el envejecimiento en mezclas asfálticas - ptcarretera.es · n°5 / 2015 caerns tecnlgics e la ptc....

El envejecimiento en mezclas asfálticas

Teresa López-MonteroRodrigo Miró

N°5 / 2015 CUADERNOS TECNOLÓGICOS DE LA PTC.


2

Teresa López-Montero

Rodrigo Miró

Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech

© Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC). Av. General Perón, 26 - 2º iz, 28020 Madrid.Reservados todos los derechos. ISBN: 978-84-617-9652-6

3


Resumen


Uno de los fenómenos que contribuyen en mayor medida al deterioro de las mezclas asfálticas con el tiempo es el envejecimiento, el cual se caracteriza principalmente por un endurecimiento del betún. Es por ello que resulta de gran interés su estudio así como su efecto en el comportamiento de las mezclas. Para ello, en primer lugar, es necesario conocer que, desde un punto de vista temporal, el envejecimiento ocurre en dos etapas: envejecimiento a corto plazo y envejecimiento a largo plazo. Además en el proceso de envejecimiento intervienen distintos mecanismos, los cuales están asociados a cambios de orden químico, físico, mecánico y reológico. Estos mecanismos se dividen en envejecimiento físico o químico. El efecto del envejecimiento dependerá de distintas variables, las cuales algunos autores dividen en variables intrínsecas, o sea las características propias de la mezcla, y en variables extrínsecas, las cuales producen algún tipo de alteración en el proceso de producción de la mezcla, el almacenamiento y transporte y la construcción de la capa de mezcla asfáltica. Por último, se mencionan los distintos ensayos de laboratorio que se han utilizado a lo largo de la literatura para simular los procesos de envejecimiento acelerado de betunes y mezclas bituminosas.

4

5


Índice de Contenidos


1. Introducción...............................................................................................................................................72. El fenómeno de envejecimiento..............................................................................................................93. El Betún....................................................................................................................................................124. Mecanismos asociados con el envejecimiento de las mezclas asfálticas...................................15 4.1. Fases del envejecimiento...........................................................................................................17 4.1.1. Envejecimiento a corto plazo.....................................................................................17 4.1.2. Envejecimiento a largo plazo.....................................................................................18 4.2. Envejecimiento físico y envejecimiento químico....................................................................18 4.2.1. Envejecimiento físico o endurecimiento estérico..................................................19 4.2.2. Envejecimiento químico..............................................................................................19 4.2.2.1. Volatilización..................................................................................................19 4.2.2.2. Oxidación........................................................................................................205. Variables que intervienen en proceso de envejecimiento................................................................21 5.1. Variables intrínsecas...................................................................................................................22 5.1.1. Betún..............................................................................................................................22 5.1.2. Áridos.............................................................................................................................22 5.1.3. Espesor de la película de betún................................................................................23 5.1.4. Contenido de huecos...................................................................................................24 5.2. Variables extrínsecas...................................................................................................................24 5.2.1. Temperatura..................................................................................................................24 5.2.2. Radiación Solar............................................................................................................256. Parámetros de evaluación y efectos del envejecimiento.................................................................277. Procedimientos de envejecimiento......................................................................................................31 7.1. Procedimientos de envejecimiento en betunes.....................................................................33 7.2. Procedimientos de envejecimiento en mezclas asfálticas..................................................38 7.2.1. Procedimientos de calentamiento prolongado......................................................40 7.2.2. Procedimientos oxidativos..........................................................................................46 7.2.3. Tratamientos de radiación ultravioleta y luz infrarroja.........................................47 7.2.4. Endurecimiento estérico.............................................................................................498. Conclusiones...........................................................................................................................................50Agradecimientos.........................................................................................................................................52Referencias..................................................................................................................................................54

6

7


1. Introducción


El firme de las carreteras y, en especial, el pavimento sufren una degradación gradual con el paso del tiempo. Esta degradación es debida a diferentes mecanismos de deterioro. Entre los más frecuentes, en firmes flexibles destaca la fisuración por fatiga y por fractura. Estos mecanismos de deterioro se encuentran influenciados tanto por las cargas mecánicas debidas al tráfico como por las condiciones ambientales a las que se encuentran sometidas las mezclas que componen los pavimentos.

Uno de los fenómenos que contribuyen al deterioro de las mezclas asfálticas es el del envejecimiento. Conocer su efecto, así como los distintos factores que influyen en el mismo es muy importante para evaluar el comportamiento de las mezclas asfálticas. Por este motivo, una mezcla asfáltica debe ser diseñada y construida no sólo para que resista las cargas impuestas por el tráfico, sino también la acción del envejecimiento.

Los mecanismos que intervienen en el proceso de envejecimiento se asocian a cambios químicos, físicos, mecánicos y reológicos [1]. Los cambios químicos son principalmente la volatilización y la oxidación, y son irreversibles, mientras que los físicos son reversibles. En ambos, se produce un reacomodamiento de la estructura molecular del ligante, provocando como consecuencia un endurecimiento del betún y de la mezcla asfáltica, y por consiguiente, la mezcla se convierte lentamente en un material frágil con una mayor probabilidad a fisurarse.

La consecuencia más importante debida a los cambios producidos en la mezcla por efecto del envejecimiento es la aparición de fisuras por las cuales es posible la percolación de agua hacia el interior de la mezcla, lo que conduce al debilitamiento de la unión adhesiva entre el betún y los áridos, provocando el fallo prematuro o bajo rendimiento de las mezclas bituminosas [2].

El mayor o menor efecto del envejecimiento es debido a distintas causas e intervienen muchas variables en el mismo. Entre ellas, las características propias de la mezcla, o variables intrínsecas, tales como el ligante, el espesor de la película de betún, los áridos y la cantidad de huecos. Por otra parte, hay las variables que intervienen en el proceso de producción de la mezcla, en su almacenamiento y transporte y en la construcción de la capa de mezcla bituminosa, denominadas variables extrínsecas. Estas son principalmente la temperatura y la radiación solar.

Los ensayos de laboratorio que se utilizan para simular los procesos de envejecimiento acelerado sobre los materiales asfálticos son tratamientos de temperatura, oxidación y radiación ultravioleta. Por lo general, los estudios sobre el daño en las mezclas asfálticas utilizan ensayos y equipos que no pueden reproducir totalmente la influencia que tiene cada uno de los componentes del ambiente sobre las propiedades mecánicas y reológicas de los ligantes y las mezclas asfálticas [3, 4, 5, 6]. La mayor parte de las investigaciones combinan estos ensayos y equipos para intentar evaluar la forma en la que cambian las propiedades de estos materiales cuando experimentan determinadas condiciones ambientales [7, 8, 9, 10]. Sin embargo, estos ensayos tienen como principal limitación que son aún incapaces de reproducir las condiciones reales a las cuales están expuestas las mezclas asfálticas in situ. Una forma de medir in situ la influencia del ambiente en el comportamiento de las mezclas asfálticas es realizando tramos de prueba o pistas de prueba a escala. La limitación de este tipo de pruebas radica en que son costosas y en ellas no se puede medir de manera directa, y por separado, la influencia que tienen las cargas vehiculares y el ambiente.

8

9


2. El fenómeno de envejecimiento


El fenómeno del envejecimiento en los betunes produce un cambio en su comportamiento reológico y en su composición [11]. Éste se caracteriza principalmente por un endurecimiento del betún y puede tener dos efectos: por un lado, incrementar la capacidad de soporte de cargas y, por otro, aumentar la resistencia a la deformación de la mezcla, produciendo un aumento en los valores de rigidez o reduciendo la flexibilidad del firme.

Aunque el aumento de la rigidez hace que el material envejecido muestre menores deformaciones permanentes (rutting) bajo cargas de tráfico, la pérdida de ductilidad de la mezcla la vuelve más propensa a daños por fatiga y pérdida de su potencial de recuperación. Por lo tanto, aunque la deformación del material envejecido es más pequeña, los pavimentos envejecidos generalmente fallan más rápido como resultado de la fisuración por fatiga [12, 13], como se muestra esquemáticamente en la Figura 1 [14].

Figura 1. Representación esquemática del efecto del envejecimiento en la vida útil de los pavimentos asfálticos [14].

Por el contrario, diversos estudios concluyen que, a pesar de que el material admite menores deformaciones en tracción a medida que aumenta su rigidez, la vida a fatiga o el número de ciclos para que el material envejecido falle (Nf) aumenta, Figura 2 [15, 16].

10


Figura 2. Evolución del número de ciclos de fallo con σ/E [15].

El envejecimiento de los materiales bituminosos es comúnmente expresado por el índice de envejecimiento [17]. La siguiente ecuación muestra la forma genérica del índice de envejecimiento (Ageing Index):

(1)

donde se refiere a alguna propiedad física (por ejemplo, viscosidad, punto de reblandecimiento del betún y/o rigidez de la mezcla asfáltica) medida sobre el material bituminoso no envejecido, y

sería la misma propiedad medida en la mezcla no envejecida pero, esta vez, medida sobre los materiales después de haber sido envejecidos.

El envejecimiento de las mezclas bituminosas se manifiesta por un endurecimiento del betún, siendo el envejecimiento de éste uno de los factores clave que determinan la vida útil de un firme [18]. Es por este motivo que, antes de discutir sobre los mecanismos asociados al envejecimiento de las mezclas, se va a dedicar un apartado a describir su efecto sobre el betún.

11

12


3. El Betún


El betún es un producto obtenido en el procesado del petróleo compuesto por una gran cantidad de hidrocarburos y sus derivados. Dependiendo de la temperatura a la que se encuentre, este material presentará un comportamiento viscoso o un comportamiento viscoelástico. Este material se comportará como un sólido elástico cuando se encuentre a temperaturas bajas y a medida que aumente la temperatura el comportamiento del material pasará a ser viscoso.

Los betunes han sido tradicionalmente descritos como sistemas coloidales donde las partículas sólidas (los asfaltenos) están dispersas en una matriz líquida aceitosa (los maltenos). Los cambios en el estado de la matriz de maltenos debidos a la temperatura provocan que el material se comporte como un sólido elástico o como un fluido newtoniano [19].

Debido a la gran cantidad de compuestos que se encuentran en los betunes asfálticos se hace necesaria su identificación a partir de la separación en grupos más homogéneos. En la actualidad, la mayor parte de los procedimientos separan los betunes mediante precipitación con hidrocarburos saturados de bajo peso molecular (n-~pentano o n-~heptano) [20]. A la fracción insoluble se le denomina asfaltenos y a la soluble maltenos. Estos últimos pueden dividirse en saturados, aromáticos y resinas. Por lo tanto, la composición de los betunes viene dada en función de las cantidades relativas de estas cuatro fracciones, denominadas SARA (Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos) (Figura 3). Es importante destacar que este procedimiento se encuentra vigente en la actualidad bajo la norma D4124 [21].

Figura 3. Separación en fracciones SARA para algunos betunes [22].

Los efectos de la funcionalidad de las cuatro fracciones SARA sobre las propiedades físicas del betún se han descrito de la siguiente forma [23]:

• Los asfaltenos, junto con los saturados y los aromáticos, son los responsables de las condiciones de flujo del betún.

13


• Los asfaltenos funcionan como espesantes. Las características reológicas del betún se ven muy afectadas por esta fracción. Al aumentar el contenido de asfaltenos, se obtendrá un betún de mayor dureza (menor penetración, mayor punto de reblandecimiento y, por lo tanto, mayor viscosidad).

• Los saturados y los aromáticos dan fluidez al betún.

• Las resinas proporcionan ductilidad a los betunes.

Corbett [23] concluyó que cada una de las fracciones tiene una determinada función en las propiedades físicas de las mezclas. Además las propiedades físicas de un determinado betún dependerán del conjunto combinado de estas fracciones y de las proporciones que representan cada una en el total del betún.

Los cambios en las fracciones SARA ponen de manifiesto las alteraciones químicas que se producen en los betunes. El mayor cambio en la composición química de los betunes ocurre durante la fase de mezclado y compactación de la mezcla bituminosa. Existen varios métodos (de manera físico-química o mecánica) que permiten, a partir de la composición del betún, obtener algunos índices que indican su comportamiento: índice de envejecimiento, índice de durabilidad, etc. El índice de durabilidad o Gaestel Index, Ic [24] es una expresión del potencial del betún a envejecer:

(2)

siendo los asfaltenos los componentes más pesados, formados por aromáticos complejos altamente polares; los saturados aceites viscosos no polares, compuestos mayoritariamente por cadenas lineales y/o ramificadas de hidrocarburos alifáticos de peso molecular entre 300 y 2000; los aromáticos son un grupo compuesto por cadenas no polares en las que predominan los anillos insaturados, y las resinas están formadas por compuestos muy polares y de mayor peso molecular.

Durante los procesos de fabricación y de puesta en obra de la mezcla bituminosa, así como en su posterior vida de servicio, se va produciendo el progresivo envejecimiento del ligante, que se traduce en una reducción en el contenido de aromáticos y un aumento en las resinas, lo que a su vez incrementa el contenido de asfaltenos, mientras que los saturados, en general, no presentan cambios, tal vez por su baja reactividad química [12, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]. Un valor límite del índice de durabilidad de 60 indica un ligante muy endurecido al final de su vida en servicio [32]. Los valores del ratio de envejecimiento o el índice de durabilidad no es un instrumento usual para la interpretación del grado de envejecimiento, ya que se ha demostrado que diferentes tipos de crudo dan diferentes tipos de betunes y composiciones químicas [33], siendo la sensibilidad al envejecimiento dependiente del ligante [34, 35, 36]. Sin embargo, el índice de durabilidad se puede utilizar dentro del mismo tipo de ligante para la evaluación del estado de envejecimiento.

14

15


4. Mecanismos asociadoscon el envejecimiento

de las mezclas asfálticas


El envejecimiento del betún, caracterizado por el endurecimiento del mismo, es un factor importante en el contexto de la resistencia a la fisuración de las mezclas asfálticas [37]. Éste es principalmente asociado con la pérdida de componentes volátiles y la oxidación del betún durante la construcción de la mezcla asfáltica, y con la oxidación progresiva del material durante su vida de servicio. Ambos factores causan un incremento en la viscosidad del betún y la consecuente rigidez de la mezcla. Otros factores que pueden contribuir al envejecimiento son la estructura molecular con el paso del tiempo (steric hardening) y la luz actínica (principalmente radiación ultravioleta).

Petersen [26] indicó que hay tres factores fundamentales, los cuales tienden a ser universalmente aceptados, que gobiernan los cambios que podrían causar el endurecimiento de los betunes:

1) Pérdida de volátiles: pérdida de los componentes oleosos del betún por volatilidad o por absorción por áridos porosos (exudación);

2) Oxidación: cambios en la composición química de las moléculas de betún por la reacción con el oxígeno del aire; y

3) Efectos tixotrópicos (endurecimiento estérico o steric hardening): estructuración molecular que produce efectos tixotrópicos.

Sin embargo, la lista exacta de factores difiere con este autor; Vallerga, et al. [38] sugieren seis factores, mientras que Traxler [39] identificó quince factores diferentes que pueden afectar a las propiedades químicas, reológicas y de adhesión de los betunes (Tabla 1). Algunos de estos factores son: las reacciones foto-químicas, la polimerización, la exudación de aceites, la acción del agua, las reacciones químicas y el deterioro microbiológico.

Tabla 1. Factores que afectan al envejecimiento del betún [17].

16


4.1. Fases del envejecimiento

Es aceptado a nivel mundial que, desde el punto de vista temporal, el envejecimiento ocurre en dos etapas [40, 41]: envejecimiento a corto plazo y envejecimiento a largo plazo. La primera, el envejecimiento a corto plazo (Short Term Aging, STA), se caracteriza por que la mezcla experimenta la volatilización y una parte de la oxidación de una manera muy rápida (el proceso es llevado a cabo en cuestión de horas); mientras que en la segunda etapa, correspondiente al envejecimiento a largo plazo (Long Term Aging, LTA), el proceso es lento y sus efectos se detectan con el paso de los años. El envejecimiento a largo plazo se asocia exclusivamente con la degradación producida por el medio ambiente durante la vida de servicio de las mezclas. La Figura 4 muestra de manera esquemática las fases del envejecimiento.

Figura 4. Etapas del proceso de envejecimiento [42].

4.1.1. Envejecimiento a corto plazo

El envejecimiento a corto plazo se produce durante la fabricación, el mezclado, el transporte y la colocación de la mezcla asfáltica. Éste se inicia tan pronto como se prepara la mezcla, siendo en la etapa de fabricación donde el betún será más rápidamente envejecido. Éste se debe especialmente al incremento de la temperatura del betún para poder proceder a la fabricación de la mezcla. Primero, el betún caliente (160ºC) es puesto en contacto con los áridos calientes (200 – 250ºC) y cubrirá los áridos con una película delgada. Esto llevará a la pérdida de volátiles, la oxidación y, en un primer contacto, el betún será parcialmente absorbido por los áridos (endurecimiento exudativo). Durante esta etapa, el oxígeno reacciona rápidamente con el betún caliente, aumentando el nivel de envejecimiento. Este aumento en el nivel de envejecimiento hace que aumente la viscosidad de la mezcla [14]. Mientras la mezcla es transportada, puesta en obra y compactada, estos procesos

17


continúan a un ritmo más lento. Durante el mezclado y colocación de la mezcla asfáltica, ésta envejece de tal manera que el gradiente de envejecimiento y viscosidad a lo largo de la profundidad del firme es despreciable.

4.1.2. Envejecimiento a largo plazo

El envejecimiento a largo plazo se refiere al proceso de oxidación del betún durante su vida en servicio. Éste se produce con el tiempo como resultado de factores ambientales, tales como la temperatura, el oxígeno disponible en la atmósfera, la radiación UV y la humedad, después de la construcción del pavimento asfáltico [43], y de las cargas durante su vida en servicio. Durante esta etapa, el oxígeno existente en la atmósfera está en contacto con la superficie difundiéndose en la estructura del firme. La tasa de oxidación es más baja que para el corto plazo, ya que se requiere más tiempo para que el oxígeno se difunda a través del espesor de las capas de firme. Sin embargo, sigue siendo cuantificable, ya que el periodo de este proceso es más largo. En esta etapa, la velocidad de oxidación disminuye con la profundidad de la capa bituminosa [42, 35] y, consecuentemente, la tasa del aumento de la viscosidad también disminuye [14, 44, 45]. Esto es debido a un constante suministro de oxígeno, a las altas temperaturas que ocurren en la superficie y la foto-oxidación UV. El efecto del envejecimiento a largo plazo se asocia con un incremento de la viscosidad y la rigidez de la mezcla asfáltica. Nunn, et al. [46] demostraron que, para un gran número de firmes envejecidos (15 años en servicio) con un tráfico poco intenso, la penetración se reducía desde 100 dmm a un rango entre 20 dmm y 50 dmm para mezclas asfálticas densas. Es por ello, que la vida de servicio esperada para las capas superiores se encuentra entre 7 y 10 años, y para las capas base es superior a los 20 años.

4.2. Envejecimiento físico y envejecimiento químico

El envejecimiento de las mezclas asfálticas es una convergencia de varios procesos durante su vida útil [47] y se puede atribuir a envejecimiento químico y envejecimiento físico o endurecimiento estérico [48, 49]. Cualquiera que sea el tipo de envejecimiento, se produce un endurecimiento cuyos efectos aumentan el riesgo de formación de grietas. El betún pierde su capacidad de relajar la tensión ante cargas de tráfico repetidas y ante procesos de enfriamiento [50]. Es por ello que los problemas de durabilidad de las mezclas se encuentran estrechamente vinculados a la capacidad del betún para resistir la oxidación y/o el endurecimiento físico.

Es necesario considerar que los mecanismos de volatilización y oxidación, son de carácter químico, mientras que el endurecimiento estérico corresponde a un reacomodamiento estructural y, por lo tanto, de carácter físico. A continuación se describen estos dos tipos de envejecimiento: físico y químico.

18


4.2.1. Envejecimiento físico o endurecimiento estérico

El envejecimiento físico o endurecimiento estérico es el correspondiente al cambio en la orientación o reorganización molecular en la estructura del betún y la lenta cristalización de ceras a temperatura ambiente [51], es decir, la cristalización de los alkanes lineares presentes en las fracciones de asfalteno. Debido a esta reorganización molecular, el asfalto se endurece a temperatura ambiente a lo largo del tiempo, caracterizándose por ser un proceso físico mediante el cual las propiedades reológicas del betún cambian sin modificar su composición química. Por lo tanto, este proceso es reversible, pudiendo revertirse mediante exposición a calor o trabajo mecánico [52].

4.2.2. Envejecimiento químico

El envejecimiento químico es el más importante y complejo, y corresponde a pérdida de volátiles, endurecimiento debido a la exudación, y principalmente a un proceso de oxidación. La suma de estos tres procesos químicos conduce a un endurecimiento de la mezcla bituminosa [42], consecuencia del envejecimiento del betún, el cual se vuelve más duro y quebradizo [19]. Al contrario que el endurecimiento físico, este tipo de endurecimiento es irreversible.

4.2.2.1. Volatilización

El fenómeno de volatilización se define como la pérdida de peso del betún debido a la evaporación de sus componentes volátiles. Esta pérdida de peso, a su vez, reduce las propiedades de flujo del betún, es decir, su viscosidad, especialmente dada la velocidad con la que se produce la volatilización. Los investigadores han encontrado que la viscosidad aumenta entre el 150 y el 400% [53, 54].

La volatilización sólo juega un papel importante durante la fabricación de la mezcla bituminosa (altas temperaturas), ya que el betún de penetración tiene un carácter volátil bajo. Este hecho vincula a la volatilización con el envejecimiento a corto plazo de la mezcla bituminosa, donde las temperaturas alcanzan y sobrepasan los 150°C, punto en el cual las fracciones que componen el betún comienzan a evaporarse. De acuerdo con Read y Whiteoak [42] una temperatura adicional de 10 a 12°C podría duplicar las emisiones de volátiles.

Cuando la película de betún entra en contacto con los áridos a temperaturas de 150°C o superiores, las fracciones aromáticas se evaporan y los asfaltenos aumentan generalmente entre el 1 y el 4% en peso [12]. El vapor y los gases son producidos como resultado de esta reacción en función de la superficie de contacto entre la película de betún y los áridos [55]. Aunque la volatilización se produce principalmente durante la fabricación de las mezclas bituminosas, también puede ocurrir durante el almacenamiento, transporte y colocación.

19


4.2.2.2. Oxidación

El envejecimiento oxidativo se define como el fenómeno por el cual aparecen reacciones químicas graduales entre el oxígeno, difundido en el interior de la mezcla a través de los huecos de aire interconectados, y la interfaz árido-ligante [56, 57, 58]. Este fenómeno es uno de los factores más importantes que contribuyen al endurecimiento y fragilización de las mezclas, aumentando la rigidez de éstas, reduciendo su ductilidad, y pudiendo afectar a su resistencia a la fisuración [59], y a su vida a fatiga [14].

El proceso de oxidación origina un aumento en la consistencia del betún, así como la pérdida de volátiles [60]. El aumento exagerado de la consistencia, especialmente en condiciones de mucho tráfico, puede reducir significativamente la vida útil del pavimento.

El proceso de oxidación ocurre principalmente durante el mezclado con los áridos, relacionado con el tiempo, temperatura, huecos y espesor de la capa de betún. Sin embargo, también tiene lugar, aunque en menor medida, durante el transporte, compactación y vida de servicio de las mezclas.

Durante el proceso de oxidación, varios grupos moleculares realizan vínculos con el oxígeno. Estas transformaciones químicas conducen a un grupo polar fuerte como los sulfóxidos (oxidación de sulfuro), ácidos carboxílicos, cetonas, anhídrido dicarboxílico [35]. Estos grupos polares tienden hacia micelas, incrementando la viscosidad. Robertson [61] informó de que la polaridad debida al mecanismo de envejecimiento es muy importante y contribuye significativamente en la polaridad de las mezclas bituminosas. Glover, et al. [59] afirman que un aumento en las fracciones polares conduce a su vez a la rigidez del betún visto como un aumento en el módulo de elasticidad y la viscosidad.

20

21


5. Variables que intervienenen proceso

de envejecimiento


El envejecimiento en las mezclas asfálticas es un fenómeno producido por la interacción de diversas variables, de las cuales dependerá su vida en servicio [62]. Éstas se pueden dividir en dos tipos: variables intrínsecas y extrínsecas, las cuales se describen a continuación.

5.1. Variables intrínsecas

Las variables intrínsecas son aquellas relacionadas con las características internas de las mezclas asfálticas, es decir, los materiales y las características de fabricación. Referidos a los materiales se encuentran el betún y los áridos, mientras que el espesor de la película de betún, el porcentaje de huecos y la permeabilidad se clasifican como características propias de la fabricación de la mezcla.

5.1.1. Betún

Las características de oxidación del ligante, así como la composición química inicial, condicionan el comportamiento y durabilidad del firme después de su construcción [63].

El envejecimiento in situ que ocurre en los betunes de las mezclas bituminosas que conforman las carreteras se caracteriza por [64]:

• Cambios en su composición genérica tales como la aparición de funciones oxidadas y la transformación de los componentes aromáticos en resinas seguida por la transformación en asfaltenos.

• Modificación de sus propiedades: incremento del punto de reblandecimiento y disminución del valor de penetración.

• Variaciones en propiedades reológicas tales como viscosidad, módulo complejo y ángulo fase.

5.1.2. Áridos

Es escasa la evidencia científica sobre la incidencia de los áridos en el fenómeno de envejecimiento; de hecho, algunos autores consideran que los áridos son materiales inertes que no son objeto de reacciones químicas que alteren su composición al ser mezclados con otros materiales [41]. Sin embargo, otros autores hablan de no solo hay que tener en cuenta en el proceso de envejecimiento el betún, sino que también es importante estudiar la interacción entre el ligante y los áridos [65]. Dependiendo del tipo de árido (naturaleza mineralógica y características de superficie), el comportamiento a envejecimiento de un mismo ligante mezclado con diferentes tipos de árido

22


puede variar debido al contenido mineral en la superficie de los áridos, las propiedades de adsorción de los áridos, y la orientación de las moléculas polares del ligante en las proximidades de la interfaz ligante-superficie mineral [66, 67].

Según Wu y Airey [67], los áridos pueden afectar al envejecimiento del ligante de dos formas. La primera es que la adsorción de fracciones de ligante por la superficie de los áridos romperá el balance proporcional de las fracciones del ligante, lo cual conducirá a un ligante peor disperso y, por lo tanto, puede promover la tasa de envejecimiento del betún. En segundo lugar, algunos componentes minerales de la superficie de los áridos puede catalizar la oxidación del betún.

Autores como Kumar y Goetz [68], entre otros [69, 70, 71], sugieren que es más importante el espesor de la película de betún que envuelve a los áridos, y que, por ello, los áridos no tienen influencia en el envejecimiento de las mezclas asfálticas. Estos mismos autores expresan que las funciones de la mezcla no se ven alteradas por la mineralogía de los áridos [72], siendo el contenido de fíller el elemento que tenga mayor influencia en el envejecimiento de las mezclas.

La incorporación de fíller provoca que las propiedades del ligante varíen, haciendo que éste forme una capa más gruesa (mástico) con unas condiciones de fluidez diferentes, mejorando la adherencia entre el árido y el ligante y aumentando el espesor de la película de ligante que rodea a los áridos, mejorando las propiedades de la mezcla frente a envejecimiento y, por lo tanto, retardándolo [73]. Los beneficios del fíller para reducir el envejecimiento han sido demostrados por diferentes estudios, usando comúnmente calcio carbonatado, cal hidratada, cemento portland o arenas finas como fílleres. El uso de este tipo de fílleres como tratamiento frente a envejecimiento mostró que éstos generan pequeñas reducciones en la penetración, pequeños incrementos en la temperatura del punto de reblandecimiento y pequeños incrementos en la viscosidad, lo cual indica un menor envejecimiento [74]. De la misma forma, algunos fílleres influyen significativamente en la reducción de la fisuración de las mezclas y en la mejora de su comportamiento viscoelástico [75, 76, 77].

5.1.3. Espesor de la película de betún

El espesor de la película de betún afectará también a la tasa de envejecimiento. Un mayor espesor de la película de betún produce una mayor resistencia al envejecimiento [51], y también una mejor resistencia a la fatiga [78].

La película de betún es la que realmente va a verse afectada por el envejecimiento y, por lo tanto, es ésta la que se endurece por efecto del envejecimiento. Es por ello que un espesor de película de ligante adecuado va a asegurar la durabilidad de la mezcla asfáltica. Teniendo esto en cuenta, es razonable que los ensayos de laboratorio para simular el envejecimiento en betunes se realicen sobre muestras de película delgada de betún, del orden de uno a tres milímetros de espesor.

Al tratarse de un material homogéneo, el espesor de la película de betún en las mezclas bituminosas no es constante, ya que los áridos finos pueden ser recubiertos por una capa más espesa que los gruesos. Generalmente, se considera un espesor promedio de la película de betún. Ésta suele

23


ser del orden de 15 a 20 micrones [79], siendo el espesor mínimo recomendado del orden de 6 a 8 micrones; sin embargo, no existe suficiente evidencia en la literatura para esa recomendación [70].

5.1.4. Contenido de huecos

Generalmente es asumido que la tasa de envejecimiento es función del contenido de huecos en las mezclas [80, 64, 2]. Mezclas con un alto contenido de huecos envejecen más rápido, aunque la tasa de envejecimiento depende de las propiedades del betún. Esto se debe a que el flujo de aire y agua a través de los huecos permite la oxidación del betún. Cuanto mayor sea la percolación de aire y agua en la capa mayor será la oxidación del betún [52]. El tamaño y la distribución de los huecos de aire en las mezclas asfálticas dependen de las propiedades de los áridos, el diseño de la mezcla y el proceso de compactación.

La principal función de los huecos en las mezclas asfálticas es la de proporcionar unos espacios que permitan a la mezcla poder estabilizarse, es decir, que si se produce un incremento de temperatura, el ligante, que tiende a fluir, pueda ocupar los huecos existente en la mezcla. Es de anotar que el exceso de huecos genera deformaciones y permite el paso de agua y/o vapor, mientras que el defecto de huecos, un contenido muy bajo de huecos, produce deformaciones plásticas y problemas de exudación, entre otros. Por este motivo, es importante que exista un equilibrio en la cantidad de huecos y también en su distribución.

Un porcentaje de huecos alto en la mezcla provoca un incremento significativo en el módulo de resiliencia y en la viscosidad [81]. En cambio, mezclas con contenidos de huecos bajos experimentan un leve incremento en el módulo, pero sus valores son cercanos al inicial [53].

5.2. Variables extrínsecas

Investigadores que han estudiado los efectos del envejecimiento sobre betunes convencionales y modificados han establecido que variables como la temperatura, la radiación ultravioleta o la presión generan procesos de oxidación que producen envejecimiento en los materiales [13, 39]. A continuación se describen algunas de estas variables.

5.2.1. Temperatura

Para la fabricación de la mezcla el betún es calentado a temperaturas entre 150 y 170ºC, temperatura a la cual se produce la volatilización de algunos de sus componentes. Es por ello que la temperatura es sin duda el primer agente externo al cual es sometida la mezcla asfáltica para su elaboración [41].

24


A 150ºC comienza el proceso de volatilización del ligante, la cual puede incrementarse sustancialmente al aumentar la temperatura del mismo. La cantidad de volátiles puede incrementarse al doble al aumentar entre 10 y 12ºC la temperatura. Esta variable es de gran importancia durante el transporte, producción y colocación de las mezclas, ya que de exceder los valores mencionados se producirá un envejecimiento prematuro de las mezclas, lo que reduce su vida de servicio. El estudio de Dessouky, et al. [82] demostró que el manejo de mezclas a temperaturas de 185ºC, aproximadamente, provoca un mayor envejecimiento que el producido a temperaturas de 143°C.

Además, los cambios de temperatura producidos por el clima y el tráfico hacen que, conforme pasa el tiempo, el betún se oxide y presente un comportamiento quebradizo con la consecuente aparición de grietas.

5.2.2. Radiación Solar

La radiación solar es uno de los factores responsables del envejecimiento de los betunes, provocando la disminución en la vida útil de las mezclas asfálticas [83]. La influencia de la radiación solar sobre la degradación del betún se conoce desde 1822, pero esta influencia normalmente ha sido ignorada en las simulaciones de envejecimiento en laboratorio ya que se ha encontrado que, debido al alto coeficiente de absorción de radiación del betún, la radiación solar afecta sólo a las capas superiores del pavimento asfáltico [10]. Sin embargo, Durrieu, et al. [84] informan de que la influencia de la radiación ultravioleta sobre el envejecimiento de las capas superiores de pavimento bituminoso no puede ser ignorada ya que la degradación es rápida.

Esto se ha explicado por el hecho de que la fase orgánica del betún, que es muy sensible al envejecimiento, está directamente involucrada en la evolución de las propiedades de la superficie. El efecto del envejecimiento en las propiedades de la superficie del pavimento es relativamente desconocido [85]. Recientes investigaciones sobre la evolución de las características de la superficie del pavimento han mostrado que el coeficiente de fricción de especímenes extraídos de partes de la carretera sin circulación de tráfico (carriles de parada de emergencia en autovías) se incrementa fuertemente en los primeros 12 meses (Figura 5) [86].

25


Figura 5. Coeficiente de fricción de especímenes de betún [86].

Araújo, et al. [83] observaron que las mezclas bituminosas después del envejecimiento muestran signos de degradación en forma de alteraciones visibles en su superficie, como grietas y manchas blancas (Figura 6). De los resultados obtenidos concluyeron que la exposición del pavimento bituminoso a la radiación solar aumenta la porosidad del betún en mezclas bituminosas en caliente y acelera la degradación del pavimento, causando la eliminación del fíller de relleno y un aumento en la probabilidad de inicio de la grieta. De su estudio concluyeron que la adición de sustancias que promueven la protección solar en el pavimento puede contribuir a minimizar la degradación por la radiación solar.

Figura 6. Muestras de mezcla bituminosa en caliente antes del envejecimiento (I) y después de 2000 horas de exposición a envejecimiento (II) [83].

26

27


6. Parámetrosde evaluación y efectos

del envejecimiento


La mayoría de los parámetros de evaluación del envejecimiento consisten en medidas de consistencia del betún, tales como penetración, viscosidad y ductilidad. Para las mezclas asfálticas, Pauls y Welborn [87] usaron la resistencia a compresión de las mezclas degradadas como parámetro de evaluación. Kemp y Predoehl [88] usaron el módulo resiliente de éstas, al igual que Rondón y Reyes [15], los cuales también estudiaron la evolución de la deformación permanente (Figura 7) para evaluar la rigidez y la resistencia a fatiga bajo las condiciones ambientales de la ciudad de Bogotá D.C. (Colombia). Kim, et al. [2] establecieron la relación de módulos y el punto de fragilidad Fraass como variables para valorar el envejecimiento, considerando éstos como buenos indicadores para medir la tasa de envejecimiento de mezclas asfálticas y betunes, respectivamente. Estos autores observaron cómo para valores altos del módulo, las mezclas envejecidas presentaron la vida a fatiga más larga. Además mostraron que la fatiga de las mezclas con diferentes niveles de compactación cambia ligeramente con el tiempo de envejecimiento.

Figura 7. Evolución de la deformación vertical permanente con el tiempo de envejecimiento (t) para mezclas fabricadas con CA 80-100 y CA 60-70 [15].

El aumento en la rigidez de las mezclas por efecto del envejecimiento genera un incremento en la resistencia a las roderas. La formación de roderas (rutting) en la capa superior del pavimento se produce por la acumulación de la deformación plástica en la mezcla como resultado de la repetición de cargas y se considera un fallo estructural de los pavimentos asfálticos. Este fenómeno ocurre con mayor severidad a altas temperaturas y produce un mayor impacto en las mezclas sin envejecer que en las envejecidas. Por tal razón, se hace necesario relacionar la respuesta elástica del pavimento con las cargas dinámicas del tráfico.

El alcance y la uniformidad del envejecimiento en probetas compactadas cuando se someten a tiempos limitados de envejecimiento pueden ser cuestionados. Debido al extenso tiempo necesario para simular el envejecimiento a largo plazo de mezclas asfálticas en un laboratorio (i.e., la AASHTO R30 recomienda el envejecimiento a largo plazo de las mezclas asfálticas compactadas a 85ºC durante 120 h), en la práctica para evaluar su resistencia a la fisuración por fatiga, éstas son

28


sólo envejecidas a corto plazo antes de la compactación.

Arega, et al. [37] se preguntaron si la resistencia a la fisuración por fatiga de las diferentes mezclas (como se determina sólo después de envejecimiento a corto plazo) cambia significativamente después del envejecimiento a largo plazo. Uno de los principales objetivos de su estudio fue evaluar si la rigidez y la resistencia a la fatiga de diferentes mezclas cambian después de ser envejecidas a largo plazo. De esta forma, compararon la resistencia a la fisuración por fatiga y la rigidez de morteros asfálticos antes y después de ser sometidos a envejecimiento a largo plazo. De su estudio, se observa que la rigidez y la vida a fatiga varían en función del tipo de betún usado. Esta variación se debe a las diferencias en los porcentajes de betún absorbidos por los áridos. Al aumentar el porcentaje de betún absorbido por los áridos, la mezcla posee menor cantidad de betún efectivo, resultando en una mayor susceptibilidad a la rigidez y una susceptibilidad a la fisuración por fatiga potencialmente diferente [89]. Por último, concluyen que el orden de magnitud de la resistencia a la fisuración por fatiga de las diferentes combinaciones ligante-aditivo no cambia significativamente después del envejecimiento a largo plazo. La Figura 8 muestra que el ranking de la fisuración por fatiga de las probetas antes de ser sometidas a envejecimiento a largo plazo correlaciona bien con el de aquellas después del envejecimiento a largo plazo. Esto muestra que las probetas envejecidas a corto plazo pueden ser utilizadas para evaluar la resistencia a la fisuración por fatiga de las mezclas, aunque estos autores sólo lo recomiendan en caso de no tener recursos suficientes para estudiar el largo plazo.

Figura 8. Ranking de la vida a fatiga de las muestras antes y después de ser sometidas a envejecimiento a largo plazo [37].

El incremento de la viscosidad y la reducción de la ductilidad de los betunes en las mezclas asfálticas producen paulatinamente el agrietamiento (cracking) de la superficie de la capa de rodadura. El agrietamiento térmico puede producirse por dos situaciones, la primera por un descenso puntual de la temperatura que rompe la superficie de rodadura y la segunda, por la fatiga del material debido a la repetición de cargas.

29


Como revelan Kane, et al. [90], el fenómeno del envejecimiento influye en la resistencia al deslizamiento. Estos demostraron que el fenómeno del envejecimiento, sólo debido al efecto del medio ambiente, no se puede ignorar a la hora de predecir la evolución de la resistencia al deslizamiento.

Para evaluar el efecto del envejecimiento sobre características de la superficie del pavimento, el procedimiento de muestreo clásico no es adecuado, ya que las muestras se toman a menudo a partir de una capa de varios centímetros [85]. El betún recuperado de tales muestras no representa el material de la superficie expuesta a las condiciones ambientales: el sol, la lluvia y el aire. Es por ello por lo que estos autores presentaron un nuevo protocolo para caracterizar la evolución química del betún situado en la superficie de las mezclas asfálticas.

Después de la validación del protocolo expuesto por estos autores, éste se utilizó para la caracterización del envejecimiento de la superficie, proporcionando una mejor comprensión de la influencia del envejecimiento sobre características de la superficie del pavimento, así como de la resistencia al deslizamiento.

30

31


7. Procedimientos de envejecimiento


Los métodos de envejecimiento de los materiales bituminosos pueden ser divididos en dos categorías; concretamente: ensayos realizados en betunes y ensayos realizados en mezclas bituminosas.

Los ensayos habitualmente empleados se basan en envejecer una película muy fina del ligante. También se procede al envejecimiento de muestras de cierto espesor depositadas en cápsulas o recipientes abiertos, o al envejecimiento del ligante en la mezcla una vez se ha llevado a cabo la envuelta de los áridos. En este último caso, puede hacerse con la mezcla compactada y sin compactar.

El envejecimiento se lleva a cabo mediante calentamiento (manteniendo la muestra en estufa a una temperatura elevada), oxidación (la presencia de oxígeno a una determinada presión acelera las reacciones de oxidación y simula el envejecimiento a largo plazo) o tratamiento con rayos ultravioletas y/o infrarrojos (para acelerar las reacciones de tipo foto-químico).

En gran parte de los casos de envejecimiento en laboratorio realizados en betunes se utilizan hornos de envejecimiento de película delgada para envejecer el betún de forma acelerada (por ejemplo, Thin Film Oven Test (TFOT) y Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT)). Estos ensayos intentan estimar la resistencia de los betunes al fenómeno de oxidación que tiene lugar durante el proceso de fabricación y extendido de la mezcla, en el que el betún está en contacto con el aire a elevadas temperaturas (envejecimiento a corto plazo). Para incluir el endurecimiento a largo plazo, que se produce durante la vida útil del betún, el procedimiento a corto plazo es habitualmente combinado con el procedimiento Pressure Oxidative Ageing (por ejemplo, Pressure Ageing Vessel (PAV)).

Además del envejecimiento artificial de los betunes, a lo largo de la literatura, se han definido una serie de métodos para envejecer artificialmente las mezclas bituminosas. Sin embargo, la correlación de estos métodos con los datos de campo es extremadamente difícil, ya que depende de numerosos factores, tales como la localización de la carretera, la exposición al sol, el clima, el tipo de mezcla y el contenido de huecos.

El procedimiento básico consiste en envejecer artificialmente la mezcla y luego evaluar el efecto del envejecimiento sobre los parámetros clave de la mezcla (por ejemplo, la rigidez, la viscosidad, la resistencia).

La mayoría de los estudios iniciales sobre el envejecimiento de mezclas asfálticas implican ensayos en el ligante recuperado como detallan Hubbard y Gollomb [91] y Shattuck [92]. Por ello, es comprensible que estos ensayos se basen en procedimientos aceptables y racionales para la extracción y recuperación del betún de las mezclas asfálticas [93].

32


7.1. Procedimientos de envejecimiento en betunes

En los últimos setenta años se han llevado a cabo numerosos intentos para correlacionar el envejecimiento acelerado de los betunes en el laboratorio con su comportamiento en servicio. Para simular el envejecimiento de los betunes se han desarrollado distintos ensayos de laboratorio siguiendo los siguientes principios:

• Según el factor que produce el envejecimiento: ensayos usando un flujo de aire caliente por medio de un horno, ensayos usando calor y presión, y ensayos en combinación con UV.

• Considerando la escala de tiempo del envejecimiento: envejecimiento a corto plazo y envejecimiento a largo plazo.

En la Tabla 2 se incluye una lista con los procedimientos de envejecimiento de betunes más habituales.

Tabla 2. Métodos de envejecimiento de betunes (modificado a partir de [10]).

Método de ensayo T D P e Otro ReferenciasThin film oven test (TFOT) 163 5 50 3200 - [94, 95, 96]Modified thin film oven test (MTFOT) 163 24 - 100 - [97]

Rolling thin film oven test (RTFOT) 163 1,25 35 1250 Air flow - 4000 ml/min [98, 99, 100]

Extended rolling thin film oven test (ERTFOT) 163 8 35 1250 Air flow - 4000 ml/min [97]

Nitrogen rolling thin film oven test (NRTFOT) 163 1,25 35 1250 N2 flow - 4000 ml/min [101]

Rotating Flask test (RFT) 165 2,5 100 - Flask rotation - 20 rpm [102]Shell microfilm test 107 2 - 5 - [103]Modified Shell microfim test 99 24 - 20 - [98]Modified Shell microfim test 107 2 - 15 - [39, 104]Rolling microfilm oven test (RMFOT) 99 24 0,5 20 Disolvente benceno [16]

Modified RMFOT 99 48 0,5 20 1,04 m Φ apertura [105]Tilt-oven durability test (TODT) 113 168 35 1250 - [88]Alternative TODT 116 100 35 1250 - [106]Thin film accelerated aging test (TFAAT)

130 o 113

24 o 72 4 160 3 mm Φ apertura [79]

Modified rolling thin film oven test (RTFOTM) 163 1,25 35 1250 Varillas de acero [107]

Iowa durability test (IDT) 65 1000 Residuo TFOT - 50 g 3200 2,07 MPa - oxígeno puro [108]

Pressure oxidation bomb (POB) 65 96 Residuo ERTFOT 30 2,07 MPa - oxígeno puro [97]Accelerated ageing test device/Rotating cylinder ageing test (RCAT)

70-110 144 500 2000 4-5l/h - oxígeno puro [109, 110]

Pressure ageing vessel (PAV) 90-110 20 Residuo RTFOT o RFOT - 50 g 3200 2,07 MPa - aire [54]

High pressure ageing test (HiPAT) 85 65 Residuo RTFOT -

50 g 3200 2,07 MPa - aire [111]

33


donde T es la temperatura (ºC), D es la duración (h), P es el tamaño de la muestra (g) y e es el espesor de la muestra (µm).

El ensayo TFOT (Thin Film Oven Test), introducido por primera vez por Lewis y Welborn [94] para diferenciar betunes con diferentes características de volatilidad y de endurecimiento, tiene como objetivo reproducir el envejecimiento del ligante durante el mezclado en una planta de mezclado. En el TFOT, una muestra de 50 ml de betún colocada en un recipiente plano de 140 mm de diámetro y 9,5 mm de profundidad, donde el espesor de película de betún es de 3,2 mm, aproximadamente, se introduce en un recipiente giratorio (5 a 6 rpm) en el horno a 163ºC durante 5 horas (Figura 9). El recipiente giratorio posibilita la introducción de dos o más de estas bandejas en el horno al mismo tiempo. El TFOT fue adoptado por la AASHTO en 1959 y por la ASTM en 1969 [96] como un medio para evaluar el endurecimiento del betún durante el mezclado.

Figura 9. Horno de envejecimiento TFOT [17].

Según Airey [10], una crítica importante del ensayo TFOT es que el espesor de la película de betún se traduce en un gran volumen de superficie expuesta por el betún a envejecer. Como el betún no se agita o gira durante el ensayo, hay una preocupación de que el envejecimiento (principalmente la pérdida de volátiles) pueda limitarse a la superficie de la muestra de betún.

La preocupación del ensayo del betún en películas relativamente gruesas condujo a modificar el procedimiento TFOT para envejecer y ensayar los betunes en espesores de micropelícula. Por ejemplo, Edler, et al. [97] usó el ensayo Modified Thin Film Oven Test (MTFOT) en el cual la película de betún pasa de 3,2 mm a 100 µm y aumentó el tiempo de exposición a las 24 h. El objetivo de este ensayo modificado a partir del TFOT fue el de incluir el endurecimiento oxidativo del betún y la

34


pérdida de volátiles. Es por ello, que el proceso de envejecimiento en este ensayo es más severo.

La modificación más importante del TFOT ha sido el RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test). Éste fue desarrollado por la División de Carreteras de California y es usado para medir el efecto combinado del calor y del aire en una película delgada de betún, simulando el endurecimiento del betún debido al mezclado, transporte y compactación de la mezcla, es decir, el envejecimiento a corto plazo. El ensayo RTFOT consiste en girar ocho recipientes cilíndricos de vidrio, que contienen cada uno 35 g de betún, en un estante que gira verticalmente, mientras que se insufla aire caliente sobre la muestra a envejecer [98]. Durante el ensayo, el betún se desliza continuamente alrededor de las paredes del recipiente cilíndrico, en películas relativamente delgadas de 1,25 mm, a una temperatura de 163ºC durante 75 min. El carro vertical circular gira a una velocidad de 15 revoluciones/min y el flujo de aire se ajusta a una velocidad de 4 l/min. El método asegura que todo el betún se expone al calor y al aire, y el continuo movimiento asegura que no se desarrolla ninguna capa superficial que proteja el betún. El RTFOT, por lo tanto, simula mucho mejor el endurecimiento que el betún experimenta durante el mezclado [98, 112]. El endurecimiento producido en el RTFOT correlaciona razonablemente bien con el observado en un mezclador discontinuo convencional, aun cuando las condiciones de este ensayo no son idénticas a las encontradas en campo [113]. En 1970 la ASTM adoptó el RTFOT como ASTM D2872 [114].

Las condiciones del ensayo parecen envejecer el betún de manera homogénea, sin embargo, Rosales, et al. [115] encontraron segregación del betún en los recipientes: el ligante vertido no tiene las mismas características reológicas que el ligante que queda en el interior de los recipientes de vidrio.

Ballié, et al. [116] realizaron una extensa investigación para establecer la correlación del ensayo RTFOT con las mezclas envejecidas in situ. En el estudio, los betunes antes y después de ser sometidos al RTFOT fueron examinados y comparados con los mismos betunes recuperados a partir de mezclas de pistas de carretera. El estudio mostró que tanto la procedencia como el grado del betún juegan un papel importante en la susceptibilidad térmica del ligante después de revestir los áridos. El proceso de fabricación y la composición de las mezclas no tienen un efecto relevante. En general, el ensayo RTFOT posee una buena capacidad de predicción para el envejecimiento a corto plazo -con un ligero exceso de endurecimiento- con una precisión aceptable.

El RTFOT también ha sufrido ciertas modificaciones a lo largo de los años, siendo la mayoría de ellas menores; por ejemplo, el Extended Rolling Thin Film Oven Test (ERTFOT) utilizado por Edler, et al. [97] establece un periodo de tiempo de 8 horas en lugar de 75 minutos, mientras que Kemp y Prodoehl [88] usaron un periodo de 5 horas. Para determinar de forma más precisa la pérdida real de volátiles en el ensayo se desarrolló el ensayo Nitrogen Rolling Thin Film Oven (NRTFOT) [101], siendo este procedimiento similar al estándar, aunque en este caso se sopla nitrógeno en lugar de aire sobre la superficie del betún.

Para simular el envejecimiento oxidativo del betún durante su vida de servicio, es decir, el envejecimiento a largo plazo, el equipo de investigación SHRP-A-002A desarrolló el ensayo PAV (Pressure Ageing Vessel) [54, 117]. El método implica el envejecimiento del betún con el ensayo RTFOT o TFOT, seguido de la oxidación del residuo en un recipiente, el cual se introduce en una

35


cámara a presión. Según la normativa europea para el ensayo PAV (EN 14769), este procedimiento consiste en colocar una película fina de ligante (50 g de betún) en una bandeja plana de 140 mm de diámetro quedando una película de ligante de 3,2 mm de diámetro y someterlo a una presión de 2,07 MPa durante 20 h para temperaturas entre 90 y 110ºC [118] (Figura 10) o durante 65 horas a una temperatura de 85ºC.

Figura 10. Procedimiento PAV (Pressure Ageing Vessel) [119].

Migliori y Corte [7] analizaron la posibilidad de simular el envejecimiento a corto plazo y el envejecimiento a largo plazo en betunes no modificados a través del ensayo PAV en lugar del ensayo RTFOT para envejecimiento a corto plazo y el RTFOT + PAV para envejecimiento a largo plazo. De su estudio, concluyeron que el envejecimiento a corto plazo RTFOT equivalía a 5 horas de envejecimiento PAV a 100ºC y 2,07 MPa y que el envejecimiento mediante RTFOT + PAV fue similar a 25 horas de envejecimiento PAV a 100ºC y 2,07 MPa.

El Centro de Investigación de la Carretera de Bélgica (BRRC) desarrolló el dispositivo de envejecimiento RCAT (Rotating Cylinder Ageing Test) para simular el envejecimiento de betunes y másticos en el laboratorio, tanto a corto plazo como a largo plazo [109, 110]. Según la norma europea (EN 15323) entre 500 y 550 g de betún o mástico es acondicionado en un cilindro de acero inoxidable que gira durante el ensayo (Figura 11). En este cilindro también se introduce una barra sólida lo que crea un movimiento gravitatorio rotativo. Este rodillo presiona y distribuye el betún (mástico) en el cilindro (Figura 12). El cilindro tiene una abertura central en la parte frontal que permite la toma de muestras de pequeños especímenes durante el ensayo de envejecimiento. El envejecimiento a corto plazo se realiza a 163ºC utilizando un flujo continuo de aire de 4,0 l/min durante 235 minutos. Para el envejecimiento a largo plazo el betún o el mástico se acondicionan a 90ºC durante 140 horas por medio de un flujo de oxígeno de 0,075 l/min.

36


Figura 11. Dispositivo de envejecimiento RCAT (vista externa e interna) [51].

Figura 12. Dispositivo RCAT (a la izquierda, esquema y a la derecha, vista interna) [51].

En 2012, el Western Research Institute (WRI) desarrolló un nuevo método de envejecimiento como una alternativa al RTFOT y el PAV conocido como Universal Simple Aging Test (USAT). Este procedimiento realiza el envejecimiento a corto plazo en 50 minutos, lo cual son 35 minutos menos que los requeridos por el RTFOT. Para el envejecimiento a largo plazo, el USAT modifica el procedimiento PAV llevando a cabo éste en sólo 8 horas en lugar de las 20 requeridas por el PAV [120]. En este ensayo el betún es colocado en un plato diseñado para poder usarlo directamente en el PAV estándar para envejecimiento a largo plazo (Figura 13). El betún envejecido se ensaya con la técnica de DSR, normalmente referida como 4 mm DSR (Figura 14).

37


Figura 13. Plato donde se coloca el betún en el USAT [121].

Figura 14. Procedimiento de envejecimiento USAT y 4 mm DSR para mezclas HMA y WMA [121].

7.2. Procedimientos de envejecimiento en mezclas asfálticas

Según Airey [10], los métodos de envejecimiento de mezclas asfálticas pueden dividirse en cuatro categorías:

• Procedimientos de calentamiento prolongado. Estos procedimientos normalmente exponen la mezcla a altas temperaturas durante un periodo de tiempo determinado.

• Ensayos de oxidación. Los ensayos de oxidación típicamente utilizan una combinación de alta temperatura y aire a presión para envejecer las mezclas en laboratorio.

• Tratamiento con rayos ultravioleta y/o infrarrojos. Éstos consisten en exponer las mezclas a radiación ultravioleta o infrarroja.

• Endurecimiento estérico.

Una lista de los ensayos de envejecimiento de mezclas asfálticas se presenta en la Tabla 3.

38


Tabla 3. Métodos de envejecimiento en mezclas asfálticas (modificado a partir de [10]).

Método de ensayo Simulación T (ºC) Duración Material / Tamaño Otro Referencias

Envejecimiento en planta - 135 8, 16, 24, 36 h Material suelto - [122]

Long-term ageing Largo plazo 60107

2 días3 días

Probetas compactadas - [122]

Long-term ageing Largo plazo 60 5 a 10 días Probetas compactadas 0,7 MPa - aire [123]

SHRP short-term oven ageing (STOA) Corto plazo 135 4 h Material suelto - [123, 124]

SHRP long-term oven ageing (LTOA) Largo plazo 85 5 días Probetas

compactadas - [123, 124]Bitutest protocol Corto plazo 135 2 h Material suelto - [125]Bitutest protocol Largo plazo 85 5 días Probetas

compactadas - [125]Mezclas de arena de

Otawa - 163 Varios periodos Cilindros 50x50 mm2 - [87]

Plancher, et al. - 150 5 h 25 x 40 mm2 f - [75]Otawa sand mixtures - 60 1200 h - - [88]

BRRC Corto plazo 135 1,5 h Material suelto 3cm en horno - [126]

BRRC Largo plazo 60 14 días Material suelto 3cm en horno - [126]

EMPA Corto plazo 135 3 h Probetas compactadas - -

EMPA Largo plazo 110/120 16 h Probetas compactadas - -

Hugo y Kennedy - 100 4 o 7 días - Humedad relativa 80% [127]

Kumar y Goetz - 60 1, 2, 4, 6, 10 días

Probetas compactadas

Aire a 0,5 mm de agua [68]

Oregon mixtures - 60 0, 1, 2, 3, 5 días Probetas compactadas 0,7 MPa - aire [2]

SHRP low pressure oxidation (LPO) Largo plazo 60 o 85 5 días Probetas

compactadasOxígeno - 1,9

l/min [123]

Khalid y Walsh - 60 Hasta 25 días Probetas compactadas Aire - 3 l/min [128]

PAV mixtures - 100 72 h Probetas compactadas

2,07 MPa - aire [129]

Hachiya, et al. Corto plazo 70 8 h Vigas - [130]Hachiya, et al. Largo plazo 60 20 días Vigas - [130]

Hveem, et al. Largo plazo 60 1000 hMezclas de arena semi

compactadas- [98]

LCPC Corto plazo 135 4 h Material suelto - -LCPC Largo plazo 100 24 h Material suelto - -

Liverpool University Largo plazo 60 21 días Material compactado aire -

Mugler Largo plazo 163 5 h Material compactado

Diferente cantidad de

huecos[131]

Nottingham University SATS Largo plazo 85 65 h Material

compactadoSaturado -

2,1MPaRILEM TG5 Corto plazo 135 4 h Material suelto - [132]RILEM TG5 Largo plazo 85 9 días Material suelto - [132]

Shell Corto plazo Mezclado 2 h Material suelto - -Shell Largo plazo 80 7 días Material suelto - -

Tia, et al. Largo plazo 60 90 días Material compactado Con y sin UV [133]

TRL Largo plazo 60 48 h Material compactado - -

Van Gooswilligen, et al. Largo plazo 160 16 h Material suelto En una lata sellada [134]

VTI Corto plazo Ambiente 4,5 semanas Material compactado - -

VTI Largo plazo 60 7 días Material compactado - -

39


7.2.1. Procedimientos de calentamiento prolongado

Desde 1903 se han realizado estudios sobre mezclas fabricadas con arenas finas sometidas a tratamientos de calentamiento prolongado [135]. Por ejemplo, Pauls y Welborn [87] expusieron cilindros de 50 mm de alto y 50 mm de diámetro de una mezcla de arena de Ottawa a 163ºC (temperatura de envejecimiento del TFOT y RTFOT) durante varios períodos de tiempo. La resistencia a la compresión de los cilindros, así como la consistencia del ligante recuperado, es determinada y comparada con la del material original (no envejecido). Los resultados de este estudio indican que las propiedades de envejecimiento de los betunes pueden ser evaluadas mediante el betún recuperado a partir de muestras de laboratorio envejecidas o mediante el betún envejecido en el TFOT. Sin embargo, se observa que no hay ninguna evidencia de que el TFOT pueda predecir el envejecimiento de una mezcla in situ a largo plazo.

Plancher, et al. [75] utilizaron un procedimiento similar de envejecimiento en horno para envejecer especímenes de 25 x 40 mm de diámetro a una temperatura de 150ºC durante 5 h con el fin de evaluar el efecto de la cal en el envejecimiento oxidativo de los betunes. Después de este envejecimiento acelerado, las muestras se enfriaron a 25ºC durante 72 h y se sometieron a ensayos de módulo resiliente. Comparando los resultados de módulo resiliente en las muestras envejecidas y sin envejecer, se observó que el módulo resiliente de las mezclas tratadas con cal hidratada cambia menos que el módulo de mezclas no tratadas. Kemp y Prodoehl [88] envejecieron mezclas de arena de Ottawa en un horno a 60ºC durante un máximo de 1.200 h. El betún después fue recuperado y ensayado. Sin embargo, para analizar el envejecimiento del betún es preferible el ensayo TODT (California Tilt-Oven Durability Test) ya que las cantidades de betún envejecido son superiores a las obtenidas mediante el ensayo de mezclas de arena de Ottawa. El ensayo TODT es una modificación del RTFOT donde el betún se envejece a 113ºC durante 168 h en un horno inclinado.

Hugo y Kennedy [127] envejecieron especímenes extraídos en laboratorio a partir de una losa compactada en laboratorio. El procedimiento consistió en envejecer los especímenes a 100ºC durante 4 o 7 días bajo condiciones secas o con una humedad relativa del 80%, debido a la necesidad de evaluar un proyecto localizado cerca del océano. El betún después fue recuperado de las probetas envejecidas y sometido a ensayos de viscosidad. Además, para calcular la pérdida de volátiles se obtuvo la pérdida de peso de las probetas por efecto del envejecimiento mediante su pesaje antes y después del envejecimiento.

El envejecimiento en mezclas asfálticas, en la mayoría de los casos, implica someter a envejecimiento acelerado probetas de mezcla asfáltica compactadas. Sin embargo, en 1988 Von Quintus, et al. [122] simularon el envejecimiento a corto plazo con la mezcla suelta usando un horno de convección. Para ello la mezcla suelta se introdujo en un horno de convección a 135ºC durante periodos de 8, 16, 24 y 36 h. Los resultados obtenidos con este método mostraron niveles similares de envejecimiento a los encontrados en campo; sin embargo, la dispersión en los datos de laboratorio fue importante.

Una de las metodologías de envejecimiento más seguidas por la comunidad científica es la del programa SHRP [122], método en el cual se basa la AASHTO R30-2 [124]. Este programa define

40


un procedimiento de envejecimiento de laboratorio para mezclas asfálticas que consiste en un envejecimiento a corto plazo seguido de un envejecimiento a largo plazo. El procedimiento de envejecimiento a corto plazo, STOA (Short Term Oven Aging), basado en el trabajo realizado por Von Quintus, et al. [122], requiere mezclas sueltas, antes de la compactación, para ser envejecidas en un horno de convección durante 4 horas a 135ºC. El procedimiento de envejecimiento a largo plazo, Long-Term Oven Ageing (LTOA), requiere que después de STOA, el material suelto sea compactado y se coloque en un horno de convección a 85ºC durante 5 días [136]. Las limitaciones de este protocolo están relacionadas con la correlación con datos de campo (Figura 16) y en la diferenciación según el tipo de mezcla y el espesor [137]. Estos autores observaron que el envejecimiento o endurecimiento durante la vida en servicio de la mezcla es más pronunciado en la superficie debido a que ésta está en contacto directo con el aire, produciéndose una mayor tasa de endurecimiento. En el caso de las muestras de laboratorio, el envejecimiento es relativamente más uniforme, produciéndose un endurecimiento de toda la probeta.

Figura 15. Comparación del módulo complejo para envejecimiento en laboratorio y en campo [137].

El proceso de envejecimiento a corto plazo (STOA) equivale al que se produce durante el mezclado y la colocación de las mezclas y también representa pavimentos de menos de dos años. Los parámetros utilizados para LTOA equivalen a 15 años de envejecimiento in situ en un clima húmedo-no frío y 7 años en un clima seco-frío. Sin embargo, al validar el LTOA en campo se obtiene que 8 días a 85ºC es equivalente a más de 9 años en un clima seco-frío y más de 18 años para el clima húmedo-no frío; 2 días a 85ºC es equivalente a 2-6 años, tanto para un clima seco-frío como húmedo-no frío; y 4 días a 85ºC es equivalente a 15 años de envejecimiento in situ en un clima húmedo-no frío y 7 años en un clima seco-frío [123, 138, 139].

Scholz [125] desarrolló un procedimiento similar al STOA del SHRP con el objetivo de simular el envejecimiento a corto plazo debido al proceso de puesta en obra de las mezclas. En este caso la

41


temperatura es de 135ºC o bien la temperatura de compactación de la mezcla, la mayor de ambas, y el período de acondicionamiento está limitado a 2 h.

Para envejecer a largo plazo, Von Quintus, et al. [122] introdujeron las probetas de mezcla asfáltica compactadas en un horno de convección a 60ºC durante 2 días, seguido de 3 días a 107ºC. Sin embargo, el espécimen, especialmente si tiene un alto contenido de huecos y/o alto grado de penetración, podía verse alterado debido al elevado nivel de temperatura utilizado en el ensayo [53].

Asociado al procedimiento a corto plazo, Scholz [125] desarrolló un procedimiento de envejecimiento en horno a largo plazo para las probetas de mezcla asfáltica compactadas. El procedimiento es idéntico al procedimiento del SHRP, LTOA, que consiste en someter a 85ºC los especímenes compactados en un horno de convección durante 5 días.

En Japón, Hachiya, et al. [130] estudiaron este fenómeno para aclarar el efecto del envejecimiento de las mezclas asfálticas. Para ello, envejecieron una muestra compactada en un horno a 70ºC durante un periodo de 8 horas y lo compararon con resultados de un ensayo de envejecimiento en el cual la mezcla fue expuesta a condiciones naturales de envejecimiento durante cinco años. En su estudio, comprobaron que la resistencia a la flexión de la mezcla con el envejecimiento cambiaba bastante poco (Figura 16). En cuanto a la deformación en el momento de fallo, su estudio muestra que disminuye claramente a medida que la mezcla es envejecida (Figura 17). Por último, los resultados de los valores de rigidez muestran que ésta se incrementa al envejecer las mezclas (Figura 18). Estos resultados ponen de manifiesto que, aunque ambas mezclas son envejecidas, los mecanismos de endurecimiento parecen muy diferentes. Aunque este procedimiento pueda ser usado para evaluar el endurecimiento de las mezclas bituminosas, no puede ser usado para evaluar los cambios en las propiedades físicas y químicas del betún.

Figura 16. Cambios en la resistencia a la flexión con el envejecimiento [130].

42


Figura 17. Cambios en la deformación de fallo con el envejecimiento [130].

Figura 18. Cambios en la rigidez debidos al envejecimiento [130].

Estos autores demostraron que la tasa de envejecimiento de las mezclas depende de varios factores, como el tipo de betún, el contenido de betún, los áridos y las condiciones ambientales. También concluyen que los 5 mm superiores de la capa de mezcla bituminosa muestran mayor envejecimiento o endurecimiento que las capas inferiores, decreciendo el envejecimiento con la profundidad.

En Europa, la Universidad de Nottingham desarrolló un método específico denominado “Saturation Aging Tensile Stiffness (SATS)” para evaluar el envejecimiento y la sensibilidad al agua de las mezclas asfálticas [140]. Este procedimiento consiste en envejecer las muestras compactadas y saturadas en agua a 85ºC durante 65 horas con una presión de 2,1 MPa.

43


El módulo de rigidez medido después del ensayo dividido por el módulo de rigidez medido antes del ensayo (módulo de rigidez retenido), y la saturación de la muestra después del ensayo (saturación retenida), se utilizan como un indicador de la sensibilidad de la mezcla compactada al efecto combinado de envejecimiento y humedad. Para validar este nuevo ensayo usaron mezclas con diferentes tipos de áridos, dos granulometrías de áridos (diseño francés e inglés), diferentes fílleres, variando el betún y el porcentaje de huecos. Los resultados del ensayo SATS fueron comparados con los obtenidos con las mismas mezclas usando el procedimiento de la AASHTO T283. Ambos métodos fueron capaces de clasificar el rendimiento de acondicionamiento a la humedad de las mezclas con un orden de clasificación idéntico.

En 2006, Van den Bergh, et al. [141, 142] desarrollaron un nuevo método experimental para envejecer las mezclas asfálticas. Este método consiste en envejecer las mezclas sueltas en un horno de convección a 130ºC durante tres horas (envejecimiento a corto plazo) y a 90ºC durante 7 días (envejecimiento a largo plazo). El betún extraído de las mezclas fue ensayado a penetración, punto de reblandecimiento, DSR y FTIR. Los resultados indicaron que el envejecimiento aún prosigue en términos reológicos y químicos después de 7 días.

Bajo el marco del comité técnico de la RILEM se estableció un nuevo procedimiento para envejecer las mezclas, el cual consiste en envejecer la mezcla suelta durante 4 horas a 135ºC en el caso de envejecimiento a corto plazo. Para el envejecimiento a largo plazo, la mezcla suelta, previamente envejecida a corto plazo, se envejece a 85ºC durante 9 días [132]. Los primeros resultados obtenidos con este nuevo protocolo, en el que participaron 12 laboratorios, mostraron para todos los indicadores ensayados (penetración, anillo y bola, DSR y FTIR) que el envejecimiento que se produce en una planta de mezclado es similar al envejecimiento obtenido en laboratorio y sometido al protocolo de envejecimiento a corto plazo. La mezcla sometida a envejecimiento a largo plazo evoluciona hasta los 9 días del protocolo, obteniendo resultados bastante similares para 7 y 9 días de envejecimiento, y parece conducir a un envejecimiento del betún superior comparado con los ensayos clásicos de envejecimiento de betunes. Por ello, en el caso de envejecimiento a largo plazo se podría envejecer la mezcla durante 7 días en lugar de 9 [51]. La Figura 19 muestra el efecto del envejecimiento sobre el módulo complejo para cada paso de tiempo medido en días. Los resultados obtenidos en distintos laboratorios muestran una tendencia similar de envejecimiento del betún. Comparando los resultados obtenidos en la planta de mezclado con los de laboratorio se observa que el envejecimiento en el laboratorio va un paso por detrás que el producido durante el mezclado en la planta de fabricación (Figura 20).

44


Figura 19. Efecto del envejecimiento sobre el módulo complejo a 0.4 Hz a 25ºC [132].

Figura 20. Efecto del envejecimiento sobre el módulo complejo para los casos de envejecimiento en el laboratorio y mezclado en la planta de producción [132].

Piérard y Vanelstraete [126] desarrollaron un nuevo ensayo para envejecer las mezclas en laboratorio que consiste en envejecer la mezcla suelta en el horno a una temperatura de 135ºC durante 1,5 horas para envejecimiento a corto plazo. En el caso de envejecimiento a largo plazo, el procedimiento consiste en envejecer la mezcla suelta durante 14 días a 60ºC. Después de este ensayo, se produce un envejecimiento comparable al observado en campo después de entre 8 y 22 años de servicio.

El objetivo del trabajo de Jemere [65] fue el desarrollo de un protocolo de envejecimiento a largo

45


plazo cuyo periodo de envejecimiento fuese como máximo de 7 días. Para ello comparó varios protocolos para envejecer mezclas bituminosas porosas (envejecimiento de mortero bituminoso usando PAV, envejecimiento de la mezcla compactada con PAV y envejecimiento de la mezcla suelta mediante el protocolo de la RILEM). El protocolo de envejecimiento de la mezcla compacta mediante el PAV no le permitió obtener el betún, una vez envejecida la mezcla, así que lo descartó. Con los dos protocolos restantes obtuvo resultados de envejecimiento de la mezcla porosa por debajo del envejecimiento que se produce en la capa superior de las muestras de la misma mezcla obtenidas in situ después de 10 años de servicio. Como los resultados que obtuvo no llegaron a ser óptimos, modificó el protocolo de envejecimiento de la RILEM aumentando la temperatura de envejecimiento de 85ºC a 135ºC, llegando a la conclusión de que a esa temperatura el envejecimiento de la mezcla llegará a ser igual al envejecimiento in situ (10 años de servicio) cuando ésta se mantenga en el horno entre 42 y 46,5 horas.

Morian, et al. [143] envejecieron probetas compactadas durante 3, 6 y 9 meses a 60ºC, con el fin de evaluar el efecto de envejecimiento a largo plazo en mezclas asfálticas. Estas probetas, antes de ser compactadas, fueron envejecidas a corto plazo siguiendo la metodología descrita por la AASHTO R30 [144], colocando las mezclas en el horno a 135ºC durante 4 h. Las conclusiones del estudio indicaron que las características de los áridos y de la mezcla influyen en las tasas de oxidación del betún. Además, determinaron que los cambios en la oxidación de dos betunes, en función del envejecimiento, presentaban diferentes efectos en la rigidez de la mezcla, llegando a la conclusión de que no sólo la mezcla y el árido influyen en la relación entre rigidez y envejecimiento, sino también las características del ligante.

7.2.2. Procedimientos oxidativos

Kumar y Goetz [68] investigaron el envejecimiento de las mezclas asfálticas sometiéndolas a un tratamiento de oxidación a presión. Para ello, envejecieron probetas compactadas a 60ºC durante períodos de 1, 2, 4, 6 y 10 días, mientras se “añade” aire a través de las probetas a una carga constante de 0,5 mm de agua; una presión baja evita turbulencias en el flujo de aire a través de la probeta. Estos autores investigaron la cuantificación del espesor de la película de betún, así como la permeabilidad, llegando a la conclusión de que, para las mezclas abiertas, el mejor indicador de resistencia al envejecimiento viene dado por la relación entre ambos; mientras que, para las mezclas densas, el mejor indicador es la permeabilidad [69]. Este tipo de envejecimiento con un tratamiento de oxidación a presión también fue usado por Von Quintus, et al. [122]. En este caso, acondicionaron las probetas compactadas a 60ºC a una presión de 0,7 MPa durante 5-10 días.

Kim, et al. [2] sometieron probetas de mezcla compactadas a oxígeno a una temperatura de 60ºC y una presión de 0,7 MPa durante 0, 1, 2, 3 y 5 días. Los efectos del envejecimiento fueron evaluados a partir de la rigidez y la fatiga a la tracción indirecta. Durante la primera etapa de envejecimiento, la rigidez de las mezclas disminuyó, lo cual se atribuyó a una pérdida de cohesión en las muestras a la temperatura de 60ºC utilizada en el procedimiento de envejecimiento. Después de esta disminución inicial, la rigidez aumentó con el envejecimiento. Von Quintus, et al. [122] en su trabajo obtuvo las mismas conclusiones, lo cual hace pensar, en la idoneidad de algún tipo de confinamiento de las

46


probetas a las temperaturas usadas en estos ensayos. Esto, probablemente, no es un problema para las mezclas de alto módulo.

El Low Pressure Oxidation (LPO), desarrollado dentro del proyecto del SHRP, consiste en, una vez las probetas compactadas son envejecidas a corto plazo, se pasa oxígeno a través de la probeta confinada a 1,9 l/min y a 60 u 85ºC, durante un período de 5 días. Khalid y Walsh [128, 145] desarrollaron un ensayo similar para envejecimiento acelerado de mezclas porosas. El sistema consiste en alimentar con aire comprimido, a un caudal de 3 l/min, una serie de bobinas de intercambio de calor y luego pasarlo a través de probetas de mezclas asfálticas porosas (Figura 21). Se utilizó una temperatura de ensayo de 60ºC. Para asegurar que el aire atravesaba la probeta se ajustó una membrana de caucho. Este procedimiento simula el efecto del procedimiento LTOA de SHRP. Sin embargo, se requiere un periodo de envejecimiento más largo al ser la temperatura de ensayo más baja.

Figura 21. Técnica de oxidación a baja presión para mezclas porosas [145].

Korsgaard, et al. [129] utilizaron el procedimiento PAV en mezclas densas compactadas con giratoria en lugar de envejecer el ligante recuperado. Este procedimiento de envejecimiento consistió en envejecer las mezclas durante 72 horas a 2,07 MPa y 100ºC. Para mezclas porosas estos autores creen que sería más adecuado 60 h en lugar de 72 h.

7.2.3. Tratamientos de radiación ultravioleta y luz infrarroja

Algunos investigadores a lo largo de la literatura han estudiado el efecto de la degradación producida por la luz en el comportamiento de las mezclas asfálticas. Los tratamientos de radiación ultravioleta intentan simular de forma acelerada el efecto de la luz del día así como la radiación producida por el sol. Uno de los primeros procedimientos es el Infrarred Weathering Test [98] desarrollado para el estudio de mezclas de arena de Ottawa. Éste es un ensayo de envejecimiento de radiación

47


infrarroja, que consiste en someter a la mezcla de arena y betún semi-compactada a radiación infrarroja, a una temperatura constante de 60ºC y una corriente de aire a través de la probeta de 41ºC. La uniformidad de la película de betún del orden de 5-7 µm viene dada por el tamaño de la arena y el contenido de ligante del 2%. Basado en la calibración del ensayo, 1.000 h de exposición en el equipo correspondiente a este ensayo (weathering machine) es aproximadamente igual a 5 años de envejecimiento en servicio.

Más tarde, Kemp y Prodoehl [88] utilizaron un ensayo de luz actínica con una radiación de 1000 MW/cm2 a una temperatura de 35ºC durante 18 horas de duración. A partir de los resultados del ensayo, estos autores afirman que, independientemente del espesor de la película de ligante, la radiación con luz actínica afecta hasta 5 µm de la película de betún.

Hugo y Kennedy [127] utilizaron dos métodos para estudiar el efecto de la radiación UV en mezclas asfálticas. El primero de ellos, similar al utilizado por Traxler [39] para envejecer el betún, consiste en someter la mezcla asfáltica a foto oxidación durante 54 h de exposición. El segundo método utiliza un aparato capaz de simular en laboratorio la exposición a la que se encuentran las mezclas en servicio. Este aparato se llama weatherometer. Las mezclas se mantuvieron en este aparato durante un periodo de 14 días, aunque comparado con los ensayos sobre betunes se encontró que el nivel de envejecimiento era más bajo. Estos autores encontraron efectos de endurecimiento dentro de los primeros 5 mm y los compararon con viscosidades 2 mm más profundas. Hagos [66] también usó un weatherometer para estudiar el envejecimiento de mezclas bituminosas porosas. Comparando los resultados de laboratorio obtenidos con el weatherometer con los obtenidos con un procedimiento estándar de envejecimiento encontró que, para las mezclas porosas, los métodos de envejecimiento de laboratorio no son tan severos como el envejecimiento a largo plazo en campo.

Tia, et al. [133] envejecieron probetas en un horno de convección a 60ºC y un envejecimiento de luz ultravioleta a 60ºC durante 1, 7, 28 y 90 días. Estos autores recomendaron envejecer las mezclas incorporando la luz ultravioleta, además de calentarlas en horno de convección. Xu, et al. [146] simularon el envejecimiento a corto plazo del betún mediante el TFOT para después realizar un tratamiento de envejecimiento ultravioleta sobre el mismo y así, simular el envejecimiento foto-oxidativo del betún en servicio. Este envejecimiento consistió en, una vez terminado el TFOT, transferir las bandejas con el betún a un horno de envejecimiento UV. En su estudio, sometieron el betún a radiación UV a 60ºC durante 9 días.

Afanasieva, et al. [147] indicaron en su estudio sobre el efecto de la radiación ultravioleta en el envejecimiento de distintos ligantes que la radiación tipo UV-B es la que causa un mayor daño en las mezclas asfálticas. Martínez y Caicedo [148] expusieron mezclas de 2,5 cm a radiación ultravioleta tipo B durante 504 horas para determinar la profundidad hasta la cual las mezclas se ven afectadas por la radiación. Estos autores concluyen que a medida que pasa el tiempo los primeros milímetros de la capa de rodadura tienden a endurecerse más rápido que el resto del espesor de la capa, formando una capa que termina aislando el efecto fotoquímico del resto del espesor de la capa de rodadura, poniendo de manifiesto la importancia de la radiación ultravioleta en el envejecimiento de las mezclas.

48


Reyes y Camacho [149] estudiaron el efecto de la radiación ultravioleta en las propiedades mecánicas y dinámicas de una mezcla asfáltica. Para ello, fijaron tres periodos de exposición en el weatherometro, el primero de 450 horas (equivalente a 1,46 años), el segundo de 900 horas (equivalente a 2,93 años) y el tercero de 1350 horas (equivalente a 4,4 años). Los resultados constatan que el efecto de la radiación ultravioleta en el envejecimiento habría que tenerse en cuenta en el cálculo de los espesores del pavimento.

7.2.4. Endurecimiento estérico

El único método de ensayo que intenta medir el endurecimiento estérico en la puesta en obra de mezclas es el Cohesiograph Test [98], en el cual dos probetas semicilíndricas de 305 mm de largo fabricadas con arena de Ottawa son ensayadas a una temperatura de ensayo de 23ºC. Los resultados se comparan con los obtenidos con otras dos probetas después de haber sido curadas a 60ºC durante 24 h. Las diferencias entre los dos conjuntos pueden atribuirse a envejecimiento oxidativo, pérdida de volátiles o “estructuración” del betún. Para saber si estas diferencias son debidas a la estructuración del betún, es decir, al endurecimiento estérico, las probetas que fueron curadas son ensayadas de nuevo después de remoldearlas y si los resultados son similares a los obtenidos con las probetas no curadas, entonces las diferencias encontradas en los primeros ensayos entre probetas no acondicionadas y probetas curadas se debe a endurecimiento estérico.

49

50


8. Conclusiones


En este trabajo se presenta una revisión bibliográfica sobre el efecto del envejecimiento en las mezclas asfálticas. Este fenómeno, caracterizado principalmente por un endurecimiento de las mezclas asfálticas, es un proceso complejo producido por la incidencia de variables tanto externas (extrínsecas) como intrínsecas de la mezcla. Los investigadores han diferenciado dos etapas durante el envejecimiento. La primera es la correspondiente al envejecimiento a corto plazo el cual ocurre durante la fabricación, almacenamiento, transporte y puesta obra de la mezcla; mientras que la segunda, denominada envejecimiento a largo plazo, ocurre durante la vida en servicio de la mezcla. Los efectos producidos por el envejecimiento se deben a una serie de procesos, los cuales son principalmente de orden químico o físico, clasificando el envejecimiento en envejecimiento químico o, envejecimiento físico o endurecimiento estérico. Para poder estudiar el efecto del envejecimiento en el comportamiento de las mezclas, a lo largo de la literatura se han desarrollado una serie de ensayos de laboratorio de envejecimiento acelerado para simular tanto el envejecimiento de los betunes que forman las mezclas asfálticas como el envejecimiento de las mezclas.

51

52


Agradecimientos


Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competitividad (España) su apoyo en el proyecto PROFIS (BIA2012-36508), desarrollado en el marco del VI Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, cofinanciado con fondos del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea (Una manera de hacer Europa), así como la concesión de la ayuda para la formación de personal investigador en formación (FPI) BES-2013-065678.

53

54


Referencias


[1] Fernández-Gómez, W., H. Rondón y F. Reyes, 2011. Envejecimiento de asfaltos y mezclas asfálticas: estado del conocimiento.

[2] Kim, O., C. Bell, J. Wilson y G. Boyle, 1986. Development of laboratory oxidative aging procedures for asphalt cements and asphalt mixtures. Transport Res Board Annual Meeting.

[3] Jemison, H., R. Davison, C. Glover y J. Bullin, 1991. Evaluation of standard oven tests for hot-mix plant aging. Transp. Res. Rec. Washington: Transport Res Board, pp. 77-84.

[4] Choquet, F. y A. Verhasselt, 1992. Natural and accelerated ageing of bitumen - effects on the asphaltenes. International Symposium on Asphaltene Particles in Fossil Fuel Exploration, Recovery, Refining and Production Processes. New York: Plenum Press, pp. 13-29.

[5] Kuppens, E., F. Sanches, L. Nardelli y E. Jongmans, 1997. Bitumen-ageing tests for predicting durability of porous asphalt. Fifth International RILEM Sumposium. Mechanical Tests for Bituminous Materials. Ed: Di Benedetto, H.; Francken, L., pp. 71-77.

[6] Verhasselt, A., 1997. Field ageing of bituminous binders: simulation and kinetic approach. Fifth International RILEM Symposium. Mechanical Tests for Bituminous Materials, pp. 121-128.

[7] Migliori, F. y J. Corté, 1998. Comparative study of RTFOT and PAV aging simulation laboratory tests. Transp. Res. Rec., 1638. Washinghton: Transport Res Board, pp. 56-63.

[8] Montepara, A., 1999. A theoretical-interpretative model of the relationship between UV-radiation ageing of bitumen and viscosity variation. Luxemburg, Eurobitume Workshop.

[9] Montepara, A. y F. Giuliani, 2000. Comparison between ageing simulation tests of road bitumen. 2nd Euroasphalt and Eurobitume Congress, Session 1: Performance Testing and Specifications for binder and Mixtures. Barcelona, pp. 518-523.

[10] Airey, G., 2003. State of the Art Report on Ageing Test Methods for Bituminous Pavement Materials. Int j pavement eng, Issue 4:3, pp. 156 - 176.

[11] Asphalt Institute, 1983. Principles of Construction of Hot Mix Asphalt Pavements. Manual Series Nº 22.

[12] Farcas, F., 1996. Etude d’une Méthode de Simulation du Vieillissement sur Route des Bitumes. Thèse de Doctorat de l’Université Paris VI.

[13] Vallerga, B., 1981. Pavement deficiencies related to asphalt durability. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 50, pp. 481-491.

[14] Abu Al-Rub, R., M. Darabi, S. Kim, D. Little y C. Glover, 2013. Mechanistic-based constitutive modeling of oxidative aging in aging susceptible materials and its effect on the damege potential of asphalt concrete. Const build mat, 41, pp. 439-454.

[15] Rondón, H. y F. Reyes, 2012. Evaluation of mechanical parameters of an asphalt mixture under the environmental conditions of Bogotá D.C. Revista Ingeniería de Construcción, 27(1), pp. 57-74.

55


[16] Schmidt, R. y L. Santucci, 1969. The effect of asphalt properties on the fatigue cracking of asphalt concrete on the Zaca-Wigmoretest Project. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., PRPTA, 38, pp. 39-64.

[17] Wu, J., 2009. The influence of mineral aggregates and binder volumetrics on bitumen ageing. The University of Nottingham.

[18] Lu, X., Y. Talon y P. Redelius, 2008. Aging of bituminous binders - Laboratory tests and field data. The 4th Euroasphalt & Eurobitume Congress, Copenhagen.

[19] Lesueur, D., 2008. The colloidal structure of bitumen: consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification. Adv. Colloid Interface Sci., 145(1-2), pp. 42-82.

[20] Martínez, A., N. Martín, A. Gómez y A. Páez, 2003. Betunes asfálticos: materiales muy utilizados y poco conocidos químicamente. Anales de la Real Sociedad Española de Química, pp. 43-52.

[21] ASTM, 2009. D4124: Standard Method for Separation of Asphalt into Four Fractions. American Society for Testing and Materials.

[22] Paliukaite, M., A. Vaitkus y A. Zofka, 2014. Evaluation of bitumen fractional composition depending on the crude oil type and production technology. The 9th Conference Environmental Engineering. Selected Papers, Article number: enviro.2014.162.

[23] Corbett, L., 1970. Relationship between composition and physical properties of asphalt. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 39, p. 481.

[24] Ishai, I., B. Brulé, J. Vaniscote y G. Ramond, 1988. Some rheological and physico-chemical aspects of long term asphalt durability. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, 57.

[25] Petersen, J., 2009. A Review of the Fundamentals of Asphalt Oxidation: chemical, physicochemical, physical property, and durability relationships. Transp. Res. E-Circular. Transport Res Board, 1.

[26] Petersen, J., 1984. Chemical composition of Asphalt as Related to Asphalt Durability - State of the art. Transp. Res. Rec. 999 (Transportation Research Board, Washington D.C.), pp. 13-30.

[27] Qi, Y. y F. Wang, 2003. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. I. Oxigen absorption behaviors and kinetics. J. Pet. Sci. Technol., 21(1), pp. 283-299.

[28] Qi, Y. y F. Wang, 2004. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. II. Chemical group composition and structure changes. J. Pet. Sci. Technol., 22(3), pp. 263-274.

[29] Qi, Y. y F. Wang, 2004. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. III. Average molecular structure parameter changes. J. Pet. Sci. Technol., 22(3), pp. 275-286.

[30] Siddiqui, M.N. y M.F. Ali, 1999. Studies on the aging behavior of the Arabian asphalts. Fuel, 78(9), pp. 1005-1015.

56


[31] Siddiqui, M.N. y M.F. Ali, 1999. Investigation of chemical transformations by NMR and GPC during the laboratory aging of Arabian asphalt. Fuel, 78(12), pp. 1407-1416.

[32] Huet, J., 1989. Spectrographie infrarouge et composition chimique globale des bitumes en cours d’evolution dans des sections routières experimentales. 4th Eurobitume Symposium, report 1.3. Madrid.

[33] Chipperfield, E., J. Duthie y R. Girdler, 1968. Research on road bitumen. Journal of the Institute of Municipal Engineers, 95(7), pp. 216-222.

[34] Cupo-Pagano, M. y A. D’Andrea, 1995. Rheological characteristics useful to evaluate bitumen’s ageing susceptibility. Eurobitume Workshop, The rheology of Bituminous Binders.

[35] Branthaver, J., J.C. Petersen, R.E. Robertson, J.J. Duvall, S.S. Kim, P.M. Harnsberger, T. Mill, E.K. Ensley, F.A. Barbour y J.F. Schaborn, 1994. Binder Characterisation and evaluation - 2 Chemistry, SHRP-A-368. Washington.

[36] Gawel, I. y K. Baginska, 1999. Effect of origin and technology on the chemical composition and colloidal stability of bitumens. Eurobitume Workshop ‘99 - Performance Related Properties for Bituminous Binders. Paper No. 83.

[37] Arega, Z., A. Bhasin y T. De Kesel, 2013. Influence of extended aging on the properties of asphalt composites produced using hot and wam mix methods. Const. Build. Mat., 44, pp. 168-174.

[38] Vallerga, B., C. Monismith y K. Granthem, 1957. A study of some factors influencing the weathering of paving asphalts. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 26, pp. 126-150.

[39] Traxler, R., 1963. Durability of asphalt cements. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 32, pp. 44-58.

[40] Mirza, M. y M. Witczak, 1995. Development of a global aging system for chort term and long term aging of asphalt cements. J. Assoc. Asphalt Paving Technol, 64, pp. 393-430.

[41] Fernéndez-Gómez, W.D., H. Rondón y F. Reyes, 2011. Envejecimiento de asfaltos y mezclas asfálticas: estado del conocimiento.

[42] Read, J. y D. Whiteoak, 2003. The Shell Bitumen Handbook. 5th ed. London, England: Thomas Telford Publishing, Shell Bitumen UK.

[43] Renken, P., 2013. Aging of high polymer modified bitumens (40/100-65 A) - assessment of the susceptibility to aging and optimisation of an aging procedure for binder with aggregate. 5th EATA conference proceedings. European Asphalt Technology Association. Braunschweig, Germany.

[44] Houson, W., 2005. Environmental effects in pavement mix and structural design systems. Arizona State University.

[45] Choquet, F., 1989. L’Evolution des liants bitumineux dans les revêtements en service. 4th Eurobitume Symposium, report 1.2, Madrid.

[46] Nunn, M., A. Brown, D. Weston y J. Nicholls, 1997. Design of long-life flexible pavements for heavy traffic, report 250, TRL, Transport and Road Research Laboratory. Crowthorne, UK.

57


[47] Tonial, I., 2001. Influência do Envelhecimento do Revestimento Asfáltico na Vida da Fadiga de Pavimentos. Dissertaçao de Mestrado. Programa de Pós-graduaçao de Engenharia Química. Universidade Federal do Rio de Janeiro.

[48] Ramond, G. y C. Such, 1990. Bitumes et Bitumes Modifiés - Relations Structures, Propriétes Composition. Bulletin de liaison des laboratoires des Ponts et Chaussées, 168, pp. 65-87.

[49] Zhao, D., 2011. Evolution de l’Adherénce des Chaussées: Influence des Matériaux, du Vieillissement et du trafic - Variations Saisonnières. Thèse de l’École Doctorale Science pour l’Ingénieur, Géosciences, Architecture.

[50] Isacsson, U. y H. Zeng, 1997. Relationships between Bitumen chemistry and low temperature behavior of asphalt. Const. Build. Mat., 11(2), pp. 83-91.

[51] Van der Bergh, W., 2011. The Effect of Ageing on the Fatigue and Healing Properties of Bituminous Mortars. The Netherlands.

[52] Swiertz, D., 2010. Asphalt aging characteristics, Rheological implications and laboratory techniques. University of Wisconsin. Madison.

[53] Bell, C., 1989. SHRP-A/IR-89-004: Summary report on ageing of asphalt-aggregate systems. Strategic Highway Research Program (National Research Council, Washinghton, D.C.).

[54] Christensen, D. y D. Anderson, 1992. Interpretation of dynamic mechanical test data for paving grade asphalt cements. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, 61, pp. 67-116.

[55] Zupanick, M. y V. Baselice, 1997. Characterizing asphalt volatility. Transp. Res. Rec. J Transport Res Board, 1596, pp. 1-9.

[56] Lee, D. y R. Huang, 1973. Weathering of asphalts as characterized by infrared multiple internal reflection spectra. Appl Spectrosc, 27(6), pp. 435-440.

[57] Lau, K., K.M. Lunsford, C.J. Glover, R.R. Davison y J.A. Bullin, 1992. Reaction Rates and Hardening Susceptibilities as determined from POV aging of asphalts. Transp. Res. Rec., 1342, pp. 50-57.

[58] Petersen, J., J.F. Branthaver, R.E. Robertson, P.M. Harnsberger, J.J. Duvall y E.K. Ensley, 1993. Effects of physicochemical factors on asphalt oxidation kinetics. Transp. Res. Rec. 1391. National Research Council, Washington D.C., pp. 1-10.

[59] Glover, C., R.R. Davison, C.H. Domke, Y. Ruan, P. Juristyaniri, D.B. Knorr y otros, 2005. Development of a new method for assessing asphalt binder durability with field validation. Texas Transportation Institute.

[60] Leite, L., 1999. Estudos de Preparo e Caracterizaçao de Asfaltos Modificados por polímero. Tese de Doutorado.Instituto de Macromoléculas. Universidade Federal do Rio de Janeiro.

[61] Robertson, R., 1991. Chemical Properties of Asphalts and Their Relationship to Pavement Performance, Western Research Institute, Strategic Highway Research Program, National Research Council. SHRP-A /UWP-91-510 SHRP-91-510. Washington, D.C.

58


[62] Bonaquist, R., 2011. Mix design practices for warm mix asphalt. National cooperative highway research program. National Research Council (US) - Transport Res Board. Washington, D.C.

[63] Vargas, X. y F. Reyes, 2010. El fenómeno de envejecimiento de los asfaltos. Ingeniería e investigación, 30(3), pp. 27-44.

[64] FEHRL, 2006. BitVal -Analysis of Available Data for Validation of Bitumen Tests, Report on Phase 1 of the BiTVal Projet, Forum of European National Research Laboratories. TRL, UK: Cliff Nicholls.

[65] Jemere, Y., 2010. Development of a laboratory ageing method for bitumen in porous asphalt. M. Sc. Thesis.

[66] Hagos, E.T., 2008. The Effect of Aging on Binder Properties of Porous Asphalt Concrete. Delft: Delft Unversity of Technology.

[67] Wu, J. y G. Airey, 2009. The Influence of Aggregate Interaction and Aging Procedure on Bitumen Aging. Journal of testing and evaluation.

[68] Kumar, A. y W. Goetz, 1977. Asphalt hardening as affected by film thickness, voids and permeability in asphaltic mixtures. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 46, pp. 571-605.

[69] Goode, J. y L. Lufsey, 1965. Voids, permeability, film thickness vs. asphalt hardening. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 35, pp. 430-463.

[70] Kandhal, P. y S. Chakraborty, 1996. Effect of asphalt film thickness on short- and long-term aging pf asphalt paving mixtures. Transp. Res. Rec. J Transport Res Board, 1535(1), pp. 83-90.

[71] Santucci, L., J. Goodrich y J. Sundberg, 1981. The effect of crude source and additives on the long term oven aging of paving asphalts. Assn. Asphalt Paving Technol., 50, pp. 560-570.

[72] Kanitpong, K. y H. Bahia, 2008. Evaluation of HMA moisture in Wisconsin as it relates to pavement performance. Int. J Pavement Eng., 9(1), pp. 9-17.

[73] Bianchetto, H., R. Miró y F. Pérez, 2006. Resistencia al envejecimiento de las mezclas bituminosas en caliente: beneficios y limitaciones de la incorporación de fílleres comerciales. Primera parte: estudios en base al método UCL. Carreteras, 147, p. 27.

[74] Miró, R., A. Martínez, F. Perez y H. Bianchetto, 2005. Effect of filler on the aging potential of asphalt mixtures. Transp. Res. Rec. J Transport Res Board, Issue 1901, pp. 10-17.

[75] Plancher, H., E. Green y J. Peterson, 1976. Reduction of oxidative hardening of asphalts by treatment with hydrated lime - a mechanistic study. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, Volumen 45, pp. 1-24.

[76] Lesueur, D. y D. Little, 1999. Effect of Hydrated Lime on Rheology, Fracture and Aging of Bitumen. Transp. Res. Rec. J Transport Res Board, 1661(99), pp. 93-105.

[77] Little, D. y J. Petersen, 2005. Unique effects of hydrated lime filler on the performance-related properties of asphalt cements: physical and chemical interactions revisited. J. Mater. Civ. Eng., 17(2), pp. 207-218.

59


[78] Hajj, E., P. Sebaaly y D. Weitzel, 2005. Fatigue Characteristics of Superpave and Hveem Mixtures. J Transp. Eng., 131, pp. 302-310.

[79] Petersen, J., 1989. A thin film accelerated aging test for evaluation asphalt oxidative aging. Transport Res Board, 58, pp. 220-237.

[80] Francken, L., A. Vanelstraete y A. Verhasselt, 1997. Long-term ageing of pure and modified bitumen: influence on the rheological properties and relation with mechanical performance of asphalt mixtures. Seattle: ISAP.

[81] Martin, K., R. Davison, C. Glover y J. Bullin, 1990. Asphalt Aging in Texas Roads and Test Sections. Asphalt mix Materials and Mixtures 1990. Transp. Res. Rec., pp. 9-19.

[82] Dessouky, S., C. Reyes, M. Ilias, D. Contreras y A.T. Papagiannakis, 2011. Effect of pre-heating duration and temperature conditioning on the rheological properties of bitumen. Const. Build. Mat., 25(6), pp. 2785-2792.

[83] Araújo, M., V. Lins y V. Pasa, 2011. Effect of Ageing on Porosity of Hot Mix Asphalt. Brazilian Journal of Petroleum and Gas, 5(1), pp. 011-018.

[84] Durrieu, F., F. Farcas y V. Mouillet, 2007. The influence of UV aging of a Styrene/Butadiene/Styrene modified bitumen: Comparison between laboratory and on site aging. Fuel, 86, pp. 1446-51.

[85] Lopes, M., D. Zhao, E. Chailleux, M. Kane, T. Gabet, C. Petiteau y J. Soares, 2014. Characterisation of ageing processes on the asphalt mixture surface. Road Mater Pavement, 15(3), pp. 477-487.

[86] Kane, M., D. Zhao, M. Do y E. Chailleux, 2010. Exploring the aging effect of binder on skid resistance evolution of asphalt. Road Mater. Pavement, 11 (Special Issues: SI), pp. 543-557.

[87] Pauls, J. y J. Welborn, 1952. Studies of the Hardening Properties of Asphaltic Materials. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 21, pp. 48-75.

[88] Kemp, G. y N. Predoehl, 1981. A comparison of field and laboratory environments of asphalt durability. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 50, pp. 492-537.

[89] Daniel, J. y A. Lachance, 2005. Mechanistic and volumetric properties of asphalt mixtures with recycled asphalt pavement. Transport Res. Rec: J. Transport Res Board, 1929, pp. 26-8.

[90] Kane, M., D. Zhao, E. Chailleux, F. Delarrard y M.T. Do, 2013. Development of an accelerated pavement test reproducing the effect of natural aging on skid resistance. Road Mater Pavement, 14(1), pp. 126-140.

[91] Hubbard, P. y H. Gollomb, 1937. The hardening of asphalt with relation to development of cracks in asphalt pavements. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, 9, pp. 165-194.

[92] Shattuck, C., 1940. Measurement of the resistance of oil asphalts (50 - 60 pen) to changes in penetration and ductility at plant mixing temperatures. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, 11, pp. 186-203.

[93] Abson, G., 1933. Apparatus for the Recovery of Asphalt. Procedings. Part II. ASTM, 33.

60


[94] Lewis, R. y J. Welborn, 1940. Report on the properties of the residues of 50-60 and 85-100 penetration asphalts from oven trests and exposure. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 11, pp. 86-157.

[95] UNE-EN 12607-2:2007. Betunes y ligantes bituminosos. Determinación de la resistencia al envejecimiento por efecto del calor y del aire. Parte 2: Método TFOT (película fina).

[96] ASTM, 1995. D1754-94: Standard Test Method for Effect of Heat and Air on Asphaltic Materials (Thin Film Oven Test). ASTM. Philadelphia, USA.

[97] Edler, A., M. Hattingh, V. Servas y C. Marais, 1985. Use of ageing tests to determine the efficacy of hydrated lime additions to asphalt in retarding its oxidative hardening. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 54, pp. 118-139.

[98] Hveem, F., E. Zube y J. Skog, 1963. Proposed new tests and specifications for paving grade asphalts. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol. AAPT. Minnesota, USA, 32.

[99] AASHTO T240, 2013. Standard Method of Test for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test) (ASTM Designation: D 2872-04).

[100] UNE-EN 12607-1:2007. Betunes y ligantes bituminosos. Determinación de la resistencia al envejecimiento por efecto del calor y del aire. Parte 1: Método RTFOT (película fina y rotatoria)

[101] Parmeggiani, G., 2000. Nitrogen rolling thin film oven test. Proc. 2nd Euroasphalt & Eurobitume Congress, Session 2: Development in Bituminous products and Techniques, pp. 432-437.

[102] UNE-EN 12607-3: 2015. Betunes y ligantes bituminosos. Determinación de la resistencia al endurecimiento por efecto del calor y del aire. Parte 3: Método RFT (rotovapor).

[103] Griffin, R., T. Miles y C. Penther, 1955. Microfilm durability test for asphalt. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 24, pp. 31-62.

[104] Halstead, W. y J. Zenewitz, 1961. Changes in asphalt viscosities during thin-film oven and microfilm durability tests. Public Roads, 31(11), pp. 211-218.

[105] Schmidt, R., 1973. Laboratory measurement of the durability of paving asphalts. ASTM STP 532, American Society of Testing and Materials, pp. 79-99.

[106] McHattie, R., 1983. Estimating the durability of Chem-Crete Modified Paving Asphalt. (Alaska Department of Transportation).

[107] Bahia, H., W.Z.H. Hislop y A. Rangel, 1998. Classification of asphalt binders into simple and complex binders. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol., 67, pp. 1-41.

[108] Lee, D., 1973. Asphalt durability correlation in Iowa. Highway Research Board, HRR 468, pp. 43-60.

[109] Verhasselt, A., 2002. Long Term ageing – Simulation by RCAT ageing tests, ISAP 2002.

[110] Verhasselt, A., 2004. Short- and Long Term ageing with RCAT on bituminous Mastics. 3rd E&E congress, 2, pp. 1429-1439, Vienna.

[111] Hayton, B., R. Elliott, G. Airey y C. Raynor, 1999. Long term ageing of bituminous binders. Proc.

61


Eurobitume Workshop 99, Paper No 126 (Luxembourg).

[112] Shell Bitumen Review, 1973. The rolling thin film oven test. Issue 42, pp. 18-19.

[113] Whiteoak, C., 1990. Shell Bitumen Handbook.

[114] ASTM, 1995. Standard Test Method for effect of heat and air on a moving film of asphalt (rolling thin film oven test). American Society for Testing and Materials. Philadelphia, USA.

[115] Rosales, J., M. De Oteyza y A. Gastmans, 1995. Sensibility studies on SHRP rheology, 1st Workshop on the reology of bituminous binders, Paper 35. Brussels.

[116] Ballié, M., A. Bononi, M. Coussin, B. Lombardi, G. Ramond, J. Samanos, J.P. Simoncelli y C. Such, 1993. Pouvoir Prédictif de l’essai RTFOT. 5 th Eurobitumen Congress. Stockholm, Volumen IA, pp. 36-40.

[117] Petersen, J., R.E. Robertson, J.F. Bransthaver, P.M. Harnsberger, J.J. Duvall, S.S. Kim, D.A. Anderson, D.W. Christiansen, H.U. Bahia, R. Dongre, C.E. Antle, M.G. Sharma, J.W. Button y C. Glover, 1994. Binder Characterization and Evaluation. Volume 4: Test Methods. Report No. SHRP-A-370. Strategic Highway Research Program. National Research Council, Washington, D.C.

[118] AASHTO PP1, 1993. Standard Practice for accelerated ageing of asphalt binder using pressurised ageing vessel. American Association of State Highways and Transportation Officials Designation PP1. Edición 1A.

[119] Baklokk, L., R. Skoglund, B. Kalman y P.Peltonen, 2002. Superpave test methods for asphalt – Procedure for DSR testing. NORDTEST project number: 1535-01.

[120] Farrar, M., S. Salmans y J. Planche, 2013. Recovery and Laboratory Tesing of Asphalt Emulsion Residue: Application of Simple Aging Test and 4mm Dynamic Shear Rheometry. J. Transport Res Board.

[121] Western Research Institute, 2014. The WRI Toolkit for Asphalt & Heavy Oil Insight.

[122] Von Quintus, H., J. Scherocman, C. Hughes y T. Kennedy, 1991. Asphalt Aggregate mixture analysis system, NCHRP.

[123] Bell, C., Y. AbWahab, M. Cristi y D. Sosovske, 1994. SHRP-A-383: Selection of Laboratory Aging Procedures for Asphalt-Aggregate Mixtures. National Research Council. Washington.

[124] AASTHO PP2, 1994. Practice for short and long term ageing of hot mix Asphalt. American Association of State Highways and Transportation Officials Designation PP2.

[125] Scholz, T., 1995. Durability of bituminous paving mixtures. PhD Thesis (School of Civil Engineering, University of Nottingham).

[126] Piérald, N. y A. Vaneltraete, 2009. Developing a test method for the accelerated ageing of bituminous mixtures in the laboratory. En: P. S. &. A. Loizos, ed. Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials. London: Taylor & Francis Group, pp. 163-171.

62


[127] Hugo, F. y T. Kennedy, 1985. Surface cracking of asphalt mixtures in Southern Africa. Proc. Assn. Asphalt Paving Technol, 54, pp. 454-501.

[128] Khalid, H. y C. Walsh, 2000. Relating mix and binder fundamental properties of aged porous asphalt materials. Proc. 2nd Euroasphalt & Eurobitume Congress. Session 1: Performance Testing and Specifications for Binder and Mixtures (Barcelona), pp. 398-405.

[129] Korsgaard, H., J. Blumensen, J. Sundahl y C. Gonzales, 1996. Accelerated ageing of asphalt in pressure ageing vessel. Proc. 1st Euroasphalt & Eurobitume Congress, E&E.4.048 (Strasbourg).

[130] Hachiya, Y., K. Nomura y J. Shen, 2003. Accelerated Aging Tests for Asphalt Concretes-6th RILEM Symposium PTEBM. Zurich.

[131] Mugler, M., 1970. Die veränderung der Bitumeneigenschaften wäbrend der Verarbeitung und in Fertigen Belag. Route et traffic, 6.

[132] De la Roche, C., M. Van de Ven, W. Van den Berg, T. Gabet, V. Dubois, J. Granfell y L. Porot, 2009. Development of a laboratory bituminous mixtures ageing protocol. Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials.Loizos, Partl, Scarpas, Al-Qadi (Eds), pp. 331-345.

[133] Tia, M., B.E. Ruth, C.T. Charai, J.M. Shiau, D. Richardson y J. Williams, 1988. Investigation of original and in-service asphalt properties for the development of improved specifications-final phase of testing and analysis. Final Report, Engineering and Industrial Experiment Station (University of Florida, Gainesville, FL).

[134] Van Gooswilligen, G., F. De Bats y T. Harrison, 1989. Quality of paving grade bitumen - a practical approach in terms of functional tests. Proc. 4th Eurobitume Symp (Madrid), pp. 290-297.

[135] Dow, A.W., 1903. Asphalt Experiments at Washington. Engineering News Record, 47, pp. 18-25.

[136] Harrigan, E., R. Leathy y J. Youtcheff, 1994. SHRP-A-379. The Superpave mix design system: manual of specifications, test methods and practices. Strategic Highway Research Program (National Research Council, Washington, D.C.).

[137] Raghavendra, S., C. Zapata, W. Mirza, W. Houston y M. Witczack, 2006. Verification of the Rate of Asphalt Mix Aging Simulated by AASHTO PP2-99 Protocol by- TRB Meeting Washinghton D.C.

[138] Monismith, C., R. Hicks y F. Finn, 1994. Accelerated performance-related tests for asphalt-aggregate mixes and their use in mix design and analysis systems. SHRP-A-417, Strategic Highway Research Program (National Research Council). Washington, D.C.

[139] Bell, C. & Sosnovske, D., 1994. SHRP-A-384: Ageing: Binder Validation. Washington.

[140] Airey, G., Y.K. Choi, A. Collop, A. Moore y R.C. Elliot, 2005. Combined Laboratory Ageing/Moisture Sensitivity Assessment of High Modulus Base Asphalt Mixtures. Journal of AAPT, 75.

[141] Van den bergh, W. y M. Van de Ven, 2008. Asphalgranulate: Experiences in Flandres, Belgium (in Dutch). Delft, The Netherlands: Infradagen Nederland.

[142] Van den bergh, W., 2009. The development of an artificially aged asphalt mixture (in Dutch): AAAM;

63


Artificial Aged Asphalt Mixture. Gent, Belgium: Belgian Road Congress.

[143] Morian, N., E. Hajj, C. Glover y P. Sebaaly, 2011. Oxidative aging of asphalt binders in hot mix asphalt mixtures. Transport Res. Rec: J Transport Res Board, 2207, pp. 107-116.

[144] AASHTO, 2009. Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing. 29th Edition. American Association of State Highway Transportation Officials.

[145] Khalid, H. & Walsh, C., 2002. A new approach for the accelerated ageing of porous asphalt mixtures. ICE Transport, 153(3), pp. 171-181.

[146] Xu, S., J. Yu, C. Zhang y Y. Sun, 2015. Effect of ultraviolet aging on rheological properties of organic intercalated layered double hydroxides modified asphalt. Const build mat, 75, pp. 421-428.

[147] Afanasieva, N., M. Alvarez y M. Rey, 2002. Efecto de la radiación solar en el proceso de envejecimiento de los asfaltos colombianos. 4º Jornadas Internacionales del Asfalto, Popayán.

[148] Martínez, G. y B. Caicedo, 2005. Efecto de la radiación ultravioleta en el envejecimiento de ligantes y mezclas asfálticas.

[149] Reyes, O. y J. Camacho, 2008. Efecto de la radiación ultravioleta en las propiedades mecánicas y dinámicas de una mezcla asfáltica. Ingeniería e investigación, 28, 22.

64

En colaboración con: Con el apoyo de:

PLATAFORMA TECNOLÓGICA ESPAÑOLA DE LA CARRETERA (PTC)Goya, 23 - 3º, 28001 Madrid (España)

Web: www.ptcarretera.es / email:[email protected]

el envejecimiento en mezclas asfálticas - ptcarretera.es · n°5 / 2015 caerns tecnlgics e la ptc....

Documents