EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA DE MEZCLAS ASFALTICAS CONVENCIONAL Y MODIFICADO CON POLIMERO SBS. Autores: Jorge Rodolfo Escalante Zegarra José.

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1 EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA DE MEZCLAS ASFALTICAS CONVENCIONAL Y MODIFICADO CON POLIMERO SBS. Autores: Jorge Rodolfo Escalante Zegarra José Leomar Fernandes Junior

2 OBJETIVOS Establecer los ligantes asfálticos indicados para uso en la pavimentación asfáltica en las diferentes regiones del Perú (mapa de PG) y establecer el grado de desempeño (PG) de los ligantes asfálticos peruanos convencional PEN 60/70 y modificado con polímero SBS. Evaluar el comportamiento a la fatiga de mezclas asfálticas realizadas con CAP Convencional PEN 60/70 AMP-SBS (Betutec) AMP-SBS (PG ) sin envejecimiento y con envejecimiento a corto plazo.

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Determinación del grado de desempeño PG para las diferentes regiones del Perú y determinacion del ligante asfaltico adecuado para atender las condiciones de clima y transito de Perú; Modificación del ligante asfáltico con polímero SBS y determinación de las propiedades de los asfaltos utilizados por el método convencional y Superpave; Determinación de las propiedades del agregado utilizado; Determinación del comportamiento a la fatiga de las mezclas asfálticas producidas.

4 Determinación del grado de desempeño de ligantes asfálticos para el Perú
120 estaciones meteorológicas (25 años) – Senamhi-Peru TEMPERATURAS MÁXIMAS (Txx) - Tres modelos (SHRP original, LTPP Bind y FHWA) TEMPERATURAS MÍNIMAS (Tyy) - Cuatro modelos (SHRP original, C-SHRP, LTPPBind y FHWA)

5 El país presenta 28 tipos de clima, de los 32 establecidos por Thornthwaite, constituyéndose en un país mega-climático.

6 Region de la Sierra: necesita de un ligante asfáltico con PG 58 -22
Región de la Costa y Selva: necesita de un ligante asfáltico con PG Sin considerar la velocidad y el volumen de transito Por recomendación del C-SHRP el PG mas critico para las condiciones climaticas y de transito del Perú fue determinado como PG Con base en el PG calculado fue producido el AMP PG

7 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Agregados Fueron determinados sus propiedades de origen y conceso. Ligantes asfálticos Cemento Asfáltico de Petróleo convencional PEN 60/70, proveniente de la Refinería Conchan – Lima – Perú; Cemento Asfáltico de Petróleo modificado con polímero SBS (Betutec), proveniente de la empresa Tecnología de Materiales (TDM-Asfaltos) – Perú; Cemento Asfáltico de Petróleo modificado con polímero SBS (PG ) producido en esta investigación, teniendo como materia prima el cemento asfáltico de petróleo peruano PEN 60/70 y el polímero SBS.

8 PROGRAMA EXPERIMENTAL
CARACTERÍSTICAS UNIDAD LIGANTE ASFÁLTICO MÉTODOS PEN 60 / 70 AMP BETUTEC AMP PG ABNT ASTM Penetración (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 60 49 56 NBR 6576 D 5 Punto de ablandamiento ºC 51 66 68 NBR 6560 D 36 Viscosidad Brookfield cP a 135ºC, splinde 21, 20 rpm, 455 1383 1089 NBR 15184 D 4402 a 155ºC, spindle 21, 20 rpm 178 485 581 a 175 ºC, spindle 21, 20 rpm 81 222 278 Temperatura de Corte Dinamico 64 76 P 246 G* kPa 1,975 1,445 1,017 δ 81,16° 64,75° 64,09° Corte Dinámico G*/senδ ≥ 1 KPa 1,999 1,598 1,130 Despues envejecimiento RTFOT Perdida de masa % massa -0,518 -0,312 -0,304 D 2872 Temperatura de Corte Dinámico 70 3,248 3,523 3,254 76,28° 59,13° 59,05° Corte Dinámico G*/senδ ≥ 2,2 KPa 3,343 4,104 3,794 Despues envejecimiento RTFOT / PAV T° de Corte dinámico G* senδ ≤ 5000 KPa °C 22 19 Rigidez a la fluéncia BBR S≤ 300MPa e m ≥0,3 -22 D 6648

9 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Mezclas Asfálticas 20% de piedra de 3/4”, 20% de piedra de 3/8” y 60% de arena chancada.

10 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Temperaturas de mezcla y compactación CAP - ASTM D 2493 (T. M. 170 ± 20 cP, T. C. 280 ± 30 cP) AMP - Fajas de viscosidad recomendada por el fabricante Ensayo marshall Dosificación controlada de agregados para cada cuerpo de prueba Los contenidos de diseño de ligante asfáltico fueron obtenidos en dos condiciones: sin envejecimiento y con envejecimiento a corto plazo Moldado de los cuerpos de prueba fueron moldados con el contenido óptimo de diseño calculado para cada condición de envejecimiento y tipo de ligante asfáltico

11 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Ensayo de Fatiga por compresión diametral 24 horas a la temperatura de ensayo (25°C) Carga de ensayo: 20%, 30%, 40% y 45% de la RT Critério de falla: Ruptura Desplazamiento vertical ≥ 6 mm Réplica para cada condición experimental (Total 72 CP)

12 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Distribución del grado de desempeño de ligantes asfálticos para el Perú Para las regiones de costa, selva y parte de los valles interandinos, los ligantes asfálticos indicados por las condiciones climatologicas son el PG y PG Para la región de la Sierra, con relevo natural muy accidentado por la cordillera de los Andes, con climas variados, temperaturas que dependen de la altitud del local, los ligantes asfálticos indicados son: PG 58-10, PG 58-16, PG 58-22, PG 52-10, PG 52-16, PG Siendo que por las condiciones geográficas y climatologicas de la sierra es recomendable utilizar un asfalto con PG Por recomendación del C-SHRP el PG mas critico para las condiciones climaticas y de transito del Perú fue determinado como PG

13 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Grado de desempeño PG de ligantes asfálticos estudiados PG PG PG

14 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Ensayo de vida a la fatiga

15 ANÁLISIS DE RESULTADOS

16 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los modelos de Fatiga obtenidos presentaron excelentes valores de R² (> 0.97)

17 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los modelos generados de fatiga calculada para los tres asfaltos utilizados y para todas las condiciones de envejecimiento fueron utilizados para el cálculo de vida a la fatiga através de un analisis mecanístico. Asfalto Sin envejecimiento Con 2 horas de envejecimiento Con 4 horas de envejecimiento PEN 60/70 N=3490,8(1/Δσ)4,2683 N=26600(1/Δσ)4,1743 N=82292(1/Δσ)4,8964 N=6,0x10-14(1/εi)4,2683 N=5,0x10-14(1/εi)4,1743 N=4,0x10-17(1/εi)4,8964 AMP Betutec N=12779(1/Δσ)4,6417 N=158831(1/Δσ)5,2113 N=458010(1/Δσ)5,9932 N=5,0x10-15(1/εi)4,6417 N=5,0x10-18(1/εi)5,2113 N=2,0x10-21(1/εi)5,9932 AMP PG N=16924(1/Δσ)4,0476 N=395175(1/Δσ)4,9262 N=116237(1/Δσ)4,4286 N=4,0x10-13(1/εi)4,0476 N=7,0x10-17(1/εi)4,9262 N=7,0x10-15(1/εi)4,4286

18 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis mecanística Realizado con ayuda del programa computacional ELSYM5. Fueron asumidas dos estructuras de pavimento muy utilizadas en vias de alto volumen de transito en el Perú

19 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis mecanística Resultados para carpeta con 10 cm de espesor. Condición Modelo MR (kgf/cm2) Δσ (Mpa) N Ligante Asfáltico: CAP PEN 60/70 Sin envejecimiento Con 2 h. de envejecimiento Con 4 h. de envejecimiento N=3490,8(1/Δσ)4,2683 N=26600(1/Δσ)4,1743 N=82292(1/Δσ)4,8964 21353 44229 57502 0,8383 1,2288 1,3991 7411 11255 15894 Ligante Asfáltico: AMP BETUTEC N=12779(1/Δσ)4,6417 N=158831(1/Δσ)5,2113 N=458010(1/Δσ)5,9932 23348 51058 61893 0,880 1,3204 1,4491 23131 37317 49588 Ligante Asfáltico: AMP PG N=16924(1/Δσ)4,0476 N=395175(1/Δσ)4,9262 N=116237(1/Δσ)4,4286 31194 65249 55213 1,0273 1,4856 1,3719 15176 56230 28655

20 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis mecanística Los resultados mostraron que los AMP presentaron mayor vida a la fatiga que el CAP convencional.

21 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis mecanística Resultados para carpeta con 7,5 cm de espesor. Condición Modelo MR (kgf/cm2) Δσ (Mpa) N Ligante Asfáltico: CAP PEN 60/70 Sin envejecimiento Con 2 h. de envejecimiento Con 4 h. de envejecimiento N=3490,8(1/Δσ)4,2683 N=26600(1/Δσ)4,1743 N=82292(1/Δσ)4,8964 21353 44229 57502 0,9484 1,4527 1,6782 4377 5596 6523 Ligante Asfáltico: AMP BETUTEC N=12779(1/Δσ)4,6417 N=158831(1/Δσ)5,2113 N=458010(1/Δσ)5,9932 23348 51058 61893 1,0010 1,5733 1,7461 12720 14972 16222 Ligante Asfáltico: AMP PG N=16924(1/Δσ)4,0476 N=395175(1/Δσ)4,9262 N=116237(1/Δσ)4,4286 31194 65249 55213 1,1892 1,7958 1,6416 8393 22093 12942

22 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Análisis mecanística Los resultados mostraron que la reducción del espesor de la carpeta de 10 cm a 7,5 cm hizo que la vida a la fatiga se reduzca en aproximadamente 50%.

23 Distribuición del Grado de Desempeño – PG
CONCLUSIONES Distribuición del Grado de Desempeño – PG Fue establecido el mapa de distribución del PG del ligante asfáltico para las diferentes regiones del Peru; Se concluyo que para la Region de la Sierra se necesita de un ligante asfáltico con PG y para las regiones de la Costa y Selva, de un ligante asfáltico con PG Sin considerar el volumen y velocidad de trafico. Ligante Asfaltico Los ligantes asfálticos modificados por polímero presentaron mejor comportamiento que el ligante asfáltico convencional, presentando bajo índice de susceptibilidad térmica, mayor grado de desempeño PG y mayor resistencia al envejecimiento, asi como propiedades de elasticidad que incrementan la resistencia a la fatiga.

24 Granulometria de la Mezcla
CONCLUSIONES Granulometria de la Mezcla El control riguroso de la granulometria, utilizando todas las mallas especificadas por el Superpave, resulto en una buena repetibilidad en los resultados de los ensayos mecánicos. Vida a la Fatiga Los resultados del análisis mecanístico mostraron que los AMP presentaron vidas a la fatiga mayores que el CAP PEN 60/70, para todas las condiciones de envejecimiento.

25 AGRADECIMIENTOS

26 Gracias Jorge Rodolfo Escalante Zegarra
Grupo TDM - Universidade de Sao Paulo / EESC Lima, Perú José Leomar Fernandes Junior Universidade de Sao Paulo /EESC Sao Carlos - SP, Brasil