8.30 a 8.45 IAG218-01

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BENEFICIOS
DE
LA
INCLUSIÓN
EL ENVEJECIMIENTO
DE CAL EN MEZCLAS
PREMATURO,
PATOLOGÍA
BITUMINOSAS PARA
EVITABLEEN
DEREGIONES
LOS
PAVIMENTACIÓN
PAVIMENTOS
ASFÁLTICOS:
CON TEMPERATURAS
PREDOMINANTEMENTE
BAJAS
DIAGNOSIS, TERAPÉUTICA
AFECTADAS
POR EL
YPERO
MEDIDAS
PREVENTIVAS
CAMBIO CLIMÁTICO
CONFERENCIA
Hugo BIANCHETTO
Dr. Ing.
Hugo
Daniel
Bianchetto
Cecilia SOENGAS
Argentina
Alfredo ASURMENDI
ARGENTINA
BENEFICIOS DE LA INCLUSIÓN DE CAL EN
MEZCLAS BITUMINOSAS PARA PAVIMENTACIÓN
EN REGIONES CON TEMPERATURAS
PREDOMINANTEMENTE BAJAS PERO
AFECTADAS POR EL CAMBIO CLIMÁTICO
Objetivos de este trabajo:
General: ponderar los beneficios que brinda la
adición racional de fílleres químicamente
activos, particularmente la cal hidráulica, en las
mezclas bituminosas
Particular: optimizar el grado de performance
para ampliar el rango de temperaturas
admisibles de servicio, en especial en zonas de
clima esencialmente frio pero con temperaturas
estivales cálidas
PASO DE INDIOS
GOBERNADOR
GREGORES
Temperaturas
máximas
mínimas
(2011)
Temperaturas
Temperaturas
máximas
máximas
y mínimas
yymínimas
(1996/97)
(1995)
Temperatura ºC
45
40
Paso de Indios máx.
Gob. Gregores máx.
35
Paso de Indios mín.
Gob. Gregores mín.
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
Neuquén máx
-15
Neuquén mín
-20
1
2
3
44
55
66
77
Mes
Mes
88
99
10
10
11
11
12
12
El calentamiento global
7
FUNCIÓN BENÉFICA DE LOS FÍLLERES
CÁLCICOS EN LAS MEZCLAS ASFALTICAS
• Reducir los vacíos de la estructura granular para
cumplir requisitos de diseño de la mezcla sin tener que
disponer de proporciones elevadas de ligante
• Optimizar las características reológicas del asfalto,
incrementando la resistencia de la mezcla a
deformaciones permanentes a elevadas temperaturas
de servicio. La concentración volumétrica en el
sistema filler-betún debe permitir un aumento de la
resistencia al corte de la mezcla sin comprometer el
fluir viscoso del ligante
• Incrementar la durabilidad de la mezcla: mejor
adherencia árido-ligante (resistencia a la desenvuelta
por acción del agua); retardo de la oxidación y la
volatilización de fracciones livianas del betún
(resistencia al envejecimiento)
• Aumentar la resistencia a fatiga
8
EL PERFORMANCE GRADE (PG) DE SHRP
El “Grado de Performance” (PG) de un asfalto define las
temperaturas superior e inferior que un ligante puede admitir
en servicio de modo tal de resistir adecuadamente las
deformaciones plásticas a elevadas temperaturas, el
fisuramiento térmico a bajas temperaturas y las fisuras por
fatiga.
Es decir: especifica ligantes en base a las temperaturas
previstas en el pavimento.
La evaluación se realiza sobre el ligante envejecido y sin
envejecer, mediante el análisis de propiedades físicas
intrínsecas que pretenden simular condiciones de un
pavimento real.
Se emplean 4 equipos específicos:
- El Reómetro de Corte Dinámico (DSR)
- El Viscosímetro Rotacional
- El Reómetro de Viga de Flexión (BBR)
- El ensayo de Tracción Directa (DTT)
9
CARACTERIZACION PG DE UN ASFALTO
Caracterización PG
AASTHO T-48
Punto de
(ºC) min. 230
Punto
deinflamaciòn
inflamaciòn
ASTM D-4402 (Pa.s) màx. 3
Viscosidad
a 135º
Viscosidadrotacional
rotacional
a 135º
Ensayo de
dinàmico
(DSR)
AASTHO TP -5
Ensayo
decorte
corte
dinàmico
(DSR)
Factor dedeahuellamiento
“G*/Sin(δ)”
(kPa) min 1.00
Factor
ahuellamiento
“G*/Sin(δ)”
Temperatura
(ºC)
Temperatura
Residuo
(AASHTO
T-240)
ResiduoRTFOT
RTFOT
(AASHTO
T-240)
235
235
0,35
0,35
1.15
1.15
5858
Pèrdida de masa
(%) màx 1.00
0.41
Ensayo de corte dinàmico
AASTHO TP -5
Factor
ahuellamiento
“G*/Sin(δ)”
2.27
Factor dedeahuellamiento
“G*/Sin(δ)”
(kPa) min 2.20
2.27
Temperatura
(ºC)
5858
Temperatura
Residuo
(100
ºC)ºC)0
ResiduoPAV
PAV
(100
Ensayo de corte dinàmico (DSR)
AASTHO TP -5
Factordedefisuraciòn
fisura por
“G*.Sin(δ)”
3755
Factor
porfatiga
fatiga “G*.Sin(δ)”
(kPa) màx. 5000 3755
Temperatura
(ºC)
22
22
Temperatura
AASTHO TP-1
Reometro
flexion
(BBR)
Reometrodede
flexion
(BBR)
210
Mòdulo de
(MPa) màx. 300
210
Mòdulo
derigidez
rigidez
10
Valor
min 0.300 0.309
0.309
Valor--mm
Temperatura
(ºC)
-12
-12
Temperatura
Grado
dede
Performance
58 ––22
58
22
Grado
Performance
EL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL”
(GCF) DE LOS LIGANTES ASFÁLTICOS
Se trata de una metodología relativamente sencilla
que permite determinar el verdadero nivel de
prestación de las mezclas asfálticas (“Grado de
Comportamiento Funcional”), toda vez que el
desempeño del ligante en el aglomerado está
condicionado por fenómenos físicos y químicos
derivados de su interacción con los otros materiales
componentes.
En especial, se pondera el rol benéfico de la adición
racional de rellenos minerales químicamente activos,
como la cal hidráulica, en las mezclas asfálticas.
Es, en rigor, una variante funcional al Performance
Grade de SHRP, cuya finalidad es tratar de optimizar
el rango térmico definido por este procedimiento.
11
RELACIÓN ENTRE EL PG DE SHRP Y EL “GRADO
DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” GCF
• El PG puede no llegar a reproducir cabalmente el
grado de desempeño potencial de un ligante
debido especialmente a circunstancias extrínsecas
respecto del asfalto. La naturaleza, proporciones y
características de los agregados pétreos y del
relleno mineral condicionarán el comportamiento
del asfalto en el aglomerado.
• Esencialmente, la incorporación de fílleres activos
produce una serie de mejoras en las propiedades
de las mezclas.
• El PG define las temperaturas extremas de
prestación de un ligante.
• En cambio, el Grado de Comportamiento Funcional
define las temperaturas extremas de un ligante
asfáltico para una mezcla bituminosa determinada.
12
RELACIÓN ENTRE EL PG DE SHRP Y EL “GRADO
DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” GCF
Una selección adecuada de materiales y una
correcta dosificación permitirían mejorar las
propiedades
finales
de
la
mezcla
y,
eventualmente, provocar un “incremento” de su
grado de desempeño (“upgrade”) hacia las más
altas y/o las más bajas temperaturas de
prestación.
13
MEZCLAS ELABORADAS
Mezclas densas, con agregados de tamaño máximo
12 mm (áridos graníticos triturados 0-6 y 6-12 de
buena calidad) y 5,4% de ligante
• Con asfalto CA-10 (PG 58-22)
* sin cal
* con cal (Cv/Cs=1)
• Con asfalto CA-30 (PG 70-16)
* sin cal
* con cal (Cv/Cs=1)
Al adicionar cal, se variaron moderadamente las
proporciones entre agregados gruesos y finos,
procurando
no
alterar
en
demasía
las
granulometrías, a fin de obtener una RBV
aproximadamente similar
ANÁLISIS FUNCIONAL DE LA MEJORA DEL
GRADO DE COMPORTAMIENTO DE UN
ASFALTO EN UNA MEZCLA
• Para analizar la temperatura máxima de performance
(GCF superior), dado que la condición más
desfavorable se da en las primeras etapas de
servicio, se estudió directamente la falla más
representativa (el ahuellamiento), moldeándose
probetas para Wheel Tracking Test de mezclas con y
sin cal envejecidas a corto plazo, las cuales se
ensayaron a la temperatura máxima PG.
•A la mezcla con fíller se la ensayó
además a temperaturas más elevadas,
para verificar si se lograba un
“upgrade” gracias a la adición de cal
15
• Para la temperatura mínima (GCF inferior) del
asfalto, en primer lugar se reprodujo en las
mezclas sin fíller un envejecimiento del asfalto a
largo plazo en laboratorio similar al provocado
para su caracterización PG.
• Se mantuvo la mezcla en horno con ventilación
forzada sin compactar 4 horas a 135 ºC
(envejecimiento a corto plazo) y después una
cantidad variable de días a 85ºC (largo plazo) hasta
comprobar que el ligante recuperado por
destilación controlada alcanzase un nivel de
envejecimiento
similar
al
obtenido
con
RTFOT+PAV (procedimiento del SHRP), lo cual se
evalúa mediante el “barrido” de temperaturas
previsto con el DSR y el análisis del parámetro
G*.sin δ.
Mezclas elaboradas con asfalto CA-10
Determinación del GCF superior
Mezclas elaboradas con asfalto CA-10
Sin cal, 58 ºC
Con cal, 58 ºC Con cal, 61 ºC
Con cal, 64 ºC
Prof. huella a 10000 ciclos (mm)
5,9
5,1
13,7
--
Prof. huella a 3200 ciclos (mm)
3,4
2,7
6,1
7,2
Vel. def. D5000-D10000 (mm/ciclo)
0,36 x 10-3
0,34 x 10-3
0,98 x 10-3
--
Vel. def. 60´- 120´ (mm/min)
1,0 x 10-2
1,0 x 10-2
3,5 x 10-2
4,5 x 10-2
Mezclas elaboradas con asfalto CA-10
Determinación del GCF superior
La evaluación de los resultados determinó que el
GCF máximo del asfalto en la mezcla estudiada
fuese igual al PG del ligante (+ 58 ºC).
GCF sup. = + 58 ºC
De todos modos, de la curva del ensayo WTT de la
mezcla con cal a 58 ºC se tiene que, para alcanzarse
la misma deformación permanente que en la mezcla
sin cal, se necesitarían unos 2000 ciclos más.
Es decir, si bien no hay una mejora o “upgrade” del
GCF superior, la adición de cal posibilita una
importante prolongación de la vida de servicio del
pavimento en términos del número de ejes
equivalentes.
18
Mezclas elaboradas con asfalto CA-10
Determinación del GCF inferior
La mezcla se mantuvo en horno con ventilación
forzada sin compactar :
1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo).
2.- Con 4 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo),
se comprueba que el ligante recuperado alcanza un
envejecimiento similar al obtenido con RTFOT +
PAV (SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ.
19
Asfalto original provisto por destilería
Factor
fisuraciòn por
“G*.sin(δ)”
Factor
dede
fisuraciòn
porfatiga
fatiga
“G*.sin(δ)”
Temperatura
Temperatura
Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)”
Temperatura
(kPa)
(ºC)
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
3755
3755
22
22
màx. 5000
> 5000
19
58 –– 22
58
Gradode
dePerformance
PerformancePG
PG
Grado
Asfalto extraído de la mezcla sin fíller, envejecida
Factor de
fisuraciòn
por por
fatiga
“G*.sin(δ)”
Factor
de fisuraciòn
fatiga
“”
Temperatura
Temperatura
PG ==GCF
GCF
PG
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
4015
4015
22
22
58 –– 22
58
Asfalto extraído de la mezcla con fíller, envejecida
Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)”
Temperatura
Factor
fisuraciòn por
“G*.sin(δ)”
Factor
dede
fisuraciòn
porfatiga
fatiga
“G*.sin(δ)”
Temperatura
Temperatura
Grado de
deComportamiento
ComportamientoFuncional
FuncionalGCF
GCF
Grado
(1) El
(kPa)
(ºC)
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
3567
22
màx. 5000
4948
4948
19
19
28(1)
5858– –28
comportamiento de la mezcla con cal en el WTT no determinó un
aumento de graduación, manteniéndose 58ºC como temperatura
superior del asfalto en la mezcla. En consecuencia, como 20la
temperatura mínima a la cual se cumple que G*.sin(δ) < 5000 es
19ºC, de la especificación AASHTO MP1 surge que el GCF pasa a
ser 58-28, mejorándose la graduación respecto del PG
Mezclas elaboradas con asfalto CA-30
Determinación del GCF superior
El ligante está caracterizado como PG 70-16.
No se ha efectuado la redeterminación del GCF
superior debido a dos razones:
1.- Tendría que ejecutarse el ensayo WTT a 76ºC
(temperatura que podría dañar algunos mecanismos
del equipo)
2.- La respuesta del ligante CA-10, en principio más
susceptible a efectos de rigidización por el fíller,
permite inferir que difícilmente se pueda lograr un
upgrade en este asfalto CA-30
Se asume, entonces, que:
GCF superior = 70ºC
Mezclas elaboradas con asfalto CA-30
Determinación del GCF inferior
La mezcla se mantuvo en horno con ventilación
forzada sin compactar :
1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo)
2.- 5 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo),
comprobándose que el ligante recuperado alcanzó
un envejecimiento similar al obtenido con RTFOT +
PAV (SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ
22
Mezclas elaboradas con asfalto CA-30
Asfalto original provisto por destilería
Factor
fisuraciòn por
“G*.sin(δ)”
Factor
dede
fisuraciòn
porfatiga
fatiga
“G*.sin(δ)”
Temperatura
Temperatura
Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)”
Temperatura
(kPa)
(ºC)
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
màx. 5000
4109
4109
31
31
5000
28
70 –
– 16
70
16
Grado
PG
Gradode
dePerformance
Performance
PG
Asfalto extraído de la mezcla sin fíller, envejecida
Factor
de fisuraciòn
fatiga
“”
Factor de
fisuraciòn
por por
fatiga
“G*.sin(δ)”
Temperatura
Temperatura
PG
PG==GCF
GCF
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
4720
4720
31
70
16
70–– 16
Asfalto extraído de la mezcla con fíller, envejecida
Factor
fisuraciòn por
por fatiga
Factor
de de
fisuraciòn
fatiga“G*.sin(δ)”
“G*.sin(δ)”
Temperatura
Temperatura
Factor de fisuraciòn por fatiga “G*.sin(δ)”
Temperatura
Grado de
Grado
de Comportamiento
ComportamientoFuncional
FuncionalGCF
GCF
(kPa)
(ºC)
(kPa)
(ºC)
màx. 5000
3980
28
màx. 5000
5330
25
70 – 22
22
70
ANÁLISIS CON EL METODO UCL
24
ANÁLISIS CON EL METODO UCL
25
Indice de Envejecimiento, IE
IE del ligante CA-10 en mezclas con diferentes niveles de
envejecimiento y fillerización
4
3
2
1
0
0
0,5
virgen
Cv/Cs
corto plazo
1
largo plazo
CONSIDERACIONES FINALES
Se manifiesta con ejemplos que la incorporación apropiada de
cal a las mezclas bituminosas puede mejorar el nivel de
desempeño previsto por la metodología SHRP.
Los ensayos efectuados incluyen determinaciones de módulo complejo y
ángulo de fase, ahuellamiento con el WTT y la gráfica de Curvas de Estado
del método UCL, además de otros complementarios.
Mediante el concepto de “Grado de Comportamiento Funcional” se exhibe la
redeterminación de la funcionalidad de sendos ligantes de penetración CA-10
y CA-30 (PG 58-22 y PG 70-16 según SHRP), que pasan a caracterizarse
como GCF 58-28 y 70-22, respectivamente.
Es decir, los ligantes estudiados se recategorizan a bajas temperaturas. A
elevadas temperaturas mejoran su resistencia al ahuellamiento pero sin
operarse un incremento de graduación.
Los resultados muestran que, con una dosificación adecuada, es posible
seguir considerando a los asfaltos convencionales como una opción técnica
y
27
económicamente válida en zonas con inviernos rigurosos y veranos cada vez
más cálidos por causa del cambio climático, frente a la alternativa que ofrecen
los asfaltos multigrado y los modificados con polímeros.
¡MUCHAS
GRACIAS
POR
SU
BENEFICIOS DE LA INCLUSIÓN DE CAL EN
MEZCLAS
BITUMINOSAS PARA
ATENCIÓN!
PAVIMENTACIÓN EN REGIONES CON
TEMPERATURAS PREDOMINANTEMENTE
BAJAS PERO AFECTADAS POR EL CAMBIO
CLIMÁTICO
Hugo BIANCHETTO
Cecilia SOENGAS
Alfredo ASURMENDI
ARGENTINA

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