Variación de las propiedades físicas del asfalto natural AP3 y modificado con polímero SBS sometido a periódos de calientamiento Enfriamiento y su influencia en las propiedades y su influencia en las propiedades de las mezclas asfálticas

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"VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO

NATURAL AP3 Y MODIFICADO CON POIMERO SBS SOMETIDO A

PERIODOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO Y SU INFLUENCIA

EN LAS PROPIEDAES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS"

Autor: Byron Javier Rodríguez Delgado

Tesis de grado previa la obtención del título de Ingeniero Civil

INGENIERÍA CIVIL

Loja, Ecuador

26 de marzo del 2007

Aprobado POR:

lngÁIonso

luniga

S.

DIRECTOR

Ing. Fabián Armijos

VOCAL

zí

In .

u Carvallo

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE

iM

La Universidad Católica de Loja

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

"VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO NATURAL AP3 Y MODIFICADO CON POLíMERO SBS SOMETIDO A PERIODOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO Y SU INFLUENCIA

EN LAS PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS"

TESIS DE GRADO

PREVIA A LA

OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

AUTOR:

Byron Javier Rodríguez Delgado

DIRECTOR:

Ing. Alonso Zúñiga S.

Loja, 01 de marzo del 2007

Ingeniero.

Alonso Rodrigo Zúñiga Suárez Docente Investigador

CERTIFICO:

Haber efectuado la revisión y corrección de ¡a Tesis "VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FISICAS DEL ASFALTO NATURAL AP3 Y MODIFICADO CON POLÍMERO SBS SOMETIDO A PERIODOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO Y SU INFLUENCIA EN LAS

MEZCLAS ASFÁLTICAS."; la misma que cumple con las

recomendaciones y sugerencias; razón por la cual autorizo la presentación de la misma para los fines legales pertinentes.

Muy atentamente

Ing. Alonso R. Zúñiga S. Director de tesis

CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Byron Javier Rodríguez Delgado, declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente Textualmente dice: "Forman parte del Patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de Investigaciones; Trabajos científicos o técnicos y Tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional operativo de la Universidad"

^^elagado ,

Byr-o^-n'Jáv^er Rodríguez

AUTORÍA

Las ideas, resultados, conclusiones y recomendaciones vertidas en la presente

tesis son de responsabilidad exclusiva del autor.

Byron J"

R_Delga

AUTOR

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Técnica Particular de Loja, y de manera especial a la Escuela de Ingeniería Civil y a la Unidad de Ingeniería Civil, Geología y Minas (U.C.G), por los conocimientos impartidos durante mi carrera universitaria.

Al Ing. Alonso Zúñiga, que con su apoyo desinteresado quien supo guiar la presente investigación en calidad de Director.

A mis compañeros y a todas las personas que de una u otra forma han contribuido a la culminación del presente proyecto investigativo.

DEDICATORIA

A Dios, a la memoria de mi padre, a mi madre quienes han sido el pilar fundamental en mi vida, a mis hermanos que me han apoyado en todo momento, a mis 2 sobrinos, a todos mis familiares y amigos que de una u otra forma contribuyeron a la culminación de mi carrera universitaria.

Byron Javier

CONTENIDO - ÍNDICE

PROYECTO DE TESIS:

"VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO NATURAL AP3 Y MODIFICADO CON POIJMERO SBS SOMETIDO A PERIODOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO Y SU INFLUENCIA EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS"

Certificación.

Cesión de derechos Autoría

Agradecimiento Dedicatoria

Contenido - Índice

CAPITULO 1. Descripción general de Proyecto.

1.1. Introducción ... .... ... .. ... ... . ... 1

1.2. Problemática .... . ... . ... . ... . ... . ... ...2

1.3.Justificación... ... . ... . ... ... .. ... . ... ... .... . ... ..2

1.4. Objetivos de la Investigación. ... . ... . ... ... 3

1.4.1. Objetivo General... ... ... ... ... . ... .... . .... ...3

1.4.2. Objetivos Específicos ... . .... ... ... .3

1 .5. Organización de la investigación.. .... ... .... ... ... . ... . ... 3

CAPÍTULO II. Marco Teórico. 2.1. Generalidades ... ... ... ... . ... ... . ... ... 4

2.2. Historia del asfalto ... . ... .. ... .. ... ...4

2.3.Asfalto ... . ... . ... ... . ... . ... . ... . ... . ... .. 2.4. Composición del asfalto.. ... . ... .... . ... . ... 7

2.5. Características del asfalto ... . ... . ... . ... ... . ... 7

2.6. Asfaltos para pavimentación ... . ... .. ... ... ... 8

2.6.2. Asfaltos diluidos .8

2.6.3. Asfaltos emulsionados... ... ... . ... . ... 9

21.Asfaltos modificados ... ... 9

2.8. Proceso de envejecimiento del asfalto.. ... ... . ... ...9

CAPÍTULO Hl Procedimiento implementado en el laboratorio de la UTPL para simular los ciclos de calentamiento-enfriamiento 3.1. Generalidades... .... . ... . ... . ... ... .... ... . ... . ... ...12

3.2. Metodología ... . ... . ... . ... ... .... 12

3.2.1. Asfalto natural.. ... ... . ... . ... 12

3.2.2. Asfalto modificado ... . ... ... . ... . ... . .... . ... . ... ..16

3.3. Ensayos de laboratorio.. ... ... ... ... ... . ... ... 21

3.3.1. Viscosidad absoluta. Norma ASTM D 2171-(2001) ... . .... 21

3.3.2. Viscosidad cinemática. Norma ASTM D 2170-(2001).. ... . ... 22

3.3.3. Ensayo de penetración. Norma ASTM D 5-(97) ... . ... . .... 23

3.3.4. Ensayo de punto de inflamación. Norma ASTM D 92...24

3.3.5. Ensayo de película delgada. Norma ASTM D 1754-(02)... ... 24

3.3.6. Ensayo de punto de reblandecimiento. NormaASTM D 36-(95). ... . ... ... ... .... ... ... ... 25

3.3.7. Determinación de la pérdida de masa. Norma ASTM D 1754-(02) ... . ... ... ... . ... .... . ... . ... 26

3.4. Comprobación del diseño de la mezcla asfáltica método marshall Norma ASTMD1559...27

3.4.1. Preparación de los agregados ... .. ... ... . ... ...28

3.4.2. Preparación de la mezcla.... ... ... .... ... .. ... 29

3.4.3. Compactación de la mezcla ... ... . ... . ... . ... ...30

3.4.4. Ensayo alas probetas compactadas. . ... . ... . ... ... ... 31

a). Determinación del peso especifico Bulk... ... . ... . ... ...31

b). Ensayo de Estabilidad y Flujo ... ... ... . .... ...31

c). Análisis de densidad y vacíos ... .. ... . ... . ... . ... . ... 32

3.4.5. Interpretación de resultados ... ... ... ... . ... 32

a). Graficas... ... . ... .... . ... . ... ... 32

b). Determinación del porcentaje optimo de asfalto en la mezcla.... .... ... . ... . ... .... . ... ... 32

CAPÍTULO IV. Análisis de Resultados.

4.1.Asfalto natural ...35 4.1.1. Caracterización del asfalto natural... ... ... ... . ... ... . .... ...35 4.1.2. Resultados de los ensayos realizados al asfalto

sometido a los 4 ciclos de calentamiento-enfriamiento... ... . ... 36 4.1.3. Determinación del índice de envejecimiento... .... ... . ... 41

4.1.4. Determinación de la incidencias de los ciclos de

calentamiento enfriamiento en las mezcla asfálticas...42

4.2. Asfalto modificado con 1.5% polímero SBS y4% aceite

Térmico... .. ... . ... ... ... . ... . ... . ... . ... 44 4.2.1. Caracterización del asfalto modificado con 1.5%

Polimero y 4% de aceite ... . ... .. ... 44 4.2.2. Resultados de los ensayos realizados al asfalto

modificado sometido a los 4 ciclos de

calentamiento-enfriamiento ... ... ... ... ... ... . ... . ... .45 4.23. Determinación de la incidencias de los ciclos de calentamiento

enfriamiento en las mezcla asfálticas elaboradas con asfalto

modificado con polímero SBS ... . ... ... ... ... . ... 49 CAPÍTULO V Conclusiones y Recomendaciones.

Conclusiones y Recomendaciones. ... ... . ... ... .51 Referencias Bibliográficas ... ... .. ... 54

CAPÍTULO 1

1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO.

En la presente investigación se analiza la incidencia de los procedimientos de calentamiento-enfriamiento en las propiedades físicas del asfalto AP3 de penetración 60-70 que produce Petrocomercial y asfalto modificado con polímero SBS que se los utiliza en la producción de mezclas asfálticas en caliente principalmente en zonas de clima cálido; para esto se simuló en el laboratorio un procedimiento que nos permite representar dichas condiciones.

En el procedimiento simulado se sometió las muestras de asfalto a 4 ciclos de calentamiento- enfriamiento y al finalizar cada uno de estos se tomó una muestra de asfalto, a la cual se le determinó las características físicas de acuerdo a la norma ASTM D 3381 como son: penetración ASTM D 5, punto de inflamación ASTM D 92, ensayo de película delgada (TFOT) ASTM D 1754 , viscosidad cinemática ASTM D 2170, viscosidad dinámica ASTM D 2171, punto de reblandecimiento ASTM D 36 y de esta manera comparar como varían las propiedades físicas del asfalto AP3 y modificado de un ciclo al otro así como también determinar su índice de envejecimiento en cada ciclo.

Además para determinar la incidencia de estos ciclos en las mezclas asfálticas se elaboró briquetas con asfalto AP3 y modificado sometido a este proceso de calentamiento-enfriamiento y se determinó los valores de estabilidad y flujo de las mismas.

1.1

Introducción

CAPÍTULO 1

subyacentes que están conformando la estructura del pavimentos y en otros la falla esta relacionada directamente con la capa de rodadura debido principalmente a la mala calidad de los materiales que se utiliza en la elaboración de las mezclas asfálticas, también el deterioro se debe a que los materiales utilizados no han sido manejados de una manera correcta en el proceso de producción de la mezcla, por lo general se la realiza a temperaturas o periodos de mezclado que no son los especificados, también se debe a la deficiencia en el proceso de colocación en obra.

1.2 Problemática.

En la mayoría de las vías construidas con mezclas asfálticas en calientes se observa, un deterioro severo de la carpeta asfáltica, una de las posibles causas de esto es el manejo inapropiado del cemento asfáltico en el proceso de producción de estas puesto que en este proceso el asfalto es sometido a ciclos de calentamiento-enfriamiento, causa que va deteriorando las propiedades físicas del cemento asfáltico y produciendo un envejecimiento prematuro del mismo.

1.3 Justificación.

La determinación de la incidencia de los ciclos de calentamiento-enfriamiento del asfalto durante la etapa de almacenamiento ayudará a obtener parámetros que nos permitan tener una idea de cómo afectan estos a las propiedades físicas del mismo y a las propiedades de las mezclas asfálticas elaboradas con este asfalto, además nos servirá como guía para tener un control de calidad mas eficaz en las plantas de producción, garantizando de esta manera la obra donde se esta utilizando.

CAPÍTULO 1

1.4 Objetivos.

14.1 Objetivo General.

• Analizar los efectos que producen los ciclos de Calentamiento-Enfriamiento en las propiedades Físicas del asfalto AP-3 y modificado con polímero SBS utilizado en la producción de mezclas asfálticas en caliente.

1.4.2. Objetivos Específicos.

• Determinar las propiedades físicas del asfalto AP3 de penetración 60 - 70 y modificado basados en la norma ASTM D 3381-92. • Analizar la variación de las propiedades físicas del asfalto AP3 y

modificado, sometido a los procesos de calentamiento-enfriamiento. • Implementar el ensayo de Película Delgada (TFOT) Norma AASHTO

T-179-04 ASTM D 1754-97(2002).

• Analizar la variación de las propiedades de la mezcla asfáltica elaboradas con asfalto AP-3 y modificado sometido al proceso de calentamiento-enfriamiento.

1.5 Organización de la investigación.

La presente investigación se presenta en 5 partes

o En el capítulo 1 se realiza la descripción general del proyecto.

En el capitulo 2 se da a conocer conceptos generales referentes a la investigación.

• En el capitulo 3 se muestra el proceso que se simulo en el laboratorio para determinar los efectos que causa los ciclos de calentamiento -enfriamiento en el asfalto AP3 y modificado, además se indica los ensayos de laboratorio utilizados en la presente investigación.

• En el capitulo 4 se muestran los resultados obtenidos.

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO.

2.1. Generalidades

El USO _{del asfalto para carreteras y construcción de calles comenzó a finales}

del siglo pasado, y creció rápidamente con el surgimiento de la industria automotriz. Desde entonces, la tecnología del asfalto ha dado grandes pasos, hoy día los equipo y los procedimientos usados para construir estructuras de pavimentos asfálticos son bastantes sofisticados. Este capitulo trata sobre el asfalto desde sus antecedentes históricos hasta su composición, propiedades, características, etc.

2.2. Historia del asfalto.

El asfalto es un componente natural de la mayor parte de los petróleos. La palabra asfalto, deriva del acadio, lengua hablada en Asiria, en la orilla del río Tigres superior, entre los años 1400 y 600 A.0 en esta zona se encuentra en efecto la palabra "Sphalto" que significa "lo que hace caer". Luego la palabra fue adoptada por el griego, pasó a Latín y, más adelante, al francés, al español y al ingles. Estudios arqueológicos indican que es uno de los materiales constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado.

CAPÍTULO II

El primer antecedente en el cual se uso un tipo de asfalto en Francia en 1802 se comenzó a fabricar adoquines de asfalto, que luego en 1837 se utilizaron para pavimentar la plaza de la concordia y los campos Elíseos en Paris. En 1852, la construcción de la carretera Paris-Perpiñan utilizo el asfalto Val Travers, significando el comienzo de una nueva forma de construcción vial. Desde esta época el asfalto se implanto sólidamente en las vías urbanas y propició su uso vial. La construcción del primer pavimento tipo Sheet Asphalt, ocurre en 1876 en Washington D.C, con asfalto natural importad. En 1900, aparece la primera mezcla en caliente, utilizada en la rue du Louvre y en la Avenue Victoria en Paris, la cual fue confeccionada con asfalto natural. A partir del año 1902, se inicia el empleo de asfaltos destilados de petróleo en los Estados Unidos, que por su característica de pureza y economía en relación a los asfaltos naturales, constituyen en la actualidad la principal fuente de abastecimiento. Las emulsiones asfálticas se utilizaron por primera vez en la carretera en los años treinta, pero fue hasta los años setenta cuando debido a la crisis energética, se incrementa los estudios de este tipo de materiales asfálticos llamados emulsiones.

2.3. Asfalto.

El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfáltenos, resinas y aceites elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y tiene propiedades cementantes a temperaturas ambiente normales. Al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia liquida. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados del petróleo y los naturales:

CAPÍTULO U

Fig. 2.1 Productos Bituminoso

PRODUCTOS BITUMINOSOSI

ALQUITRANES BETUNES

ASE AL T LIS _CEMENTO

NATURALES _ASFLTICD

NATURALES ASFLTI

OILSDNITA ASEALTITES

Fuente: Instituto del asfalto, Manual del asfalto

Los asfaltos naturales, se han producido a partir del petróleo, pero por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles, dejando las asfálticas solamente.

Fig. 2.2 El asfalto natural

SFALTÜ

SFALTENflS AL TE N

RESINAS 1 1 RESINAS

)

CAPÍTULO II

Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados del petróleo, tos cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo. Representan más del 90% de la producción total de asfalto.

El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de durabilidad que el asfalto natural, pero tiene importantes ventajas adicionales de ser refinado hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.

2.4. Composición del asfalto.

El asfalto es considerado un sistema coloidal complejo de hidrocarburos, en el cual es difícil establecer una distinción clara entre fase continua y dispersa. Las primeras experiencias para descubrir su estructura, fueron desarrollo por Nellensteyn en 1924, cuyo modelo fue mejorado más tarde por Pfeiffery Saal en 1940, en base a limitados procedimientos analíticos.

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 maJtenos. Las resinas contenidas en los maltenos son intermediarios en el asfalto, cumpliendo la misión de homogenizar y compatibilizar a los insolubles asfáltenos. Los maltenos y asfáltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

[INSTITUTO DEL ASFALTO, MANUAL DEL ASFALTO]

2.5. Características del asfalto.

El asfalto es un líquido viscoso constituido esencialmente por hidrocarburos o sus derivados, cuyas características son:

- Consistencia: Se refiere a la dureza del material, la cual depende de la temperatura se considera el concepto de viscosidad para definirla.

II

tiempo y la acción de agentes envejecedores.

- Susceptibilidad Térmica: Variación de sus propiedades con la temperatura.

- Pureza: Definición de su composición química y el contenido de impurezas que posee.

- Seguridad: Capacidad de manejar el asfalto a altas temperaturas sin peligro de inflamación.

2.6. Asfaltos para pavimentación.

Los asfaltos de pavimentación pueden clasificarse bajo tres tipos generales: - Cemento asfáltico.

- Asfalto diluido - Asfalto emulsionado

2.6.1 Cementos asfálticos.

El cemento asfáltico es, especialmente preparado en cuanto a calidad y consistencia para ser usado directamente en la producción de pavimentos asfálticos.

Los cementos asfálticos, se clasifican bajo tres sistemas diferentes. Ellos son: viscosidad, viscosidad después del envejecimiento y penetración. Cada Sistema abarca diferentes grados, cada uno con diferentes rangos de consistencia. [INSTITUTO DEL ASFALTO, MANUAL DEL ASFALTO]

En la presente investigación hemos realizado la clasificación en base a la penetración, norma ASTM D-5 o AASHTO T-49.

2.62 Asfaltos diluidos.

Los asfaltos cortados resultan de la dilución del cemento asfáltico con destilados de petróleos y tiene la ventaja de que se los puede utilizar a bajas temperaturas. De acuerdo con el tiempo de curado determinado por la naturaleza del diluyente utilizado, los asfaltos cortados se clasifican en:

CAPÍTULO II

Las siglas antes mencionadas, van seguida de un número que indica el grado de viscosidad, que puede ser; 30, 70, 250, 800 o 3000, entre otros.

2.6.3 Asfaltos emulsionados.

Un cemento emulsionado o emulsión asfáltica es una emulsión de cemento asfáltico y agua que contiene una pequeña cantidad de un agente emulsionante.

2.7. Asfaltos modificados.

Los asfaltos modificados son el producto de la disolución o incorporación en el asfalto, de un polímero o de hule molido de neumático, que son sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, que se le añade al material asfáltico para modificar sus propiedades físicas y reológicas.

Los modificadores producen una actividad superficial iónica, que incrementa la adherencia en la interfase entre el material pétreo y el material asfáltico, conservándola aun en presencia de agua.Tambien aumenta la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo tanto a la fatiga.

Uno de los objetivos que persigue la modificación del asfalto es disminuir el fisuramiento por efectos térmicos a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad y mejorar sus características de adhesividad.

Entre los principales modificadores tenemos: SBS (Estireno-Butadieno-Estireno), SB (Estireno-Butadieno), Neopreno-Látex, EVA (Etil-Vinil-Acetato) y Hule molido de neumático.

2.8. Proceso de envejecimiento del asfalto.

CAPÍTULO II

obligatorio el calentamiento del asfalto para garantizar el recubrimiento total de los agregados pétreos, además es importante señalar que el envejecimiento también se produce durante el transporte y almacenamiento del mismo, en el proceso de compactación y durante la etapa de servicio de la carpeta de rodadura.

Algunos organismos Internacionales como la Sociedad Americana para Ensayos de Materiales ASTM, poseen normas de ensayo que tratan de simular, bajo condiciones de laboratorio, el envejecimiento del asfalto durante el proceso de producción de las mezclas asfálticas en caliente. La simulación se realiza a través del ensayo de película delgada al horno ASTM D 1754-02 Test method for effect of Heat and Air on Asphaltic Materials (Thin Film Oven, TFOT por sus siglas en ingles).

Uno de los parámetros mediante los cuales se puede cuantificar el envejecimiento del asfalto es a través del Índice de Envejecimiento (lE) Dicho parámetro se determina bajo condiciones de laboratorio, relacionando las viscosidades absolutas del asfalto obtenidas antes y después de someter el asfalto al ensayo de película delgada al horno. [ESPECIFICACIONES GENERALES MOP-ECUADOR 2002. SECCIÓN VIII. PÁG. 68]

Ecuación que permite determinar el lE

Índice de envejecimiento = Vis cos ¡dad, Absoluta(Asfalto después de ensayo TFOT)

Vis cos ¡dad Absoluta(Asfalto original)

II

durante la producción de mezclas asfálticas en caliente, sin embargo se produce un envejecimiento previo durante la etapa de transporte y almacenamiento del asfalto. En la grafica se observa la curva de envejecimiento del asfalto determinada en dicha investigación.

Fig. 2.4 Grafica envejecimiento del asfalto.

n10 durante años de servicio

O

-envejecirríento en

4.. 1

:

--4

Lí

a,

años

CAPITULO III

3. PROCEDIMIENTO IMPLEMENTADO EN EL LABORATORIO

DE LA U.T.P.L PARA SIMULAR LOS CICLOS DE

CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO.

3.1 Generalidades.

En el procedimiento simulado se sometió la muestra de asfalto a 4 ciclos de calentamiento- enfriamiento, al finalizar cada uno de estos se tomó una muestra de asfalto, a la cual se le determinó las características físicas que indica la norma ASTM D 3381, de esta manera comparar la variación de las propiedades físicas del asfalto de un ciclo al otro así también determinar el ndice de envejecimiento en cada ciclo, además se analizó el comportamiento de las mezclas asfálticas elaboradas con asfalto envejecido.

3.2 Metodología.

3.2.1. Asfalto Natural.

Con el propósito de determinar las incidencias de los ciclos calentamiento-enfriamiento en las propiedades físicas del asfalto se simuló en el laboratorio de pavimentos de la U.T.P.L dichas condiciones.

a) Primero se procedió a realizar el muestreo del cemento asfáltico AP3 de penetración 60-70, el cual fue proporcionado por la compañía LICOSA.

b) Se tomo una fracción de este asfalto y se procedió a determinar sus propiedades físicas indicadas en la norma ASTM D 3381 como Penetración, punto de inflamación, punto de reblandecimiento, ensayo de película delgada (TFOT), viscosidad dinámica, viscosidad cinemática.

CAPÍTULO III

Fig. 3.1. Asfalto Natural.

_ 1

•z.

Fuente: El autor

c) La muestra de asfalto restante fue sometida, bajo condiciones de laboratorio a ciclos de calentamiento-enfriamiento para simular las condiciones de almacenamiento de una planta de producción de mezclas asfálticas. Para simular estas condiciones se realizó lo siguiente.

CAPÍTULO III

Fig. 3.2. Asfalto sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento

Fuente: El autor

c.2) Al finalizar cada uno de los ciclos se tomó una muestra de asfalto, y se determinó las características físicas indicadas en la norma ASTM D 3381.

Fig. 3.3. Asfalto sometido al 1 ciclo calentamiento-enfriamiento.

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-o CAPÍTULO Hl

c.3) Se elaboró mezcla asfáltica en caliente, utilizando el diseño de mezcla de la compañía LICOSA que es colocada en el proyecto de rehabilitación de la carretera "Loja - Vilcabamba", para lo cual se tomó una muestra en cada uno de los ciclos de calentamiento - enfriamiento. Posteriormente, se elaboraron briquetas con este asfalto y se determinó los valores de estabilidad y flujo.

Fig. 3.4. (a) briquetas elaboradas con asfalto sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento (b) curado de las briquetas (c) Ensayo en el

equipo Marshall.

(a) (b)

CAPÍTULO III

3.2.2. Asfalto Modificado con polímero SBS.

a) Primero se procedió a dosificar la cantidad de polímero y aceite térmico a utilizarse que en nuestro caso fue de 1.5 % de polímero y 4% de aceite térmico.

Fig. 3.5. (a) Polímero SBS (b) Aceite térmico.

(a) (b)

Fuente: El autor

b) Se procedió a realizar el proceso de modificación el cual se lo realiza en un molino coloidal y a una temperatura de mezclado que oscila entre 180°C y 190°C y el tiempo de mezclado varía dependiendo de la dispersión del polímero.

Fig. 3.6. Proceso de modificación del asfalto.

CAPÍTULO III

c) Se tomo una fracción de este asfalto y se procedió a determinar sus propiedades físicas como Penetración, punto de inflamación, punto de reblandecimiento, ensayo de película delgada (TFOT).

d) El asfalto restante se calentó hasta la temperatura de producción que en este caso corresponde a 180 oc y se mantuvo a temperatura constante por un periodo de 5 horas, posteriormente se desconectó; simulando de esta manera un ciclo de calentamiento-enfriamiento, en la investigación se sometió la muestra a 4 ciclos a igual temperatura.

Fig. 3.7. Asfalto modificado sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento

1

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rppp'111,1111pÇ.

o CAPÍTULO III

e) Al finalizar Cada UflO de los ciclos se tomó una muestra de asfalto, y

se determinó las características físicas.

f) Se elaboró mezcla asfáltica en caliente, utilizando el diseño de mezcla de la compañía LICOSA que es colocada en el proyecto de rehabilitación de la carretera "Loja - Vilcabamba", para lo cual se tomó una muestra en cada uno de los ciclos de calentamiento -enfriamiento. Posteriormente, se elaboraron briquetas con este asfalto y se determinó los valores de estabilidad y flujo.

Fig. 3.8. Briquetas elaboradas con asfalto modificado sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento

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II

5 HORAS DE PRODUCCIÓN _{5 HORAS DE PRODUCCIÓN}

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CAPITULO III

FIG. 3.9 Procedimiento implementado en el laboratorio para simular los ciclos de calentamiento-enfriamiento

Procedimiento implementado en el

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laboratorio para simular los ciclos de:

PRIMER CICLO DE _{SEGUNDO CICLO DE}

CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO _{CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO}

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o CAPITULO III

Procedimiento implementado en el

laboratorio para simular los ciclos de:

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CAPÍTULO Hl

3.3. Ensayos de laboratorio.

Una vez obtenidas las muestras, en el laboratorio de asfaltos de la U.C.G se llevó a cabo los ensayos establecidos en la norma ASTM D 3381. A continuación describimos en forma resumida los diferentes ensayos realizados en la presente investigación.

3.3.1. Viscosidad absoluta. Norma ASTM D 2171-(2001).

Permite conocer los valores de la resistencia del asfalto a fluir. Este ensayo se lo realiza a temperaturas de 60°C. Para el ensayo se utiliza un viscosímetro capilar, el cual se coloca en un baño de aceite a temperatura constante. Se incorpora el asfalto precalentado hasta que llegue a la marca de llenado.Una vez que el sistema ha alcanzado la temperatura de 60°C, se aplica un vacío y se mide el tiempo en que tarda en desplazarse el asfalto por el capilar entre dos marcas consecutivas. Al multiplicarse este tiempo por el factor de calibración de viscosímetro, se obtiene el valor de la viscosidad absoluta en Poises.

Fig. 3.10. Ensayo de Viscosidad absoluta

CAPÍTULO III

Fig. 3.11. Viscosímetro Cannon Manning.

Fuente: Manual del asfalto.

3.3.2. Viscosidad cinemática. Norma ASTM D 2170-(2001).

Permite conocer los valores de la resistencia del asfalto a fluir. Este ensayo se puede realizar a temperaturas de 135°C, se utiliza un viscosímetro capilar, el cual se coloca en un baño de aceite a temperatura constante. Se incorpora el asfalto precalentado hasta que llegue a la marca de llenado.Una vez que el sistema ha alcanzado la temperatura de 135°C, se mide el tiempo en que tarda en desplazarse el asfalto por el capilar entre dos marcas consecutivas. Al multiplicarse este tiempo por el factor de calibración de viscosímetro, se Obtiene el valor de la viscosidad cinemática y sus unidades son en centistokes.

Fig. 3.12. Ensayo de Viscosidad cinemática

1•.

IL

0

CAPÍTULO Hl

Fig. 3.13. Viscosímetro ZEITFUCIIS CROSS-ARM.

Fuente: Manual del asfalto.

3.3.3. Ensayo de penetración. Norma ASTM D 5-(97).

Se trata de un método de ensayo empírico antiguo, que permite medir la dureza o consistencia del cemento asfáltico. Consiste en la penetración de una aguja normalizada de 100 g la cual se introduce en un recipiente con cemento asfáltico a una temperatura de referencia de 25°C por un tiempo de 5 segundos, midiéndose después la penetración de la aguja en unidades de 0.1 mm.

Fig. 3.14. Ensayo de Penetración

SÍ a

CAPÍTULO III

3.3.4. Ensayo de punto de inflamación. Norma ASTM D 92.

El punto de inflamación representa la temperatura a la cual un asfalto puede calentarse con seguridad, sin que éste se inflame en presencia de una llama. Esta temperatura es menor que la temperatura de combustión o punto de combustión. El ensayo se realiza en el vaso abierto Cleaveland "consiste en Llenar un vaso de bronce con asfalto, y se calienta a una velocidad gradual de temperatura. Cada cierto tiempo se pasa una llama sobre la superficie hasta que se produzca una inflamación o flash debido a la evaporación de solventes. Esta temperatura representará el punto de inflamación.

Fig. 3.15. Ensayo punto de inflamación,

Fuente: El autor

3.3.5. Ensayo de película delgada. Norma ASTM D 1754-(02).

Este ensayo simula el envejecimiento del asfalto, en condiciones normales en una planta de mezcla en caliente. El grado de envejecimiento se mide con los ensayos de penetración, viscosidad, etc. El ensayo consiste en colocar 50 ml. de cemento asfáltico en un platillo quedando la muestra con 3 mm. de espesor, que se coloca en un horno a 163°C, sobre un plato que gira a 5-6 revImín durante 5 horas y a una temperatura constante de 163°C. Concluido el plazo. Se extrae la muestra para efectuarle los ensayos de viscosidad,

/

CAPITULO III

penetración, perdida de peso, etc. La diferencia en peso está acotada por normas.

Fig. 3.16. Ensayo de película delgada (TFOT)

:

-1Tt

Fuente: El autor

33.6. Ensayo de punto de reblandecimiento. Norma ASTM D 36-(95).

El punto de reblandecimiento trata de establecer la temperatura a la que el betún obtiene una fluidez determinada. En sí, la temperatura a la que se mide el punto de reblandecimiento es sólo un dato con valor relativo o comparativo, ya que los betunes no son, en ningún momento, ni sólidos ni líquidos perfectos, sino que son cuerpos viscosos, muy sensibles a la duración de las solicitaciones y a la temperatura.

0

...-Fuente: El autor

3.3.7. Determinación de Ja pérdida de masa. Norma ASTM 0 1754-(02).

Para determinar la perdida de masa por calentamiento del cemento asfáltico, Se procede primeramente a registrar la masa inicial de cada una de las muestras antes del ensayo de película delgada (TFOT), luego se registra la masa final de las muestras después del ensayo de película delgada. Seguidamente se calcula la pérdida de masa por calentamiento en cada una de las muestras de prueba, determinadas con la siguiente formula:

L.

Winicial - Wfinal

---x1OØ

Winiciai

Donde:

Wcn=Pérdida de masa por calentamiento en la muestra de prueba(%) Win = Masa inicial de Ja muestra de prueba (gr)

Wfn = Masa final de la muestra de prueba (gr)

-II

Se reporta como la perdida de masa por calentamiento del cemento asfáltíco (Wc), el promedio de la perdida de masa de cada una de las muestras de prueba, con la siguiente formula:

Wcn

Wc =

n

Donde:

Wc = Pérdida de masa por calentamiento en el cemento asfáltico (%) Wcn = Pérdida de masa por calentamiento en la muestra de prueban, (%) n = Número de muestras de prueba (charolas).

Fig. 3.18. (a) Muestras antes del ensayo (TFOT) (b) Muestras después del ensayo (TFOT).

(a) (b)

Fuente: El autor

3.4. Comprobación del diseño de Ja mezcla asfáltica

método Marshall NORMA ASTM D 1559.

CAPÍTULO III

3.4.1. Preparación de los agregados.

Como casi nunca es posible obtener un agregado que cumpla con los requerimientos granulométricos exigidos se debe hacer una combinación con los materiales disponibles.

Los agregados empleados en el presente diseño de mezcla asfáltica provienen de la Mina Los Encuentros aprobada por el Ministerio de Obras Públicas.

Para este diseño su dosificación ha sido determinada de acuerdo con la tabla 405-5.1 de las Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes MOP-001 -F-2002.

Tabla 3.1 Especificaciones MOP-001-F-2002 capitulo 4 PORCENTAJE QUE

TAMIZ PASA

314"

100

3/4" 90 - 100

1/2"

318' 56 - 80

N 04 35 - 65

N 08 23 - 49

NO30

N°50 5 - 19

N°100

N°200 2 - 8.

Los porcentajes de agregado escogidos para que cumpla las especificaciones son: %" = 30%, 318" = 20%, arena = 50%, ajustándose a la franja de diseño.

11!

100

w60

050 u.'

- 10

o

0.01

Fig. 3.19. Curva Granulométrica.

CURVA GRANULOMETRICA

-0.1 1 10 100

ABERTURA DE TAMICES mm

---- L. SUPERIOR • L. NFEROR F.T. L. 1. --- -- E. T. L. S. --- C.GRAN.

Fuente: El autor.

También se realizo la caracterización de los agregados y los resultados se dan a continuación:

Tabla 3.2 Caracterización de los agregados.

CARACTERÍSTICAS TIPO DE AGREGADO

3/4" 3/8" ARENA

Naturaleza Mina Mina Mina

Procedencia Los encuentros Los encuentros Los encuentros

Tamaño máximo (mm) 19 9.5 12.5

Densidad SSS (gr/cm3) 2.653 2.631 2.636

Densidad Estado Seco (grlcm3) 2.628 2.585 2.661

Porcentaje de absorción (%) 0.946 1.737 1.071

Fuente: El autor.

3.4.2. Preparación de la mezcla.

'y..

L.

.

-4:--(b) (a)

o CAPÍTULO ID

Fig. 3.20. Elaboración de la mezcla asfáltica.

Uv 6••

•-' •,

P

Fuente: El autor.

3.4.3. Compactación de la mezcla.

Se coloca la mezcla en los moldes, aproximadamente 1200 gr. Por cada molde, se coloca en el compactador y se le aplica 75 golpes por cara con el martillo. Terminada la aplicación del numero de golpes requerido, se retira el molde del pedestal de compactación, se le quita la placa de base y el collar de extensión y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego con la ayuda de un gato de expulsión u otro aparato de de comprensión se procede a extraerlas del molde, las cuales deben ser identificadas y se las colocará aparte en una superficie Usa y nivelada hasta el momento de ensayo.

Fig. 3.21. (a) compactación de las briquetas (b) Probetas elaboradas

Fuente: El autor.

- .

-ti _{CAPITULO III}

3.4.4. Ensayos a las probetas compactadas.

A las muestras compactadas se somete a los siguientes ensayos: Determinación del peso especifico "Bulk"

Ensayo de estabilidad y flujo. Análisis de la densidad y vacíos.

a) Determinación del peso especifico "Bula Norma ASTM D 2726-00"

El peso específico "Bulk' de una probeta compactada es la relación entre su peso en el aire y su volumen incluyendo los vacíos permeables.

Fig. 3.22. Determinación del peso especifico Bulk.

- .í.

Fuente: El autor.

b) Ensayo de Estabilidad y Flujo.

Consiste en ensayar las probetas previamente calentadas a baño Maria por 2 horas a una temperatura de 60°C, el procedimiento no debe durar más de 30 seg.

Fig. 3.23. (a) Curado de las probetas (b) Probetas ensayadas en el equipo Marshall.

1 .;

.L.

CAPÍTULO III

c) Análisis de densidad y vacíos.

Al terminar los ensayos de estabilidad y flujo, debe realizarse un análisis de la densidad y vacíos.

Se promedia los pesos específicos bulk de todas las probetas elaboradas con el mismo porcentaje de asfalto, descartando las que se alejen demasiado del promedio

3.4.5. Interpretación de resultados.

De los datos obtenidos, se toman tres valores para cada contenido de asfalto que cumplan con tos rangos de precisión y tolerancia según ASTM D-3203. De los tres valores elegidos, se obtiene la media de los tres valores de gravedad específica Bulk, porcentaje de vacíos.

a) Graficas.

Se realiza los gráficos que establezcan las diferentes relaciones como son: > Densidad vs % de cemento asfáltico.

Estabilidad vs % de cemento asfáltico. Flujo vs % de cemento asfáltico.

% de vacíos con aire en la mezcla total vs % de cemento asfáltico. > % de vacíos en los agregados minerales vs % de cemento

,...C' 14

cIfaILtco.

b) Determinación del porcentaje optimo de asfalto en la mezcla.

Con base a las graficas, el contenido óptimo de asfalto en la mezcla se calcula promediando los siguientes valores.

> El que corresponda a la máxima Gravedad específica bulk alcanzada.

El que corresponda a la estabilidad máxima alcanzada.

> El que corresponda al valor medio del porcentaje de Vacíos COfl

aire permitido por las especificaciones.

2.390 2.380 o

2.360 2.350 2.340 2.330 2.320

CoLU

2.310

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

% U ASFALTO

CAPITULO III

Fig. 3.24. Graficas para determinación del porcentaje optimo de asfalto (a) peso unitario

VS % asfalto (b) Estabilidad vs % asfalto (c) % vacíos vs % asfalto (d)%VFA vs % asfalto.

(c

De las graficas obtenemos los siguientes valores:

La relación VFA y % asfalto es de 75%

PORCENTAJE OPTIMO DE ASFALTO

Peso unitario 5.8

Porcentaje de Vacíos 5.2

Estabilidad 5.6

PROMEDIO 5.5

CAPÍTULO III

CAPÍTULO IV

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

En el presente capítulo se muestra el resultado de la influencia de los ciclos de calentamiento - enfriamiento en la propiedades físicas del asfalto AP3 de penetración 60 -70 y de asfalto modificado con polímero SBS.

4.1.

Asfalto natural.

4.1.1. Caracterización del asfalto natural.

Los resultados obtenidos de la caracterización del asfalto natural se muestran en la tabla 4.1

Tabla 4.1. Caracterización del asfalto penetración 60-70.

Norma

d Valor Valor Resultado

Ensayo e mínimo máximo de

requerido permitido laboratorio ASTM

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 60 70 62

Punto de reblandecimiento °C D 2398 48 57 53

Viscosidad dinámica (poise) a 60°C D 2171

Viscosidad cinemática (cts) a 135°C D 2170 ---- ---- 33936

Punto de inflamación °C D 92 232 ---- 280

Punto de combustión °C D 92 288

ENSAYO EN ASFALTO DESPUES DE ENSAYO DE PELICULA DELGADA

Viscosidad dinámica (poise) a 60°C D 2171 ---- 5.82

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 ---- ---- 40

Perdida de masa (%) D 1754 0.8 0.73

Penetración retenida (%) D 1754 54 65

Fuente: el autor.

Los valores máximos y mínimos de la presente tabla, corresponden a los establecidos en las Especificaciones del MOP, Capitulo 8 Pág. 68

Con los resultados obtenidos de la caracterización del asfalto se observó que estos se encuentran dentro de los parámetros especificados por el MOP.

CAPÍTULO IV

4.1.2. Resultado de los ensayos realizados al asfalto sometido a los 4 ciclos de calentamiento-enfriamiento

Tabla 4.2. Resultados de la variación de las propiedades físicas del asfalto AP3 de penetración 60-70 sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento en asfalto natural.

Norma de Valor Valor _{Asfalto Resultados Resultados Resultados Resultados}

Ensayo ensayo mínimo máximo _{natural 1 ciclo C-E 2 ciclo C-E 3 ciclo C-E 4 ciclo C-E}

ASTM requerido permitido

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 60 70 62 59 57 55 53

Punto de reblandecimiento °C D 2398 48 57 53 55 55 56 56

Viscosidad dinámica (poise) a 60°C D 2171 3.22 3.44 3.72 4.11 4.27

Viscosidad cinemática (cts) a 135°C D 2170 339.36 363.37 392.72 433.41 450

Punto de inflamación °C D 92 232 280 281 282 282 283

Punto de combustión °C D 92 288 288 289 289 289

ENSAYO EN ASFALTO DESPUES DE ENSAYO DE PELICULA DELGADA

Viscosidad dinámica (poise) a 60°C D2171 5.82 6.11 6.40 7.16 7.92

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 40 38 36 34 33

Perdida de masa (%) D 1754 0.8 0.73 1.09 1.35 1.6 1.84

Penetración retenida (%) D 1754 54 65 61 58 55 53

CAPÍTULO IV

En la tabla 4.2 se observa como varían las propiedades físicas del asfalto luego de ser sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

En las siguientes figuras se muestra el comportamiento del asfalto después de cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

Figura 4.1. Gráfica de variación de la penetración a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PENETRACIÓN

64 62 .6O

o

56

w 54

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

Fuente: el autor.

Figura 4.2. Gráfica de variación del punto de reblandecimiento frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PUNTO

RFRI ANflF(IMIPNTfl 57 56 IJJ 55 IJJ 54 53 w 1 52 51

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

CAPÍTULO IV

Figura 4.3. Gráfica de variación de la viscosidad cinemática frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VISCOSIDAD CINEMÁTICA 500

ilE

L.*TE

250

1

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

Fuente: el autor.

Figura 4.4. Gráfica de variación de la viscosidad dinámica frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VISCOSIDAD DINÁMICA

4.5 o

4

o 3.5

3

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

1 2 CICLOS C-E

Fuente: el autor.

3 4

CAPITULO IV

Gráfica de variación de los puntos de inflamación y combustión frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PUNTO INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN

290 •

285 a. z 280

275

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

—,—Punto Inflamación --*--Punto Combustión

Fuente: el autor.

En las gráficas que se presenta, se observa el comportamiento de los valores de pérdida de masa y penetración retenida después de cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

Figura 4.6. Gráfica de variación de pérdida de masa frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PERDIDA DE MASA

2 ...

u)

¡ 0_<1

O O

w05--.

0L

O

CAPITULO IV

Figura 4.7. Gráfica de índice de penetración retenida frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs INDICE PENETRACIÓN RETENIDA

2 65

O.55

50

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

--Pene- tracion retenida ----Valor Minirro

Fuente: el autor.

En el gráfico se observa la variación de la viscosidad dinámica en cada ciclo de calentamiento-enfriamiento después del ensayo de película delgada (TFOT) Norma ASTM D 1754.

Figura 4.8. Gráfica de Viscosidad Dinámica después del ensayo (TFOT) frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VISCOSIDAD DINÁMICA DESPUÉS DEL ENSAYO TFOT

7:

U 1 ¿ 3 4

CICLOS C-E

CAPÍTULO IV

4.1.3. Determinación del índice de envejecimiento.

En la tabla 4.3 se muestra los valores de índice de envejecimiento del asfalto tanto en el asfalto natural como en cada uno de los ciclos.

Tabla 4.3. Resultados del valor del índice de envejecimiento.

Viscosidad

-Dinámica Indice de Indice de

Muestra de Viscosidad después del envejecimiento envejecimiento

asfalto Dinámica Ensayo de _{en en producción}

Película _{almacenamiento mezclas} Delgada

Natural 3.22 5.82 1.81

Primer ciclo 3.44 6.11 1.07 1.90

Segundo ciclo 3.72 6.40 1.16 1.99

Tercer ciclo 4.11 7.16 1.28 2.23

Cuarto ciclo 4.27 7.92 ₁ 1.33 2.46

Fuente: el autor.

En el gráfico se observa el comportamiento de los valores de índice de envejecimiento en cada ciclo de calentamiento-enfriamiento

Figura 4.9. Gráfica de Variación del índice de envejecimiento en cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

VALORES DE ÍNDICE DE ENVEJECIMIENTO

w _w2

Z 13

1

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

—.---LE EN PRODUCCIÓN MEZCLAS s LE EN ALMACENAMIENTO

y

CAPITULO IV

4.1.4. Determinación de la incidencia de los ciclos de calentamiento-enfriamiento en las mezclas asfálticas.

En las siguientes tablas se muestra la variación de las propiedades de las mezclas asfálticas en caliente que fueron elaboradas con asfalto sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Tabla 4.4. Resultados del valor de la estabilidad y flujo en la mezcla asfálticas.

Valor Rangos de

MUESTRA ESTABILIDAD mínimo de_estabilidad FLUJO valore de_flujo

requerido permitidos

Natural 2582 14

primer ciclo 2574 14

segundo ciclo 2556 1800 12 8.-14

tercer ciclo 1 2368 1 10

cuarto ciclo 1 2349 9

Fuente: el autor.

En las gráficas siguientes se muestra el comportamiento de las mezclas asfálticas realizadas con asfalto sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Figura 4.10. Gráfica de variación de la estabilidad de la mezcla frente a cada ci calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VARIACIÓN DE ESTABILIDAD

2800

2400 2200

2000

-1 800

do de

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

WTna

U-1

Figura 4.11. Gráfica del flujo de la mezcla frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VARIACIÓN DEL FLUJO

17

15

O-> -,

u-9

7

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

FLUIJO VALORMINIMO L -VALOR MAXIMO

CAPÍTULO IV

4.2.

Asfalto modificado con 1.5% polímero SBS

4%

aceite térmico.

4.2.1. Caracterización del asfalto modificado con 1.5% polímero y 4% aceite.

Los resultados obtenidos de la caracterización del asfalto modificado se muestran en la tabla 4.5

Tabla 4.5.Caracterización del asfalto modificado con polímero SBS 1.5% y 4% aceite

Norma de _{Asfalto 1.5%}

Ensayo ensayo _Polim

ASTM

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 67

Punto de reblandecimiento °C 0 2398 57

Punto de inflamación °C D 92 260

Punto de combustión °C 0 92 270

ENSAYO EN ASFALTO DESPUES DE ENSAYO DE PELICLJLA DELGADA

Punto de reblandecimiento °C D 2398 67

Incremento temperatura °C D 2398 10

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 45

Perdida de masa (%) 0 1754 1.39

Penetración retenida (%) D 1754 67

CU

CAPITULO IV

4.2.2. Resultado de los ensayos realizados al asfalto modificado sometido a los 4 ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Tabla 4.6. Resultados de la variación de las propiedades físicas del asfalto modificado sometido a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Norma de _{Asfalto Resultados 1 Resultados 2 Resultados 3 Resultados 4}

Ensayo ensayo _{1.5% Polim. ciclo C-E ciclo C-E ciclo C-E ciclo C-E}

ASTM

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 67 66 60 57 55

Punto de reblandecimiento OC 0 2398 57 58 58 60 62

Punto de inflamación °C D 92 260 260 262 262 263

Punto de combustión 0C D 92 270 270 269 268 269

ENSAYO EN ASFALTO DESPUES DE ENSAYO DE PELICULA DELGADA

Punto de reblandecimiento °C 0 2398 67 68 69 70 70

Incremento temperatura °C 02398 10 11 12 13 13

Penetración(lOOgr, 25°C, 5 seg) D 5 45 44 42 41 38

Perdida de masa (%) 1 0 1754 1.39 2.10 2.61 2.93 3.09

Penetración retenida ₁ D 1754 1 67 ₁ 66 ₁ 63 ₁ 61 58

CAPTUL0 IV

En la tabla 4.6 se observa como varían las propiedades físicas del asfalto modificado luego de ser sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

En las siguientes figuras se muestra el comportamiento del asfalto modificado después de cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

Figura 412. Gráfica de variación de la penetración del asfalto modificado frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PENETRACIÓN

5 60

o50

45 --

-40

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

Fuente: el autor.

Figura 4.13. Gráfica de variación del punto de reblandecimiento del asfalto modificado frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PUNTO

63 REBLANDECIMIENTO

hg

Z 60

56 --- -- --- -

---55 54

0 1 2 3 4

CAPÍTULO IV

Fiqiia 4.14. Gráfica de variación de los puntos de inflamación y combustión del

asfalto modificado frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PUNTO INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN

1-uj 265

sw 260

255

0 1 2 3 4

CICLOS

C--.--Punto Inflamación ..—.—Punto Combustión

Fuente: el autor.

En las gráficas que se presenta, se observa el comportamiento de los valores de pérdida de masa, penetración retenida e incremento de temperatura después de cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

Figura 4.15. Gráfica de variación de pérdida de masa en asfalto modificado frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs PERDIDA DE MASA

3.5

(1)

2.5

1.5 tt 1

Lii

o.

0.5 0

[II 1 2 3 4

CICLOS C.E

kL.

Figura 4.16. Gráfica de índice de penetración retenida en asfalto modificado frente a los

ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs INDICE PENETRACIÓN RETENIDA

11 gz 60

iTiTTTTT

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

--*—Penetración retenida - ---VaorMÍnirr

-Fuente: el autor.

Figura 4.17. Gráfica de incremento de temperatura en asfalto modificado frente a los

ciclos de calentamiento-enfriamiento.

VALORES DE INCREMENTO DE TEMPERATURA DESPUÉS DE CADA CICLO DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO

!d

CICLOS C-E

CAPÍTULO IV

4.2.3. Determinación de la incidencia de los ciclos de calentamiento-enfriamiento en las mezclas asfálticas elaboradas con asfalto modificado con polímero SBS.

En las siguientes tablas se muestra la variación de las propiedades de las mezclas asfálticas en caliente que fueron elaboradas con asfalto modificado sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Tabla 4.7. Resultados del valor de la estabilidad y flujo en la mezcla asfálticas elaboradas con asfalto modificado.

Valor mínimo Rangos de

MUESTRA ESTABILIDAD de estabilidad FLUJO valore de

requerido _permitidosflujo

Natural _{3465 15}

primer ciclo 3253 13

segundo ciclo 3161 1800 12 8 .- 14

tercer ciclo ₂₇₅₉ 12

cuarto ciclo ₂₆₄₇ 11

Fuente: el autor.

En las gráficas siguientes se muestra el comportamiento de las mezclas asfálticas realizadas con asfalto modificado sometido a cada uno de los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

Figura 4.18. Gráfica de variación de la estabilidad de la mezcla con asfalto modificado frente a cada ciclo de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C-E Vs VARIACIÓN DE ESTABILIDAD

3300 3000 2700 o, 2400 2100 1800

0 1 2 3 4

cicos c.E

--*—Estabilidad ---Valornmnin

15

-)

11

9

7

7.

CAPÍTULO IV

Figura 4.19. Gráfica del flujo de la mezcla elaborada con asfalto modificado frente a los ciclos de calentamiento-enfriamiento.

GRÁFICA CICLOS C.E Vs VARIACIÓN DEL FLUJO ASFALTO MODIFICADO

17

0 1 2 3 4

CICLOS C-E

-.-FLUJO ---VKLORM INIMO -1 VALOR MAXIMO

CAPÍTULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

En la presente investigación se analizó la variación de las propiedades físicas del asfalto AP3 sometido a periodos de calentamiento-enfriamiento, se comparó la variación de las propiedades de las mezclas asfálticas elaboradas con este asfalto, además se determinó el índice de envejecimiento en la etapa de almacenamiento y en la de producción de las mezclas asfálticas en el asfalto natural, luego se tomó como alternativa la utilización de asfalto modificado con polímero SBS y se analizó la variación de las propiedades tanto físicas del asfalto modificado como las de las mezclas asfálticas elaboradas con este en cada ciclo.

• En la caracterización del ligante asfáltico AP3 de penetración 60-70 que se produce en la refinería de Esmeraldas y que fue proporcionado por la compañía LICOSA se observa que estos valores se encuentran dentro de los rangos especificados por el MOR Ecuador 2002, Sección VIII Pág. 68.

• En los valores de penetración en el asfalto natural se puede observar que su valor disminuye con cada ciclo de calentamiento, es así que varía de 62 en su estado natural a 53 en el 4 ciclo lo que esta por debajo del valor mínimo requerido en las especificaciones, en el asfalto modificado disminuye de 67 a 55.

• Con la adición del polímero SBS en 1.5% y aceite térmico en 4% se mejoró las propiedades físicas del asfalto natural, así como también se mejoró las propiedades de las mezclas elaboradas con este asfalto, garantizando la vida útil de las mismas.

CAPÍTULO V

que el polímero aumenta la elasticidad del asfalto y por ende aumenta la temperatura del punto de reblandecimiento.

• El índice de penetración retenida disminuye tanto en el asfalto natural como en el modificado con cada ciclo, sin embargo, esta disminución es menor en el asfalto modificado, aquí reduce en 9% en los 4 ciclos y en el asfalto natural en 12%, esto se debe a que el asfalto modificado presenta mayor resistencia al envejecimiento.

• La viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática aumentan en cada ciclo de calentamiento-enfriamiento, estos ensayos solo se realizaron para el estudio del asfalto natural debido que los asfaltos modificados se los analiza con un viscosímetro rotacional y en nuestro laboratorio no se cuenta con el equipo para realizarlo.

• En lo que respecta al punto de inflamación y al punto de combustión no tienen una variación significativa en cada uno de los ciclo de calentamiento-enfriamiento tanto para el asfalto natural como para el modificado

• Los valores de pérdida de masa se incrementan en cada ciclo de calentamiento - enfriamiento en los dos tipos de asfalto, sin embargo, es mayor en el asfalto modificado debido a que con este se trabaja a temperaturas mayores que la del natural.

• El índice de envejecimiento determinado en la etapa de almacenamiento aumenta con cada ciclo con valores desde 1.07 hasta 1.33, de igual manera sucede con el índice de envejecimiento después de la producción de mezclas asfálticas aunque este es mayor que el de almacenamiento en casi el doble puesto que se tiene registro de hasta 2.46.

CAPITULO V

. Para el asfalto natural se recomienda no realizar más de dos

ciclos de calentamiento - enfriamiento siempre y cuando al asfalto no se lo caliente por encima de los 150°C y para el asfalto modificado no más de 3 ciclos a a temperaturas superiores a los 180°C.

CAPÍTULO V

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

[1]. MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS, TRANSPORTE, VIVIENDA Y DESARROLLO URBANO (2003) "Influencias de los ciclos de Calentamiento-Enfriamiento en las propiedades físicas del asfalto utilizado en mezclas asfálticas.

[2]. - ALONSO ZÚÑIGA S. (2007). "Influencia de las partículas deletéreas en las mezclas asfálticas ", Loja-Ecuador.

[3]. —FÉLIX E. PÉREZ J, UNIVERSIDAD POLITECNICA DE CATALUÑA. "Ensayos de mezclas bituminosas criterio de diseño, nuevas propuestas".

[4]. - ESPECIFICACIONES GENERALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE CAMINOS Y PUENTES (2002) "M.O.P", Capítulo VIII, Sección 810-1. Ecuador.

[5]. - INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE (2001) "Desarrollo de aditivos para asfaltos modificados con bajos contenidos de hule".

[6]. - IVONNE BECKER, MARYRO P. MÉNDEZ AND YAJAIRA RODRÍGUEZ (2001) "Polymer modified asphalt".

[7]. - MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS, TRANSPORTE, VIVIENDA Y DESARROLLO URBANO. "Efectos de la temperatura de compactación en la resistencia al flujo plástico.

[8]. - BOTASSO H.G., GONZALEZ R.O., ROSATO M., REBOLLO O., RIVERA J.J, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL - FACULTAD REGIONAL LA PLATA. "Asfalto modificados fijación de residuos modificados.

UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA UNIDAD DE INGENIERIA CIVIL GEOLOGIA Y MINAS

PROYECTO: EFECTOS DE LOS CICLOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO FECHA: 08106/06

EN LAS PROPIEDADES FISICAS DEL ASFALTO AP3 UTILIZADO EN

LA PRODUCION DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE OBRA: DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA

REALIZO: B.R

PROCEDENCIA DE LOS AGREGADOS: LOS ENCUENTROS

ANALISIS GRANULOMETRICO DEL AGREGADO MEDIO

PESO TAMIZ+MUE PESO PESO %RETENIDO

TAMIZ _{TAMIZ STRA RETENIDO} RETENIDO %RETENIDO _ACUMULAD %QUE PASA

ACUMULADO

1,1 _{0 0 0 0,00 0,00 100,00}

314" 0 0 0 0 0,00 0,00 100,00

1/2" 0 0 0 0 0,00 0,00 100,00

318" 0 0 596,67 596,67 11,94 11,94 88,06

N°4 0 0 2431,8 3028,47 48,67 60,62 39,38

Pasa N°4 0,00

N'8 475,58 1410,3 934,72 3963,19 18,71 79,33 20,67

N'10 480,28 634,4 154,12 4117,31 3,08 82,41 17,59

N°20 444,25 749,5 305,25 4422,56 6,11 88,52 1148

N° 50 372,75 529,56 156,81 4579,37 3,14 91,66 8,34

N° 100 315,52 428,78 113,26 4692,63 2,27 93,93 6,07

N°200 292,14 431,59 139,45 4832,08 2,79 96,72 3,28

FONDO 376,02 540,07 164,05 164,05 3,28 100,00 0,00

TOTAL _________ __________ _________ 4996,13 __________ _________

Ing. Alonso Zuñiga S. Byron Rodríguez

e r

UNIVERSIDAD TECNIECA PARTICULAR DE LOJA

UNIDAD DE INGENIERIA CIVIL GEOLOGIA Y MINAS

PROYECTO: _{LAS PROPIEDADES FISICAS DEL ASFALTO AP3 UTILIZADO EN LA}EFECTOS DE LOS CICLOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO EN FECHA: 08106106

PRODUCION DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE OBRA: DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA

REALIZO: B.R

PROCEDENCIA DE LOS AGREGADOS: LOS ENCUENTROS

ANALISIS GRANULOMETRICO DEL AGREGADO GRUESO

PESO TAMI+MUEz PESO %RETENID

TAMIZ _TAMIZ STRA PESO RETENIDO RETENIDO %RETENIDO O %QUE PASA

ACUMULADO ACUMULAD

1" 0 0 0 0 0,00 0,00 100,00

3/4" 0 0 1725,4 1725,4 21,58 21,58 78,42

1/2" 0 0 3802 5527,4 47,55 69,12 30,88

3/8" 0 0 1184,4 6711,8 14,81 83,94 16,06

N°4 0 0 679,6 7391,4 8,50 92,44 7,56

Pasa N°4 0,00

N-8 475,54 698,9 223,36 7614,76 2,79 95,23 4,77

N'10 480,21 510,61 30,4 7645,16 0,38 95,61 4,39

N°20 444,29 518,54 74,25 7719,41 0,93 96,54 3,46

N'50 372,87 432,2 59,33 7778,74 0,74 97,28 2,72

N° 100 315,43 370,84 55,41 7834,15 0,69 97,97 2,03

N°200 292,07 358,66 66,59 7900,74 0,83 98,81 1,19

FONDO 376,03 471,56 95,53 95,53 1,19 100,00 0,00

TOTAL 7996,27

UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA

UNIDAD DE INGENIERIA CIVIL GEOLOGIA Y MINAS

el

PROYECTO: hbEU PO DE LOS UIULOS DE UALEN lAMPEN 10 _{FECHA: 08/06/06}

ENFRIAMIENTO EN LAS PROPIEDADES FISICAS DEL ASFALTO _{OBRA: DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA} AP3 UTILIZADO EN LA PRODUCION DE MEZCLAS ASFALTICAS

EN CALIENTE REALIZO: B.R

PROCEDENCIA DE LOS AGREGADOS: LOS ENCUENTROS

ANALISIS GRANULOMETRICO DEL AGREGADO FINO

PESO %RETENID

TAMIZ PESO TAMIZ+MUE PESO RETENIDO %RETENID 0 0/ oQUE PASA

TAMIZ STRA RETENIDO ACUMULAD O ACUMULAD

O O

1° 0 0 0 0,00 0,00 0,00 100,00

3/4" 0 0 0 0,00 0,00 0,00 100,00

1/2" 0 0 17,75 17,75 1,78 1,78 98,22

3/8" 0 0 58,34 76,09 5,84 7,61 92,39

N°4 0 0 143,48 219,57 14,36 21,97 78,03

Pasa N°4 0,00

N'8 475,53 620,4 144,87 364,44 14,50 36,47 63,53

N° 10 480,54 518,43 37,89 402,33 3,79 40,26 59,74

N°20 444,27 625 180,73 583,06 18,08 58,34 41,66

N° 50 372,76 624,8 252,04 835,10 25,22 83,57 16,43

N° 100 315,53 415,16 99,63 934,73 9,97 93,54 6,46

N°200 292,123 325,59 33,467 968,20 3,35 96,88 3,12

FONDO 376,07 407,21 31,14 31,14 3,12 100,00 0,00

TOTAL 999,34

Ing. Alonso Zuñiga S. Byron Rodríguez