte (G*) y el criterio deevaluacin G*/Sen (delta).

Tabla 3.3

Temperaturas de compactacin y mezclado

Temperatura (C)Ligante

Compactacin Mezclado

AC-20 144 - 148 153 158

AC20 / SBR 5% 149 - 153 157 161

AC20 / SBR 10% 155 - 160 164 170

AC20 / SBR 15% 178 - 186 194 201

AC20 / SBR 20% 209 - 215 221 227


29/50


30/50


19

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00

Mallas

%

quepasa

Esp_Mnima

Esp_Mxima

G1

Figura 3.4Granulometra Marshall

Figura 3.5Granulometra Superpave

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.2 0.4 0 .6 0.8 1 1.2 1 .4 1 .6 1 .8 2 2.2 2 .4 2 .6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3 .8 4

Malla ^ 0.45

%quepasa

Z.R._Min

Z.R._Max

Ctrl_Min

Ctrl_Max

Max_Den

G1

granulometras y fijar algunos parmetros como el porcentaje de asfalto, volumende trnsito y el tamao mximo del agregado.

3.2.1 Granulometra

La granulometra se seleccion teniendo en cuenta que debera cumplir con lasdos especificaciones de diseo; grfica en escala semilogartmica (mtodoMarshall) y grfica de Fuller que est elevada a la potencia 0.45 (mtodoSuperpave).

Como se observa en la Figura 3.4, la nica restriccin de la granulometra

Marshall es que las curvas granulomtricas deben estar dentro de la zonaestablecida por las curvas de especificacin mxima y mnima.


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20

La granulometra Superpave (Figura 3.5) cuenta con restricciones diferentes,como son los puntos de control; estos puntos tienen una funcin similar a lascurvas mximas y mnimas del mtodo Marshall; otro aspecto a considerar es lazona de restriccin, la cual no debe ser atravesada por la curva granulomtrica yaque producira una mezcla demasiado susceptible a la rigidez del asfalto.

3.2.2 Parmetros de la mezcla asfltica

Los parmetros de la mezcla utilizados se seleccionaron de acuerdo con lapublicacin No 246, la cual establece un tamao mximo nominal de agregado de12,5 mm; un porcentaje de asfalto de 5.3 % para el mtodo Superpave y 5.9 %para el mtodo Marshall.

Dosificacin

Se decidi utilizar el molde de 10 cm (4) de dimetro, debido a que este tipo dedimetro es compatible en los dos mtodos de compactacin.

La determinacin de las alturas de las probetas est en funcin de la clase deprueba mecnica que se quiera realizar en la mezcla asfltica. Para esto semanejaron cuatro tipos de alturas de probeta:

Altura de 57 mm; para realizar el ensayo Cntabro, que es un parmetro dedesgaste de la mezcla asfltica debido al paso del trnsito vehicular

Altura de 63.5 mm; para determinar la gravedad especfica de la mezclaasfltica compactada, estabilidad y flujo Marshall y tensin indirecta

Altura de 100 mm (1:1); estas probetas se elaboran para la prueba deinmersin-compresin, que es un parmetro de susceptibilidad a la humedadde la mezcla asfltica

Altura de 180 mm (2:1); con estas probetas se puede realizar la prueba decompresin axial sin confinar, al igual que pruebas de carga cclica paradeterminar la deformacin de la mezcla asfltica

Compactacin

Un parmetro que se debe determinar antes de empezar la compactacin, es el

nmero de giros (mtodo Superpave), o de golpes por cara (mtodo Marshall);para ello se requiere conocer el trnsito vehicular (en ESAL) y la temperatura delugar. En esta investigacin se estableci un trnsito de 15 x 106 ESAL y unatemperatura de pavimento de hasta 39 C.

Con estos valores se pudo determinar un nmero de giros de 174 (Superpave),con una presin vertical de 600 kPa, ngulo de 1.25 y 30 rev/min, y de 75 golpespor cara (Marshall)


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Figura 3.6Compactacin Superpave

Figura 3.7Compactacin Marshall

3.3 Pruebas a las mezclas asflticas

Los diferentes tipos de pruebas a la mezcla asfltica estn divididos en dos fases;la primera, con el fin de evaluar las caractersticas volumtricas en razn de losdiferentes equipos de compactacin utilizados; en la segunda fase se valorarn losparmetros de resistencia de la mezcla asfltica mediante pruebas mecnicas,con el fin de evaluar la influencia de la compactacin bajo diversas condiciones defalla.

Antes de efectuar cualquier prueba en las mezclas asflticas, se debe determinar

la altura y dimetro de las mismas; en el caso de las probetas elaboradas en elcompactador giratorio, no fue necesario ya que el compactador las proporciona enforma directa.

3.3.1 Pruebas de volumetra

Un factor que debe tenerse en cuenta al considerar el comportamiento de lamezcla asfltica es el de las proporciones volumtricas de los componentes, elligante asfltico y el agregado. A continuacin se describen las pruebas que msinfluyen en los resultados de la volumetra:

Gravedad especfica de la mezcla asfltica compactada (Gmb)

Esta densidad es la relacin entre su peso en el aire y su volumen incluyendo losvacos permeables. Si la probeta tiene una absorcin menor a 2 %, no se necesitaparafinar la probeta (ASTM D2726); en caso de no cumplir, se determinarmediante ASTM D118.


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Gravedad terica mxima de la mezcla (Gmm)

Para esta prueba se utiliza un picnmetro de vaco, segn la Norma ASTM D2041.Esta prueba se realiza en la mezcla asfltica en forma suelta; consiste en saturarde agua el picnmetro y aplicar vaco, con el fin de extraer todo el aire que

contiene la mezcla.

3.3.2 Pruebas mecnicas

Tienen como finalidad evaluar la resistencia de la mezcla asfltica compactadabajo diferentes condiciones y tipos de carga, utilizando equipos como la mquinaMarshall, la mquina de Los ngeles y la mquina servohidrulica Instron, al igualque el analizador de pavimentos asflticos (APA).

Prueba de compresin axial sin confinar

Las pruebas de compresin axial sin confinar se realizaron en la mquinaservohidrulica Instron, segn la Norma ASTM D1074 a una velocidad dedeformacin de 0.05 mm/min por cada milmetro de altura de la probeta; como lasmezclas asflticas compactadas tenan en promedio 175 mm de altura, lavelocidad de deformacin utilizada fue de 8.8 mm/min.

Prueba de Inmersin-compresin (sensibilidad a la humedad)

Se realiza de acuerdo con la Norma ASTM D1075 y se utiliza para determinar laprdida de resistencia debido a la accin del agua. Esta determinacin consiste endos juegos de probetas; las primeras, se evalan en compresin a unatemperatura de 25 C; el segundo juego se sumerge en agua a una temperaturade 60 C durante 24 horas, despus se vuelve a sumergir en agua a 25 C por 2horas; finalmente se seca superficialmente la muestra y se evalan encompresin, a una temperatura de 25 C.

La determinacin de la velocidad de deformacin es igual a la de la prueba decompresin axial sin confinar; la pequea diferencia es que las probetas tienendiferente relacin altura-dimetro (1:1), por lo que se utiliz una velocidad dedeformacin de 5 mm/min.

Prueba de tensin indirecta

Esta prueba evala la cohesin de la mezcla asfltica; se realiz de acuerdo conla Norma NLT 346 y consiste en ensayar la probeta a una deformacinconstante de 50.8 mm/min con el fin de calcular en forma indirecta la resistencia ala tensin y donde la mayor oposicin a la falla la presenta la cohesin del asfaltocon el agregado mineral.


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Analizador de pavimentos asflticos (APA).

Es un probador de carga multifuncional que se utiliza para evaluar deformacinpermanente, agrietamiento por fatiga y susceptibilidad a la humedad de lasmezclas asflticas. El tiempo de prueba para una evaluacin completa dedeformacin permanente es de 2h y 16min (8000 ciclos). La evaluacin de lasusceptibilidad a la deformacin permanente de las mezclas asflticas se puededeterminar tanto en especmenes rectangulares como en cilndricos, mediantecargas repetidas aplicadas con ruedas y midiendo la profundidad de la huella quedeja la rueda. El APA cuenta con un sistema de adquisicin de datosautomatizado.

Las partes de la rueda de carga y la presin de inflado son representativas de lascondiciones actuales en campo. Cada espcimen puede estar sujeto a undiferente nivel de carga. Pueden probarse seis cilindros a la vez, bajotemperaturas controlables tanto en condicin seca como hmeda.

Para la evaluacin de esta prueba se utiliz una presin de 100 psi y una carga de100 lb, en condicin seca, evaluando la deformacin permanente de la mezclaasfltica compactada despus de 8000 ciclos de carga

Prueba de estabilidad y flujo Marshall

Esta prueba se realiza con el propsito de conocer los valores de cohesin(estabilidad) y friccin (flujo) de la mezcla asfltica mediante la aplicacin de unacarga a deformacin controlada de 50.8 mm/min. Esta prueba solamente se aplicapara probetas fabricadas con el martillo Marshall; consiste en sumergir la probetaen bao Mara a una temperatura de 60 C, de 30 a 40 min, para despus

ensayarla en la mquina Marshall; los valores obtenidos se utilizan paradeterminar el contenido ptimo de asfalto.

Ensayo Cntabro

Este ensayo se realiza de acuerdo con la Norma espaola NLT 352 con el fin deevaluar el desgaste que puede sufrir la mezcla asfltica durante su vida til.Consiste en colocar la probeta en la mquina de Los ngeles y aplicarle 300 giros;el valor de desgaste es la diferencia en masa de las muestras.


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36/50

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4 Anlisis de resultados

El anlisis de resultados est dividido en dos fases; la primera, es evaluar laspropiedades volumtricas de la mezcla asfltica, para despus evaluar en la

segunda etapa, la influencia del SBR en la resistencia de la mezcla asflticacompactada bajo diferentes condiciones de carga.

4.1 Propiedades volumtricasEn las Tablas 4.1 y 4.2 se presentan los resultados de las pruebas de densidadesa las mezclas asflticas, as como los parmetros del diseo volumtricoevaluados, utilizando diferentes porcentajes de SBR para las dos metodologas encuestin.

Tabla 4.1Variacin de la volumetra, con diferentes porcentajes de SBR (Superpave)

Gmb Gmm %Gmm % Va VMA VFA % SBR

2.407 2.497 96.4% 3.6% 14 74 0

2.403 2.497 96.2% 3.8% 14 73 5

2.382 2.497 95.4% 4.6% 15 69 10

2.347 2.497 94.0% 6.0% 16 62 15

Tabla 4.2Variacin de la volumetra, con diferentes porcentajes de SBR (Marshall)

Gmb Gmm %Gmm % Va VMA VFA % SBR

2.355 2.458 95.8% 4.2% 16 74 0

2.357 2.458 95.9% 4.1% 16 75 5

2.364 2.458 96.2% 3.8% 16 76 10

2.320 2.458 94.4% 5.6% 17 68 15

De este anlisis se pueden deducir varios comportamientos:

La densidad terica mxima no cambia con la adicin de SBR para ninguno de losmtodos; esto se debe a que la densidad del hule es similar a la del asfalto y aque la proporcin de masa del SBR con respecto a la masa total de la mezcla escasi insignificante.


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Se puede observar un cambio en la densidad de la mezcla asfltica compactada(Gmb); en el caso del mtodo Superpave disminuye conforme aumenta elporcentaje de SBR, lo que ocasiona que el porcentaje de vacos cambiecompletamente de lo estipulado en el diseo, aunque las variaciones no parecenafectar en demasa el VFA y el VMA; sin embargo, la densidad Gmb obtenida para

el 15% de SBR afecta notablemente las propiedades volumtricas. En el caso dela metodologa Marshall, el cambio parece ser a la inversa ya que el Gmb aumentaocasionando cambios en el volumen de vacos; el VFA para 10% de SBRsobrepasa la especificacin, esto debido a que se compact ms de lo esperadopresentando un exceso de asfalto en la mezcla.

De igual forma se observa que con la adicin de 15% de SBR al asfalto, ladensificacin de la mezcla cambia notablemente en los dos mtodos, dando unvalor de porcentaje de Va alto; esto puede atribuirse a que la temperatura demezclado y compactacin son muy altas, ocasionando dificultad en su controldurante el proceso de elaboracin de la mezcla debido a que los diferenciales detemperatura que se presentan, son muy altos lo que repercute en una probetainadecuada.

De estos resultados se puede pensar que el tipo de compactacin tiene una graninfluencia cuando se agrega un polmero a la mezcla asfltica; en este caso enparticular, el SBR es producto de la trituracin de hule de suelas, lo que leproporciona cierta elasticidad a la mezcla afectando su compactacin.

4.2 Propiedades mecnicasLas pruebas evaluadas en esta investigacin fueron establecidas con el fin deevaluar caractersticas de la mezclas bajo diferentes condiciones de falla.

4.2.1 Tensin indirectaEn la tabla 4.3 se presentan los resultados del ensayo de tensin indirecta para lasprobetas Superpave con diferentes porcentajes de SBR; los parmetros evaluadosson la carga mxima, esfuerzo mximo, deformacin unitaria a la falla y el mduloa la falla.

Tabla 4.3Ensayo de tensin indirecta (Superpave)

Probetas Superpave

Ligante Cargamxima

(kN)

Esfuerzomximo

(Mpa)

Deformacinunitaria

Mdulo(Mpa)

AC-20 18,65 2,37 0,0146 167

AC-20 / SBR 5% 17,22 2,19 0,0153 144

AC-20 / SBR 10% 12,04 1,53 0,0168 92

AC-20 / SBR 15% 13,64 1,74 0,0151 116


38/50


39/50


28

0 1 2 3 4 5

Deformacin (%)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Esfuerzomximo(MPa)

Tipos de ligantesAC-20

AC-20 / SBR-5%

AC-20 / SBR-10%

AC-20 / SBR-15%

a) b)

Figura 4.1Grfica de esfuerzo-deformacin para la prueba de tensin indirecta

0 1 2 3 4 5

Deformacin (%)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Esfuerzomximo(MPa)


AC-20 / SBR-5%

AC-20 / SBR-10%

AC-20 / SBR-15%

En la Tabla 4.5 aparecen los resultados de la variacin de la resistencia a latensin indirecta por la adicin de SBR, con las dos metodologas utilizadas(Marshall y Superpave).

Al respecto, se observa que las probetas realizadas con base en el sistema

Superpave reducen su resistencia a la tensin indirecta conforme aumenta elporcentaje de SBR; para el caso de la metodologa Marshall las resistenciasmximas parecen no verse afectadas por la adicin del SBR; se puede decir queen el caso de Superpave existe una baja en la adherencia de las partculas por elaadido de SBR.

Tabla 4.5Resistencia a la tensin indirecta

Resistencia (N/cm2

)LiganteSuperpave Marshall

AC - 20 17,44 14,59

AC 20 / SBR 5% 15,82 14,94

AC 20 / SBR 10% 10,89 12,01

AC 20 / SBR 15% 12,27 9,13


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4.2.2 Ensayo CntabroEn la Tabla 4.5 se presentan los resultados del ensayo Cntabro de los cuatroligantes evaluados con los mtodos Superpave y Marshall.

Conforme la Tabla anterior las mezclas asflticas fabricadas con el mtodoSuperpave no parecen afectarse, sino hasta despus de la incorporacin de msdel 5 % de SBR.

En el caso del mtodo Marshall, tampoco parece ser representativa la adicin del5% de SBR, aunque para porcentajes ms altos las variaciones parecen sererrticas.

4.2.3 Prueba de compresin axial sin confinar

En la Tabla 4.6 se presentan los resultados de la prueba de compresin axial sinconfinar con diferentes porcentajes de SBR, evaluando la carga mxima, esfuerzomximo, deformacin unitaria a la falla y el mdulo a la falla, para la metodologaSuperpave.

Tabla 4.5Resultados de ensayo Cntabro para los mtodos Marshall y Superpave

Desgaste (%)Ligante

Superpave Marshall

AC - 20 16.0 13.2

AC 20 / SBR 5% 16.7 13.4

AC 20 / SBR 10% 21.8 16.1

AC 20 / SBR 15% 20.8 11.0

Tabla 4.6Ensayo de compresin axial sin confinar

Probetas de compresin axial

Ligante Cargamxima

(kN)

Esfuerzomximo

(Mpa)

Deformacinunitaria

Mdulo(Mpa)

AC-20 32,11 4,09 0,0130 314

AC-20 / SBR 5% 27,51 3,50 0,0112 313

AC-20 / SBR 10% 28,34 3,61 0,0085 425

AC-20 / SBR 15% 27,19 3,46 0,0074 465


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De la Tabla anterior se puede observar que conforme aumenta el contenido deSBR, disminuye el esfuerzo mximo a la falla; de igual forma, se reduce ladeformacin unitaria a la falla, en cuanto al mdulo a la falla se observa que paracontenidos de 10% o ms de SBR, el mdulo muestra una mejora sustancial.

En cuanto a las figuras, la Figura 4.2.a presenta la variacin que existe entreensayos y el promedio de los mismos, con un asfalto AC-20; y en la 4.2.b lavariacin de las curvas esfuerzo-deformacin por la adicin de diferentesporcentajes de SBR.

Retomando la Figura 4.2.a, resulta claro observar que no existe muchavariabilidad entre los ensayes realizados para cada tipo de ligante y que en la4.2.b el asfalto AC-20 presenta el mayor esfuerzo a la falla, as como que losesfuerzos mximo a la falla no tienen una variacin significativa cuando seadicionan diferentes porcentajes de SBR; a diferencia de la deformacin a la falla,la cual diminuye cuando se aade el SBR, conduciendo a valores de mdulos a lafalla ms altos.

4.2.4 Prueba de Inmersin-compresin (sensibilidad a lahumedad)La Tabla 4.7 se integra con los resultados de la prueba de inmersin-compresincon diferentes porcentajes de SBR, evaluando la carga mxima, esfuerzo mximo,deformacin unitaria a la falla y el mdulo a la falla, tanto para las probetas sinacondicionamiento como para las sumergidas a 60 C.

0 1 2 3 4

Deformacin (%)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

Esfuerzomx

imo(MPa)


AC-20 / SBR-5%

AC-20 / SBR-10%

AC-20 / SBR-15%

a) b)Figura 4.2

Grfica de esfuerzo-deformacin para la prueba de compresin axial sin confinar

0 1 2 3 4

Deformacin (%)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

Esfuerzomx

imo(MPa)

AC - 20MA1-317

MA1-318

Promedio


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En ese sentido la Tabla 4.7 hace ver que en las probetas sin acondicionarconforme aumenta el contenido de SBR, disminuye el esfuerzo mximo a la falla;mientras que la deformacin a la falla aumenta ligeramente, ocasionando que losmdulos de deformacin disminuyan notablemente. Las probetas acondicionadaspresentan un comportamiento similar, y solamente para el 10 % de SBR resulta

una disminucin de la deformacin a la falla, generando un mdulo elevado.

Se puede observar que aunque las probetas con acondicionamiento tienen valores

de esfuerzos mximos a la falla mayores, sus valores de mdulo resultan muysimilares; con lo que se puede determinar que la mezcla asfltica no essusceptible a la humedad y que las variaciones que se presentan pueden estar,ms bien atribuidas a la variacin que existe en el ensayo.

En la Figura 4.3.a aparece la grfica esfuerzo-deformacin para las mezclasasflticas sin acondicionar para los diferentes tipos de ligantes utilizados y en la4.3.b la grfica esfuerzo-deformacin para las mezclas asflticas acondicionadaspara los diferentes tipos de ligantes utilizados.

Como adicin, en la 4.3.a se puede observar que las pendientes de las curvas

varan en forma dispersa con la adicin de SBR, siendo la reduccin del esfuerzomximo a la falla el parmetro ms afectado; y que en la 4.3.b, las pendientes delas curvas para las probetas acondicionadas son similares, con una tendencia adecrecer conforme aumenta el porcentaje de SBR.

Tabla 4.7Ensayo de inmersin compresin

Probetas de Inmersin - Compresin

Ligante Carga mxima(kN)

Esfuerzo mximo(Mpa)

Deformacinunitaria

Mdulo(Mpa)

AC-20 46,38 5,91 0,0246 250

AC-20 (sumergido) 52,16 6,64 0,0273 244AC-20 / SBR 5% 40,69 5,18 0,0266 195

AC-20 / SBR 5% (sumergido) 45,16 5,75 0,0294 202

AC-20 / SBR 10% 29,24 3,72 0,0263 142

AC-20 / SBR 10% (sumergido) 37,33 4,75 0,0193 250


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Se aprecia que conforme aumenta el porcentaje de SBR, disminuye ladeformacin permanente, logrndose una reduccin de hasta el 50 % de ladeformacin para el asfalto modificado con 15 % de SBR.

De igual forma resulta que un porcentaje de SBR igual o menor al 5%, no tieneninguna influencia en el desempeo de la mezcla, debido a que las variacionesque presenta corresponden ms a la variacin de la propia prueba, que por laadicin del SBR.


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Conclusiones

El compactador giratorio (mtodo Superpave) tiene una mayor versatilidad que elmartillo Marshall para elaborar probetas asflticas con diferentes relaciones altura-dimetro, lo que permite realizar ms pruebas mecnicas.

Para obtener variacin en el desempeo de la mezcla asfltica, se deben tenerporcentajes de SBR mayores a 5%.

Las caractersticas determinadas como resultado de esta investigacin debida alos parmetros volumtricos se resume como sigue:

Con la adicin del SBR el grado de densificacin de la mezcla asfltica cambiadependiendo del tipo de compactador utilizado

Martillo Marshall: la densidad aumenta

Compactador giratorio: la densidad disminuye

Para porcentajes de SBR de 15% o mayores, las temperaturas de mezclado ycompactacin son tan altas que con un equipo convencional no se puede tener uncontrol adecuado de la densificacin de las mezclas, debido a los diferenciales detemperatura que se presentan.

Las propiedades de las mezclas asflticas determinadas en esta investigacin, sesintetizan a continuacin:

Tensin indirecta

Para mezclas asflticas elaboradas con el mtodo Superpave, conforme aumentael porcentaje de SBR se reduce la cohesin entre partculas (agregado mineral).En cambio, en el mtodo Marshall la adicin de SBR no parece tener unainfluencia significativa.

Las curvas esfuerzo-deformacin de las probetas fabricadas con la metodologaSuperpave, disminuyen conforme aumenta el porcentaje de SBR.

Ensayo Cntabro

Para porcentajes de 5% o mayores de SBR, se presenta un mayor desgaste enlas probetas realizadas con la metodologa Superpave.

Compresin axial sin confinar

Para porcentajes de SBR mayores a 5%, la mezcla asfltica compactada tiene unamejora un su deformacin a la falla (deformacin permanente), al igual que en susvalores de mdulo a la falla.


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Inmersin compresin

Las mezclas asflticas compactadas no presentaron susceptibilidad a la humedadpara ninguno de los porcentajes de SBR utilizados.

La resistencia mxima de la mezcla asfltica disminuye con la adicin de SBR.

Estabilidad y flujo Marshall

La adicin de SBR no parece tener influencia en la estabilidad y flujo de la mezclaasfltica compactada.

Analizador de pavimentos asflticos

Para mezclas asflticas modificadas con porcentajes mayores a 5% de SBR,existe una mejora sustancial en su susceptibilidad a la deformacin permanente,logrando disminuciones de hasta el 50% de la roderas.


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Laboratorios acreditados por EMA para los ensayos descritos en losdocumentos MM-054-010/03 y C-045-003/03, vigentes hasta el 9 de abril de

2007 (www.imt.mx)

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