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PROPIEDADES REOLÓGICAS DE ASFALTOS
USADOS EN MEZCLAS ASFÁLTICAS TIBIAS
Autores:
Francisco Morea, Rosana Marcozzi
TRABAJO PRESENTADO EN EL XVI CILA DE RIO DE JANEIRO
Resumen
Las warm mix asphalt (WMA) se desarrollan con la finalidad de disminuir
las emisiones de CO2 durante los procesos de elaboración y tendido de
las mezclas asfálticas en caliente (HMA) por medio de la reducción de las
temperaturas de mezclado y compactación. Sin embargo esta reducción de
temperaturas no debe traer aparejado problemas durante la elaboración así
como en el desempeño final de la mezcla. Existen aditivos que permiten
reducir las temperaturas de elaboración manteniendo la trabajabilidad de la
mezcla durante la construcción y que dicen mantener el desempeño de las
mezclas asfálticas. Existen diferentes aditivos, algunos de ellos modifican el
comportamiento reológico del asfalto (ceras o parafinas) mientras otros no
afectan, en teoría, la reología del ligante (aditivos químicos).
En este trabajo las diferencias en las propiedades reológicas de dos asfaltos
(un convencional y un modificado con polímero), con y sin aditivos químico
tensoactivos, extraídos de mezclas (HMA y WMA) se estudiaron con el
reómetro de corte dinámico (DSR). Complementariamente se realizaron
ensayos de desempeño en las mezclas (ensayos de rueda cargada en seco
y bajo inmersión Hamburgo).
Se observa que las propiedades reológicas de los ligantes se ven afectadas
por la incorporación de los aditivos. La incorporación de aditivos ayuda en la
trabajabilidad de las mezclas a menores temperaturas durante los procesos
de elaboración y mejora el comportamiento de las WMA vista en los ensayos
de rueda cargada bajo agua.
1. INTRODUCCIÓN
Además de ser necesario para un mezclado efectivo y un buen tendido,
la calidad de la mezcla asfáltica como producto final es fuertemente
dependiente del rango de temperaturas de trabajo utilizado en la construcción
del pavimento. Si bien es posible obtener en obra la densidad de diseño a
menores temperaturas las mezclas en general pueden presentar menores
desempeños y una reducción de su vida útil. Hurley and Prowell (2006)
encontraron un incremento del potencial de ahuellamiento cuando se
disminuían las temperaturas de mezclado y compactación para hacer WMA
incrementando el potencial daño por humedad. Al respecto Su y coautores
(2009) encontraron peores desempeños al ahuellamiento y mayores daños
por humedad en WMA realizadas con ceras sintéticas.
Debido a las implicancias ambientales en la fabricación de mezclas
asfálticas en caliente (HMA por sus siglas en inglés) se han desarrollado
tecnologías con la finalidad de reducir las temperaturas de producción y
pavimentación que permiten disminuir la cantidad de energía requerida
respecto a las mezclas asfálticas en caliente (HMA), reducir las emisiones y
olores durante la elaboración, mejorar las condiciones de seguridad para los
obreros en la planta y en obra y mantener un nivel aceptable de desempeño
durante la vida útil del pavimento. Las tecnologías desarrolladas buscan
mejoran, en mayor o menor medida, la trabajabilidad y compactabilidad de
las mezclas. Entre las más destacadas están los procesos que incorporan
agua en la mezcla o la incorporación de aditivos al asfalto.
El agua es incorporada para generar un espumado del asfalto consiguiendo
una disminución de la viscosidad del ligante permitiendo trabajar a
temperaturas menores que las convencionales. Este espumado se logra
con el uso de zeolitas o a través de la incorporación de los agregados finos
en estado húmedo (D’Angelo et al 2008).
Dentro de los aditivos que se incorporan al ligante asfáltico se encuentran
las ceras tipo Fischer-Tropsch, las parafinas sintéticas, las amidas grasas
(D’Angelo et al 2008) y los tensoactivos (Perkins 2009). Algunos de estos
aditivos generan una disminución de la viscosidad del asfalto a temperaturas
de elaboración mientras otros actúan como híper plastificante en la mezcla
sin modificar las propiedades físico-reológicas del ligante según sus
fabricantes. Varios estudios se refieren al uso de zeolitas y ceras para la
fabricación de WMA y el desempeño resultante en las mismas (Akisetty
et al 2009 y 2011, Kim et al 2010, Silva et al 2009). Sin embargo existe
poca información respecto al uso de aditivos tensoactivos para fabricar
WMA así como resultados de las propiedades y desempeños de estas
mezclas (Silva et al 2010). En este trabajo se estudió comparativamente
propiedades reológicas de un asfalto convencional y un modificado con
polímero extraídos de HMA y WMA elaboradas con ellos. Dentro de las WMA
algunas fueron elaboradas con aditivos del tipo tensoactivo y una sin aditivar
para control. A los fines de observar el desempeño de las distintas mezclas se
realizaron ensayos de rueda cargada en seco y bajo inmersión (Hamburgo).
2. Experimental
2.1 Programa de ensayos
En este trabajo se estudiaron las diferencias en las propiedades reológicas
de dos asfaltos (un convencional y un modificado con polímero) con y sin
aditivos químico tensoactivos (extraídos de HMA y WMA) con el reómetro
de corte dinámico (DSR)
En primer lugar se estudió el efecto de la reducción de las temperaturas de
elaboración en las propiedades reológicas de los asfalto sin aditivos.
Posteriormente se estudió el efecto en las propiedades reológicas de los
aditivos en las mezclas elaboradas a menores temperaturas (WMAs).
Las HMA fueron elaboradas a temperaturas de mezclado y compactación
(T1) correspondientes a los rangos de viscosidades tradicionales de 0,17 y
0,28 Pa.s, respectivamente.
Las WMA se elaboraron a temperaturas de mezclado y compactación (T2)
correspondientes a la simplificación propuesta por Khatri y coautores (2001),
según el concepto de Viscosidad a Corte Cero. Esta simplificación considera
las temperaturas de mezclado y compactación como aquellas en las que
se tiene valores medios de viscosidad de 0,75 y 1,40 Pa.s respectivamente
medidos en un viscosímetro rotacional a una velocidad de fluir de 6.8 s-1.
Con los asfaltos solos se elaboraron tanto HMA como WMA mientras que
con los asfaltos con aditivos solo se elaboraron WMA.
la respuesta reológica de los ligantes se estudió en los ensayos de barridos
de frecuencia y Multiple Stress Creep Recovery.
Finalmente con el objetivo de estudiar diferencias en el desempeño de
las HMA y WMAs se realizaron ensayos de rueda cargada en seco y bajo
inmersión que responde al diseño de una mezcla asfáltica densa (D-12)
para carpeta de rodamiento.
.64 Carreteras // Marzo 2012