CEMENTOS ASFALTICOS MODIFICADOS SÉPTIMO CAPÍTULO CEMENTOS ASFALTICOS MODIFICADOS P E R Ú EXPOSITOR : M.Sc. Ing. NÈSTOR HUAMÀN GUERRERO

PREOCUPACION MUNDIAL POR DISEÑAR MEZCLAS ASFALTICAS MODIFICADAS CON POLIMEROS EXPERIENCIAS EN EL MUNDO HACE 50 AÑOS

DIFERENTES TIPOS DE CLIMAS EN EL MUNDO COMPORTAMIENTO DEL ASFALTO DE ACUERDO AL CLIMA PROBLEMA: SUCEPTIBILIDAD TERMICA DE LOS ASFALTOS DIFERENTES TIPOS DE CLIMAS EN EL MUNDO

UTILICEMOS ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS O CAUCHO ¿ CÓMO MEJORAR ? ¡ MEZCLA MÀS ESTABLE !

¿ QUE ES UN POLIMERO ? MONOMERO = UNA UNIDAD Ejemplos : Estireno ( S ) Butadieno ( B ) Etileno Propileno POLIMERO = MUCHAS UNIDADES Ejemplos : Poliestireno ( S ) “duro” Polietileno Polibutadieno “flexible” Polipropileno Poliester

Polímero Líquido en Fase Acuosa ¿ QUE SON POLIMEROS ? Un copolímero es un polímero formado por dos diferentes monómeros. S B Estireno + Butadieno S B B S S B SSSSSBBBBBBBSSSSS Polímero Líquido en Fase Acuosa S B R Polímero Sólido S B S

MECANISMOS DE MODIFICACION .... PRIMERA ETAPA: El Polímero está completamente encogido. Fracción de Estireno Fracción de Butadieno Figura: POLIMERO EN COMPLETO ESTADO DE REPOSO

MECANISMOS DE MODIFICACION .... SEGUNDA ETAPA: El Polímero comienza desenredarse por absorción del aceite contenido en el asfalto. El aceite del asfalto impregna e hincha al polibutadieno Figura: MUESTRA AL POLIMERO EN DISOLUCION

POLIMEROS – GOMAS – SINTÉTICOS OTROS Dentro de esta Red Radial, en la que los Dominios de Poliestireno hacen la función de ANCLAS entre los diferentes elementos de la red y las cadenas de polibutadieno son la componente elástica de la misma. Dentro de estos espacios es en donde las partículas de asfalto quedan incorporadas y en consecuencia “ protegidas “ tanto del medio ambiente como de los esfuerzos a los que está regularmente sometido un pavimento. POLIMEROS – GOMAS – SINTÉTICOS OTROS * SBS: Stireno – Butadieno – Stireno l * SBR: Stireno – Butadieno –Rubber * EVA: Etileno – Vinil – Acetado * PBD: Polibutadieno * PIB: Poli- Iso – Butadieno * Olefina Eastman EE-2 * Modifal * Butonal * Desechos Plásticos *Jebe Natural / Látex

ESCOLA POLITÉCNICA DA USP-BRASIL Profª Drª Liedi Bernucci SBS:

PROTECCIÓN DEL ASFALTO MAYOR DURABILIDAD………… !

SI ……………………….. PORQUE ………… ¿ CONVIENE MODIFICARLOS ? SI ……………………….. PORQUE ………… EL CAP PEN CONVENCIONAL ES SUCEPTIBLE A TEMPERATURAS EXTREMAS, luego EL Pavimento se : FISURA AHUELLA FRACTURA LOS POLÍMEROS ¿ RESUELVEN EL PROBLEMA ? Si, mejoran las propiedades Visco Elásticas del CAP PEN Convencional ¿ Quien lo dice……….. ?

CAMBIOS EN EL ASFALTO CAMBIOS INMEDIATOS EN ALGUNAS PROPIEDADES FISICAS, como son: -Disminución de la Penetración. -Aumento del Punto de Ablandamiento -Aumento del Intervalo de Plasticidad -Disminución de la Fragilidad a Baja Temperatura -Aumento de la Viscosidad -Disminución de la Susceptibilidad Térmica -Mejora de la Adhesividad -Incremento de la Cohesividad -Aumento de la Carga de Rotura mediante Ensayos de Tracción a Diferentes Temperaturas -Aumento de la Durabilidad debido a la disminución de la Oxidabilidad -Disminución y deterioro por Permeabilidad

MEJORA DEL PAVIMENTO - Mejora la Resistencia a la Fatiga   - Mejora la Resistencia a la Fatiga -Mejora la Resistencia a la Deformación Permanente -Mejora el Desempeño a Altas Temperaturas -No se Reblandece y a Bajas Temperaturas no se Fractura -Reduce la Formación de “ Roderas “ -Reduce significativamente los Costos de Mantenimiento

ANÁLISIS DE AHORROS DURANTE EL CICLO DE VIDA PAVIMENTOS SIN MODIFICAR: Considerando : (Costos Históricos) - Longitud de Carril :20 millas - Material Utilizado :10,560 Tn - Costo por Tonelada :$30 (caliente) - Costo por Asfaltado :$316,800 - Costo Anual de Pavimentación : 316,800/5.1 Año = $62,117  PAVIMENTO MODIFICADO: Considerando: - 5% de Cemento Asfalto y 3% de SBR - Costo del Polímero :$1/lb - Costo total del Polímero :$31,574 - Incremento de Costo del Pavimento :9.2% - % ASF (MEZCLA) 6% - % POL / ASF 3% - % POL / MEZCLA 0.2%

R E S U M E N: -Debe incrementarse la vida del pavimento: 5.10/9.2%=0.47 Años -Incremento Real :8.05 – 5.10 = 2.95 Años -Beneficio Neto Recibido: (8.05) – (5.10 + 0.47) = 2.48 Años -Aumento de Valor : 2.48 Años x $ 62,117 = $154,050 -Coeficiente Beneficio/Costo : 4.87 -Ahorro por Milla/Carril :$7,702 -Ahorro por Tn, de mezcla consumida :$14.59 CONCLUSIÓN: La modificación con polímero SBR aumenta la vida útil del pavimento en 58% con alto coeficiente de Beneficio / Costo.

CUADRO 1: CURVA DE COMPORTAMIENTO ASFALTO MODIFICADO (Tyler District) vs NO MODIFICADO (Atlanta District) SBR PAVIMENTO MODIFICADO (Distrito de Tyler) PAVIMENTO NO MODIFICADO (Distrito de Atlanta) CONDICION FISICA: AHUELLAMIENTOS – GRIETAS – BACHES – ETC. Se ve que la curva de comportamiento corta la calificación de 50 en la escala de condición física a los 5,1 años en el caso de los asfaltos no modificados y a los 8.05 años en el caso de los modificadores. Aumenta un 58% la vida del pavimento.

MEJORA DE LAS PROPIEDADES DEL CEMENTO ASFALTICO ASFALTOS MODIFICADOS CON POLÍMEROS

SI ……………………….. PORQUE ………… ¿ CONVIENE MODIFICARLOS ? SI ……………………….. PORQUE ………… EL CAP PEN CONVENCIONAL ES SUCEPTIBLE A TEMPERATURAS EXTREMAS, luego EL Pavimento se : FISURA AHUELLA FRACTURA LOS POLÍMEROS ¿ RESUELVEN EL PROBLEMA ? Si, mejoran las propiedades Visco Elásticas del CAP PEN Convencional ¿ Quien lo dice……….. ?

SI LUEGO A LAS : CONVIENE MODIFICARLAS…??? definitivamente... MEZCLAS ASFALTICAS CONVENCIONALES CONVIENE MODIFICARLAS…??? definitivamente... PORQUE MEJORAN LA DURABILIDAD DEL PAVIMENTO SI

LOS ENSAYOS DE LABORATORIO LIGANTES ASFÁLTICOS ¡ SON EXTREMADAMENTE IMPORTANTES !

NUESTRO DISEÑO ACTUAL DE LAS M.A.C. CONVENCIONALES……¿ ES SUFICIENTE…. ? LA MAYORÍA DE LAS ESPECIFICACIONES EXISTENTES PARA EL DISEÑO DE MAC HAN SIDO ELABORADAS EN FUNCIÓN DE PROCEDIMIENTOS EMPIRICOS DE LABORATORIO . NO CONSIDERA CARACTERÍZTICAS REOLÓGICAS DEL ASFALTO RESPECTO A SUS PROPIEDADES VISCOELÁSTICAS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERTAURA Y EL TIEMPO DE CARGA. ESTAS PROPIEDADES SON DETERMINADAS A TEMPERATURAS ESTÁNDAR Y VERIFICANDO SI CUMPLEN LOS CRITERIOS DE DISEÑO A TRAVÉS DEL MÉTODO MARSHALL, MÉTODO HVEEM, ETC. ESTOS ENSAYOS NO SON SUFICIENTES POR LO QUE ES NECESARIO REALIZAR UNA REPRESENTACION MAS REAL DEL COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO ANTE LAS CARGAS, CLIMA Y OTROS AGENTES EXTERNOS.

RESULTADOS OBTENIDOS RECUPERACIÓN ELÁSTICA Ensayos realizados a la Prueba Inicial Ensayo de Penetración y Recuperación Elástica Lectura Final del Ensayo de Recuperación Elástica para la mezcla de Prueba Inicial

PROPIEDADES DEL CAP PEN QUE SE MODIFICAN PUNTO DE ABLANDAMIENTO Y RECUPERACIÓN ELÁSTICA AUMENTA, lo que garantiza que el asfalto tendrá un buen desempeño trabajando a altas temperaturas, es decir disminuirán los problemas de exudación. LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA DEL LIGANTE ASFÁLTICO AUMENTA DE MANERA NOTABLE CON LA ADICIÓN DE POLÍMEROS.

La VISCOSIDAD AUMENTA, por lo que se vuelve más resistente y con menor riesgo de fluir, en altas temperaturas. La PENETRACIÓN DISMINUYE. Eso no implica que el asfalto se fracture, ya que el polímero le confiere propiedades elásticas.

PENETRACIÓN VS TEMPERATURA Punto de Inflamación

Ensayo de Recuperación Elástica Ensayo de Estabilidad al Almacenamiento de Asfalto Modificados Ensayo de Punto de Ablandamiento

Ensayo de Ductibilidad Ensayo de Adherencia Ensayo de Riedel Weber Ensayo de Ductibilidad

Las conclusiones más importantes que podríamos resaltar son: 1.- La granulometría de los agregados empleados es la misma en ambos casos. 2.- El contenido de asfalto empleado en la fabricación de ambas mezclas es semejante. 3.- El peso unitario de la mezcla sin polímero es superior al de la mezcla con polímero. 4.- La estabilidad de la mezcla con polímero es mayor que la de la mezcla sin polímero. 5.- El flujo de la mezcla con polímero es superior al de la mezcla sin polímero. 6.- La relación estabilidad flujo es menor en la mezcla con polímero que en la mezcla sin polímeros.