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TECNOLOGIA Y USO DE ASFALTOS MODIFICADOS POR POLIMERO MODIFICADOS POR POLIMERO
SBS
ASFALTOS
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TECNOLOGIA Y USO DE ASFALTOS MODIFICADOS POR POLIMERO MODIFICADOS POR POLIMERO
SBS
ASFALTOS
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PROBLEMAS TIPICOS EN PAVIMENTOS
Alligator cracking Raveling Rutting
Shrinkage cracking PotholesTransverse cracking
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Causas de Fallas en los Pavimentos
• Calidad de los materiales (Agregados y ligantes);• Limitaciones del Asfalto Convencional frente a condiciones
adversas de Transito y Clima (Grado de desempeño);• Proceso constructivo deficiente;• Proceso constructivo deficiente;• Sobrecargas de tránsito (Mayor a 8,2 tn);• Mayor presión de neumáticos• Gradientes térmicas elevadas• Humedad • Mantenimiento deficiente
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Variaciones de clima.
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¿ NECESIDAD DE MODIFICAR LAS PROPIEDADES DEL ASFALT O ?
EL ASFALTO VIRGEN ES UN MATERIAL MUY RIGIDO A TEMPERATURAS MENORES A 0 °C, ESTA RIGIDEZ LE HACE SER FRAGIL Y P OCO RESISTENTE A IMPACTOS Y DEFORMACIONES.
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MATERIALES MODIFICADORES.
CARGAS Y RELLENOS.- Carbonatos, caolines, arcillas, ligninas, etc. Estos materiales dan rigidez al asfalto y resistencia a la deformación, pero hasta cierto límite, en climas fríos son malos.
PLASTOMEROS.- Son materiales plásticos que imparten resistencia a la flexión y deformación del pavimento, extienden la temperatura de desempeño a flexión y deformación del pavimento, extienden la temperatura de desempeño a PG 70 – 5. Funcionan mejor en climas calidos que fríos . Ejemplos, APP, EVA, EGA, etc.
ELASTOMEROS.- Materiales polímericos con propiedades visco-elásticas. Incrementan la temperatura de desempeño en PG 82-28. Funcionan en climas calidos y frios Ejemplos: SBS, SBR de bloque parcial y SEBS.
OTROS.- Materiales que aumentan la rigidez del asfalto buscando incrementar la tensión y el módulo, como las fibras (Nylon, acrílicas) ó se busca un beneficio de reciclado o ecológico (llantas).
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPATIBILIDAD DE MEZCLAS DE ASFALTOS CON POLIMEROS
- Naturaleza del polímero- Naturaleza del polímero- Naturaleza y grado del Asfalto- Proceso de Mezcla
- Tipos de equipos- Tiempo/ temperatura de mezcla
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ALGUNOS POLIMEROS UTILIZADOS.
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COMPOSICION DEL ASFALTO
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COMPOSICION DE ASFALTOS UTILIZADOS.
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MECANISMO DE MODIFICACIÓN.
Primera etapa. El polímero esta completamente encogido.
Fracción de estirenoFracción de estireno
Fracción de butadieno
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MECANISMO DE MODIFICACIÓN.
Segunda etapa. El polímero comienza a desenredarse por absorción del aceite contenido en la parte de polibutadieno . del polímero.
Asfalto absorbiéndose.
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Tercera etapa. El polímero se dispersa en el asfalt o.
MECANISMO DE MODIFICACIÓN.
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polímero disperso en el asfalto.
MECANISMO DE MODIFICACIÓN.
matriz de polímero asfalto contenido en la matriz de polímero
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MECANISMO DE MODIFICACIÓN.
Dominios de poliestirenoDominios de poliestireno
Polibutadieno SBS
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SEGUIMIENTO DE DISPERSION DE POLIMEROS MEDIANTE MICROSCOPÍA DE FLUORESCENCIA.
Fase asfáltica(aumento de la cantidad de asfáltenos)
Fase polimérica(fase rica en asfáltenos)
Fase continuas entrelazadas
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Se relaciona com propiedades viscoelásticas y de recuperación elástica.
REOLOGIA.
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Módulo complejo (G*).- Es la resultante vectorial del módulo de almacenamiento ó elástico (G´) y el módulo viscoso o de pérdida (G´´).
REOLOGIA.
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Deformación
REOLOGIA.
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Principales ensayosPenetración
Ductilidad Punto de Inflamación
Punto de Ablandamiento
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Principales ensayos
Recuperación Elástica Lineal Recuperación Elástica Torsional
Morfologia y Viscosidad BrookfieldPelícula Fina Rotativa
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Caracterización - BETUTEC 60tEnsayos
Método EspecificacionesResultado
ASTM Mínimo Máximo
Punto de Ablandamiento, °C D 36 60 -.- 71
Penetración, 25°C, 100 gr, dmm D 5 55 70 68
Punto de Inflamación, °C D 92 230 -.- >230
Recuperación Elástica Torsional, % **NLT 329 60 -.- 70Recuperación Elástica Torsional, % **NLT 329 60 -.- 70
Ductilidad a 25°C, 5 cm/min, cm D 113 15 -.- 18
Viscosidad Brookfield, 145°C, cp D 4402 -.- -.- 748
Estabilidad al Almacenamiento, 163°, 48 hrs D 5976
- Punto de Ablandamiento, °C (diferencia) D 36 -.- 5 2
- Penetración, 25°C, 100 gr, dmm (diferencia) D 5 -.- 1 0 4
Residuo después de efecto calor y aire D 1754
- Variación de masa, % D 1754 -.- 1 0.4
- Penetración, 25°C, 100 gr, dmm (% del original) D 5 65 -.- 72
- Ductilidad, 5°C, 5 cm/min, cm D 113 8 -.- 13
- Punto de Ablandamiento, °C (diferencia del origina l) D 36 -5 +10 2
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Carta Viscosidad Temperatura
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NORMA SHRP-SUPERPAVE.
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VISCOSIDAD BROOKFIELD - RV
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CORTE DINÁMICO - DSR
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ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO - RTFOT
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ENVEJECIMIENTO A LARGO PLAZO - PAV
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RIGIDEZ A LA FLUENCIA - BBR
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CARACTER ÍSTICAS UNIDAD
LIGANTE ASF ÁLTICO M ÉTODOS
PEN 60 / 70AMP
BETUTEC 60TAMP
BETUTEC ICMTC ASTM
Penetración (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 60 49 56 D 5
Punto de ablandamiento ºC 51 66 68 D 36
Viscosidad Brookfield cP
a 135ºC, splinde 21, 20 rpm, 455 1383 1089 D 4402
a 155ºC, spindle 21, 20 rpm 178 485 581 D 4402
a 175 ºC, spindle 21, 20 rpm 81 222 278 D 4402a 175 ºC, spindle 21, 20 rpm 81 222 278 D 4402
Temperatura de Corte Dinamico ºC 64 76 76 P 246
G* kPa 1,975 1,445 1,017 P 246
δ ° 81,16° 64,75° 64,09° P 246
Corte Dinámico G*/senδ ≥ 1 KPa kPa 1,999 1,598 1,130 P 246
Despues envejecimiento RTFOT
Perdida de masa % massa -0,518 -0,312 -0,304 D 2872
Temperatura de Corte Dinámico ºC 70 76 76 P 246
G* kPa 3,248 3,523 3,254 P 246
δ ° 76,28° 59,13° 59,05° P 246
Corte Dinámico G*/senδ ≥ 2,2 KPa kPa 3,343 4,104 3,794 P 246
Despues envejecimiento RTFOT / PAV
Corte dinámico G* senδ ≤ 5000 KPa °C 22 19 19 P 246
Rigidez a la fluéncia BBR S≤ 300MPa e m ≥0,3 °C -22 -28 -28 D 6648
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Ventajas de los Asfaltos Modificados por Polimero
Presentan mejores características mecánicas y reoló gicas que los asfaltos convencionales
• Baja susceptibilidad térmica• Baja susceptibilidad térmica• Buena adherencia con los agregados• Buen desempeño a alta y baja temperatura• Alta resistencia a la deformación permanente• Alta resistencia a la fatiga• Resistencia al envejecimiento• Flexibilidad y elasticidad
Mayor tiempo de vida útil del pavimento!!
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VENTAJAS DE MODIFICAR EL ASFALTO
Existen diversos aditivos que permiten modificar el asfalto y reducir el gasto de mantenimiento de la carretera.
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Recuperación elástica torsional.
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Vida a la Fatiga de las mezclas asfálticas para dife rentes condiciones de envejecimento (Resultados Tesis MSc J Escalante 200 7)
Condição ModeloMR
(kgf/cm2)∆σ
(Mpa)N
Ligante Asfáltico: CAP PEN 60/70
Sem envelhecimentoSem envelhecimentoCom 2 h. de envelhecimentoCom 4 h. de envelhecimento
N=3490,8(1/∆σ)4,2683
N=26600(1/∆σ)4,1743
N=82292(1/∆σ)4,8964
213534422957502
0,94841,45271,6782
437755966523
Ligante Asfáltico: AMP Tipo I 60/60
Sem envelhecimentoCom 2 h. de envelhecimentoCom 4 h. de envelhecimento
N=12779(1/∆σ)4,6417
N=158831(1/∆σ)5,2113
N=458010(1/∆σ)5,9932
233485105861893
1,00101,57331,7461
127201497216222
Ligante Asfáltico: AMP PG 76 -22
Sem envelhecimentoCom 2 h. de envelhecimentoCom 4 h. de envelhecimento
N=16924(1/∆σ)4,0476
N=395175(1/∆σ)4,9262
N=116237(1/∆σ)4,4286
311946524955213
1,18921,79581,6416
83932209312942
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40000
50000
60000
Vid
a a
la F
atig
a Vida de Fatiga de las mezclas estudiadas
0
10000
20000
30000
40000
Vid
a a
la F
atig
a (N
)
CAP PEN 60/70 Betutec 60T Betutec IC
Ligante Asfáltico
Sin envejecimiento Con 2 h de envejecimiento Con 4 h de envejecimiento
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ALGUNAS OBRAS CON ASFALTO MODIFICADO CON POLIMERO SBS
1. Carretera Pativilca – Conococha Tramo km. 0+000 al km. 60+000, Diciembre 2008, Producto TDM: BETUTEC 60t
2. Carretera Conococha – Antamina 0+000 al km. 120+000, Producto TDM: 2. Carretera Conococha – Antamina 0+000 al km. 120+000, Producto TDM: BETUTEC 60t
3. Carretera Panamericana Norte: Tramo puente santa - Ovalo industrial, Producto TDM: BETUTEC 60t
4. Carretera Panamericana Norte: Tramo ponton quebra da seca - puente santa, Producto TDM: BETUTEC 60t
5. Carretera Panamericana Norte: Tramo pativilca pon ton - quebrada seca, Producto TDM: BETUTEC 60t
6. Carretera Tarma - La Merced, Producto TDM: BETUTEC 60t
7. Carretera San Clemente - Choclococha, Producto TDM : BETUTEC 60t
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EXPERIENCIAS DE USO DE AMP
CONSTRUCCION DE MICROPAVIMENTO EN CALIENTE PARA MANTENIMIENTO PERIODICO
OBRA PTE. STA. ROSA - PTE. MONTALVO
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Despacho de Asfalto Modificado
Temperatura de despacho: 165 - 170°C
Termotanques con Termotanques con sistema de
calentamiento indirecto
Cisternas de 8000 galones: 28 a 30
toneladas de material
Carga de cemento asfáltico modificado en planta de producción
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Recomendaciones manipulación
• Evitar calentamiento a altas temperaturas, por encima delos 190°C.
• Evitar recalentamientos sucesivos ó prolongados.
• Para un período de almacenamiento superior a 5 días,almacenar el producto a temperatura de 100°C-120°C.
• Para períodos cortos de almacenamiento no exceder latemperatura más de 165°C.
• Para períodos largos (20 días ó más) almacenar atemperatura ambiente.
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Recomendaciones manipulación
• Se deberá utilizar la bomba de recirculación delproducto a fin de mantener la temperatura uniforme a lolargo del tanque y la distribución del calor circulando enlargo del tanque y la distribución del calor circulando enforma homogénea.
•Nunca se deberá emplear calentamiento directo, elcalentamiento se deberá realizar en forma indirecta entanques provistos de serpentines de fluido térmico.
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Depósito en obra * Temperatura de recepción:
140°C - 150°C
* Temperatura de almacenamiento:
Depende de cuán próxima está la Depende de cuán próxima está la necesidad del material para la producción de mezcla asfáltica
* Temperatura de bombeo:
Por encima de 100°C
Bomba y tubería de circulación de 4” entre los tres tanques permitía calentamiento distribuido y rápido
Tanques de almacenamiento
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Planta de producción de AMP
CEDARAPIS tipo bacheo,
capacidad de 60 m3/hr (140-150 Ton/hr).
Temperatura del AMP para producción de mezcla
asfáltica: 168°C.
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Planta de producción de AMP
Carga de mezcla asfáltica modificada
en planta de producción
Temperatura de salida de la mezcla: 163°C
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Colocación en pista
* Punto más lejano del campamento:
Puente Santa Rosa a 80 Km
* Tiempo de recorrido: 1 ½ hr* Tiempo de recorrido: 1 ½ hr
* Tiempo de espera: 1 hr
* Temperatura de llegada de mezcla asfáltica a pavimentadora: 150°C
* Temperatura ambiente: 15°C
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Colocación en pistaEsparcido de mezcla asfáltica modificada
TEREX-CIFALI VDA-700 DE 166 HP, 12 toneladas de cap acidad
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Compactación de Micropavimento
Temperatura de inicio de compactación
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Compactación de micropavimento
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Compactación de micropavimento
Compactación con rodillo neumático
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Obra terminada
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MANTENIMIENTO PERIODICO
CARRETERA SAN CLEMENTE CHOCLOCOCHA
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Planta de producción de AMP
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Colocación en pista
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Compactación
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Compactación
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Compactación
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Compactación
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ENSAYOS DE DESEMPEÑO DE ENSAYOS DE DESEMPEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS
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Rueda Cargada Francesa
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Pista de pruebas Francesa
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Tramos de pruebas Francesa
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Experiencia con vehiculo experimental
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Rueda Cargada Española
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Pista de pruebas Española
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Laboratorio de Calidad
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Laboratorio de Diseño
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GRACIAS
Preguntas?
Jorge Rodolfo Escalante ZegarraGerente Técnico TDM ASFALTOS
Magister en Ingenieria de Transportes - USP –BRASIL
Doctorado en Ingenieria de Transportes – USP –BRASIL