evaluación marshall y superpave de asfalto modificado con alófano trabajo de ... ·...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Evaluación Marshall y SUPERPAVE de asfalto modificado con alófano

Trabajo de Titulación, modalidad proyecto técnico previo a la obtención del

Título de Ingeniero Químico

AUTOR: Raura Lema Rommel Vinicio

TUTOR: PhD. Edward Henry Jiménez Calderón

Quito, 2019

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, ROMMEL VINICIO RAURA LEMA en calidad de autor y titular de los derechos

morales y patrimoniales del trabajo de titulación: “EVALUACIÓN MARSHALL Y

SUPERPAVE DE ASFALTO MODIFICADO CON ALÓFANO”, modalidad Proyecto

Técnico para la obtención del título de Ingeniero Químico, de conformidad con el Art.

114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS

CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la

Universidad Central del Ecuador una licencia, intransferible y no exclusiva para el uso

no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservo a favor todos los

derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización

y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo

dispuesto en el Art. 14 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por

cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad

de toda responsabilidad.

En la ciudad de Quito, a los 30 días del mes de agosto de 2019

Firma

____________________

Rommel Vinicio Raura Lema

CC. 1723517650

[email protected]

iii

APROBACIÓN DE TUTOR

En mi calidad de tutor del trabajo de titulación, presentado por ROMMEL VINICIO

RAURA LEMA, para optar por el Grado de Ingeniero Químico; cuyo título es:

EVALUACIÓN MARSHALL Y SUPERPAVE DE ASFALTO MODIFICADO CON

ALÓFANO, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para

ser sometido a presentación pública y evaluación por parte del tribunal examinador que

se designe.

En la ciudad de Quito, a los 30 días del mes de agosto del 2019

_______________________

PhD. EDWARD HENRY JIMENEZ CALDERÓN

DOCENTE – TUTOR

CC.

iv

DEDICATORIA

A Dios

Por los triunfos y fracasos a lo largo de la

vida.

A mis padres, Claudia y Luis

Por ser un apoyo incondicional a lo largo de

mi vida, y a lo largo de mi carrera

universitaria.

A mi tía, Clara

Por ser como una segunda madre y

brindarme ayuda en los momentos más

difíciles.

A mis amigos

Por ser una buena compañía a lo largo de la

carrera, especialmente a Darío y Tatiana.

v

AGRADECIMIENTOS

A Dios, quien con sus bendiciones me ha permitido llegar a alcanzar mis objetivos

plateados, personales y profesionales, por darme la sabiduría y capacidad de afrontar los

obstáculos presentados en toda esta aventura.

A mis padres, por su constante apoyo y confianza depositadas en mí, por su sacrificio y

enseñanzas que me han llevado a no rendirme jamás, por celebrar junto a mi tanto triunfos

como fracasos, por fomentar en mí la gratitud hacia todo lo que tenemos y por ser unos

padres amorosos.

A mi tía Clara, por toda la ayuda brindada, por la comprensión y consejos dados, que me

sirvieron como guía a lo largo de mi vida, y me permitieron alcanzar mis metas

planteadas.

A mi tutor, el PhD. Edward Jiménez, por la confianza brindada, por incentivarme a

aprender mucho más y por su valiosa colaboración para lograr la culminación del presente

trabajo.

A la Universidad Central del Ecuador, por formarme como persona y como profesional,

por las enseñanzas recibidas y las victorias conseguidas con sacrificio y dedicación.

vi

CONTENIDO

pág.

LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... IX

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... XII

LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... XV

RESUMEN .................................................................................................................. XVI

ABSTRACT ............................................................................................................... XVII

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1

1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 3

1.1. Asfalto ..................................................................................................................... 3

1.2. Composición del Asfalto ........................................................................................ 4

1.3. Obtención de Asfaltos en Refinería. ....................................................................... 5

1.4. Caracterización de Asfaltos .................................................................................... 8

1.5. Reología ................................................................................................................ 10

1.6. Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments) ................................. 17

1.7. Asfalto Modificado ............................................................................................... 19

1.7.2. Producción de Asfalto Modificado según el Instituto del Asfalto ..................... 20

1.8. Alófano (Allophane) ............................................................................................. 22

1.9. Compatibilidad Asfalto-Modificante .................................................................... 24

2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL .................................................................... 25

2.1. Esquema Metodológico ........................................................................................ 25

2.2. Caracterización del Alófano ................................................................................. 27

2.2.1. Proceso de Activación de Alófano ..................................................................... 28

2.3. Modificación de asfalto original ........................................................................... 30

2.3.1. Sustancias ........................................................................................................... 30

2.3.2. Materiales y Equipos ......................................................................................... 30

2.3.3. Procedimiento .................................................................................................... 30

2.4. Termogravimetría ................................................................................................. 30

vii

2.5. Envejecimiento en Horno Rotacional de Película Delgada (RTFO) .................... 32

2.5.1. Sustancias ........................................................................................................... 32


2.5.3. Procedimiento .................................................................................................... 33

2.6. Envejecimiento en la Vasija a Presión (PAV) ...................................................... 34

2.6.1. Sustancias ........................................................................................................... 34

2.7. Caracterización de Asfalto .................................................................................... 35

2.8. Estudios en el Reómetro de Corte Dinámico DSR ............................................... 36

2.8.2. Sustancias ........................................................................................................... 36


2.8.4. Procedimiento .................................................................................................... 37

3. DATOS EXPERIMENTALES ................................................................................ 40

3.1. Termogravimetría ................................................................................................. 40

3.2. Caracterización de Asfalto .................................................................................... 41

3.2.1. Viscosidad Absoluta a 60°C .............................................................................. 41

3.2.2. Punto de inflamación ......................................................................................... 44

3.2.3. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg ........................................................................ 44

3.2.4. Punto de ablandamiento ..................................................................................... 44

3.2.5. Ductilidad a 25°C (5cm/min) ............................................................................. 45

3.3. Ensayos en Asfalto envejecido en RTFO ............................................................. 45

3.3.1. Viscosidad Absoluta .......................................................................................... 46

3.3.2. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg ........................................................................ 46

3.3.3. Punto de Ablandamiento .................................................................................... 47

3.3.4. Ductilidad ........................................................................................................... 48

3.4. Determinación del Grado de Desempeño (PG) .................................................... 48

3.4.1. Ensayos en Asfalto Original y Modificado ........................................................ 48

3.4.2. Envejecimiento en Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO) ................... 50

3.4.3. Envejecimiento en la Vasija a Presión ............................................................... 51

4. CÁLCULOS ............................................................................................................ 53

viii

4.1. Cálculo del Punto de Inflamación Corregido........................................................ 53

4.2. Cálculo del Índice de Penetración ......................................................................... 53

4.3. Viscosidad Absoluta a 60°C ................................................................................. 53

4.4. Determinación del Grado de Desempeño ............................................................. 56

5. RESULTADOS ....................................................................................................... 58

5.1. Resultados de Caracterización de Asfaltos ........................................................... 58

5.1.1. Punto de Inflamación Corregido ........................................................................ 58

5.1.2. Índice de Penetración ......................................................................................... 58

5.1.3. Viscosidad Absoluta a 60°C .............................................................................. 59

5.2. Determinación del grado de desempeño ............................................................... 60

5.2.1. Muestras Originales y envejecidas en RTFO..................................................... 60

5.3. Evaluación Marshall ............................................................................................. 62

5.3.1. Gravedad Especifica BULK y Densidad de Mezclas Bituminosas Compactadas

no Absorbentes ............................................................................................................... 62

5.3.2. Resultados de Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas .............. 64

5.4. Resultados de Caracterización según AASHTO M 320 y NTE INEN 3030 ........ 69

5.5. Resultados de análisis termogravimétricos ........................................................... 71

6. DISCUSIÓN ............................................................................................................ 72

7. CONCLUSIONES ................................................................................................... 74

8. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 76

CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 77

ANEXOS ........................................................................................................................ 80

ix

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Modelo de Composición del Asfalto (E - Asfalto, 2005) ................................... 5

Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The Asphalt

Institute, 1986) .................................................................................................................. 8

Tabla 3. Diferencias entre el método Marshal y SUPERPAVE (Escobar, 2018) .......... 18

Tabla 4. Información general del Alófano ecuatoriano (Kaufhold, y otros, 2010) ........ 22

Tabla 5. Ensayos ASTM para Caracterización de Asfalto según ASTM ....................... 36

Tabla 6. Datos Experimentales de Termogravimetría para Asfalto AC-20 ................... 40

Tabla 7.Datos para Asfalto AC-20 Original ................................................................... 42

Tabla 8.Datos para Asfalto AC-20 modificado al 3% .................................................... 42

Tabla 9. Punto de inflamación Observado para asfalto AC-20 original y modificado con

alófano ............................................................................................................................ 44

Tabla 10. Datos de Penetración a 25°C, 1006 ,5 seg, para asfalto original y modificado

........................................................................................................................................ 44

Tabla 11. Datos de Punto de Ablandamiento para asfalto original y modificado .......... 45

Tabla 12. Datos de Ductilidad a 25°C, para asfalto original y modificado .................... 45

Tabla 13.Datos para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO ............................................ 46

Tabla 14. Datos de Penetración para muestras de asfalto envejecido en RTFO ............ 46

Tabla 15. Datos de Punto de Ablandamiento para muestras de asfalto envejecido en

RTFO .............................................................................................................................. 47

Tabla 16. Datos de Punto de Ductilidad para muestras de asfalto envejecido en RTFO 48

Tabla 17. Datos Asfalto original sin envejecer............................................................... 48

Tabla 18. Datos Asfalto modificado al 3% sin envejecer............................................... 48




x

Tabla 22. Datos Asfalto original y modificado en RTFO .............................................. 51

Tabla 23. Datos Asfalto original y modificado en RTFO .............................................. 51

Tabla 24. Datos Asfalto original y modificado en PAV ................................................ 51

Tabla 25.Datos de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% ............................. 54

Tabla 26. Parámetros estimados del modelo de Ellis ..................................................... 56


Tabla 28. Resultados de Punto de Inflamación Corregido ............................................. 58

Tabla 29. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto sin envejecer . 58

Tabla 30. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto envejecidas en

RTFO .............................................................................................................................. 58

Tabla 31. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto sin envejecer ................ 59

Tabla 32. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto envejecidas en RTFO .. 59

Tabla 33. Módulo de corte dinámica para muestras sin envejecer ................................. 60

Tabla 34. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en RTFO ................... 61

Tabla 35. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en PAV ..................... 62

Tabla 36. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con

muestra de asfalto AC-20 ............................................................................................... 62


asfalto modificado al 4% ................................................................................................ 63






asfalto AC-20 .................................................................................................................. 64







xi

Tabla 44. Resultados de Caracterización de asfalto AC-20 y modificados con alófano 69

Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño (

(INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017) ................................................. 85

Tabla 46. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (

(AASHTO M 320, 2017) ................................................................................................ 87

Tabla 47. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (AASHTO

M 320, 2017) (continuación) .......................................................................................... 87

Tabla 48. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 ..................................... 93

Tabla 49. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3% .................... 94




Tabla 53. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 envejecido en RTFO ... 97



Tabla 56. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................. 100

Tabla 57. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................. 101

xii

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Productos y Temperaturas típicas de destilación ............................................. 6

Figura 2. Diagrama de Flujo para Obtención de Asfaltos en Refinería Esmeraldas ....... 7

Figura 3. Fuerza de cizalla entre dos planos paralelos .................................................. 10

Figura 4.Deformación oscilatoria y respuesta del esfuerzo, mostrando el ángulo de fase

entre estimulo y respuesta ............................................................................................. 14

Figura 5. Pruebas Oscilatorias en fluidos viscoelásticos ............................................... 15

Figura 6. Modulo complejo de cizallamiento ............................................................... 16

Figura 7. Representación del módulo complejo y el ángulo de fase en materiales

viscoelásticos ................................................................................................................. 17

Figura 8. Principales Modificadores utilizados en el Asfalto ......................................... 20

Figura 9. Producción de Asfalto Modificado ................................................................. 21

Figura 10: Esquema metodológica para evaluación SUPERPAVE y Marshall de Asfalto

Modificado con Alófano ................................................................................................. 26

Figura 11. Diagrama de flujo para el proceso de activación de alófano. ...................... 29

Figura 12. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6% ....................................... 55

Figura 13. Viscosidad absoluta a 60°C en función del porcentaje de alófano para

muestras sin envejecer .................................................................................................... 59


muestras envejecidas en RTFO ...................................................................................... 60

Figura 15. Módulo de corte dinámico en función de la Temperatura ............................ 61

Figura 16. Resultados TGA para asfalto AC-20 y modificado con alófano ................... 71

Figura 17. Balanza Analítica .......................................................................................... 81

Figura 18. Analizador de Termogravimetría (TGA) ...................................................... 81

Figura 19. Punto de Inflamación Copa Abierta Cleveland ............................................. 82

Figura 20. Horno Rotatorio de Película Delgada RTFO ................................................ 82

xiii

Figura 21. Botellas de muestreo para envejecimiento RTFO ......................................... 83

Figura 22. Reómetro de Corte Dinámico DSR ............................................................... 83

Figura 23. Moldes de silicona para muestreo en DSR ................................................... 84

Figura 24. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 sin envejecer ................................... 93

Figura 25. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% sin envejecer ................. 94




Figura 29. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO....................... 98

Figura 30. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% ....................................... 99

Figura 31. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 4% ..................................... 100



Figura 34. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=64°C Figura

35. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=70°C ........... 103

Figura 36. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=°64C

Figura 37. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=70°C

104



...................................................................................................................................... 105



106



107

Figura 44. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en RTFO Figura 45.

Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO ......................... 108

Figura 46. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en RTFO Figura

47. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en RTFO ....... 109

xiv

Figura 48. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO ........... 110

Figura 49. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en PAV Figura 50.

Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en PAV ............................ 111

Figura 51. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en PAV Figura

52. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en PAV .......... 112

Figura 53. Temperatura de falla para asfalto mod al 6% envejecido en PAV ............. 113

xv

LISTA DE ANEXOS

Pag

ANEXO A. EQUIPOS UTILIZADOS EN LA EXPERIMENTACIÓN ....................... 81

ANEXO B. NORMAS DE REFERENCIA ................................................................... 85

ANEXO C. CARACTERIZACIÓN ASTM (PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS) .. 89

Anexo C.1 Penetración (ASTM D5 / D5M, 2019) ......................................................... 89

Anexo C.3. Punto de Inflamación (ASTM D92, 2018) .................................................. 89

Anexo C.4. Ductilidad (ASTM D113, 2017) ................................................................. 90

Anexo C.5. Punto de ablandamiento (ASTM D36/D36M, 2014) .................................. 91

ANEXO D. ESTUDIO REOLÓGICO EN SOFTWARE RHEOPLUS V3.4 ................ 93

Anexo D.1 Resultados para asfalto original y modificado sin envejecer ....................... 93

Anexo D.2 Resultados para asfalto original y modificado envejecidos en RTFO ......... 97

Anexo D.3 Resultados de Grado de Desempeño en muestras sin envejecer ................ 103

Anexo D.3 Verificación de Grado de Desempeño en muestras envejecidas en RTFO 107

Anexo D.4 Verificación de Grado de desempeño en muestras envejecidas en PAV ... 110

ANEXO E. GRAVEDAD ESPECIFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS

BITUMINOSAS ........................................................................................................... 114

ANEXO F. ESTABILIDAD Y FLUJO MARSHALL DE MEZCLAS BITUMINOSAS

...................................................................................................................................... 117

xvi

TITULO: Evaluación Marshall y SUPERPAVE de asfalto modificado con alófano

Autor: Rommel Vinicio Raura Lema

Tutor: Edward Henry Jiménez Calderón

RESUMEN

Caracterización de asfalto modificado con alófano mediante requerimientos de Normas

ASTM y NTE-INEN, clasificación de asfalto modificado con alófano mediante

metodología SUPERPAVE y evaluación MARSHALL para encontrar mejoras en

ensayos de estabilidad y flujo.

El alófano, utilizado como modificador de asfalto convencional, fue tratado previamente

a su mezcla con asfalto, para evitar resultados desviados a los requerimientos por normas

INEN, ASTM y en la metodología SUPERPAVE (parámetros como humedad, relación

Si/Al y tamaño de partícula fueron analizadas).

Se realizo un estudio termogravimétrico para determinar la estabilidad y la temperatura a

la cual se empieza a degradar las muestras de asfalto modificado con alófano, donde se

determinó que las muestras modificadas al 5% p/p se estabilizada mejor que el resto de

las muestras, la cual mejora las propiedades fisicoquímicas del asfalto.

Una vez realizada la mezcla de asfalto-alófano en porcentaje peso-peso, y posterior a su

caracterización, se realizó envejecimientos que simulan el comportamiento de las

muestras de estudio, a corto y mediano plazo, en las cuales se encontró mediante

parámetros analizados en el reómetro, y clasificación según su grado de desempeño.

Se llegó a la conclusión de que, el grado de desempeño de las muestras estudiados para

altas temperaturas es de 64 °C, y para temperaturas media es de 22°C, de esta manera se

puede promover a este asfalto como un posible candidato a ser utilizado en carreteras ya

que a la temperatura indicada presentaría un rendimiento aceptable “exento agrietamiento

y fisuras”. Por otro lado, las muestras de 5 y 6% p/p con alófano presentan un

comportamiento resistente a corto plazo a una temperatura de hasta 70°C.

PALABRAS CLAVE: ASFALTO MODIFICADO / ALÓFANO / SUPERPAVE /

GRADO DESEMEÑO / MARSHALL / ESTABILIDAD / TERMOGRAVIMETRIA

xvii

TITLE: Marshall and SUPERPAVE evaluation of modified allophane asphalt

Author: Rommel Vinicio Raura Lema

Tutor: Edward Henry Jiménez Calderón

ABSTRACT

Characterization of modified allophane asphalt by means of ASTM and NTE-INEN

standards, classification of modified allophane asphalt using SUPERPAVE methodology,

and MARSHALL evaluation to find improvements in stability and flow tests. Allophane,

used as a conventional asphalt modifier, was treated prior to its mixing with asphalt, to

avoid deviations from INEN, ASTM, and for SUPERPAVE methodology (parameters

such as; humidity, Si/Al ratio, and particle size were analyzed). A thermogravimetric

analysis was performed to determine the stability and temperature at which the samples

of modified allophane asphalt begun to degrade. It was stablished that the modified

samples at 5% wt stabilized better than the rest of the samples, which improves

physicochemical properties of the asphalt. Once the mixture of asphalt-allophane in

weight percentage, the aging process was performed in order to simulate the behavior of

the studied samples, at a short and medium term. Analyzed parameters in the rheometer

were found in the samples, and these were classified according to their performance

grade. The obtained performance grade of the studied samples at high temperatures is 64

°C, and for medium temperature is 22°C. In conclusion, this study determined that asphalt

can be potentially used on roads, since at performance grade temperature it would exhibit

an admissible performance, “prevented from cracking and fissures”. On the other hand,

5% wt and 6% wt samples with allophane display a resistant short-term behavior at a

temperature of up to 70 °C.

KEYWORDS: MODIFIED ASPHALT / ALLOPHANE / SUPERPAVE /

PERFORMANCE GRADE / MARSHALL / STABILITY / THERMOGRAVIMETRY

1

INTRODUCCIÓN

El asfalto modificado es producto de la adición de una sustancia al asfalto obtenido de la

destilación del petróleo, el aditamento de los modificantes se realiza con la finalidad de

mejorar las características fisicoquímicas del asfalto y extender el tiempo de vida útil de

las mezclas asfálticas usadas para pavimentar calles, avenidas y carreteras.

El Alófano es un mineraloide que cuenta con una composición química de aluminio y

silicato, por lo que también es denominado un aluminosilicato con estructura no cristalina,

en Ecuador este material se lo encuentra en los suelos de la provincia de Santo Domingo

de los Tsáchilas.

A causa de los daños que poseen actualmente las vías en el Distrito Metropolitano de

Quito, Diario La Hora (2019) informa que, para la tarea de repavimentar las vías de la

ciudad se requiere como mínimo la cantidad de 1 000 millones de dólares, al mismo

(INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2014)tiempo que extender el horario de

la medida de Pico y Placa a 10 horas, específicamente de 09:000 a 19:00.

Yánez (2019) comenta que, en las vías del Distrito Metropolitano de Quito se debe

evaluar la estructura asfáltica y decidir si se debe colocar una recapa o colocar una capa

nueva, dando la última opción una duración ideal de 10 años, el estudio deberá considerar

como mínimo la cantidad y tipo de vehículos que circulan por las vías; en cuanto a temas

de condiciones ambientales, se tendrá que considerar los cambios climáticos que ocurren,

dado que en la ciudad se tiene temperaturas de 5°C en la madrugada y altas temperaturas

registradas a medio día. También explica que se ha realizado estudios en México que han

determinado que es posible trabajar con el asfalto ecuatoriano, pero se debe disponer de

un buen diseño de carpeta asfáltica que sea de calidad y cuente con la combinación de

agregados minerales.

2

A nivel nacional, Pichincha es la primera provincia en emplear mezclas asfálticas

modificadas, hecho considerado como un hito histórico que contribuirá con el desarrollo

sustentable de la industria vial del país, gracias al aprovechamiento de residuos sólidos

de neumáticos. En la vía Pifo – Papallacta se colocó 600 m de carpeta asfáltica modificada

con caucho, donde se utilizó 10000 gal de asfalto ecuatoriano y 3 ton de polvo de caucho

reciclado donado por una de las tres empresas encargadas del proceso de pavimentación.

La prueba preliminar realizada dio resultados satisfactorios, sin embargo, el Ministerio

de Transporte y Obras Públicas continuará realizando pruebas reológicas y monitoreo de

otros parámetros para mantener el buen estado de la vía (Pichincha es la primera provincia

del Ecuador donde se colocó mezcla asfáltica modificada con caucho reciclado, 2015).

Las mezclas asfálticas no logran cumplir con las necesidades de la sociedad actual, debido

a que, con el crecimiento de la población, también viene un incremento en el número de

vehículos que transitan las calles, avenidas y carreteras, por lo que resulta necesario

mejorar la calidad y por consiguiente la duración de las mezclas asfálticas de las vías

transitadas agregando sustancias que mejoren el rendimiento del asfalto.

Por lo expuesto anteriormente, en el presente trabajo de titulación se busca mejorar las

características del asfalto que a su vez permitirá prolongar la duración e incrementar la

resistencia de las mezclas asfálticas. La sustancia modificante que se usará para mejorar

las propiedades fisicoquímicas del asfalto es el Alófano, para analizar si se obtiene alguna

mejora se empleará la metodología SUPERPAVE, para medir el grado de desempeño y

para evaluar las mezclas asfálticas se utilizarán las Pruebas MARSHALL.

3

1. MARCO TEÓRICO

1.1.Asfalto

Es un material aglomerante de color que varía de pardo oscuro a negro, de consistencia

sólida, semisólida o líquida, cuyos constituyentes predominantes son betunes, que se dan

en la naturaleza como tales o que se obtienen en la destilación del petróleo (ASTM D8,

2018).

Según la Norma Técnica Ecuatoriana NTE-INEN 3030 (2017), el asfalto o ligante

asfaltico es la fracción pesada de la destilación del petróleo con propiedades aglutinantes

y de adherencia, las cual puede o no ser aditivada

Ramírez, 2018 indica que el asfalto a temperaturas mayores a 100°C, tiene

comportamiento viscoso, similar a la de un líquido Newtoniano y a bajas temperaturas se

comporta como un sólido elástico descrito por la ley de Hooke.

La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces en su totalidad, sin

embargo, existen algunos petróleos crudos que no contienen asfalto. En base a la

proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:

- Petróleos crudos de base asfáltica

- Petróleos crudos de base parafínica

- Petróleos crudos de base mixta

4

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por

cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da

como resultado propiedades indeseables, como la perdida de ductilidad, esto no ocurre en

los crudos asfalticos dada su composición.

1.2.Composición del Asfalto

El asfalto es considerado como un sistema coloidal complejo de hidrocarburos, en el cual

es difícil establecer una distinción clara entre fase continua y fase dispersa. Las primeras

experiencias para descubrir su estructura fueron desarrolladas por Nellensteyn en 1924,

cuyo modelo fue mejorado más tarde por Pfeifferry Saal en 1940, en base a limitados

procedimientos analíticos (E - Asfalto, 2005).

El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar,

el cual provee de una razonable explicación de dicha estructura, en el cual existen dos

fases; una discontinua (aromática) formada por dos asfáltenos y una continua que rodea

y solubiliza a los asfáltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los

maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misión de homogeneizar y

compatibilizar a los de otra manera insolubles asfáltenos. Los maltenos

y asfaltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

(E - Asfalto, 2005).

5

Tabla 1. Modelo de Composición del Asfalto (E - Asfalto, 2005)

1.3.Obtención de Asfaltos en Refinería.

El petróleo crudo de los pozos es sometido a un proceso de destilación (Figura 1.

Productos y Temperaturas típicas de destilación) en el cual se separan las fracciones

livianas como la nafta y keroseno de la base asfáltica mediante la vaporización,

fraccionamiento y condensación de estas. En consecuencia, el asfalto es obtenido como

un producto residual del proceso anterior. El asfalto es además un material bituminoso

pues contienen betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2).

El alquitrán obtenido de la destilación destructiva de un carbón graso, también contienen

betún, por lo tanto, también es un material bituminoso, pero no debe confundirse con el

asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente.

Asfaltenos Maltenos

➢ Compuestos Polares

➢ Hidrocarburos Aromáticos

➢ Peso Molecular mayor 1000

➢ Precipitan como sustancias

oscuras por dilución con

parafinas de bajo punto de

ebullición (pentano-

heptano)

➢ No Polares

➢ Hidrocarburos Alifáticos

más Nafténicos y

Aromáticos

➢ Peso molecular hasta 1000

➢ Medio Continuo

6

Figura 1. Productos y Temperaturas típicas de destilación (The Asphalt Institute,

1986)

1.3.1. Destilación Primaria:

Es la primera operación a que se somete el crudo. Consiste en calentar el crudo en hornos

tubulares hasta aproximadamente 375ºC. Los componentes livianos (nafta, kerosene, gas

oil), hierven a esta temperatura y se transforman en vapor. La mezcla de vapores y líquido

caliente pasa a una columna fraccionadora. El líquido o residuo de destilación primaria

se junta todo en el fondo de la columna y de ahí se bombea a otras unidades de la refinería.

1.3.2. Destilación al Vacío:

Para separar el fondo de la destilación primaria, otra fracción libre de asfaltenos y la otra

con el concentrado de ellos, se recurre comúnmente a la destilación al vacío. Difiere de

la destilación primaria, en que mediante equipos especiales se baja la presión (aumenta el

vacío) en la columna fraccionadora, lográndose así que las fracciones pesadas hiervan a

menor temperatura que aquella a la que hervían a la presión atmosférica. El producto del

fondo de la columna, un residuo asfáltico más o menos duro a temperatura ambiente, se

7

denomina residuo de vacío. De acuerdo con la cantidad de vacío que se practica en la

columna de destilación, se obtendrán distintos cortes de asfaltos que ya pueden ser

utilizados como cementos asfálticos.

1.3.3. Obtención de Asfalto en Refinería Esmeraldas

Refinería Esmeraldas cuenta con 2 unidades de destilación (crudo 1 y crudo 2) muy

similares, mismas que son alimentadas con 110 000 BPD de crudo oriente de 25° API. El

crudo se hace circular por el interior de los hornos alcanzando elevadas temperaturas, se

obtiene las fracciones más livianas, como gas combustible, nafta, Jet Fuel y diésel

(Escobar, 2018).

Para la obtención de asfalto, Petroecuador EP (2013), menciona que, el crudo reducido

constituido por los componentes más pesados del petróleo y que no se lograran vaporizar

a estas condiciones de presión y temperatura, se dirige a una unidad de destilación al vacío

(VGO). En el fondo de la torre de vacío, se obtienen los residuos finales, llamados fondos

de vacío, los cuales se utilizan como asfalto para pavimentación (Citado en Escobar,

2018).

Crudo Oriente

25 °API

110 000 BPD

Crudo 1

Vacío 2

Unidad FCCVacío 1

Crudo 2

Selva 2

Selva 1

Asfaltos

Figura 2. Diagrama de Flujo para Obtención de Asfaltos en Refinería Esmeraldas

(Petroecuador EP, 2013)

8

1.4.Caracterización de Asfaltos

Para la caracterización de asfaltos se toma en cuenta sus propiedades fisicoquímicas y

reológicas, a continuación, se presentan las más importantes:

Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The

Asphalt Institute, 1986)

PROPIEDAD INTERPRETACIÓN

Penetración

El ensayo de penetración determina la dureza

y consistencia relativa de un asfalto, midiendo

la distancia que una aguja normalizada

penetra verticalmente en una muestra, en

condiciones especificadas de temperatura

carga y tiempo. Normalmente se entiende que

las medidas son a 25°C, que la aguja está

cargada con 100g y que la carga se aplica por

5 seg. (AASHTO T49-ASTM D5)

Punto de

Inflamación

El punto de inflamación indica la temperatura

a la que el material puede calentarse sin

peligro de inflamación en presencia de llama

libre. Esta temperatura es usualmente muy

inferior a aquella en la que el material ardería,

llamada punto de fuego, la cual rara vez se

incluye en las especificaciones. (AASHTO

T8-ASTM D92)

Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The

Asphalt Institute, 1986) (Continuación)

9

PROPIEDAD INTERPRETACIÓN

Punto de

Reblandecimiento

El ensayo normalmente utilizado es el método

de anillo y bola, el cual se emplea

frecuentemente para caracterizar materiales

duros e indica la temperatura a la que estos se

hacen fluidos. (AASHTO T53-ASTM D36)

Ductilidad

Dependiendo de la aplicación del asfalto la

presencia o ausencia de ductilidad llega a tener

relevancia. Los asfaltos dúctiles tienen

normalmente mejores propiedades aglomerantes

que a aquellos a los que les falta esta propiedad.

Se entiende como la capacidad para mantenerse

cohesionado bajo deformaciones inducidas

externamente. (AASHTO T51- ASTM D113)

Peso Especifico

Es útil para hacer las correcciones de volumen

cuando este se mide a elevadas temperaturas. Es

la relación del peso de un volumen determinado

del material al peso de igual volumen de agua,

estando ambos materiales a temperaturas

especificadas. (AASHTO T43-ASTM D76)

10

1.5.Reología

La reología es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos sometidos

a diferentes tipos de esfuerzos. La reología de fluidos es usada para describir la

consistencia de diferentes fluidos. Normalmente mediante dos componentes: la

viscosidad y la elasticidad. Por viscosidad se entiende la resistencia a fluir o el

espesamiento y por elasticidad la pegajosidad o estructura

1.5.1. Esfuerzo Cortante

Para entender ciertos fenómenos reológicos se plantea lo siguiente: suponer un plato

cuadrado, metálico, anclado (para evitar su movimiento) y cubierto con una capa delgada

de grasa. Ahora imaginemos otro plato del mismo tamaño que el primero, colocado sobre

la superficie opuesta de la capa de grasa a una distancia “h”. Para deslizar el plato superior

se debe aplicar sobre él una fuerza (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).

La fuerza F requerida para mover el plato superior se relaciona con el área en contacto

con la sustancia y para llegar a una medida especifica es necesario dividir la fuerza total

necesaria para el movimiento por el área en contacto con la sustancia. (Ver Figura 3).

Figura 3. Fuerza de cizalla entre dos planos paralelos (Rojas, Briceño, & Avendaño,

2012)

11

La fórmula sería:

τ =F(N)

A(m2)= [Pa] (1)

1.5.2. Velocidad de Deformación o Cizallamiento

El cizallamiento ejercido sobre el material es relacionado con la velocidad relativa de

movimiento y la distancia entre platos (para este caso h). A una velocidad v, dada, mayor

esfuerzo se requiere en una unidad de material cuando los platos están más cercanos

(Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012). La medida especifica de este trabajo por unidad de

material es llamada velocidad o tasa de deformación y es definida como la velocidad

relativa dividida por la distancia entre platos, su fórmula seria:

�̇� =𝒅𝒗

𝒅𝒉= [𝒔−𝟏]̇

(2)

1.5.3. Ley de Newton de Viscosidad

Relación proporcional del esfuerzo constante con la velocidad de deformación a través

de una constante llamada viscosidad que es fija a cualquier velocidad de deformación

(Escobar, 2018).

Matemáticamente la ley de Newton de la viscosidad se describe de la siguiente manera

𝜏 𝛼 �̇� (3)

𝜏 = 𝜇 ∗ �̇� = −𝜇 ∗𝑑𝑣

𝑑ℎ (4)

𝜇 =𝜏

�̇�=

𝐹

𝐴

−𝑑𝑣

𝑑ℎ

= [𝑃𝑎 ∗ 𝑠] = [𝑘𝑔

𝑚∗𝑠] (5)

1.5.4. Fluidos Viscoelásticos

12

Son aquellos formados por la suma de un componente elástico que absorbe la energía

aplicada, ttansformandola durante la deformación en energía potencial, de modo que

cuando esta cesa, la deformación vuelve a su estado inicial, y un componente viscoso,

que absorbe la energía aplicada transformadola en calor y fluyendo (Rojas, Briceño, &

Avendaño, 2012). A bajas deformaciones, el fluido viscoelástico se comporta literalmente

como un fluido elástico, en cambio a altas deformaciones, estos fluyen de forma viscosa,

como un liquido

1.5.5. Modelos Reológicos

Se ha comprobado el comportamiento del asfalto como un cuerpo viscoelástico. Por lo

tanto, para este tipo de comportamientos se han considerado los siguientes modelos:

a) Modelo de Ostwald o Ley de Potencia

𝜏 = 𝑘 ∗ �̇�𝑛 ó 𝑙𝑜𝑔 𝜏 = 𝑙𝑜𝑔 𝑘 + 𝑛 ∗ 𝑙𝑜𝑔 𝛾̇ (6)

Tanto n como k son parámetros de ajuste que depende de la naturaleza del fluido y de las

condiciones de medición y se han denominado índice de comportamiento (n) e índice de

consistencia (k) (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).

- Si n=1, entonces el fluido es newtoniano

- Si n>1, entonces el fluido es pseudoplástico

- Si n<1, entonces el fluido es dilatante

b) Modelo de Ellis

13

𝛾 = 휀0 ∗ 𝜏 + 휀1 ∗ 𝜏𝑛 (7)

Con n>1 y ε0, ε1 constantes

Este modelo fue especialmente diseñado para describir el comportamiento a bajas

velocidades de deformación (Escobar, 2018).

c) Modelo de Maxwell o de fluido viscoelástico simple

𝜏 + 𝜆𝑑𝜏

𝑑𝑡= 𝑛𝑜 ∗ 𝛾 (8)

Donde λ es el tiempo de relajación; n0 = γ0 * λ y γ0 es el módulo elástico propio de cada

sustancia. (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).

1.5.6. Pruebas Oscilatorias

Las pruebas oscilatorias se utilizan para examinar todo tipo de materiales viscoelásticos,

en el caso de los asfaltos las pruebas oscilatorias permiten la clasificación por grado de

desempeño, mediante la obtención del ángulo de fase (𝛿) y el módulo complejo G*

(Ramírez, 2018).

Un experimento oscilatorio consiste en someter un fluido a un esfuerzo o deformación

sinusoidal. (Ver Figura 4)

14

Figura 4.Deformación oscilatoria y respuesta del esfuerzo, mostrando el ángulo de fase

entre estimulo y respuesta (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012)

Según Rojas, (2012) una deformacion sinusioidal puede expresarse en forma matematica

como:

𝛾 = 𝛾0 ∗ sin (𝜔 ∗ 𝑡) (9)

Donde γ0 es la amplitud de la onda de deformacion y ω es la fecuencia de oscilacion. El

esfuerzo resultante a la deformacion es:

𝜏 = 𝜏0 ∗ sin (𝜔 ∗ 𝑡 + 𝛿) (10)

Donde δ es el angulo de fase.

Este tipo de comportamiento puede ser descrito mediante numeros complejos: en tal

sentido, el esfuerzo puede desconponerse en dos componentes un componente en fase y

un componente fuera de fase. Puede definirse un modulo de elasticidad complejo,

𝐺∗ = 𝐺′ + 𝑖 𝐺′′ (11)

La señal en fase G’, se denomina el módulo de almacenamiento (elastico), o energia

almacenada por ciclo, y se calcula como:

𝐺′ =𝜏0

𝛾0 ̇∗ cos 𝛿 (12)

15

La señal en fase G’’, se denomina el módulo de pérdidas (o modulo viscoso), o energia

disipada por ciclo, y se calcula como:

𝐺′′ =𝜏0

𝛾0 ̇∗ sin 𝛿 (13)

The Asphalt Institute, describe lo siguiente: a medida que la placa superior gira, al punto

A se mueve a la posición A’ pero los otros puntos, O, O’ y B permanecen en una ubicación

fija (Figura 5a). la deformación por cizalla está definida como la distancia de rotación del

punto superior (φ) dividido para el grosor de la muestra h. Consecuentemente, la tensión

de corte es cero en el centro del palto y aumenta hasta un máximo en el borde exterior de

la muestra de prueba. (Figura 5b)

Figura 5. Pruebas Oscilatorias en fluidos viscoelásticos (The Asphalt Institute, 1986)

1.5.7. Modulo complejo (G*)

Representa la relación entre la tensión aplicada y la deformación experimentada por el

material, para materiales viscoelásticos es la suma vectorial de una componente elástica

(G’, representada en el eje x) y una componente viscosa (G’’ representada en el eje y).

(Ramírez, 2018)

De forma concreta el módulo complejo G* representa la rigidez o la medida de la

resistencia total del material de prueba cuando es sometido a esfuerzos de cizalla.

16

A continuacion se presenta un resumen del calculo del modulo complejo de cizallamiento

Figura 6. Modulo complejo de cizallamiento (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012)

1.5.8. Angulo de fase (𝛿))

EL ángulo de fase indica la capacidad de recuperación ante la deformación provocada por

cierta carga en el fluido. Un valor de 𝛿 iguala a 0° indica un comportamiento elástico y

un valor igual a 90° indica un comportamiento Newtoniano, un fluido viscoelástico

exhibe un valor de ángulo de fase entre 0° y 90° (Ramírez, 2018).

tg δ = G’’/G’

i2 = -1

17

Figura 7. Representación del módulo complejo y el ángulo de fase en materiales

viscoelásticos (Ramírez, 2018)

1.6.Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments)

La metodología SUPERPAVE, fue creada en 1987 por el Programa de Investigación

Estratégica de Carreteras (SHRP). Es un nuevo tipo de especificación para asfaltos, que

incorpora novedosas técnicas de clasificación, reemplazando los métodos convencionales

según el grado de viscosidad y penetración. Es una herramienta útil en investigación ya

que permite conocer el desempeño de asfaltos modificados y sin modificar, supliendo la

metodología de ensayos tradicionales a una temperatura fija predefinida por ensayos que

proporcionan más información relacionada con el envejecimiento a corto y largo plazo

(Escobar, 2018)

Fundamentalmente, representa un sistema mejorado de especificaciones para materiales

y análisis de mezclas asfálticas y predicción del comportamiento de pavimentos. El

sistema incluye equipos de ensayo, procedimientos y criterios (McGennis, Shuler, &

Bahia, 1994).

1.6.1. Grado de Desempeño o Performance Grade (PG)

Una de las principales diferencias entre las especificaciones tradicionales para asfalto y

los del método SUPERPAVE, se refiere a que en este ultimo los resultados de los ensayos

se mantienen constantes, variando solamente las temperaturas. Es decir, distintos grados

asfalticos cumplen con las mismas propiedades, pero a distintas temperaturas (Escobar,

2018).

La nomenclatura para el grado de desempeño se designa como:

PG-XX-YY (14)

Donde:

18

PG: Performance Grade

XX: Temperatura máxima promedio del pavimento

YY: Temperatura mínima superficial del pavimento (García, s.f).

La temperatura máxima (XX) indica que el ligante posee propiedades físicas adecuadas

al menos hasta dicha temperatura, además corresponde al clima en el que el ligante estará

en servicio. De igual manera la temperatura mínima superficial del pavimento (YY), de

esta manera se puede establecer un rango de temperaturas dentro del cual un asfalto en

particular puede desempeñarse adecuadamente (Ramírez, 2018)

Por ejemplo, al tener un asfalto con una denominación PG-64-22, quiere decir que el

asfalto posee propiedades físicas adecuadas desde 22 °C hasta 64°C, y evitara en lo

posible problemas de ahuellamiento o fisuras dentro de la mezcla asfáltica.

Para la clasificación del asfalto según su grado de desempeño, se toma como normativa

vigente la norma AASHTO M320 y la NTE INEN 3030-2017, las cuales proporcionan

especificaciones que el asfalto debe cumplir. (Ver ANEXO B)

1.6.2. Diferencias entre el Método Marshall y SUPERPAVE

Tabla 3. Diferencias entre el método Marshal y SUPERPAVE (Escobar, 2018)

Marshall SUPERPAVE

Desarrollado por Bruce Marshall, ex

ingeniero de Bitúmenes del

Departamento de Carreteras del

Estado de Mississippi en 1943

Desarrollado por SHRP en 1987.

El producto final del programa de

investigación sobre asfaltos

19

El propósito de este método es

determinar el contenido óptimo de

asfalto para una combinación

especifica de agregados, solo se

aplica a mezclas asfálticas en

caliente.

Este método evalúa los

componentes de la mezcla

asfáltica en forma individual

(agregado mineral y asfalto), y

su interacción cuando están

mezclados

Experimento de laboratorio dirigido

al diseño de una mezcla asfáltica por

medio del análisis de estabilidad,

fluencia, densidad y vacíos.

La metodología SUPERPAVE

ha demostrado tener

importantes avances en la

selección del ligante asfaltico; y

la compactibilidad de la mezcla

asfaltico.

1.7.Asfalto Modificado

Los materiales asfálticos modificados son el producto de la disolución o incorporación en

el asfalto de sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, mismas que

modifican las propiedades físicas y reológicas, y disminuyen la susceptibilidad a la

temperatura y a la humedad, así como a la oxidación. También aumentan la resistencia

de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo

tanto a la fatiga, y reducen el agrietamiento. Estos modificadores por lo general se aplican

directamente al material asfáltico. (Maxil & Salinas, 2006)

Ramírez (2018), indica que en términos generales que, este tipo de asfaltos son empleados

a nivel mundial debido a que disminuyen la susceptibilidad a las cargas por tránsito

vehicular, temperaturas extremas y oxidación.

20

1.7.1. Modificadores más Utilizados

Figura 8. Principales Modificadores utilizados en el Asfalto

1.7.2. Producción de Asfalto Modificado según el Instituto del Asfalto

Principales

modificadores

utilizados en el

asfalto

HULE

MOLIDO DE

NEUMATICOS

POLIMERO

TIPO III

POLIMERO

TIPO II

Mejora la flexibilidad y resistencia a

la tensión de la mezcla asfáltica.

Mejora el comportamiento del

asfalto a bajas temperaturas

Mejora la resistencia a las roderas de

la mezcla asfáltica y disminuye la

susceptibilidad a la temperatura

POLIMERO

TIPO I

Mejora el comportamiento de mezclas

asfálticas tanto a alta como a baja

temperatura

21

Petróleo Crudo(+ Transporte)

Pre-acondicionamiento/Desalador

Agua

Demusilficante Ti

Almacenamiento de Petróleo

Crudo

To

Co – productos Varios

Ti

ResiduoAtmosférico

To Desalfaltado

Residuo de Vacío

Almacenamiento de Asfalto

Asfalto

Co – productos Varios

Solvente

Terminal

Asfalto sin aditivo

Asfalto con PPA

Asfalto con SBS

Asfalto con caucho de llantas

SBS

Caucho de llanta

PPA

Transporte

Energía Comprada

DAO

Refinería – grandeTratamiento de

Aguas residuales

Agua

Tratamiento de agua residual

Municipal

Agua Tratada

Gas de refinería

Caldera CHPRefinería – grande

entradasElectricidad

Electricidad comprada

Combustible comprado

Energía térmica

Refinería

Destilación atmosférica

Destilación al vacío

Producto terminado

Co - Producto

Otros flujos de entrada de material

Electricidad

Energía térmica

Flujos de productos intermedios

Figura 9. Producción de Asfalto Modificado (The Asphalt Institute, 2019)

22

1.8.Alófano (Allophane)

Allbrook (1985), menciona que el alófano es un mineraloide amorfo compuesto de

silicato de aluminio sin estructura cristalina definida. Su fórmula idealizada es

Al2O3(SiO2)1.3-2(2,5-3).H2O y por lo tanto se lo caracteriza por su relación Si/Al. En el

caso ecuatoriano esta entre 1.45 y 1.85 (Citado en Jiménez E., 2019).

Besoain (1985), sustenta que, el alófano es el producto de la descomposición hidrolítica

de ciertos silicatos de aluminio, micas y cloritas particularmente de las que se presentan

en masas arriñonadas que por el carácter de sus combinaciones estructurales pueden estar

cerca de las montmorillonitas o de las halloysitas (Citado en Jiménez E., 2019).

A continuación, se presenta la información general del Alófano en Ecuador:

Tabla 4. Información general del Alófano ecuatoriano (Kaufhold, y otros, 2010)

Propiedad Valor

Formula Química Al2O3(SiO2)1,3-2(2,5-3) H2O

Peso Molecular 225,1 g/mol

Composición

Aluminio 23,97% Al2O3 45.29%

Silicio 16.22% SiO2 34.70%

Hidrogeno 2.24% H2O 20.01%

Oxigeno 57,57%

Total 100% Total Óxidos: 100%

Entorno En rocas de mármol y producto de intemperización de

cenizas volcánicas

Color Blanco, verde, azul, amarillo, café

Densidad Relativa 1,9

Dureza 3- calcita

1.8.1. Propiedades de Alófano

23

• Intercambio Catiónico

El Alófano tiene la capacidad de atraer cationes, debido a los sitios que poseen cargas

negativas, que a su vez se originan de las siguientes formas:

Por sustitución de cationes dentro de las hojas de los minerales, por enlaces en bordes

rotos de os cristales y por ionización de H+ a partir de materiales orgánicos (Thompson

& Frederick , 2009).

• Relación Si/Al

Kaufhold, y otros (2009), comunica que, para el alófano la capacidad de adsorción está

influenciada por la relación Si/Al debido a su composición química, puesto a que menor

número de átomos de aluminio existe menos cationes de intercambio, es así como el

contenido de silicio es de carácter inherentemente hidrofóbico generando una gran

afinidad con los hidrocarburos (Citado en Jiménez E., 2019).

La relación Si/Al de Alófano se encuentra dentro del rango 1.3 a 1.4. Dichos alófano se

denominan flujo de Alófano o Alófano de sílice y representan un intermediario entre los

alófanos de suelos ricos en Al (Al/Si=2 conocido como Alófano proto-imologita o alófano

de tipo imologita) y los alófanos ricos en Si (Al/Si=1 son los alófanos de piedra pómez o

Alófano de tipo halloysita).

• Humedad

El Alófano absorbe grandes cantidades de agua debido a su propiedad higroscópica,

puesto que su capacidad de absorción puede estar en un rango de 20 a 50 % en peso de

agua (Jiménez E., 2019).

• Área superficial BET

24

Es un método de medida de la capacidad de adsorción física (fisisorción) donde se

mantiene fija la molécula del gas en la molécula del sólido, asimismo controla la calidad

de los catalizadores (Jiménez E., 2019).

Kaufhold, y otros (2010), indican que, el Alófano que contiene 70-80 % en peso posee

una superficie especifica N2-BET de >300 m2/g (Citado en Jiménez E., 2019).

1.9.Compatibilidad Asfalto-Modificante

Cuando un asfalto es modificado, se debe tener en cuenta la morfología del modificante

y la solubilidad o adherencia de este con el asfalto.

En cuanto al Alófano, la cantidad de silicio presente en el mismo o a su vez la relación

Si/Al, ayuda a tener una afinidad considerable con hidrocarburos, por lo tanto, se espera

no observar situaciones desfavorables en la realización de los ensayos de caracterización

y posteriores evaluaciones.

25

2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

2.1. Esquema Metodológico

El asfalto adquirido para el presente trabajo fue de la refinería Esmeraldas, dentro de

especificación.

Para la modificación, previamente el Alófano debe encontrarse con bajo contenido de

humedad, para lo cual el modificante fue tratado en un horno por 8 horas a 100°C. Cabe

mencionar que el alófano empleado, fue previamente tratado y activado, por lo que solo

fue necesario el tratamiento en el horno

La adición de alófano considerando estudios de asfalto modificado previos, se tomó de 3,

4, 5 y 6% (m/m), puesto que si se supera el 10 % de modificante se puede observar

resultados desfavorables en el asfalto. La mezcla asfalto-alófano se realiza con agitación

constante durante 1 hora en caliente.

Para la caracterización de asfalto original y modificado, y para su caracterización por su

grado de desempeño (PG), se toma como guía la norma técnica ecuatoriana NTE-INEN

3030 y NTE-INEN 2515 relacionada a las especificaciones que debe cumplir un asfalto

para su comercialización y la tabla de la norma AASHTO M320, la cual permite conocer

las temperaturas máxima y mínima de desempeño de un material asfaltico.

Una vez realizada la caracterización de asfalto original y modificado, además de obtener

su PG para asfalto original y para los diferentes porcentajes de modificado, se realizará

una evaluación de mezclas asfálticas por metodología Marshall que contempla: Gravedad

Especifica, Estabilidad y Flujo.

26

A continuación, se presenta el esquema metodológico para el presente proyecto de investigación.

ASFALTO

ORIGINAL

ASFALTO

MODIFICADO

CARACTERIZACION

FISICOQUIMICA

3%

ALOFANO

4%

ALOFANO

5%

ALOFANO

6%

ALOFANO

TERMOGRAVIMETRIA

(TGA)

VISCOSIDAD

PUNTO DE

INFLAMACION

DUCTILIDAD

PENETRACION

PUNTO DE

ABLANDAMIENTO

ENVEJECIMIENTO

PRIMARIO

ENVEJECIMIENTO

SECUNDARIO

REOMETRO DE CORTE

DINAMICO (DSR)

GRADO DE DESEMPEÑO

(PG)

EVALUACION

MARSHALL

MEZCLA

ASFALTICA

GRAVEDAD

ESPECIFICA

ESTABILIDAD Y

FLUJO

Figura 10: Esquema metodológica para evaluación SUPERPAVE y Marshall de Asfalto Modificado con Alófano

27

2.2.Caracterización del Alófano

Para caracterizar el Alófano puro se realizó ensayos de secado y molienda, posteriormente

se realizaron ensayos de área superficial BET y ensayos de espectroscopia infrarroja con

transformada de Fourier.

La molienda en conjunto con un análisis de tamaño de partícula sirve para que la mezcla

con el asfalto se realice de manera homogénea, dichos ensayos se realizaron en un Molino

ultrafino Marca Retsch Technology y en un analizador de tamaño de partícula, marca

Retsch Technology, modelo Camsizer

Los rangos de porcentaje de retenido en el ensayo de tamaño de partícula fueron

establecidos por la Refinería Estatal de Esmeraldas para el caso de catalizador usado en

el proceso de craqueo catalítico fluidizado, sujetándose a los valores, >20%, 40%. 60%,

y >80%. (Jiménez E., 2019)

El secado se lo llevo a cabo en un horno durante 3 horas a 300 °C, lo cual reduce el

porcentaje de humedad para evitar la formación de espuma debido a la evaporación del

agua en el asfalto.

Mediante el análisis de área superficial BET se identificó que las muestras presentan un

área superficial mayor a 300 m2/g, por lo que se encuentran dentro de los rangos

establecidos de un catalizador FCC.

En lo que respecta al análisis de Espectroscopia Infrarroja con Transformada de Fourier

(FTIR), son necesarios para la determinación de la relación Al/Si. Las bandas típicas de

Alófano están determinadas por la vibración infrarroja principal de Alófano rico en

aluminio, la cual se encuentra entre 975 cm-1 (Al/Si=2) y 1020 cm-1 (Al/Si=1) (Kauthfold,

2009)

28

2.2.1. Proceso de Activación de Alófano

El proceso de activación se realizó por el método de fusión alcalina utilizando Hidróxido

de Sodio (NaOH) como agente de activación seguido de tratamiento hidrotérmico

mediante el siguiente procedimiento:

✓ Secar la muestra durante 24 horas a una temperatura de 60°C

✓ Moler la muestra

✓ Mezclar 120 gramos de NaOH comercial con 100g de Alófano seco conservando

una relación, activador alcalino/materia prima igual a 1,2

✓ Calcinar el producto resultante en la mufla a 600°C durante 1 hora

✓ Disolver el producto alcalino fusionado en agua destilada (relación agua/producto

alcalino fusionado = 5ml/g)

✓ Agitar el producto alcalino resultante a 800 rpm por 1 hora y 1100 rpm por 30 min

hasta conseguir un hidrogel homogéneo, este hidrogel se coloca en un reactor de

politetrafluoroetileno PTFE (teflón) de 1000 mL.

✓ Envejecimiento del hidrogel por 72 horas

✓ Someter al hidrogel homogéneo obtenido a 80°C por un tiempo de 18 horas para

el tratamiento hidrotérmico.

✓ Lavar y filtrar el material obtenido con agua destilada hasta obtener un pH neutro

con el fin de remover el exceso de hidróxido.

✓ Secar las muestras en la estufa durante 1 hora.

29

✓ El proceso de activación mediante fusión alcalina seguido de un tratamiento

hidrotérmico se presenta en el siguiente diagrama.

MATERIA PRIMA ALOFANOACTIVADOR NaOH

COMERCIAL

MEZCLA EN SECO

SECADO Y TRITURADO

FUSION ALCALINA

(T=600°C , t=1 h)

GEL DE REACCION

HOMOGENEO

(Envejecimiento=72 horas)

AGITACION MAGNETICA

(1100 RPM, t= 30 min)

(800 RPM, t=1h)

PRODUCTO ALCALINO

TRATAMIENTO

HIDROTERMICO

(T= 80°C, t=18h)

FILTRACION

(Recuperacion)

pH=7

ALÓFANO ACTIVADOSECADO

(T=60°C, t=1h)

SOLVENTE AGUA DESTILADA

Figura 11. Diagrama de flujo para el proceso de activación de alófano. (Jiménez E., 2019)

30

2.3.Modificación de asfalto original

Para la modificación de asfalto se realizó la mezcla de asfalto y Alófano en porcentajes

3, 4, 5 y 6 % en peso, con el fin de no saturar al asfalto en contenido de modificante, como

se explicó en el apartado 2.1.

El procedimiento de modificación, los materiales, equipos y reactivos se detallan

continuación:

2.3.1. Sustancias

• Asfalto AC-20 receptado de Refinería Estatal de Esmeraldas

• Alófano Activado A-103

2.3.2. Materiales y Equipos

• Balanza Analítica Rango: (0-1000.00) g A: ±0.01 g

• Planchas de calentamiento

• Agitadores magnéticos

• Envase metálicos Capacidad: 250 mL

2.3.3. Procedimiento

• Iniciar el calentamiento de asfalto en la plancha de calentamiento a una

temperatura de 100 °C o hasta identificar fluidez. No superar los 150°C.

• En la balanza analítica, pesar la cantidad de modificante necesario para la mezcla

a realizar (3, 4, 5, y 6% en peso)

• Agregar el Alófano pesado para cada mezcla y agitar durante 1 hora a una

temperatura inferior de 150°C.

2.4.Termogravimetría

31

La termogravimetría es una técnica basada en la medición de la variación de masa de una

muestra cuando dicha muestra se somete a un proceso de calentamiento en una atmósfera

controlada. La finalidad de dicho ensayo es observar la variación del porcentaje en masa

de una muestra conforme aumenta la temperatura. Este ensayo permite conocer el craqueo

de la muestra y el desgaste que sufre durante su ciclo de vida.

El análisis se lo realizo para asfalto convencional y modificado, se empleó el equipo TGA

1 STAR Systems de marca METTLER TOLEDO en el laboratorio de Catálisis de la

Facultad de Ingeniería Química. El método tomado de guía fue el que se encuentra

detallado en el proyecto de titulación de la Ing. Andrea Ramírez, el cual se muestra a

continuación.

a) Abrir el suministro de gas Nitrógeno (N2) y asegurarse de que la presión de salida

no supere los 50 psi para evitar cualquier daño del equipo.

b) Encender el Minichiller y verificar que la temperatura se encuentre a 21.3 °C

c) Seguidamente encender el ordenador e iniciar el programa STAR Software

d) Una vez encendido el equipo TGA seleccionar el método y agregar el nombre del

experimento que se llevar a cabo.

e) Tarar el equipo y esperar que la balanza se estabilice en un rango de (-0.008 y

0.008) mg, el panel debe indicar la temperatura correspondiente a 25 °C

f) Tener en cuenta que el equipo no se puede abrir a una temperatura mayor a 30 °C

debido a que el choque térmico puede romper los anillos reflectores.

g) Presione la tecla Furnace para abrir o cerrar la puerta del equipo y por medio de

una pinza poner el mini crisol en la balanza.

h) Tarar la balanza y esperar a su estabilización.

i) Una vez estabilizado, retirar el crisol y proceder a cargar la muestra. Verificar que

no se encuentre restos de muestra por fuera para evitar problemas en la medición.

Cuando la muestra ya se haya estabilizado comenzar el experimento.

32

j) El software mostrará una barra verde en la parte inferior de la pantalla, indicativo

de que la prueba está en marcha, una vez finalizado el análisis la barra cambiará

de color a roja.

k) El rango de temperaturas aplicado fue de 25 hasta 395 ℃ con una velocidad de

calentamiento de 10 °C/min.

2.5. Envejecimiento en Horno Rotacional de Película Delgada (RTFO)

El envejecimiento en el RTFO permite simular el envejecimiento a corto plazo por

volatilización. La muestra de asfalto se encuentra expuesta al aire y calor, lo cual se

asemeja a lo que ocurre durante el mezclado en caliente, transporte y colocación en la

carpeta asfáltica. (ver ANEXO A)

El método especificado en las normas AASHTO T240 y ASTM D-2872, se resume a

continuación,

2.5.1. Sustancias

• Asfalto AC-20

• Asfalto Modificado al 3, 4, 5 y 6% p/p


• Estufa

• Balanza Analítica

• Agitadores

33

• Envases metálicos

• Horno RTFO


• Realizar un precalentamiento del RTFO durante 4 horas

• Calentar la muestra a una temperatura inferior a 150°C durante un tiempo que

asegure fluidez.

• Verter 35.0 ± 0.5 g de muestra en los recipientes de vidrio para RTFO y girarlos

de forma horizontal y rotarlos sobre su eje para que cubra la superficie interna del

frasco.

• Dejar los frascos en reposo por un periodo de 180 minutos

• Colocar los recipientes en la plataforma del horno a una temperatura de 163.0 ±

0.5°C.

• Mantener las muestras en el horno con flujo de aire constante durante un tiempo

de 90 minutos.

• Verter el residuo del horno en recipientes adecuados para su posterior análisis en

el reómetro de corte dinámico.

34

2.6.Envejecimiento en la Vasija a Presión (PAV)

En primer término, el ligante asfáltico a ensayar se envejece en un horno de película

delgada rotatorio, de acuerdo con la norma AASHTO T240. Posteriormente se realiza la

prueba de envejecimiento acelerado, se coloca el residuo, proveniente del ensayo anterior,

con el espesor especificado en bandejas de acero inoxidable, las cuales deben contener

50.0 ± 0.5 g y se envejece a la temperatura de envejecimiento especificada durante 20 h

en una cámara presurizada con aire a 2.10 MPa. La temperatura de envejecimiento se

selecciona según el grado del ligante asfáltico. Una vez terminado el proceso en la cámara

PAV, el residuo de ligante asfáltico es desgasificado por medio de vacío.

Este método está diseñado para simular el envejecimiento por oxidación que ocurre en

ligantes asfálticos durante la vida de servicio del pavimento. El residuo proveniente de

este ensayo puede ser usado para estimar las propiedades físicas o químicas de ligantes

asfálticos después de cinco a diez años de envejecimiento en el campo.

2.6.1. Sustancias

• Residuo del horno rotatorio de película delgada (RTFO)


• Estufa

• Balanza Analítica

• Cámara de envejecimiento a Presión (PAV)


35

• Realizar un precalentamiento de la PAV durante 4 h a una temperatura de 100°C.

• Calentar la muestra a una temperatura inferior a 150 °C, donde se puede observar

fluidez.

• Verter 50.0 ± 0.5 g de muestra envejecida previamente en el RTFO en los

recipientes para PAV

• Colocar las bandejas de acero inoxidable con el ligante asfaltico en la repisa del

equipo.

• Presionar envejecer en el menú táctil y abrir la válvula de la línea de aire hasta

llegar al equilibrio térmico

• Cerrar la válvula de aire cuando la presión de la cámara alcance 2.1 ± 0.1 MPa.

• Verter el residuo en envases adecuados para su posterior análisis en el reómetro

DSR

2.7.Caracterización de Asfalto

La caracterización de asfalto se la realizo mediante los requerimientos planteados en la

norma NTE.INEN 2515 y los procedimientos descritos en las normas ASTM resumidos

a continuación:

36

Tabla 5. Ensayos ASTM para Caracterización de Asfalto según ASTM

Ensayo Norma de Procedimiento

Punto de Inflamación en

copa abierta Cleveland

ASTM D 92, 2018

Penetración a 25°C ASTM D 5, 2013

Ductilidad a 25°C ASTM D 113,2017

Punto de Ablandamiento ASTM D 36, 2014

Los ensayos mencionados en la tabla anterior se efectuaron para Asfalto AC-20 original

y para sus respectivas modificaciones con alófano (3, 4,5 y 6%p/p)

2.8.Estudios en el Reómetro de Corte Dinámico DSR

2.8.1. Viscosidad Absoluta

Uno de los requerimientos de asfalto para su clasificación según su grado de desempeño

es la viscosidad absoluta medida a 60 °C, el procedimiento las sustancias y equipos se

detalla a continuación:

2.8.2. Sustancias

• Asfalto AC-20 original

• Asfalto Modificado al 3, 4, 5 y 6% p/p


37

• Plancha de Calentamiento

• Termómetro

• Reómetro de Corte Dinámico Physica MCR 301 Marca Anton Para

• Plato de 25 mm

• Usillo cilíndrico de 25 mm

• Paños limpios y secos

• Molde de silicona para plato de 25 mm

• Espátula metálica


• Calentar la muestra de asfalto original y envejecido hasta alcanzar fluidez, una

vez alcanzada dicha fluidez reservar la cantidad de muestra en el molde de silicona

que viene con el equipo para el plato de 25 mm y esperar a su solidificación.

• Purgar el filtro de carbón activado, verificando que no existe algún remanente de

agua condensada.

• Encender el compresor hasta que alcance una presión de 5 bar, verificar que este

seteado para esa presión.

• Encender el baño térmico y verificar que el aceite térmico se encuentre rodeando

la resistencia interna,

• Encender el reómetro y retirar la protección del detector de usillos.

• Encender el ordenador y arrancar el software START Rheoplus V3.4.

• Inicializar el reómetro desde la interfaz del software, una vez se encuentre en línea

el ordenador y el equipo, insertar el usillo PP25/PE-SN22059 y el plato de 25 mm

y realizar su detección desde el ordenador.

• Conectar la chaqueta de termo estabilización H-PTD-120 y realizar su detección

desde el ordenador

• En el software acceder a una nueva plantilla y escoger el set de trabajo en la

pestaña Asphalt llamado: Visco-elastic Fluid: Logarithmic ramp stepwise.

38

• Configurar las variables del reómetro como temperatura (T=60°C, distancia entre

los platos (gap measurement = 1 mm), velocidad de corte (shear rate [0.01-100]

1/s)

• Realizar el encerado del usillo y la fuerza normal, esto ayudara a una mejor

medición al momento del ensayo.

• Luego del encerado, levantar el usillo limpiar el plato y colocar la muestra

previamente reservada en el molde de silicona.

• Bajar el usillo móvil hasta una posición superior al gap measurement indicado (1

mm), el software lo detectará como trim position, donde será necesario utilizar

una espátula caliente para retirar el exceso de muestra.

• Finalmente continuar hasta la posición de medida del usillo y empezar las

mediciones de viscosidad, para cada muestra de asfalto (original y modificado).

2.8.5. Grado de Desempeño

Tomando como guía la norma INEN 2020 y los requerimientos de la tabla que se

encuentra en la norma AASHTO M320, donde están las temperaturas de ensayo

correspondientes a la temperatura máxima y mínima de diseño; además de los valores de

aceptación para modulo complejo y ángulo de fase. Los rangos de temperatura para

muestras de asfalto sin envejecer y envejecidas en RTFO va desde 46 hasta 82 °C con un

aumento de 6°C. Lo correspondiente a muestras envejecidas en PAV, el rango de

temperatura va desde 34 a 16°C a intervalos de 3°C. Por último, en ambas normas se

especifica el tamaño de los platos y el usillo, para muestras sin envejecer y envejecidas

en RTFO se utiliza el plato y usillo de 25 mm y para muestras envejecidas en PAV se

utiliza el plato y usillo de 8 mm, las sustancias, materiales, equipos y procedimientos se

detallan a continuación.

2.8.6. Sustancias

• Asfalto AC-20 y modificado

39

• Asfalto envejecido en RTFO

• Asfalto envejecido en PAV


• Repetir los pasos descritos en el apartado de viscosidad hasta el octavo paso, al

abrir un nuevo método de ensayo seleccionar la pestaña Asphalt y el método:

SMART Application: Original Brinder, para asfaltos sin envejecer, SMART

Application: RTFO Grading, para asfaltos envejecidos en RTFO y SMART

Application: PAV Grading pata asfaltos envejecidos en PAV.

• Configurar el reómetro según lo descrito en Nota 1 y Nota 2 y 3 seguir el

procedimiento que explica el mismo software al ejecutar cualquiera de los

anteriores métodos.

• Nota 1: Para asfaltos sin envejecer y envejecidos utilizar el usillo y plato de 25

mm y para asfaltos envejecidos en PAV utilizar el usillo y plato de 8mm.

• Nota 2: La distancia entre el usillo y el plato para asfaltos sin envejecer,

envejecidos en RTFO es de 1 mm, y para asfaltos envejecidos en PAV es de 2

mm (AASHTO M320).

40

3. DATOS EXPERIMENTALES

3.1.Termogravimetría

Debido a la exactitud presente en el equipo de TGA, los ensayos para asfalto original y

modificado con Alófano al 3, 4, 5 y 6% se lo efectuó una sola vez, dichos resultados se

presentan a continuación, solo para asfalto original.

Tabla 6. Datos Experimentales de Termogravimetría para Asfalto AC-20

Tabla 6 (Continuación). Datos Experimentales de Termogravimetría para

Asfalto AC-20

t Ts Mass t Ts Mass

[min] [°C] [mg] [min] [°C] [mg]

0.000 25.000 30.637 13.333 158.333 30.710

0.533 30.333 30.655 13.867 163.667 30.701

1.067 35.667 30.650 14.400 169.000 30.698

1.600 41.000 30.662 14.933 174.333 30.704

2.133 46.333 30.659 15.467 179.667 30.692

2.667 51.667 30.659 16.000 185.000 30.706

3.200 57.000 30.671 16.533 190.333 30.696

3.733 62.333 30.665 17.067 195.667 30.686

4.267 67.667 30.671 17.600 201.000 30.694

4.800 73.000 30.685 18.133 206.333 30.680

5.333 78.333 30.677 18.667 211.667 30.683

5.867 83.667 30.692 19.200 217.000 30.678

6.400 89.000 30.691 19.733 222.333 30.659

6.933 94.333 30.685 20.267 227.667 30.667

7.467 99.667 30.701 20.800 233.000 30.647

8.000 105.000 30.695 21.333 238.333 30.635

8.533 110.333 30.695 21.867 243.667 30.628

41

3.2.Caracterización de Asfalto

3.2.1. Viscosidad Absoluta a 60°C

t Ts Mass t Ts Mass

[min] [°C] [mg] [min] [°C] [mg]

9.067 115.667 30.706 22.400 249.000 30.601

9.600 121.000 30.697 22.933 254.333 30.598

10.133 126.333 30.702 23.467 259.667 30.567

10.667 131.667 30.707 24.000 265.000 30.548

11.200 137.000 30.697 24.533 270.333 30.523

11.733 142.333 30.710 25.067 275.667 30.490

12.267 147.667 30.706 25.600 281.000 30.471

12.800 153.000 30.697 26.133 286.333 30.427

26.667 291.667 30.404 40.000 425.000 22.714

27.200 297.000 30.361 40.533 430.333 19.514

27.733 302.333 30.313 41.067 435.667 17.579

28.267 307.667 30.272 41.600 441.000 14.210

28.800 313.000 30.209 42.133 446.333 12.656

29.333 318.333 30.159 42.667 450.000 11.478

29.867 323.667 30.081 43.200 450.000 10.512

30.400 329.000 30.017 43.733 450.000 9.769

30.933 334.333 29.922 44.267 450.000 9.191

31.467 339.667 29.835 44.800 450.000 8.708

32.000 345.000 29.734 45.333 450.000 8.283

32.533 350.333 29.624 45.867 450.000 7.895

33.067 355.667 29.531 46.400 450.000 7.620

33.600 361.000 29.408 46.933 450.000 7.414

34.133 366.333 29.294 47.467 450.000 7.259

34.667 371.667 29.150 48.000 450.000 7.100

35.200 377.000 28.988 48.533 450.000 6.966

35.733 382.333 28.823 49.067 450.000 6.850

36.267 387.667 28.609 49.600 450.000 6.751

36.800 393.000 28.386 50.133 450.000 6.675

37.333 398.333 28.107 50.667 450.000 6.585

37.867 403.667 27.781 51.200 450.000 6.531

38.400 409.000 27.381 51.733 450.000 6.459

38.933 414.333 26.574 52.267 450.000 6.415

39.467 419.667 25.595

42

La viscosidad absoluta de asfalto original y envejecido se realizó en el reómetro mediante

una curva tensión de corte y velocidad de deformación a temperatura constante (60°C).

A continuación, se observa dichos datos para las curvas de asfalto AC-20 original y

modificado al 3%.

Tabla 7.Datos para Asfalto AC-20 Original

Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress

[1/s] [Pa]

1 0.01 2.95

2 0.0147 4.27

3 0.0215 6.18

4 0.0316 8.97

5 0.0464 13

6 0.0681 18.9

7 0.1 27.5

8 0.147 39.9

9 0.215 57.8

10 0.316 83.6

11 0.464 120

12 0.681 173

13 1 250

14 1.47 358

15 2.15 511

16 3.16 725

17 4.64 1,020

18 6.81 1,430

19 10 1,920

20 14.7 2,300

21 21.5 2,690

22 31.6 3,070

23 46.4 3,650

24 68.2 4,270

25 100 3,260

Tabla 8.Datos para Asfalto AC-20 modificado al 3%


43

[1/s] [Pa]

1 0.01 3.68

2 0.0147 5.36

3 0.0215 7.76

4 0.0316 11.2

5 0.0464 16.3

6 0.0681 23.7

7 0.1 35.1

8 0.147 50.9

9 0.215 73.5

10 0.316 106

11 0.464 151

12 0.681 216

13 1 308

14 1.47 440

15 2.15 625

16 3.16 882

17 4.64 1,230

18 6.81 1,710

19 10 2,280

20 14.7 2,780

21 21.5 3,320

22 31.6 3,670

23 46.4 3,310

24 68.2 2,960

25 100 2,460

44

3.2.2. Punto de inflamación

A continuación, se reporta el Punto de Inflamación Observado para asfalto original y

modificado con alófano. Según la Norma NTE-INEN 3030 para asfalto AC-20 el valor

mínimo es 230°C.

Tabla 9. Punto de inflamación Observado para asfalto AC-20 original y

modificado con alófano

Muestra Punto de Inflamación Observado, °C

Asfalto AC-20 original 272

Asfalto modificado al 3% 282




3.2.3. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg

Para asfalto original el valor mínimo de referencia según NTE INEN 2515 corresponde a

40 dmm, a continuación, se presenta los valores obtenidos para las muestras ensayadas.

Tabla 10. Datos de Penetración a 25°C, 1006 ,5 seg, para asfalto original y

modificado

Muestra Penetración a 25°C, 100g, 5 seg,

dmm (0.1 mm)






3.2.4. Punto de ablandamiento

45

A continuación, se reportan los datos del punto de ablandamiento para los diferentes

asfaltos ensayados.

Tabla 11. Datos de Punto de Ablandamiento para asfalto original y modificado

Sustancia Punto de Ablandamiento, °C






3.2.5. Ductilidad a 25°C (5cm/min)

Según la norma NTE-INEN 0916 el valor de referencia correspondiente a asfalto AC-20

es mínimo de 20 cm. A continuación, se reportan los datos experimentales para asfalto

original y modificado.

Tabla 12. Datos de Ductilidad a 25°C, para asfalto original y modificado

Sustancia Ductilidad a 25°C, 5cm/min

cm

Asfalto AC-20 original 115.6

Asfalto modificado al 3% 77.1




3.3.Ensayos en Asfalto envejecido en RTFO

46

3.3.1. Viscosidad Absoluta

A continuación se muestra datos obtenidos para muestras de asfalto AC-20 envejecidas

en RTFO.

Tabla 13.Datos para Asfalto AC-20

envejecido en RTFO


[1/s] [Pa]

1 0.01 11.2

2 0.0147 16.7

3 0.0215 24.5

4 0.0316 35.9

5 0.0464 52.6

6 0.0681 76.9

7 0.1 112

8 0.147 162

9 0.215 234

10 0.316 336

11 0.464 479

12 0.681 681

13 1 960

14 1.47 1,340

15 2.15 1,840

16 3.16 2,420

17 4.64 2,980

18 6.81 3,690

19 10 4,270

20 14.7 4,640

21 21.5 4,820

22 31.6 4,880

23 46.4 4,690

24 68.2 4,790

25 100 3,030

3.3.2. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg

Tabla 14. Datos de Penetración para muestras de asfalto envejecido en RTFO

47

Sustancia Penetración a 25°C, 100g, 5 seg

dmm






3.3.3. Punto de Ablandamiento

Tabla 15. Datos de Punto de Ablandamiento para muestras de asfalto envejecido

en RTFO







48

3.3.4. Ductilidad

Tabla 16. Datos de Punto de Ductilidad para muestras de asfalto envejecido en

RTFO







3.4.Determinación del Grado de Desempeño (PG)

Para determinar el grado de desempeño en asfalto original sin envejecer es necesario

realizar un gradeo desde 46°C, con incrementos de 6°C, hasta la presencia de falla del

experimento; para asfaltos envejecidos en RTFO y PAV, el software RHEOPLUS indica

recomendaciones de los ensayos previos sin envejecer.

3.4.1. Ensayos en Asfalto Original y Modificado

Tabla 17. Datos Asfalto original sin envejecer

ASFALTO ORIGINAL SIN ENVEJECER

Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

70.5 13.3 14.1

52 73.9 6.01 6.25

58 77.4 2.75 2.81

64 80.4 1.3 1.31

70 82.8 0.643 0.648

Tabla 18. Datos Asfalto modificado al 3% sin envejecer

49

ASFALTO MODIFICADO AL 3% SIN ENVEJECER

Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

71.5 16.1 17

52 74.7 7.49 7.76

58 77.9 3.44 3.52

64 80.7 1.62 1.64

70 82.9 0.792 0.798



Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

70.4 15.8 16.8

52 73.5 7.56 7.88

58 76.8 3.56 3.66

64 79.8 1.68 1.71

70 82.3 0.82 0.83


50


Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

71.5 15.1 15.9

52 74.6 7.09 7.36

58 77.9 3.29 3.37

64 80.7 1.55 1.57

70 83.1 0.749 0.755



Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

70.9 15 15.9

52 74 7.08 7.37

58 77.1 3.31 3.39

64 80 1.56 1.58

70 82.5 0.758 0.765

3.4.2. Envejecimiento en Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO)

51

Tabla 22. Datos Asfalto original y modificado en RTFO

ASFALTO ENVEJECIDO EN RTFO

Temperatura

de ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo

de fase δ,

°

Modulo

Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa Muestra

64 10

73.1 4.10 4.28 Asfalto Original

71.4 4.88 5.15 Asfalto Mod-3%

72.7 4.24 4.44 Asfalto Mod 4%

72.7 4.48 4.69 Asfalto Mod 5%

72.4 4.51 4.73 Asfalto Mod 6%

Tabla 23. Datos Asfalto original y modificado en RTFO

ASFALTO ENVEJECIDO EN RTFO

Temperatura

de ensayo,

°C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo

de fase δ,

°

Modulo

Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa Muestra

70 10

76.5 2.05 2.11 Asfalto Original

74.9 2.44 2.53 Asfalto Mod-3%

76.1 2.11 2.17 Asfalto Mod 4%

76.1 2.25 2.31 Asfalto Mod 5%

75.7 2.28 2.35 Asfalto Mod 6%

3.4.3. Envejecimiento en la Vasija a Presión

Tabla 24. Datos Asfalto original y modificado en PAV

52

ASFALTO ENVEJECIDO EN PAV

Temperatura

de ensayo,

°C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo

de fase

δ, °

Modulo

Complejo

G*, kPa

|G*|*sen δ,

kPa Muestra

22 10

39.7 2460 1570 Asfalto Original

40.3 3790 2450 Asfalto Mod-3%

41.1 3570 2350 Asfalto Mod 4%

39.1 4240 2670 Asfalto Mod 5%

41.7 3150 2100 Asfalto Mod 6%

53

4. CÁLCULOS

4.1.Cálculo del Punto de Inflamación Corregido

𝑃𝐼𝑐 = 𝑃𝐼𝑜𝑏𝑠 − 0.03 ∗ (760 − 𝑃) (1)

Donde

PIc = Punto de inflamación corregido, °C

PIobs = Punto de inflamación observado, °C

P = Presión del lugar de prueba (Quito), mmHg

• Cálculo Modelo para asfalto original AC-20

𝑃𝐼𝑐 = 272 − 0.03 ∗ (760 − 540)

𝑃𝐼𝑐 = 265°𝐶

4.2.Cálculo del Índice de Penetración

𝐼𝑃 =1952−500∗𝑙𝑜𝑔𝑃−20∗𝑃𝐴

50∗𝑙𝑜𝑔𝑃−𝑃𝐴−120 (2)

Donde

IP = Índice de Penetración

P = Penetración a 25 °C, dmm

PA = Punto de Ablandamiento, °C

• Calculo modelo para asfalto modificado al 3%

𝐼𝑃 =1952 − 500 ∗ 𝑙𝑜𝑔62 − 20 ∗ 49

50 ∗ 𝑙𝑜𝑔62 − 49 − 120

𝐼𝑃 = −0.95

4.3.Viscosidad Absoluta a 60°C

54

Para encontrar la viscosidad a partir de los datos obtenidos en el reómetro de corte

dinámico DSR, es necesario realizar una regresión de dichos datos, para lo cual el modelo

de ajuste para la regresión que mejor describe su comportamiento es el modelo de Ellis.

• Calculo Modelo para asfalto modificado al 5% con alófano

𝑦 = 𝑎 ∗ 𝑥 + 𝑏 ∗ 𝑥𝑝; 𝑝 > 1 (3)

Mediante la regresión y con ayuda del software START RHEOPLUS del reómetro se

obtienen los siguientes resultados:

Tabla 25.Datos de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%

Tabla 37 (Continuación). Datos de regresión de Ellis para asfalto

modificado al 5%

Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity

[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0105 3.19 304

2 0.0154 4.68 304

3 0.0227 6.88 304

4 0.0332 10.1 304

5 0.0486 14.8 304

6 0.0712 21.6 304

7 0.104 31.7 304

8 0.153 46.4 304

9 0.222 67.5 304

10 0.323 98.2 304

11 0.469 142 304

12 0.675 205 304

13 0.97 294 304

14 1.39 422 304

55

Figura 12. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6%

10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

03-A5%-RR-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

03-A5%-RR-60C 1 [Ellis I]

eta_0 = 303.66 Pa·s; c = 1.0412E+14; p = 4.2927

Viscosity

Shear Stress

- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -



[1/s] [Pa] [Pa*s]

15 1.99 601 304

16 2.84 850 304

17 4.1 1,200 304

18 6.13 1,660 304

19 9.09 2,160 304

20 13.3 2,630 304

21 24 3,350 304

22 37.2 3,880 304

23 44.2 4,090 304

24 66.5 4,610 304

25 86.9 4,970 304

56

De esta forma los valores estimados de los parámetros del modelo de Ellis son los

siguientes:

Tabla 26. Parámetros estimados del modelo de Ellis

PARAMETRO VALOR

a 0.0032932

b 0

P 4.2927

Correlación (R^2) 0.98512

Desviación estándar S(n-1) 3.0217

4.4.Determinación del Grado de Desempeño

Según los requisitos de la norma AASHTO M320 el valor aceptado del factor G*/sen(δ)

para asfalto original debe ser mínimo 1 kPa, para asfaltos envejecidos en RTFO el valor

debe ser mínimo de 2.2 kPa. Para asfaltos envejecidos en PAV el factor a considerar es

G*(sen(δ)) y debe ser máximo de 5000 kPa.

57

• Determinación del PG para asfalto modificado al 6%



Temperatura de

ensayo, °C

Frecuencia,

Rad/s

Ángulo de fase

δ, °

Modulo Complejo

G*, kPa

G*/sen δ,

kPa

46

10

70.9 15 15.9

52 74 7.08 7.37

58 77.1 3.31 3.39

64 80 1.56 1.58

70 82.5 0.758 0.765

Como se observa en la tabla 34 el factor G*/sen δ que cumple con el requisito corresponde

a una temperatura de 64°C, por lo tanto, se tiene que el Grado de desempeño del asfalto

modificado al 6% es de 64°C.

58

5. RESULTADOS

5.1. Resultados de Caracterización de Asfaltos

5.1.1. Punto de Inflamación Corregido

Tabla 28. Resultados de Punto de Inflamación Corregido

Muestra Punto de Inflamación Corregido, °C






5.1.2. Índice de Penetración

Tabla 29. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto sin

envejecer

Muestra Índice de Penetración

Asfalto AC-20 original -0.64

Asfalto modificado al 3% -0.95




Tabla 30. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto

envejecidas en RTFO

59

Muestra Índice de Penetración

Asfalto AC-20 original 0.19





5.1.3. Viscosidad Absoluta a 60°C

Tabla 31. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto sin envejecer

Muestra Viscosidad Absoluta a 60°C, Pa*s







muestras sin envejecer

Tabla 32. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto

envejecidas en RTFO

240

260

280

300

320

340

360

380

400

0 1 2 3 4 5 6

Vis

cosi

dad

, Pa*

s

Porcentaje de alofano, %

Viscosidad Absoluta a 60°C para muestras de asfalto sin envejecer

60

Muestra Viscosidad Absoluta a 60°C, Pa*s







muestras envejecidas en RTFO

5.2.Determinación del grado de desempeño

5.2.1. Muestras Originales y envejecidas en RTFO

Tabla 33. Módulo de corte dinámica para muestras sin envejecer

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

1500

0 1 2 3 4 5 6

Vis

cosd

iad

, Pa*

s

Porcentaje de alófano, %

Viscosidad Absoluta a 60°C para muestras envejecidas en RTFO

61

Muestra G*/sen δ,

kPa

Temperatura de

falla, °C PG

Asfalto AC-20 original 1.41 66.3 64

Asfalto modificado al 3% 1.64 68.1 64




Figura 15. Módulo de corte dinámico en función de la Temperatura

Tabla 34. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en RTFO

Muestra G*/sen δ,

kPa

Temperatura de

falla, °C PG

0123456789

101112131415161718

46 52 58 64 70

G*

/SIN

(Δ),

KP

A

TEMPERATURA, °C

Grado de Desempeño

Mezcla Asfalto-ALofano

Asfalto puro

Mezcla 3%

Mezcla 5%

Mezcla 6%

Mezcla 4%

62

Asfalto AC-20 original 4.26 69.6 64





Tabla 35. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en PAV

Muestra

G*(sen δ),

kPa

Temperatura de

falla, °C PG

Asfalto AC-20 original 2300 22 64

Asfalto modificado al 3% 2450 22 64




5.3.Evaluación Marshall

5.3.1. Gravedad Especifica BULK y Densidad de Mezclas Bituminosas Compactadas

no Absorbentes

Tabla 36. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas

con muestra de asfalto AC-20

63

Briqueta N° 01 02 03 04 Muestra

Masa con aire (A), g 1078.21 1092.43 1048.78 1318.10

Asfalto

AC-20

Masa en agua (C), g 611.04 620.40 592.94 638.95

Masa saturada con

superficie seca en aire (B),

g

1080.31 1093.34 1051.21 1118.92

Gravedad Especifica Bulk a

25 °C 2.298 2.310 2.289 2.330

Densidad a 25 °C. kg/m3 2291 2303 2282 2323

Porcentaje de agua

absorbida por volumen, % 0.45 0.19 0.53 0.17


con asfalto modificado al 4%


Masa con aire (A), g 1109.58 1094.57 1116.08 1113.37

Asfalto

Modificado

al 4%

Masa en agua (C), g 631.72 622.24 636.89 635.47

Masa saturada con


g

1114.55 1097.08 1117.63 1116.66

Gravedad Especifica Bulk

a 25 °C 2.298 2.305 2.322 2.314

Densidad a 25 °C. kg/m3 2291 2298 2315 2307

Porcentaje de agua





Masa con aire (A), g 1051.40 1123.70 1081.88 1002.23 Asfalto

Modificado

al 5% Masa en agua (C), g 594.07 638.99 611.08 569.75

64

Masa saturada con


g

1056.57 1128.55 1085.52 1004.60


a 25 °C 2.273 2.295 2.280 2.305

Densidad a 25 °C. kg/m3 2266 2288 2273 2298

Porcentaje de agua





Masa con aire (A), g 1116.57 1059.94 1068.37 1089.19

Asfalto

Modificado

al 6%

Masa en agua (C), g 630.91 602.36 605.39 620.44

Masa saturada con


g

1123.60 1061.87 1070.22 1090.23


a 25 °C 2.266 2.307 2.298 2.318

Densidad a 25 °C. kg/m3 2259 2300 2292 2312

Porcentaje de agua


5.3.2. Resultados de Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas


con asfalto AC-20


65

Gravedad Especifica Bulk 2.29 2.31 2.28 2.33

Asfalto

AC-20


promedio 2.303

Altura promedio, mm 57.51 58.65 57.06 50.42

Factor de corrección 1.22 1.17 1.24 1.11

Estabilidad medida, lbf 3700 4490 3800 4700

Estabilidad corregida, lbf 4504 5266 4695 5211

Estabilidad promedio, lbf 4919

Flujo, 0.01 in 19 16.5 14.5 14

Flujo promedio, 0.01 in 16

Método para determinar

flujo Pico pico pico Pico

Temperatura de ensayo, °C 60 60 60 60

66





Asfalto

Modificado

al 4%


promedio 2.306






Flujo, 0.01 in 15.5 13 17.5 19





67





Asfalto

Modificado

al 5%


promedio 2.285






Flujo, 0.01 in 11.07 15.5 15.5 13.5





68





Asfalto

Modificado

al 6%


promedio 2.29






Flujo, 0.01 in 18 16 15 18





69

5.4. Resultados de Caracterización según AASHTO M 320 y NTE INEN 3030

Tabla 44. Resultados de Caracterización de asfalto AC-20 y modificados con alófano

Especificaciones Experimentales Asfalto AC-20 Modificado con Alofan sin Envejecer

Requisito Unidades Original

Porcentaje de Alofano en AC-20,

% Norma de Ensayo Norma de Referencia

AC-20 0 3 4 5 6

Viscosidad absoluta a 60°C Pa*s Min 160

270 341 306 304 388 ASTM D2171 NTE INEN 2515 Max 240

Penetración a 25°C, 100g, 5 s dmm Min 40

70 62 62 60 56 ASTM D917 NTE INEN 2515 Max -

Punto de Inflamación °C Min 232


Ductilidad cm Min 20

115.6 77.1 75.1 70.3 77.1 ASTM D113 NTE INEN 3030 Max -

Punto de ablandamiento °C Min 48

49 49 51 50 50 ASTM D36 NTE INEN 2515 Max 57

Índice de Penetración - Min -1.5

-64 -0.95 -0.45 -0.79 -0.96 ASTM D5 NTE INEN 2515 Max 1

Módulo de Corte dinámico, G*/senδ kPa Min 1

1.3 1.64 1.71 1.57 1.58 ASTM D 7175 NTE INEN 3030 Max -

Tabla 51(continuación). Resultados de Caracterización de asfalto A-20 y modificados con alófano

70

Ensayos en el Residuo del Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO)

Módulo de Corte dinámico, G*/senδ kPa Min 2.2


Penetración a 25°C, 100g, 5 s dmm Min -


Punto de ablandamiento °C Min -


Índice de Penetración - Min -


Ductilidad cm Min -

25 22 21 16.5 15 ASTM D113 NTE INEN 3030 Max -

Viscosidad absoluta a 60°C Pa*s Min -

1000 1430 1170 1360 1410 ASTM D 7175 NTE INEN 2515 Max 1000

Ensayos en el Residuo de la Vasija de Envejecimiento a Presión (PAV)

Módulo de Corte dinámico, G*senδ kPa Min -

2480 2450 2350 2670 2100 ASTM D 7175 NTE INEN 3030 Max 5000

Temperatura de Ensayo °C 22 AASHT T 315 NTE INEN 3030

-Grado de Desempeño: Rango esperado del buen funcionamiento del ligante asfáltico, relacionado con el promedio de las temperaturas máximas de siete días y la temperatura

mínima del pavimento.

-Mediante un gradeo en el reómetro de corte dinámico (DSR) se determinó el Grado de Desempeño

-En la cuarta columna se observa el valor estándar o de referencia de AC-20 tomado en normas INEN 3030 y 2515

-En las columnas 5 a la 9 se observan los valores experimentales para su correspondiente comparación con AC-20 del punto anterior

71

5.5.Resultados de análisis termogravimétricos

El estudio termogravimétrico se lo realizo con una rampa de calentamiento de 10 °C/min

desde 25 hasta 450 °C con una isoterma de 10 min en 450 °C, además se empleó una

atmosfera de N2.

Figura 16. Resultados TGA para asfalto AC-20 y modificado con alófano

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

-5 5 15 25 35 45 55

Mas

a A

sfal

to,

mg

tiempo, min

Termogravimetría en Asfalto Modificado con Alófano

Asfalto Original Asfalto-All 3% Asfalto-All 4%

Asfalto-All 5% Asfalato-All 6%

72

6. DISCUSIÓN

La presente investigación se efectuó con asfalto AC-20 y asfalto modificado con Alófano

proveniente de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. Para la caracterización

del asfalto se emplearon normas ASTM y NETE-INEN; en cuanto a la clasificación según

su grado de desempeño se utilizó la metodología SUPERPAVE, dicha metodología señala

los requerimientos que el asfalto a estudiar debe cumplir a una temperatura determinada,

ayudado en gran medida por el reómetro de corte dinámico (DSR),

El alófano recibió un pretratamiento para su respectiva activación, disminuyendo su

humedad y ajustando su área específica, posterior a eso se realizó el calentamiento del

asfalto a una temperatura inferior a 150°C para evitar daños en el asfalto, una vez

alcanzado la temperatura deseada se agrega el alófano a diferentes porcentajes peso-peso

(3, 4 ,5 y 6%), dichos valores se los tomo de referencia de estudios previos en la tesis de

la Ing. Andrea Ramírez y del Ing. Darlin Escobar.

Los requisitos de caracterización para el asfalto AC-20 se encuentran dentro de

especificaciones para punto de inflamación, penetración, ductilidad y punto de

ablandamiento. En cuanto a los requisitos de viscosidad a 60°C el asfalto AC-20 se

encuentra ligeramente desviado, la norma NTE-INEN 3030 señala un valor máximo de

240 Pa*s y se obtuvo un valor de 270 Pa*s, la desviación mencionada se debe a las

regresiones realizadas y al tiempo de almacenamiento del asfalto el cual pudo generar

ciertas modificaciones durante ese periodo.

Para las diferentes muestras de asfalto modificado con alófano los requerimientos no se

encuentran especificados en ninguna fuente bibliográfica, por lo tanto, estas no se pueden

determinar si se encuentran dentro o fuera de especificación.

73

Una vez obtenido el asfalto modificado, se realizó el envejecimiento de las muestras en

RTFO y PAV, para realizar la clasificación de asfalto según su grado de desempeño,

luego para observar la temperatura de falla en las muestras sin envejecer, se utilizó el

método Original Brinder Asphalt Grading, usando el DSR, posterior a eso se utilizó los

métodos de verificación del módulo de corte dinámico en muestras envejecidas en RTFO

y PAV, en donde se observó que el grado de desempeño es: PG(64) en muestras sin

envejecer y envejecidas en RTFO y PG(22) para muestras envejecidas en PAV.

Como se mencionó anteriormente no existe fuente bibliográfica para la caracterización

de asfalto modificado con alófano asimismo, para asfalto envejecido, si se considera

estudios en los cuales el modificador es diferente al utilizado en esta investigación, solo

se encuentran parámetros de viscosidad, el cual debe ser máximo de 1000 Pa*s, en asfalto

AC-20 envejecido el valor obtenido es de 1000 Pa*s y para las muestras de asfalto

modificado la viscosidad incrementa con respecto al porcentaje de alófano agregado.

Para la evaluación Marshall, previamente se empleó un diseño de mezcla asfáltica,

obteniéndose briquetas con asfalto AC-20 y modificado con alófano, luego dichas

briquetas fueron ensayados bajo normas ASTM de Gravedad específica, estabilidad y

Flujo Marshall para mezclas bituminosas compactadas no absorbentes.

En el análisis termogravimétrico (TGA), se puede observar que para asfalto AC-20 no se

registra pérdida de masa hasta los 238 °C, para asfalto modificado al 3% el cambio de

masa empieza en 254°C, para asfalto modificado al 4% a 249°C, para asfalto modificado

al 5% a 250°C y para asfalto modificado al 6% a 153°C, los resultados previos indican

incremento de materia desde los 25°C hasta las temperaturas indicadas, dicho incremento

no es significativo, lo cual se interpreta como resultado de la alta sensibilidad que posee

la termobalanza hasta alcanzar una estabilidad tanto térmica como física.

74

7. CONCLUSIONES

• Las muestras de asfalto AC-20 y asfalto modificado cumplen con los requisitos

de punto de inflamación que se mencionan en la norma NTE INEN 3030, la cual

indica que debe tener valor mínimo es 232 °C, para asfalto AC-20 se tiene un

valor de 265 °C, para asfalto modificado al 3% es de 275°C para 4% es de 272

°C, para 5% es de 278 °C y para 6% es de 281 °C, se puede observar que a medida

que el porcentaje de modificador incrementa, también incrementa el punto de

inflamación, por lo que se concluye que el alófano mejora significativamente el

punto de inflamación, lo cual ayuda al almacenamiento del producto y las

condiciones de transporte no provocaran incendios o explosiones.

• En cuanto a la penetración como se observa en la tabla 55 y según la norma NTE

INEN 2515 el valor mínimo de especificación para asfalto AC-20 es de 40 dmm,

los ensayos arrojaron valores de 62 dmm para asfalto modificar al 3 y 4%, 60

dmm para asfalto modificado al 5% y 56 dmm para asfalto modificado al 6%, esto

indica que el alófano ayudaría en disminuir los problemas de ahuellamiento a un

3 o 4% p/p agregándolo al asfalto AC-20, ya que incrementa la dureza de la

mezcla asfalto- alófano.

• Los resultados de ductilidad indican que el mejor asfalto modificado es el que

posee 6% p/p de alófano en su composición con una ductilidad de 77,1 cm, por lo

tanto, este se mantendrá cohesionado ante deformaciones externas, tales como

temperatura ambiente o deformaciones por tránsito.

75

• El punto de ablandamiento aceptado por la norma NTE INEN 2515 se encuentra

entre 48 y 57 °C, las muestras de asfalto AC-20 y modificadas se encuentran

dentro del rango, experimentalmente se observó que las muestras empezaron a ser

fluidas alrededor de los 50 °C, tal y como se observa en la tabla 47.

• El comportamiento de la viscosidad a 60°C, es irregular para las muestras de

asfaltos sin envejecer, se pudo observar que al 5% de modificación con alófano el

asfalto presenta una buena fluidez con un valor de 304 Pa*s, sin embargo es un

valor que se encuentra fuera de especificación ya que la norma indica que el valor

máximo de viscosidad para muestras sin envejecer es de 240 Pas, debido a la

combinación de un sólido con un líquido, es difícil lograr una mejora en cuanto

a viscosidad, ya que los sólidos no poseen viscosidad y esto impide el libre flujo

de la mezcla realizada.

• El grado de desempeño para muestras de asfalto AC-20 y para asfaltos

modificados como se observa en la tabla 47, para altas temperaturas el PG es de

64°C, en cuanto a la temperatura intermedia, es decir la temperatura de falla para

el módulo de corte dinámico para muestras envejecidas en PAV es de 22°C para

todas las muestras ensayadas. Sin embargo, al observar detalladamente los

resultados de las muestras envejecidas en RTFO (tabla 34 y 35) se tiene que el

alófano incrementa la temperatura de desempeño hasta 70 °C, este ensayo indica

que una vez insertada la carpeta asfáltica la temperatura máxima de trabajo para

el asfalto de 3, 5 y 6% con alófano será de 70°C, esta es superior a la temperatura

de trabajo de las muestras de asfalto sin envejecer.

76

8. RECOMENDACIONES

Realizar un estudio de punto de llama, el cual en conjunto con el punto de inflamación

indicaran la temperatura máxima en el cual se generará problemas de incendios en los

lugares de almacenamiento y transporte.

Incorporar un envejecimiento en condiciones ultravioleta, el cual servirá para simular el

desempeño en condiciones ambientales adversas, en las cuales los rayos solares generan

problemas de agrietamiento y fisura en la carpeta asfáltica, a lo largo de su ciclo de vida.

Realizar el diseño de un secador para alófano, el cual considere en disminuir las

condiciones de humedad de este, el cual posterior a ese proceso, mejora la mezcla asfalto-

alófano y evite la formación de espuma al momento de calentar el asfalto.

Una vez encontrada la temperatura de falla para el grado de desempeño de altas

temperatura e intermedias, es recomendable realizar ensayos en el reómetro de biga

(BBR), el cual guiado en las normas AASHTO M320 se puede encontrar el grado de

desempeño en bajas temperaturas.

77

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

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https://www.lahora.com.ec/quito/noticia/1102254743/quito-necesita-mejorar-la-

calidad-y-el-diseno-de-sus-pavimentos

80

ANEXOS

81

ANEXO A. Equipos Utilizados en la Experimentación

Figura 17. Balanza Analítica

Figura 18. Analizador de Termogravimetría (TGA)

82

Figura 19. Punto de Inflamación Copa Abierta Cleveland

Figura 20. Horno Rotatorio de Película Delgada RTFO

83

Figura 21. Botellas de muestreo para envejecimiento RTFO

Figura 22. Reómetro de Corte Dinámico DSR

84

Figura 23. Moldes de silicona para muestreo en DSR

85

ANEXO B. Normas de Referencia

Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño ( (INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017)

86

Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño

( (INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017)(continuación)

87

Tabla 46. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño ( (AASHTO M 320, 2017)

Tabla 47. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (AASHTO M 320, 2017) (continuación)

89

ANEXO C. Caracterización ASTM (Propiedades Fisicoquímicas)

Anexo C.1 Penetración (ASTM D5 / D5M, 2019)

• Materiales y Equipos

Penetrómetro

Aguja de Penetración

Molde para la muestra

Baño María

Cronometro

Termómetro

Espátula

Balanza

Asfalto AC-20 y modificado

• Procedimiento

a) Pesar 450 g de muestra, colocar en un recipiente y calentar hasta alcanzar fluidez

b) Llenar los moldes con la muestra y cubrir con un vaso de vidrio invertido de

manera que queden protegidas de polvo y eliminar burbujas de aire.

c) Enfriar a temperatura ambiente entre 20°C y 30 °C por un tiempo entre 1 hora y

30 minutos

d) Sumergir a baño maría a una temperatura de 50°C, por un periodo de 1 hora y 30

minutos.

e) Limpiar la aguja de penetración con solvente tolueno, secar y fijar en el soporte.

f) Acercar la aguja de penetración hasta que la punta llegue a la superficie de la

muestra, evitando que esta penetre.

g) Encerar el penetrómetro y soltar el mecanismo durante 5 segundos.

h) Anotar la distancia que haya penetrado la aguja en la muestra, expresada en

decimas de milímetro (dmm=0.1mm).

Anexo C.3. Punto de Inflamación (ASTM D92, 2018)

90


Equipo Copa Abierta Cleveland

Termómetro

Muestras de Asfalto AC-20 y modificado

Mechero de Gas

Planchas de calentamiento

• Procedimiento

a) Calentar la muestra hasta alcanzar la fluidez.

b) Colocar la muestra de asfalto en la copa

c) Acoplar el termómetro y encender el mechero.

d) Encender y ajustar el equipo de calentamiento entre un 40 y 60 % de su capacidad.

e) Acercar la llama del mechero una vez por cada aumento de 2°C.

f) Registrar como punto de inflación, la temperatura, en °C, en la cual aparezca un

halo azul o chispa sobre la superficie de la muestra.

Anexo C.4. Ductilidad (ASTM D113, 2017)


Moldes

Placa

Balo de agua

Ductímetro

Termómetro

Espátula

Muestras de asfalto

91

• Procedimiento

a) Colocar sobre una superficie horizontal la placa con el molde apoyadas

completamente.

b) Calentar la muestra hasta alcanzar su fluidez y llenar los moldes en su totalidad,

evitando formar burbujas de aire.

c) Enfriar a temperatura ambiente durante 35 minutos y sumergir en balo maría

durante 30 minutos a 35 °C.

d) Retirar el exceso de muestra del molde con una espátula caliente.

e) Retirar la placa del molde y las piezas laterales.

f) Colocar la probeta en el Ductímetro, introducir cada pareja de clavijas de los

sistemas fijo y móvil en los correspondientes orificios de cada pinza

g) Poner en marcha el mecanismo de arrastre del ensayo a la velocidad especificada,

hasta que se produzca la rotura midiéndose la distancia en cm que se hayan

separado ambas pinzas hasta este instante

Anexo C.5. Punto de ablandamiento (ASTM D36/D36M, 2014)

• Equipos y Materiales

Anillos de bronce de bordes cuadrados

Platos de base

Esferas de acero

Guías de contacto

Recipiente de vidrio

Soporte de anillos y montaje

Termómetro

Agua destilada

Muestras de asfalto

• Procedimiento

92

a) Calentar la muestra hasta alcanzar fluidez

b) Calentar los dos anillos de bronce sin el palto de base a la misma temperatura ala

que se calentó la muestra y colocar sobre el plato base

c) Agregar la muestra dentro de los anillos y dejar enfriar a temperatura ambiente

durante 30 minutos.

d) Colocar los anillos con las muestras, las guías para las bolas y los termómetros en

posición, llenar el baño con agua destilada hasta una altura aproximada de 105

milímetros.

e) Colocar las dos bolas en el fondo del baño ayudado de unas tenazas para que se

homogenicen en la misma temperatura de iniciación que el resto del montaje.

f) Colocar todo el montaje en un baño con hielo

g) Calentar el baño con una rampa de 5°C

h) Registrar la temperatura indicada por el termómetro en el momento que la muestra

rodeando la bola toque el fondo del baño.

93

ANEXO D. Estudio Reológico en Software Rheoplus V3.4

Anexo D.1 Resultados para asfalto original y modificado sin envejecer

Tabla 48. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20

Figura 24. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 sin envejecer

10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

02-AB-RR-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

02-AB-RR-60C 1 [Ellis I]

eta_0 = 269,86 Pa·s; c = 2,094E+10; p = 3,3273

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0109 2.95 270

2 0.0158 4.27 270

3 0.0229 6.18 270

4 0.0332 8.97 270

5 0.0483 13 270

6 0.0702 18.9 270

7 0.102 27.5 270

8 0.148 39.9 270

9 0.214 57.8 270

10 0.31 83.6 270

11 0.447 120 270

12 0.644 173 270

13 0.93 250 270

14 1.34 358 270

15 1.94 511 270

16 2.84 725 270

17 4.29 1,020 270

18 6.83 1,430 270

19 11.2 1,920 270

20 15.9 2,300 270

21 22.4 2,690 270

22 30.5 3,070 270

23 47.5 3,650 270

24 73.1 4,270 270

25 35.4 3,260 270

94

Tabla 49. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3%

Figura 25. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% sin envejecer


10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

03-A3%-RR-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 340,84 Pa·s; c = 1,8821E+9; p = 2,9724

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0108 3.68 341

2 0.0157 5.36 341

3 0.0228 7.76 341

4 0.033 11.2 341

5 0.0478 16.3 341

6 0.0696 23.7 341

7 0.103 35.1 341

8 0.149 50.9 341

9 0.216 73.5 341

10 0.311 106 341

11 0.444 151 341

12 0.637 216 341

13 0.917 308 341

14 1.33 440 341

15 1.94 625 341

16 2.89 882 341

17 4.43 1,230 341

18 7.21 1,710 341

19 11.8 2,280 341

20 17.3 2,780 341

21 25.2 3,320 341

22 31.7 3,670 341

23 25.1 3,310 341

24 19.8 2,960 341

25 13.6 2,460 341

95



10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

02-A4%-RR-60C 2

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 305,94 Pa·s; c = 3,2098E+12; p = 3,9158

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0102 3.12 306

2 0.015 4.6 306

3 0.0221 6.76 306

4 0.0325 9.93 306

5 0.0476 14.6 306

6 0.0699 21.4 306

7 0.102 31.3 306

8 0.15 45.9 306

9 0.219 67 306

10 0.319 97.6 306

11 0.464 142 306

12 0.671 205 306

13 0.967 295 306

14 1.39 425 306

15 2.01 607 306

16 2.93 866 306

17 4.4 1,230 306

18 6.96 1,700 306

19 10 2,100 306

20 15.7 2,590 306

21 23.1 3,020 306

22 36.9 3,560 306

23 51.9 3,980 306

24 41.3 3,700 306

25 31.5 3,380 306

96



10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

03-A5%-RR-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 303.66 Pa·s; c = 1.0412E+14; p = 4.2927

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0105 3.19 304

2 0.0154 4.68 304

3 0.0227 6.88 304

4 0.0332 10.1 304

5 0.0486 14.8 304

6 0.0712 21.6 304

7 0.104 31.7 304

8 0.153 46.4 304

9 0.222 67.5 304

10 0.323 98.2 304

11 0.469 142 304

12 0.675 205 304

13 0.97 294 304

14 1.39 422 304

15 1.99 601 304

16 2.84 850 304

17 4.1 1,200 304

18 6.13 1,660 304

19 9.09 2,160 304

20 13.3 2,630 304

21 24 3,350 304

22 37.2 3,880 304

23 44.2 4,090 304

24 66.5 4,610 304

25 86.9 4,970 304


[1/s] [Pa] [Pa*s]

97


Anexo D.2 Resultados para asfalto original y modificado envejecidos en RTFO

Tabla 53. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 envejecido en RTFO

10

100

1,000

Pa·s

1

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

04-A6%-RR-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 357.22 Pa·s; c = 1.122E+11; p = 3.4623

Viscosity

Shear Stress



1 0.011 3.93 357

2 0.0159 5.69 357

3 0.023 8.21 357

4 0.0334 11.9 357

5 0.0485 17.3 357

6 0.0704 25.1 357

7 0.102 36.6 357

8 0.149 53.4 357

9 0.217 77.3 357

10 0.312 112 357

11 0.45 160 357

12 0.645 230 357

13 0.928 330 357

14 1.33 470 357

15 1.92 665 357

16 2.8 937 357

17 4.23 1,310 357

18 6.72 1,800 357

19 10.2 2,280 357

20 14.8 2,740 357

21 24.1 3,380 357

22 33.2 3,820 357

23 43.4 4,210 357

24 76.5 5,120 357

25 69 4,950 357

98

Figura 29. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO


10

100

1,000

10,000

Pa·s

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

02-RTFO-VIS-AB-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

02-RTFO-VIS-AB-60C 1 [Ellis I]

eta_0 = 1,057.2 Pa·s; c = infinite; p = 6.2177

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0106 11.2 1000

2 0.0158 16.7 1000

3 0.0232 24.5 1000

4 0.034 35.9 1000

5 0.0497 52.6 1000

6 0.0727 76.9 1000

7 0.106 112 1000

8 0.154 162 1000

9 0.221 234 1000

10 0.318 336 1000

11 0.454 479 1000

12 0.644 681 1000

13 0.909 960 1000

14 1.27 1,340 1000

15 1.79 1,840 1000

16 2.54 2,420 1000

17 3.74 2,980 1000

18 7.01 3,690 1000

19 12.7 4,270 1000

20 18.8 4,640 1000

21 22.9 4,820 1000

22 24.4 4,880 1000

23 19.9 4,690 1000

24 22.3 4,790 1000

25 3.89 3,030 1000


[1/s] [Pa] [Pa*s]

99



10

100

1,000

10,000

Pa·s

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH

01-RTFO-VIS-A3%-60C 1

PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress

01-RTFO-VIS-A3%-60C 1 [Ellis I]

eta_0 = 1.429,9 Pa·s; c = infinite; p = 8,1111

Viscosity

Shear Stress



1 0.011 15.8 1,430

2 0.0164 23.4 1,430

3 0.0239 34.2 1,430

4 0.0348 49.8 1,430

5 0.0506 72.4 1,430

6 0.0736 105 1,430

7 0.106 152 1,430

8 0.153 219 1,430

9 0.218 312 1,430

10 0.31 444 1,430

11 0.437 624 1,430

12 0.612 874 1,430

13 0.85 1,210 1,430

14 1.16 1,650 1,430

15 1.62 2,240 1,430

16 2.49 2,920 1,430

17 4.65 3,550 1,430

18 11 4,180 1,430

19 11.4 4,200 1,430

20 8.18 3,980 1,430

21 9.81 4,100 1,430

22 3.61 3,330 1,430

23 18 4,510 1,430

24 2.92 3,110 1,430

25 45.1 5,120 1,430


100



10

100

1,000

10,000

Pa·s

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 1.165,1 Pa·s; c = 3,9446E+13; p = 4,0124

Viscosity

Shear Stress



[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0105 12.2 1,170

2 0.0156 18.2 1,170

3 0.0228 26.6 1,170

4 0.0333 38.8 1,170

5 0.0486 56.7 1,170

6 0.0709 82.6 1,170

7 0.103 120 1,170

8 0.149 174 1,170

9 0.215 250 1,170

10 0.306 356 1,170

11 0.434 503 1,170

12 0.615 709 1,170

13 0.881 995 1,170

14 1.29 1,380 1,170

15 1.99 1,900 1,170

16 3.24 2,500 1,170

17 5 3,040 1,170

18 8.57 3,720 1,170

19 12.3 4,190 1,170

20 15.6 4,520 1,170

21 17.9 4,710 1,170

22 13.2 4,290 1,170

23 6.19 3,310 1,170

24 8.34 3,690 1,170

25 9.73 3,880 1,170

101



10

100

1,000

10,000

Pa·s

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 1,358.1 Pa·s; c = infinite; p = 6.0673

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0107 14.6 1,360

2 0.0161 21.9 1,360

3 0.0236 32.1 1,360

4 0.0346 47 1,360

5 0.0506 68.7 1,360

6 0.0738 100 1,360

7 0.107 145 1,360

8 0.155 210 1,360

9 0.222 301 1,360

10 0.316 429 1,360

11 0.448 608 1,360

12 0.63 856 1,360

13 0.881 1,190 1,360

14 1.22 1,650 1,360

15 1.69 2,220 1,360

16 2.39 2,880 1,360

17 3.59 3,540 1,360

18 6.32 4,290 1,360

19 11.5 4,990 1,360

20 17 5,420 1,360

21 26.6 5,930 1,360

22 36.5 6,290 1,360

23 32.6 6,160 1,360

24 50.9 6,680 1,360

25 32.7 6,160 1,360

102


10

100

1,000

10,000

Pa·s

10

100

1,000

10,000

Pa

0.01 0.1 1 10 1001/s

Shear Rate .

ETA, TAU

Anton Paar GmbH


PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]

Viscosity

Shear Stress


eta_0 = 1,412.3 Pa·s; c = 2.9375E+19; p = 5.6379

Viscosity

Shear Stress




[1/s] [Pa] [Pa*s]

1 0.0108 15.3 1,410

2 0.0161 22.7 1,410

3 0.0235 33.2 1,410

4 0.0342 48.3 1,410

5 0.0497 70.2 1,410

6 0.0722 102 1,410

7 0.104 147 1,410

8 0.15 212 1,410

9 0.215 303 1,410

10 0.305 430 1,410

11 0.429 606 1,410

12 0.602 849 1,410

13 0.846 1,180 1,410

14 1.2 1,630 1,410

15 1.81 2,210 1,410

16 3.03 2,850 1,410

17 4.85 3,340 1,410

18 7.6 3,770 1,410

19 13.2 4,280 1,410

20 16.8 4,510 1,410

21 19.9 4,670 1,410

22 14.1 4,350 1,410

23 19.5 4,650 1,410

24 2.87 2,780 1,410

25 9.53 3,980 1,410

103

Anexo D.3 Resultados de Grado de Desempeño en muestras sin envejecer

Figura 34. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=64°C Figura 35. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=70°C

104

Figura 36. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=°64C Figura 37. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=70°C

105

Figura 38. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=64°C Figura 39. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=70°C

106


107


Anexo D.3 Verificación de Grado de Desempeño en muestras envejecidas en RTFO

108

Figura 44. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en RTFO Figura 45. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO

109

Figura 46. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en RTFO Figura 47. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en RTFO

110

Figura 48. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO

Anexo D.4 Verificación de Grado de desempeño en muestras envejecidas en PAV

111

Figura 49. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en PAV Figura 50. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en PAV

112

Figura 51. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en PAV Figura 52. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en PAV

113

Figura 53. Temperatura de falla para asfalto mod al 6% envejecido en PAV

114

ANEXO E. Gravedad Especifica Bulk y Densidad de Mezclas Bituminosas

115


(continuación)

116


(continuación)

117


(continuación)

ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas

118

ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas (continuación)

119


120


evaluación marshall y superpave de asfalto modificado con alófano trabajo de ... ·...

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