TECNOLOGIA Y USO DE ASFALTOS MODIFICADOS POR POLIMERO MODIFICADOS POR POLIMERO

SBS

ASFALTOS

TECNOLOGIA Y USO DE ASFALTOS MODIFICADOS POR POLIMERO MODIFICADOS POR POLIMERO

SBS

ASFALTOS

PROBLEMAS TIPICOS EN PAVIMENTOS

Alligator cracking Raveling Rutting

Shrinkage cracking PotholesTransverse cracking

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

Variaciones de clima.

¿ 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.

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).

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

ALGUNOS POLIMEROS UTILIZADOS.

COMPOSICION DEL ASFALTO

COMPOSICION DE ASFALTOS UTILIZADOS.

MECANISMO DE MODIFICACIÓN.

Primera etapa. El polímero esta completamente encogido.

Fracción de estirenoFracción de estireno

Fracción de butadieno

MECANISMO DE MODIFICACIÓN.

Segunda etapa. El polímero comienza a desenredarse por absorción del aceite contenido en la parte de polibutadieno . del polímero.

Asfalto absorbiéndose.

Tercera etapa. El polímero se dispersa en el asfalt o.

MECANISMO DE MODIFICACIÓN.

polímero disperso en el asfalto.

MECANISMO DE MODIFICACIÓN.

matriz de polímero asfalto contenido en la matriz de polímero

MECANISMO DE MODIFICACIÓN.

Dominios de poliestirenoDominios de poliestireno

Polibutadieno SBS

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

Se relaciona com propiedades viscoelásticas y de recuperación elástica.

REOLOGIA.

Módulo complejo (G*).- Es la resultante vectorial del módulo de almacenamiento ó elástico (G´) y el módulo viscoso o de pérdida (G´´).

REOLOGIA.

Deformación

REOLOGIA.

Principales ensayosPenetración

Ductilidad Punto de Inflamación

Punto de Ablandamiento

Principales ensayos

Recuperación Elástica Lineal Recuperación Elástica Torsional

Morfologia y Viscosidad BrookfieldPelícula Fina Rotativa

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

Carta Viscosidad Temperatura

NORMA SHRP-SUPERPAVE.

VISCOSIDAD BROOKFIELD - RV

CORTE DINÁMICO - DSR

ENVEJECIMIENTO A CORTO PLAZO - RTFOT

ENVEJECIMIENTO A LARGO PLAZO - PAV

RIGIDEZ A LA FLUENCIA - BBR

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

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!!

VENTAJAS DE MODIFICAR EL ASFALTO

Existen diversos aditivos que permiten modificar el asfalto y reducir el gasto de mantenimiento de la carretera.

Recuperación elástica torsional.

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

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

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

EXPERIENCIAS DE USO DE AMP

CONSTRUCCION DE MICROPAVIMENTO EN CALIENTE PARA MANTENIMIENTO PERIODICO

OBRA PTE. STA. ROSA - PTE. MONTALVO

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

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.

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.

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

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.

Planta de producción de AMP

Carga de mezcla asfáltica modificada

en planta de producción

Temperatura de salida de la mezcla: 163°C

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

Colocación en pistaEsparcido de mezcla asfáltica modificada

TEREX-CIFALI VDA-700 DE 166 HP, 12 toneladas de cap acidad

Compactación de Micropavimento

Temperatura de inicio de compactación

Compactación de micropavimento

Compactación de micropavimento

Compactación con rodillo neumático

Obra terminada

MANTENIMIENTO PERIODICO

CARRETERA SAN CLEMENTE CHOCLOCOCHA

Planta de producción de AMP

Colocación en pista

Compactación

Compactación

Compactación

Compactación

ENSAYOS DE DESEMPEÑO DE ENSAYOS DE DESEMPEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS

Rueda Cargada Francesa

Pista de pruebas Francesa

Tramos de pruebas Francesa

Experiencia con vehiculo experimental

Rueda Cargada Española

Pista de pruebas Española

Laboratorio de Calidad

Laboratorio de Diseño

GRACIAS

Preguntas?

Jorge Rodolfo Escalante ZegarraGerente Técnico TDM ASFALTOS

jescalante@tdm.com.pe

Magister en Ingenieria de Transportes - USP –BRASIL

Doctorado en Ingenieria de Transportes – USP –BRASIL