UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Evaluación Marshall y SUPERPAVE de asfalto modificado con alófano
Trabajo de Titulación, modalidad proyecto técnico previo a la obtención del
Título de Ingeniero Químico
AUTOR: Raura Lema Rommel Vinicio
TUTOR: PhD. Edward Henry Jiménez Calderón
Quito, 2019
ii
DERECHOS DE AUTOR
Yo, ROMMEL VINICIO RAURA LEMA en calidad de autor y titular de los derechos
morales y patrimoniales del trabajo de titulación: “EVALUACIÓN MARSHALL Y
SUPERPAVE DE ASFALTO MODIFICADO CON ALÓFANO”, modalidad Proyecto
Técnico para la obtención del título de Ingeniero Químico, de conformidad con el Art.
114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS
CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la
Universidad Central del Ecuador una licencia, intransferible y no exclusiva para el uso
no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservo a favor todos los
derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.
Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización
y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo
dispuesto en el Art. 14 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
El autor declara que la obra de la presente autorización es original en su forma de
expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por
cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad
de toda responsabilidad.
En la ciudad de Quito, a los 30 días del mes de agosto de 2019
Firma
____________________
Rommel Vinicio Raura Lema
CC. 1723517650
iii
APROBACIÓN DE TUTOR
En mi calidad de tutor del trabajo de titulación, presentado por ROMMEL VINICIO
RAURA LEMA, para optar por el Grado de Ingeniero Químico; cuyo título es:
EVALUACIÓN MARSHALL Y SUPERPAVE DE ASFALTO MODIFICADO CON
ALÓFANO, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para
ser sometido a presentación pública y evaluación por parte del tribunal examinador que
se designe.
En la ciudad de Quito, a los 30 días del mes de agosto del 2019
_______________________
PhD. EDWARD HENRY JIMENEZ CALDERÓN
DOCENTE – TUTOR
CC.
iv
DEDICATORIA
A Dios
Por los triunfos y fracasos a lo largo de la
vida.
A mis padres, Claudia y Luis
Por ser un apoyo incondicional a lo largo de
mi vida, y a lo largo de mi carrera
universitaria.
A mi tía, Clara
Por ser como una segunda madre y
brindarme ayuda en los momentos más
difíciles.
A mis amigos
Por ser una buena compañía a lo largo de la
carrera, especialmente a Darío y Tatiana.
v
AGRADECIMIENTOS
A Dios, quien con sus bendiciones me ha permitido llegar a alcanzar mis objetivos
plateados, personales y profesionales, por darme la sabiduría y capacidad de afrontar los
obstáculos presentados en toda esta aventura.
A mis padres, por su constante apoyo y confianza depositadas en mí, por su sacrificio y
enseñanzas que me han llevado a no rendirme jamás, por celebrar junto a mi tanto triunfos
como fracasos, por fomentar en mí la gratitud hacia todo lo que tenemos y por ser unos
padres amorosos.
A mi tía Clara, por toda la ayuda brindada, por la comprensión y consejos dados, que me
sirvieron como guía a lo largo de mi vida, y me permitieron alcanzar mis metas
planteadas.
A mi tutor, el PhD. Edward Jiménez, por la confianza brindada, por incentivarme a
aprender mucho más y por su valiosa colaboración para lograr la culminación del presente
trabajo.
A la Universidad Central del Ecuador, por formarme como persona y como profesional,
por las enseñanzas recibidas y las victorias conseguidas con sacrificio y dedicación.
vi
CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... IX
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... XII
LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... XV
RESUMEN .................................................................................................................. XVI
ABSTRACT ............................................................................................................... XVII
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 3
1.1. Asfalto ..................................................................................................................... 3
1.2. Composición del Asfalto ........................................................................................ 4
1.3. Obtención de Asfaltos en Refinería. ....................................................................... 5
1.4. Caracterización de Asfaltos .................................................................................... 8
1.5. Reología ................................................................................................................ 10
1.6. Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments) ................................. 17
1.7. Asfalto Modificado ............................................................................................... 19
1.7.2. Producción de Asfalto Modificado según el Instituto del Asfalto ..................... 20
1.8. Alófano (Allophane) ............................................................................................. 22
1.9. Compatibilidad Asfalto-Modificante .................................................................... 24
2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL .................................................................... 25
2.1. Esquema Metodológico ........................................................................................ 25
2.2. Caracterización del Alófano ................................................................................. 27
2.2.1. Proceso de Activación de Alófano ..................................................................... 28
2.3. Modificación de asfalto original ........................................................................... 30
2.3.1. Sustancias ........................................................................................................... 30
2.3.2. Materiales y Equipos ......................................................................................... 30
2.3.3. Procedimiento .................................................................................................... 30
2.4. Termogravimetría ................................................................................................. 30
vii
2.5. Envejecimiento en Horno Rotacional de Película Delgada (RTFO) .................... 32
2.5.1. Sustancias ........................................................................................................... 32
2.5.2. Materiales y Equipos ......................................................................................... 32
2.5.3. Procedimiento .................................................................................................... 33
2.6. Envejecimiento en la Vasija a Presión (PAV) ...................................................... 34
2.6.1. Sustancias ........................................................................................................... 34
2.7. Caracterización de Asfalto .................................................................................... 35
2.8. Estudios en el Reómetro de Corte Dinámico DSR ............................................... 36
2.8.2. Sustancias ........................................................................................................... 36
2.8.3. Materiales y Equipos ......................................................................................... 36
2.8.4. Procedimiento .................................................................................................... 37
3. DATOS EXPERIMENTALES ................................................................................ 40
3.1. Termogravimetría ................................................................................................. 40
3.2. Caracterización de Asfalto .................................................................................... 41
3.2.1. Viscosidad Absoluta a 60°C .............................................................................. 41
3.2.2. Punto de inflamación ......................................................................................... 44
3.2.3. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg ........................................................................ 44
3.2.4. Punto de ablandamiento ..................................................................................... 44
3.2.5. Ductilidad a 25°C (5cm/min) ............................................................................. 45
3.3. Ensayos en Asfalto envejecido en RTFO ............................................................. 45
3.3.1. Viscosidad Absoluta .......................................................................................... 46
3.3.2. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg ........................................................................ 46
3.3.3. Punto de Ablandamiento .................................................................................... 47
3.3.4. Ductilidad ........................................................................................................... 48
3.4. Determinación del Grado de Desempeño (PG) .................................................... 48
3.4.1. Ensayos en Asfalto Original y Modificado ........................................................ 48
3.4.2. Envejecimiento en Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO) ................... 50
3.4.3. Envejecimiento en la Vasija a Presión ............................................................... 51
4. CÁLCULOS ............................................................................................................ 53
viii
4.1. Cálculo del Punto de Inflamación Corregido........................................................ 53
4.2. Cálculo del Índice de Penetración ......................................................................... 53
4.3. Viscosidad Absoluta a 60°C ................................................................................. 53
4.4. Determinación del Grado de Desempeño ............................................................. 56
5. RESULTADOS ....................................................................................................... 58
5.1. Resultados de Caracterización de Asfaltos ........................................................... 58
5.1.1. Punto de Inflamación Corregido ........................................................................ 58
5.1.2. Índice de Penetración ......................................................................................... 58
5.1.3. Viscosidad Absoluta a 60°C .............................................................................. 59
5.2. Determinación del grado de desempeño ............................................................... 60
5.2.1. Muestras Originales y envejecidas en RTFO..................................................... 60
5.3. Evaluación Marshall ............................................................................................. 62
5.3.1. Gravedad Especifica BULK y Densidad de Mezclas Bituminosas Compactadas
no Absorbentes ............................................................................................................... 62
5.3.2. Resultados de Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas .............. 64
5.4. Resultados de Caracterización según AASHTO M 320 y NTE INEN 3030 ........ 69
5.5. Resultados de análisis termogravimétricos ........................................................... 71
6. DISCUSIÓN ............................................................................................................ 72
7. CONCLUSIONES ................................................................................................... 74
8. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 76
CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 77
ANEXOS ........................................................................................................................ 80
ix
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Modelo de Composición del Asfalto (E - Asfalto, 2005) ................................... 5
Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The Asphalt
Institute, 1986) .................................................................................................................. 8
Tabla 3. Diferencias entre el método Marshal y SUPERPAVE (Escobar, 2018) .......... 18
Tabla 4. Información general del Alófano ecuatoriano (Kaufhold, y otros, 2010) ........ 22
Tabla 5. Ensayos ASTM para Caracterización de Asfalto según ASTM ....................... 36
Tabla 6. Datos Experimentales de Termogravimetría para Asfalto AC-20 ................... 40
Tabla 7.Datos para Asfalto AC-20 Original ................................................................... 42
Tabla 8.Datos para Asfalto AC-20 modificado al 3% .................................................... 42
Tabla 9. Punto de inflamación Observado para asfalto AC-20 original y modificado con
alófano ............................................................................................................................ 44
Tabla 10. Datos de Penetración a 25°C, 1006 ,5 seg, para asfalto original y modificado
........................................................................................................................................ 44
Tabla 11. Datos de Punto de Ablandamiento para asfalto original y modificado .......... 45
Tabla 12. Datos de Ductilidad a 25°C, para asfalto original y modificado .................... 45
Tabla 13.Datos para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO ............................................ 46
Tabla 14. Datos de Penetración para muestras de asfalto envejecido en RTFO ............ 46
Tabla 15. Datos de Punto de Ablandamiento para muestras de asfalto envejecido en
RTFO .............................................................................................................................. 47
Tabla 16. Datos de Punto de Ductilidad para muestras de asfalto envejecido en RTFO 48
Tabla 17. Datos Asfalto original sin envejecer............................................................... 48
Tabla 18. Datos Asfalto modificado al 3% sin envejecer............................................... 48
Tabla 19. Datos Asfalto modificado al 4% sin envejecer............................................... 49
Tabla 20. Datos Asfalto modificado al 5% sin envejecer............................................... 49
Tabla 21. Datos Asfalto modificado al 6% sin envejecer............................................... 50
x
Tabla 22. Datos Asfalto original y modificado en RTFO .............................................. 51
Tabla 23. Datos Asfalto original y modificado en RTFO .............................................. 51
Tabla 24. Datos Asfalto original y modificado en PAV ................................................ 51
Tabla 25.Datos de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% ............................. 54
Tabla 26. Parámetros estimados del modelo de Ellis ..................................................... 56
Tabla 27. Datos Asfalto modificado al 6% sin envejecer............................................... 57
Tabla 28. Resultados de Punto de Inflamación Corregido ............................................. 58
Tabla 29. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto sin envejecer . 58
Tabla 30. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto envejecidas en
RTFO .............................................................................................................................. 58
Tabla 31. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto sin envejecer ................ 59
Tabla 32. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto envejecidas en RTFO .. 59
Tabla 33. Módulo de corte dinámica para muestras sin envejecer ................................. 60
Tabla 34. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en RTFO ................... 61
Tabla 35. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en PAV ..................... 62
Tabla 36. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
muestra de asfalto AC-20 ............................................................................................... 62
Tabla 37. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 4% ................................................................................................ 63
Tabla 38. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 5% ................................................................................................ 63
Tabla 39. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 6% ................................................................................................ 64
Tabla 40. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto AC-20 .................................................................................................................. 64
Tabla 41. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 4% ................................................................................................ 66
Tabla 42. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 5% ................................................................................................ 67
Tabla 43. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas con
asfalto modificado al 6% ................................................................................................ 68
xi
Tabla 44. Resultados de Caracterización de asfalto AC-20 y modificados con alófano 69
Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño (
(INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017) ................................................. 85
Tabla 46. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (
(AASHTO M 320, 2017) ................................................................................................ 87
Tabla 47. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (AASHTO
M 320, 2017) (continuación) .......................................................................................... 87
Tabla 48. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 ..................................... 93
Tabla 49. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3% .................... 94
Tabla 50. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 4% .................... 94
Tabla 51. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................... 95
Tabla 52. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................... 96
Tabla 53. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 envejecido en RTFO ... 97
Tabla 54. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3% .................... 98
Tabla 55. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 4% .................... 99
Tabla 56. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................. 100
Tabla 57. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5% .................. 101
xii
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Productos y Temperaturas típicas de destilación ............................................. 6
Figura 2. Diagrama de Flujo para Obtención de Asfaltos en Refinería Esmeraldas ....... 7
Figura 3. Fuerza de cizalla entre dos planos paralelos .................................................. 10
Figura 4.Deformación oscilatoria y respuesta del esfuerzo, mostrando el ángulo de fase
entre estimulo y respuesta ............................................................................................. 14
Figura 5. Pruebas Oscilatorias en fluidos viscoelásticos ............................................... 15
Figura 6. Modulo complejo de cizallamiento ............................................................... 16
Figura 7. Representación del módulo complejo y el ángulo de fase en materiales
viscoelásticos ................................................................................................................. 17
Figura 8. Principales Modificadores utilizados en el Asfalto ......................................... 20
Figura 9. Producción de Asfalto Modificado ................................................................. 21
Figura 10: Esquema metodológica para evaluación SUPERPAVE y Marshall de Asfalto
Modificado con Alófano ................................................................................................. 26
Figura 11. Diagrama de flujo para el proceso de activación de alófano. ...................... 29
Figura 12. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6% ....................................... 55
Figura 13. Viscosidad absoluta a 60°C en función del porcentaje de alófano para
muestras sin envejecer .................................................................................................... 59
Figura 14. Viscosidad absoluta a 60°C en función del porcentaje de alófano para
muestras envejecidas en RTFO ...................................................................................... 60
Figura 15. Módulo de corte dinámico en función de la Temperatura ............................ 61
Figura 16. Resultados TGA para asfalto AC-20 y modificado con alófano ................... 71
Figura 17. Balanza Analítica .......................................................................................... 81
Figura 18. Analizador de Termogravimetría (TGA) ...................................................... 81
Figura 19. Punto de Inflamación Copa Abierta Cleveland ............................................. 82
Figura 20. Horno Rotatorio de Película Delgada RTFO ................................................ 82
xiii
Figura 21. Botellas de muestreo para envejecimiento RTFO ......................................... 83
Figura 22. Reómetro de Corte Dinámico DSR ............................................................... 83
Figura 23. Moldes de silicona para muestreo en DSR ................................................... 84
Figura 24. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 sin envejecer ................................... 93
Figura 25. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% sin envejecer ................. 94
Figura 26. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 4% sin envejecer ................. 95
Figura 27. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 5% sin envejecer ................. 96
Figura 28. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6% sin envejecer ................. 97
Figura 29. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO....................... 98
Figura 30. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% ....................................... 99
Figura 31. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 4% ..................................... 100
Figura 32. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 5% ..................................... 101
Figura 33. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6% ..................................... 102
Figura 34. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=64°C Figura
35. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=70°C ........... 103
Figura 36. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=°64C
Figura 37. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=70°C
104
Figura 38. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=64°C
Figura 39. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=70°C
...................................................................................................................................... 105
Figura 40. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 5% a T=64°C
Figura 41. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 5% a T=70°C
106
Figura 42. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 6% a T=64°C
Figura 43. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 6% a T=70°C
107
Figura 44. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en RTFO Figura 45.
Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO ......................... 108
Figura 46. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en RTFO Figura
47. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en RTFO ....... 109
xiv
Figura 48. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO ........... 110
Figura 49. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en PAV Figura 50.
Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en PAV ............................ 111
Figura 51. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en PAV Figura
52. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en PAV .......... 112
Figura 53. Temperatura de falla para asfalto mod al 6% envejecido en PAV ............. 113
xv
LISTA DE ANEXOS
Pag
ANEXO A. EQUIPOS UTILIZADOS EN LA EXPERIMENTACIÓN ....................... 81
ANEXO B. NORMAS DE REFERENCIA ................................................................... 85
ANEXO C. CARACTERIZACIÓN ASTM (PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS) .. 89
Anexo C.1 Penetración (ASTM D5 / D5M, 2019) ......................................................... 89
Anexo C.3. Punto de Inflamación (ASTM D92, 2018) .................................................. 89
Anexo C.4. Ductilidad (ASTM D113, 2017) ................................................................. 90
Anexo C.5. Punto de ablandamiento (ASTM D36/D36M, 2014) .................................. 91
ANEXO D. ESTUDIO REOLÓGICO EN SOFTWARE RHEOPLUS V3.4 ................ 93
Anexo D.1 Resultados para asfalto original y modificado sin envejecer ....................... 93
Anexo D.2 Resultados para asfalto original y modificado envejecidos en RTFO ......... 97
Anexo D.3 Resultados de Grado de Desempeño en muestras sin envejecer ................ 103
Anexo D.3 Verificación de Grado de Desempeño en muestras envejecidas en RTFO 107
Anexo D.4 Verificación de Grado de desempeño en muestras envejecidas en PAV ... 110
ANEXO E. GRAVEDAD ESPECIFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS
BITUMINOSAS ........................................................................................................... 114
ANEXO F. ESTABILIDAD Y FLUJO MARSHALL DE MEZCLAS BITUMINOSAS
...................................................................................................................................... 117
xvi
TITULO: Evaluación Marshall y SUPERPAVE de asfalto modificado con alófano
Autor: Rommel Vinicio Raura Lema
Tutor: Edward Henry Jiménez Calderón
RESUMEN
Caracterización de asfalto modificado con alófano mediante requerimientos de Normas
ASTM y NTE-INEN, clasificación de asfalto modificado con alófano mediante
metodología SUPERPAVE y evaluación MARSHALL para encontrar mejoras en
ensayos de estabilidad y flujo.
El alófano, utilizado como modificador de asfalto convencional, fue tratado previamente
a su mezcla con asfalto, para evitar resultados desviados a los requerimientos por normas
INEN, ASTM y en la metodología SUPERPAVE (parámetros como humedad, relación
Si/Al y tamaño de partícula fueron analizadas).
Se realizo un estudio termogravimétrico para determinar la estabilidad y la temperatura a
la cual se empieza a degradar las muestras de asfalto modificado con alófano, donde se
determinó que las muestras modificadas al 5% p/p se estabilizada mejor que el resto de
las muestras, la cual mejora las propiedades fisicoquímicas del asfalto.
Una vez realizada la mezcla de asfalto-alófano en porcentaje peso-peso, y posterior a su
caracterización, se realizó envejecimientos que simulan el comportamiento de las
muestras de estudio, a corto y mediano plazo, en las cuales se encontró mediante
parámetros analizados en el reómetro, y clasificación según su grado de desempeño.
Se llegó a la conclusión de que, el grado de desempeño de las muestras estudiados para
altas temperaturas es de 64 °C, y para temperaturas media es de 22°C, de esta manera se
puede promover a este asfalto como un posible candidato a ser utilizado en carreteras ya
que a la temperatura indicada presentaría un rendimiento aceptable “exento agrietamiento
y fisuras”. Por otro lado, las muestras de 5 y 6% p/p con alófano presentan un
comportamiento resistente a corto plazo a una temperatura de hasta 70°C.
PALABRAS CLAVE: ASFALTO MODIFICADO / ALÓFANO / SUPERPAVE /
GRADO DESEMEÑO / MARSHALL / ESTABILIDAD / TERMOGRAVIMETRIA
xvii
TITLE: Marshall and SUPERPAVE evaluation of modified allophane asphalt
Author: Rommel Vinicio Raura Lema
Tutor: Edward Henry Jiménez Calderón
ABSTRACT
Characterization of modified allophane asphalt by means of ASTM and NTE-INEN
standards, classification of modified allophane asphalt using SUPERPAVE methodology,
and MARSHALL evaluation to find improvements in stability and flow tests. Allophane,
used as a conventional asphalt modifier, was treated prior to its mixing with asphalt, to
avoid deviations from INEN, ASTM, and for SUPERPAVE methodology (parameters
such as; humidity, Si/Al ratio, and particle size were analyzed). A thermogravimetric
analysis was performed to determine the stability and temperature at which the samples
of modified allophane asphalt begun to degrade. It was stablished that the modified
samples at 5% wt stabilized better than the rest of the samples, which improves
physicochemical properties of the asphalt. Once the mixture of asphalt-allophane in
weight percentage, the aging process was performed in order to simulate the behavior of
the studied samples, at a short and medium term. Analyzed parameters in the rheometer
were found in the samples, and these were classified according to their performance
grade. The obtained performance grade of the studied samples at high temperatures is 64
°C, and for medium temperature is 22°C. In conclusion, this study determined that asphalt
can be potentially used on roads, since at performance grade temperature it would exhibit
an admissible performance, “prevented from cracking and fissures”. On the other hand,
5% wt and 6% wt samples with allophane display a resistant short-term behavior at a
temperature of up to 70 °C.
KEYWORDS: MODIFIED ASPHALT / ALLOPHANE / SUPERPAVE /
PERFORMANCE GRADE / MARSHALL / STABILITY / THERMOGRAVIMETRY
1
INTRODUCCIÓN
El asfalto modificado es producto de la adición de una sustancia al asfalto obtenido de la
destilación del petróleo, el aditamento de los modificantes se realiza con la finalidad de
mejorar las características fisicoquímicas del asfalto y extender el tiempo de vida útil de
las mezclas asfálticas usadas para pavimentar calles, avenidas y carreteras.
El Alófano es un mineraloide que cuenta con una composición química de aluminio y
silicato, por lo que también es denominado un aluminosilicato con estructura no cristalina,
en Ecuador este material se lo encuentra en los suelos de la provincia de Santo Domingo
de los Tsáchilas.
A causa de los daños que poseen actualmente las vías en el Distrito Metropolitano de
Quito, Diario La Hora (2019) informa que, para la tarea de repavimentar las vías de la
ciudad se requiere como mínimo la cantidad de 1 000 millones de dólares, al mismo
(INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2014)tiempo que extender el horario de
la medida de Pico y Placa a 10 horas, específicamente de 09:000 a 19:00.
Yánez (2019) comenta que, en las vías del Distrito Metropolitano de Quito se debe
evaluar la estructura asfáltica y decidir si se debe colocar una recapa o colocar una capa
nueva, dando la última opción una duración ideal de 10 años, el estudio deberá considerar
como mínimo la cantidad y tipo de vehículos que circulan por las vías; en cuanto a temas
de condiciones ambientales, se tendrá que considerar los cambios climáticos que ocurren,
dado que en la ciudad se tiene temperaturas de 5°C en la madrugada y altas temperaturas
registradas a medio día. También explica que se ha realizado estudios en México que han
determinado que es posible trabajar con el asfalto ecuatoriano, pero se debe disponer de
un buen diseño de carpeta asfáltica que sea de calidad y cuente con la combinación de
agregados minerales.
2
A nivel nacional, Pichincha es la primera provincia en emplear mezclas asfálticas
modificadas, hecho considerado como un hito histórico que contribuirá con el desarrollo
sustentable de la industria vial del país, gracias al aprovechamiento de residuos sólidos
de neumáticos. En la vía Pifo – Papallacta se colocó 600 m de carpeta asfáltica modificada
con caucho, donde se utilizó 10000 gal de asfalto ecuatoriano y 3 ton de polvo de caucho
reciclado donado por una de las tres empresas encargadas del proceso de pavimentación.
La prueba preliminar realizada dio resultados satisfactorios, sin embargo, el Ministerio
de Transporte y Obras Públicas continuará realizando pruebas reológicas y monitoreo de
otros parámetros para mantener el buen estado de la vía (Pichincha es la primera provincia
del Ecuador donde se colocó mezcla asfáltica modificada con caucho reciclado, 2015).
Las mezclas asfálticas no logran cumplir con las necesidades de la sociedad actual, debido
a que, con el crecimiento de la población, también viene un incremento en el número de
vehículos que transitan las calles, avenidas y carreteras, por lo que resulta necesario
mejorar la calidad y por consiguiente la duración de las mezclas asfálticas de las vías
transitadas agregando sustancias que mejoren el rendimiento del asfalto.
Por lo expuesto anteriormente, en el presente trabajo de titulación se busca mejorar las
características del asfalto que a su vez permitirá prolongar la duración e incrementar la
resistencia de las mezclas asfálticas. La sustancia modificante que se usará para mejorar
las propiedades fisicoquímicas del asfalto es el Alófano, para analizar si se obtiene alguna
mejora se empleará la metodología SUPERPAVE, para medir el grado de desempeño y
para evaluar las mezclas asfálticas se utilizarán las Pruebas MARSHALL.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1.Asfalto
Es un material aglomerante de color que varía de pardo oscuro a negro, de consistencia
sólida, semisólida o líquida, cuyos constituyentes predominantes son betunes, que se dan
en la naturaleza como tales o que se obtienen en la destilación del petróleo (ASTM D8,
2018).
Según la Norma Técnica Ecuatoriana NTE-INEN 3030 (2017), el asfalto o ligante
asfaltico es la fracción pesada de la destilación del petróleo con propiedades aglutinantes
y de adherencia, las cual puede o no ser aditivada
Ramírez, 2018 indica que el asfalto a temperaturas mayores a 100°C, tiene
comportamiento viscoso, similar a la de un líquido Newtoniano y a bajas temperaturas se
comporta como un sólido elástico descrito por la ley de Hooke.
La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces en su totalidad, sin
embargo, existen algunos petróleos crudos que no contienen asfalto. En base a la
proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:
- Petróleos crudos de base asfáltica
- Petróleos crudos de base parafínica
- Petróleos crudos de base mixta
4
El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por
cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da
como resultado propiedades indeseables, como la perdida de ductilidad, esto no ocurre en
los crudos asfalticos dada su composición.
1.2.Composición del Asfalto
El asfalto es considerado como un sistema coloidal complejo de hidrocarburos, en el cual
es difícil establecer una distinción clara entre fase continua y fase dispersa. Las primeras
experiencias para descubrir su estructura fueron desarrolladas por Nellensteyn en 1924,
cuyo modelo fue mejorado más tarde por Pfeifferry Saal en 1940, en base a limitados
procedimientos analíticos (E - Asfalto, 2005).
El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar,
el cual provee de una razonable explicación de dicha estructura, en el cual existen dos
fases; una discontinua (aromática) formada por dos asfáltenos y una continua que rodea
y solubiliza a los asfáltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los
maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misión de homogeneizar y
compatibilizar a los de otra manera insolubles asfáltenos. Los maltenos
y asfaltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.
(E - Asfalto, 2005).
5
Tabla 1. Modelo de Composición del Asfalto (E - Asfalto, 2005)
1.3.Obtención de Asfaltos en Refinería.
El petróleo crudo de los pozos es sometido a un proceso de destilación (Figura 1.
Productos y Temperaturas típicas de destilación) en el cual se separan las fracciones
livianas como la nafta y keroseno de la base asfáltica mediante la vaporización,
fraccionamiento y condensación de estas. En consecuencia, el asfalto es obtenido como
un producto residual del proceso anterior. El asfalto es además un material bituminoso
pues contienen betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2).
El alquitrán obtenido de la destilación destructiva de un carbón graso, también contienen
betún, por lo tanto, también es un material bituminoso, pero no debe confundirse con el
asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente.
Asfaltenos Maltenos
➢ Compuestos Polares
➢ Hidrocarburos Aromáticos
➢ Peso Molecular mayor 1000
➢ Precipitan como sustancias
oscuras por dilución con
parafinas de bajo punto de
ebullición (pentano-
heptano)
➢ No Polares
➢ Hidrocarburos Alifáticos
más Nafténicos y
Aromáticos
➢ Peso molecular hasta 1000
➢ Medio Continuo
6
Figura 1. Productos y Temperaturas típicas de destilación (The Asphalt Institute,
1986)
1.3.1. Destilación Primaria:
Es la primera operación a que se somete el crudo. Consiste en calentar el crudo en hornos
tubulares hasta aproximadamente 375ºC. Los componentes livianos (nafta, kerosene, gas
oil), hierven a esta temperatura y se transforman en vapor. La mezcla de vapores y líquido
caliente pasa a una columna fraccionadora. El líquido o residuo de destilación primaria
se junta todo en el fondo de la columna y de ahí se bombea a otras unidades de la refinería.
1.3.2. Destilación al Vacío:
Para separar el fondo de la destilación primaria, otra fracción libre de asfaltenos y la otra
con el concentrado de ellos, se recurre comúnmente a la destilación al vacío. Difiere de
la destilación primaria, en que mediante equipos especiales se baja la presión (aumenta el
vacío) en la columna fraccionadora, lográndose así que las fracciones pesadas hiervan a
menor temperatura que aquella a la que hervían a la presión atmosférica. El producto del
fondo de la columna, un residuo asfáltico más o menos duro a temperatura ambiente, se
7
denomina residuo de vacío. De acuerdo con la cantidad de vacío que se practica en la
columna de destilación, se obtendrán distintos cortes de asfaltos que ya pueden ser
utilizados como cementos asfálticos.
1.3.3. Obtención de Asfalto en Refinería Esmeraldas
Refinería Esmeraldas cuenta con 2 unidades de destilación (crudo 1 y crudo 2) muy
similares, mismas que son alimentadas con 110 000 BPD de crudo oriente de 25° API. El
crudo se hace circular por el interior de los hornos alcanzando elevadas temperaturas, se
obtiene las fracciones más livianas, como gas combustible, nafta, Jet Fuel y diésel
(Escobar, 2018).
Para la obtención de asfalto, Petroecuador EP (2013), menciona que, el crudo reducido
constituido por los componentes más pesados del petróleo y que no se lograran vaporizar
a estas condiciones de presión y temperatura, se dirige a una unidad de destilación al vacío
(VGO). En el fondo de la torre de vacío, se obtienen los residuos finales, llamados fondos
de vacío, los cuales se utilizan como asfalto para pavimentación (Citado en Escobar,
2018).
Crudo Oriente
25 °API
110 000 BPD
Crudo 1
Vacío 2
Unidad FCCVacío 1
Crudo 2
Selva 2
Selva 1
Asfaltos
Figura 2. Diagrama de Flujo para Obtención de Asfaltos en Refinería Esmeraldas
(Petroecuador EP, 2013)
8
1.4.Caracterización de Asfaltos
Para la caracterización de asfaltos se toma en cuenta sus propiedades fisicoquímicas y
reológicas, a continuación, se presentan las más importantes:
Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The
Asphalt Institute, 1986)
PROPIEDAD INTERPRETACIÓN
Penetración
El ensayo de penetración determina la dureza
y consistencia relativa de un asfalto, midiendo
la distancia que una aguja normalizada
penetra verticalmente en una muestra, en
condiciones especificadas de temperatura
carga y tiempo. Normalmente se entiende que
las medidas son a 25°C, que la aguja está
cargada con 100g y que la carga se aplica por
5 seg. (AASHTO T49-ASTM D5)
Punto de
Inflamación
El punto de inflamación indica la temperatura
a la que el material puede calentarse sin
peligro de inflamación en presencia de llama
libre. Esta temperatura es usualmente muy
inferior a aquella en la que el material ardería,
llamada punto de fuego, la cual rara vez se
incluye en las especificaciones. (AASHTO
T8-ASTM D92)
Tabla 2. Propiedades más utilizadas en la caracterización de asfaltos (The
Asphalt Institute, 1986) (Continuación)
9
PROPIEDAD INTERPRETACIÓN
Punto de
Reblandecimiento
El ensayo normalmente utilizado es el método
de anillo y bola, el cual se emplea
frecuentemente para caracterizar materiales
duros e indica la temperatura a la que estos se
hacen fluidos. (AASHTO T53-ASTM D36)
Ductilidad
Dependiendo de la aplicación del asfalto la
presencia o ausencia de ductilidad llega a tener
relevancia. Los asfaltos dúctiles tienen
normalmente mejores propiedades aglomerantes
que a aquellos a los que les falta esta propiedad.
Se entiende como la capacidad para mantenerse
cohesionado bajo deformaciones inducidas
externamente. (AASHTO T51- ASTM D113)
Peso Especifico
Es útil para hacer las correcciones de volumen
cuando este se mide a elevadas temperaturas. Es
la relación del peso de un volumen determinado
del material al peso de igual volumen de agua,
estando ambos materiales a temperaturas
especificadas. (AASHTO T43-ASTM D76)
10
1.5.Reología
La reología es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos sometidos
a diferentes tipos de esfuerzos. La reología de fluidos es usada para describir la
consistencia de diferentes fluidos. Normalmente mediante dos componentes: la
viscosidad y la elasticidad. Por viscosidad se entiende la resistencia a fluir o el
espesamiento y por elasticidad la pegajosidad o estructura
1.5.1. Esfuerzo Cortante
Para entender ciertos fenómenos reológicos se plantea lo siguiente: suponer un plato
cuadrado, metálico, anclado (para evitar su movimiento) y cubierto con una capa delgada
de grasa. Ahora imaginemos otro plato del mismo tamaño que el primero, colocado sobre
la superficie opuesta de la capa de grasa a una distancia “h”. Para deslizar el plato superior
se debe aplicar sobre él una fuerza (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).
La fuerza F requerida para mover el plato superior se relaciona con el área en contacto
con la sustancia y para llegar a una medida especifica es necesario dividir la fuerza total
necesaria para el movimiento por el área en contacto con la sustancia. (Ver Figura 3).
Figura 3. Fuerza de cizalla entre dos planos paralelos (Rojas, Briceño, & Avendaño,
2012)
11
La fórmula sería:
τ =F(N)
A(m2)= [Pa] (1)
1.5.2. Velocidad de Deformación o Cizallamiento
El cizallamiento ejercido sobre el material es relacionado con la velocidad relativa de
movimiento y la distancia entre platos (para este caso h). A una velocidad v, dada, mayor
esfuerzo se requiere en una unidad de material cuando los platos están más cercanos
(Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012). La medida especifica de este trabajo por unidad de
material es llamada velocidad o tasa de deformación y es definida como la velocidad
relativa dividida por la distancia entre platos, su fórmula seria:
�̇� =𝒅𝒗
𝒅𝒉= [𝒔−𝟏]̇
(2)
1.5.3. Ley de Newton de Viscosidad
Relación proporcional del esfuerzo constante con la velocidad de deformación a través
de una constante llamada viscosidad que es fija a cualquier velocidad de deformación
(Escobar, 2018).
Matemáticamente la ley de Newton de la viscosidad se describe de la siguiente manera
𝜏 𝛼 �̇� (3)
𝜏 = 𝜇 ∗ �̇� = −𝜇 ∗𝑑𝑣
𝑑ℎ (4)
𝜇 =𝜏
�̇�=
𝐹
𝐴
−𝑑𝑣
𝑑ℎ
= [𝑃𝑎 ∗ 𝑠] = [𝑘𝑔
𝑚∗𝑠] (5)
1.5.4. Fluidos Viscoelásticos
12
Son aquellos formados por la suma de un componente elástico que absorbe la energía
aplicada, ttansformandola durante la deformación en energía potencial, de modo que
cuando esta cesa, la deformación vuelve a su estado inicial, y un componente viscoso,
que absorbe la energía aplicada transformadola en calor y fluyendo (Rojas, Briceño, &
Avendaño, 2012). A bajas deformaciones, el fluido viscoelástico se comporta literalmente
como un fluido elástico, en cambio a altas deformaciones, estos fluyen de forma viscosa,
como un liquido
1.5.5. Modelos Reológicos
Se ha comprobado el comportamiento del asfalto como un cuerpo viscoelástico. Por lo
tanto, para este tipo de comportamientos se han considerado los siguientes modelos:
a) Modelo de Ostwald o Ley de Potencia
𝜏 = 𝑘 ∗ �̇�𝑛 ó 𝑙𝑜𝑔 𝜏 = 𝑙𝑜𝑔 𝑘 + 𝑛 ∗ 𝑙𝑜𝑔 𝛾̇ (6)
Tanto n como k son parámetros de ajuste que depende de la naturaleza del fluido y de las
condiciones de medición y se han denominado índice de comportamiento (n) e índice de
consistencia (k) (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).
- Si n=1, entonces el fluido es newtoniano
- Si n>1, entonces el fluido es pseudoplástico
- Si n<1, entonces el fluido es dilatante
b) Modelo de Ellis
13
𝛾 = 휀0 ∗ 𝜏 + 휀1 ∗ 𝜏𝑛 (7)
Con n>1 y ε0, ε1 constantes
Este modelo fue especialmente diseñado para describir el comportamiento a bajas
velocidades de deformación (Escobar, 2018).
c) Modelo de Maxwell o de fluido viscoelástico simple
𝜏 + 𝜆𝑑𝜏
𝑑𝑡= 𝑛𝑜 ∗ 𝛾 (8)
Donde λ es el tiempo de relajación; n0 = γ0 * λ y γ0 es el módulo elástico propio de cada
sustancia. (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012).
1.5.6. Pruebas Oscilatorias
Las pruebas oscilatorias se utilizan para examinar todo tipo de materiales viscoelásticos,
en el caso de los asfaltos las pruebas oscilatorias permiten la clasificación por grado de
desempeño, mediante la obtención del ángulo de fase (𝛿) y el módulo complejo G*
(Ramírez, 2018).
Un experimento oscilatorio consiste en someter un fluido a un esfuerzo o deformación
sinusoidal. (Ver Figura 4)
14
Figura 4.Deformación oscilatoria y respuesta del esfuerzo, mostrando el ángulo de fase
entre estimulo y respuesta (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012)
Según Rojas, (2012) una deformacion sinusioidal puede expresarse en forma matematica
como:
𝛾 = 𝛾0 ∗ sin (𝜔 ∗ 𝑡) (9)
Donde γ0 es la amplitud de la onda de deformacion y ω es la fecuencia de oscilacion. El
esfuerzo resultante a la deformacion es:
𝜏 = 𝜏0 ∗ sin (𝜔 ∗ 𝑡 + 𝛿) (10)
Donde δ es el angulo de fase.
Este tipo de comportamiento puede ser descrito mediante numeros complejos: en tal
sentido, el esfuerzo puede desconponerse en dos componentes un componente en fase y
un componente fuera de fase. Puede definirse un modulo de elasticidad complejo,
𝐺∗ = 𝐺′ + 𝑖 𝐺′′ (11)
La señal en fase G’, se denomina el módulo de almacenamiento (elastico), o energia
almacenada por ciclo, y se calcula como:
𝐺′ =𝜏0
𝛾0 ̇∗ cos 𝛿 (12)
15
La señal en fase G’’, se denomina el módulo de pérdidas (o modulo viscoso), o energia
disipada por ciclo, y se calcula como:
𝐺′′ =𝜏0
𝛾0 ̇∗ sin 𝛿 (13)
The Asphalt Institute, describe lo siguiente: a medida que la placa superior gira, al punto
A se mueve a la posición A’ pero los otros puntos, O, O’ y B permanecen en una ubicación
fija (Figura 5a). la deformación por cizalla está definida como la distancia de rotación del
punto superior (φ) dividido para el grosor de la muestra h. Consecuentemente, la tensión
de corte es cero en el centro del palto y aumenta hasta un máximo en el borde exterior de
la muestra de prueba. (Figura 5b)
Figura 5. Pruebas Oscilatorias en fluidos viscoelásticos (The Asphalt Institute, 1986)
1.5.7. Modulo complejo (G*)
Representa la relación entre la tensión aplicada y la deformación experimentada por el
material, para materiales viscoelásticos es la suma vectorial de una componente elástica
(G’, representada en el eje x) y una componente viscosa (G’’ representada en el eje y).
(Ramírez, 2018)
De forma concreta el módulo complejo G* representa la rigidez o la medida de la
resistencia total del material de prueba cuando es sometido a esfuerzos de cizalla.
16
A continuacion se presenta un resumen del calculo del modulo complejo de cizallamiento
Figura 6. Modulo complejo de cizallamiento (Rojas, Briceño, & Avendaño, 2012)
1.5.8. Angulo de fase (𝛿))
EL ángulo de fase indica la capacidad de recuperación ante la deformación provocada por
cierta carga en el fluido. Un valor de 𝛿 iguala a 0° indica un comportamiento elástico y
un valor igual a 90° indica un comportamiento Newtoniano, un fluido viscoelástico
exhibe un valor de ángulo de fase entre 0° y 90° (Ramírez, 2018).
tg δ = G’’/G’
i2 = -1
17
Figura 7. Representación del módulo complejo y el ángulo de fase en materiales
viscoelásticos (Ramírez, 2018)
1.6.Superpave (SUperior PERformance Asphalt PAVEments)
La metodología SUPERPAVE, fue creada en 1987 por el Programa de Investigación
Estratégica de Carreteras (SHRP). Es un nuevo tipo de especificación para asfaltos, que
incorpora novedosas técnicas de clasificación, reemplazando los métodos convencionales
según el grado de viscosidad y penetración. Es una herramienta útil en investigación ya
que permite conocer el desempeño de asfaltos modificados y sin modificar, supliendo la
metodología de ensayos tradicionales a una temperatura fija predefinida por ensayos que
proporcionan más información relacionada con el envejecimiento a corto y largo plazo
(Escobar, 2018)
Fundamentalmente, representa un sistema mejorado de especificaciones para materiales
y análisis de mezclas asfálticas y predicción del comportamiento de pavimentos. El
sistema incluye equipos de ensayo, procedimientos y criterios (McGennis, Shuler, &
Bahia, 1994).
1.6.1. Grado de Desempeño o Performance Grade (PG)
Una de las principales diferencias entre las especificaciones tradicionales para asfalto y
los del método SUPERPAVE, se refiere a que en este ultimo los resultados de los ensayos
se mantienen constantes, variando solamente las temperaturas. Es decir, distintos grados
asfalticos cumplen con las mismas propiedades, pero a distintas temperaturas (Escobar,
2018).
La nomenclatura para el grado de desempeño se designa como:
PG-XX-YY (14)
Donde:
18
PG: Performance Grade
XX: Temperatura máxima promedio del pavimento
YY: Temperatura mínima superficial del pavimento (García, s.f).
La temperatura máxima (XX) indica que el ligante posee propiedades físicas adecuadas
al menos hasta dicha temperatura, además corresponde al clima en el que el ligante estará
en servicio. De igual manera la temperatura mínima superficial del pavimento (YY), de
esta manera se puede establecer un rango de temperaturas dentro del cual un asfalto en
particular puede desempeñarse adecuadamente (Ramírez, 2018)
Por ejemplo, al tener un asfalto con una denominación PG-64-22, quiere decir que el
asfalto posee propiedades físicas adecuadas desde 22 °C hasta 64°C, y evitara en lo
posible problemas de ahuellamiento o fisuras dentro de la mezcla asfáltica.
Para la clasificación del asfalto según su grado de desempeño, se toma como normativa
vigente la norma AASHTO M320 y la NTE INEN 3030-2017, las cuales proporcionan
especificaciones que el asfalto debe cumplir. (Ver ANEXO B)
1.6.2. Diferencias entre el Método Marshall y SUPERPAVE
Tabla 3. Diferencias entre el método Marshal y SUPERPAVE (Escobar, 2018)
Marshall SUPERPAVE
Desarrollado por Bruce Marshall, ex
ingeniero de Bitúmenes del
Departamento de Carreteras del
Estado de Mississippi en 1943
Desarrollado por SHRP en 1987.
El producto final del programa de
investigación sobre asfaltos
19
El propósito de este método es
determinar el contenido óptimo de
asfalto para una combinación
especifica de agregados, solo se
aplica a mezclas asfálticas en
caliente.
Este método evalúa los
componentes de la mezcla
asfáltica en forma individual
(agregado mineral y asfalto), y
su interacción cuando están
mezclados
Experimento de laboratorio dirigido
al diseño de una mezcla asfáltica por
medio del análisis de estabilidad,
fluencia, densidad y vacíos.
La metodología SUPERPAVE
ha demostrado tener
importantes avances en la
selección del ligante asfaltico; y
la compactibilidad de la mezcla
asfaltico.
1.7.Asfalto Modificado
Los materiales asfálticos modificados son el producto de la disolución o incorporación en
el asfalto de sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, mismas que
modifican las propiedades físicas y reológicas, y disminuyen la susceptibilidad a la
temperatura y a la humedad, así como a la oxidación. También aumentan la resistencia
de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo
tanto a la fatiga, y reducen el agrietamiento. Estos modificadores por lo general se aplican
directamente al material asfáltico. (Maxil & Salinas, 2006)
Ramírez (2018), indica que en términos generales que, este tipo de asfaltos son empleados
a nivel mundial debido a que disminuyen la susceptibilidad a las cargas por tránsito
vehicular, temperaturas extremas y oxidación.
20
1.7.1. Modificadores más Utilizados
Figura 8. Principales Modificadores utilizados en el Asfalto
1.7.2. Producción de Asfalto Modificado según el Instituto del Asfalto
Principales
modificadores
utilizados en el
asfalto
HULE
MOLIDO DE
NEUMATICOS
POLIMERO
TIPO III
POLIMERO
TIPO II
Mejora la flexibilidad y resistencia a
la tensión de la mezcla asfáltica.
Mejora el comportamiento del
asfalto a bajas temperaturas
Mejora la resistencia a las roderas de
la mezcla asfáltica y disminuye la
susceptibilidad a la temperatura
POLIMERO
TIPO I
Mejora el comportamiento de mezclas
asfálticas tanto a alta como a baja
temperatura
21
Petróleo Crudo(+ Transporte)
Pre-acondicionamiento/Desalador
Agua
Demusilficante Ti
Almacenamiento de Petróleo
Crudo
To
Co – productos Varios
Ti
ResiduoAtmosférico
To Desalfaltado
Residuo de Vacío
Almacenamiento de Asfalto
Asfalto
Co – productos Varios
Solvente
Terminal
Asfalto sin aditivo
Asfalto con PPA
Asfalto con SBS
Asfalto con caucho de llantas
SBS
Caucho de llanta
PPA
Transporte
Energía Comprada
DAO
Refinería – grandeTratamiento de
Aguas residuales
Agua
Tratamiento de agua residual
Municipal
Agua Tratada
Gas de refinería
Caldera CHPRefinería – grande
entradasElectricidad
Electricidad comprada
Combustible comprado
Energía térmica
Refinería
Destilación atmosférica
Destilación al vacío
Producto terminado
Co - Producto
Otros flujos de entrada de material
Electricidad
Energía térmica
Flujos de productos intermedios
Figura 9. Producción de Asfalto Modificado (The Asphalt Institute, 2019)
22
1.8.Alófano (Allophane)
Allbrook (1985), menciona que el alófano es un mineraloide amorfo compuesto de
silicato de aluminio sin estructura cristalina definida. Su fórmula idealizada es
Al2O3(SiO2)1.3-2(2,5-3).H2O y por lo tanto se lo caracteriza por su relación Si/Al. En el
caso ecuatoriano esta entre 1.45 y 1.85 (Citado en Jiménez E., 2019).
Besoain (1985), sustenta que, el alófano es el producto de la descomposición hidrolítica
de ciertos silicatos de aluminio, micas y cloritas particularmente de las que se presentan
en masas arriñonadas que por el carácter de sus combinaciones estructurales pueden estar
cerca de las montmorillonitas o de las halloysitas (Citado en Jiménez E., 2019).
A continuación, se presenta la información general del Alófano en Ecuador:
Tabla 4. Información general del Alófano ecuatoriano (Kaufhold, y otros, 2010)
Propiedad Valor
Formula Química Al2O3(SiO2)1,3-2(2,5-3) H2O
Peso Molecular 225,1 g/mol
Composición
Aluminio 23,97% Al2O3 45.29%
Silicio 16.22% SiO2 34.70%
Hidrogeno 2.24% H2O 20.01%
Oxigeno 57,57%
Total 100% Total Óxidos: 100%
Entorno En rocas de mármol y producto de intemperización de
cenizas volcánicas
Color Blanco, verde, azul, amarillo, café
Densidad Relativa 1,9
Dureza 3- calcita
1.8.1. Propiedades de Alófano
23
• Intercambio Catiónico
El Alófano tiene la capacidad de atraer cationes, debido a los sitios que poseen cargas
negativas, que a su vez se originan de las siguientes formas:
Por sustitución de cationes dentro de las hojas de los minerales, por enlaces en bordes
rotos de os cristales y por ionización de H+ a partir de materiales orgánicos (Thompson
& Frederick , 2009).
• Relación Si/Al
Kaufhold, y otros (2009), comunica que, para el alófano la capacidad de adsorción está
influenciada por la relación Si/Al debido a su composición química, puesto a que menor
número de átomos de aluminio existe menos cationes de intercambio, es así como el
contenido de silicio es de carácter inherentemente hidrofóbico generando una gran
afinidad con los hidrocarburos (Citado en Jiménez E., 2019).
La relación Si/Al de Alófano se encuentra dentro del rango 1.3 a 1.4. Dichos alófano se
denominan flujo de Alófano o Alófano de sílice y representan un intermediario entre los
alófanos de suelos ricos en Al (Al/Si=2 conocido como Alófano proto-imologita o alófano
de tipo imologita) y los alófanos ricos en Si (Al/Si=1 son los alófanos de piedra pómez o
Alófano de tipo halloysita).
• Humedad
El Alófano absorbe grandes cantidades de agua debido a su propiedad higroscópica,
puesto que su capacidad de absorción puede estar en un rango de 20 a 50 % en peso de
agua (Jiménez E., 2019).
• Área superficial BET
24
Es un método de medida de la capacidad de adsorción física (fisisorción) donde se
mantiene fija la molécula del gas en la molécula del sólido, asimismo controla la calidad
de los catalizadores (Jiménez E., 2019).
Kaufhold, y otros (2010), indican que, el Alófano que contiene 70-80 % en peso posee
una superficie especifica N2-BET de >300 m2/g (Citado en Jiménez E., 2019).
1.9.Compatibilidad Asfalto-Modificante
Cuando un asfalto es modificado, se debe tener en cuenta la morfología del modificante
y la solubilidad o adherencia de este con el asfalto.
En cuanto al Alófano, la cantidad de silicio presente en el mismo o a su vez la relación
Si/Al, ayuda a tener una afinidad considerable con hidrocarburos, por lo tanto, se espera
no observar situaciones desfavorables en la realización de los ensayos de caracterización
y posteriores evaluaciones.
25
2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
2.1. Esquema Metodológico
El asfalto adquirido para el presente trabajo fue de la refinería Esmeraldas, dentro de
especificación.
Para la modificación, previamente el Alófano debe encontrarse con bajo contenido de
humedad, para lo cual el modificante fue tratado en un horno por 8 horas a 100°C. Cabe
mencionar que el alófano empleado, fue previamente tratado y activado, por lo que solo
fue necesario el tratamiento en el horno
La adición de alófano considerando estudios de asfalto modificado previos, se tomó de 3,
4, 5 y 6% (m/m), puesto que si se supera el 10 % de modificante se puede observar
resultados desfavorables en el asfalto. La mezcla asfalto-alófano se realiza con agitación
constante durante 1 hora en caliente.
Para la caracterización de asfalto original y modificado, y para su caracterización por su
grado de desempeño (PG), se toma como guía la norma técnica ecuatoriana NTE-INEN
3030 y NTE-INEN 2515 relacionada a las especificaciones que debe cumplir un asfalto
para su comercialización y la tabla de la norma AASHTO M320, la cual permite conocer
las temperaturas máxima y mínima de desempeño de un material asfaltico.
Una vez realizada la caracterización de asfalto original y modificado, además de obtener
su PG para asfalto original y para los diferentes porcentajes de modificado, se realizará
una evaluación de mezclas asfálticas por metodología Marshall que contempla: Gravedad
Especifica, Estabilidad y Flujo.
26
A continuación, se presenta el esquema metodológico para el presente proyecto de investigación.
ASFALTO
ORIGINAL
ASFALTO
MODIFICADO
CARACTERIZACION
FISICOQUIMICA
3%
ALOFANO
4%
ALOFANO
5%
ALOFANO
6%
ALOFANO
TERMOGRAVIMETRIA
(TGA)
VISCOSIDAD
PUNTO DE
INFLAMACION
DUCTILIDAD
PENETRACION
PUNTO DE
ABLANDAMIENTO
ENVEJECIMIENTO
PRIMARIO
ENVEJECIMIENTO
SECUNDARIO
REOMETRO DE CORTE
DINAMICO (DSR)
GRADO DE DESEMPEÑO
(PG)
EVALUACION
MARSHALL
MEZCLA
ASFALTICA
GRAVEDAD
ESPECIFICA
ESTABILIDAD Y
FLUJO
Figura 10: Esquema metodológica para evaluación SUPERPAVE y Marshall de Asfalto Modificado con Alófano
27
2.2.Caracterización del Alófano
Para caracterizar el Alófano puro se realizó ensayos de secado y molienda, posteriormente
se realizaron ensayos de área superficial BET y ensayos de espectroscopia infrarroja con
transformada de Fourier.
La molienda en conjunto con un análisis de tamaño de partícula sirve para que la mezcla
con el asfalto se realice de manera homogénea, dichos ensayos se realizaron en un Molino
ultrafino Marca Retsch Technology y en un analizador de tamaño de partícula, marca
Retsch Technology, modelo Camsizer
Los rangos de porcentaje de retenido en el ensayo de tamaño de partícula fueron
establecidos por la Refinería Estatal de Esmeraldas para el caso de catalizador usado en
el proceso de craqueo catalítico fluidizado, sujetándose a los valores, >20%, 40%. 60%,
y >80%. (Jiménez E., 2019)
El secado se lo llevo a cabo en un horno durante 3 horas a 300 °C, lo cual reduce el
porcentaje de humedad para evitar la formación de espuma debido a la evaporación del
agua en el asfalto.
Mediante el análisis de área superficial BET se identificó que las muestras presentan un
área superficial mayor a 300 m2/g, por lo que se encuentran dentro de los rangos
establecidos de un catalizador FCC.
En lo que respecta al análisis de Espectroscopia Infrarroja con Transformada de Fourier
(FTIR), son necesarios para la determinación de la relación Al/Si. Las bandas típicas de
Alófano están determinadas por la vibración infrarroja principal de Alófano rico en
aluminio, la cual se encuentra entre 975 cm-1 (Al/Si=2) y 1020 cm-1 (Al/Si=1) (Kauthfold,
2009)
28
2.2.1. Proceso de Activación de Alófano
El proceso de activación se realizó por el método de fusión alcalina utilizando Hidróxido
de Sodio (NaOH) como agente de activación seguido de tratamiento hidrotérmico
mediante el siguiente procedimiento:
✓ Secar la muestra durante 24 horas a una temperatura de 60°C
✓ Moler la muestra
✓ Mezclar 120 gramos de NaOH comercial con 100g de Alófano seco conservando
una relación, activador alcalino/materia prima igual a 1,2
✓ Calcinar el producto resultante en la mufla a 600°C durante 1 hora
✓ Disolver el producto alcalino fusionado en agua destilada (relación agua/producto
alcalino fusionado = 5ml/g)
✓ Agitar el producto alcalino resultante a 800 rpm por 1 hora y 1100 rpm por 30 min
hasta conseguir un hidrogel homogéneo, este hidrogel se coloca en un reactor de
politetrafluoroetileno PTFE (teflón) de 1000 mL.
✓ Envejecimiento del hidrogel por 72 horas
✓ Someter al hidrogel homogéneo obtenido a 80°C por un tiempo de 18 horas para
el tratamiento hidrotérmico.
✓ Lavar y filtrar el material obtenido con agua destilada hasta obtener un pH neutro
con el fin de remover el exceso de hidróxido.
✓ Secar las muestras en la estufa durante 1 hora.
29
✓ El proceso de activación mediante fusión alcalina seguido de un tratamiento
hidrotérmico se presenta en el siguiente diagrama.
MATERIA PRIMA ALOFANOACTIVADOR NaOH
COMERCIAL
MEZCLA EN SECO
SECADO Y TRITURADO
FUSION ALCALINA
(T=600°C , t=1 h)
GEL DE REACCION
HOMOGENEO
(Envejecimiento=72 horas)
AGITACION MAGNETICA
(1100 RPM, t= 30 min)
(800 RPM, t=1h)
PRODUCTO ALCALINO
TRATAMIENTO
HIDROTERMICO
(T= 80°C, t=18h)
FILTRACION
(Recuperacion)
pH=7
ALÓFANO ACTIVADOSECADO
(T=60°C, t=1h)
SOLVENTE AGUA DESTILADA
Figura 11. Diagrama de flujo para el proceso de activación de alófano. (Jiménez E., 2019)
30
2.3.Modificación de asfalto original
Para la modificación de asfalto se realizó la mezcla de asfalto y Alófano en porcentajes
3, 4, 5 y 6 % en peso, con el fin de no saturar al asfalto en contenido de modificante, como
se explicó en el apartado 2.1.
El procedimiento de modificación, los materiales, equipos y reactivos se detallan
continuación:
2.3.1. Sustancias
• Asfalto AC-20 receptado de Refinería Estatal de Esmeraldas
• Alófano Activado A-103
2.3.2. Materiales y Equipos
• Balanza Analítica Rango: (0-1000.00) g A: ±0.01 g
• Planchas de calentamiento
• Agitadores magnéticos
• Envase metálicos Capacidad: 250 mL
2.3.3. Procedimiento
• Iniciar el calentamiento de asfalto en la plancha de calentamiento a una
temperatura de 100 °C o hasta identificar fluidez. No superar los 150°C.
• En la balanza analítica, pesar la cantidad de modificante necesario para la mezcla
a realizar (3, 4, 5, y 6% en peso)
• Agregar el Alófano pesado para cada mezcla y agitar durante 1 hora a una
temperatura inferior de 150°C.
2.4.Termogravimetría
31
La termogravimetría es una técnica basada en la medición de la variación de masa de una
muestra cuando dicha muestra se somete a un proceso de calentamiento en una atmósfera
controlada. La finalidad de dicho ensayo es observar la variación del porcentaje en masa
de una muestra conforme aumenta la temperatura. Este ensayo permite conocer el craqueo
de la muestra y el desgaste que sufre durante su ciclo de vida.
El análisis se lo realizo para asfalto convencional y modificado, se empleó el equipo TGA
1 STAR Systems de marca METTLER TOLEDO en el laboratorio de Catálisis de la
Facultad de Ingeniería Química. El método tomado de guía fue el que se encuentra
detallado en el proyecto de titulación de la Ing. Andrea Ramírez, el cual se muestra a
continuación.
a) Abrir el suministro de gas Nitrógeno (N2) y asegurarse de que la presión de salida
no supere los 50 psi para evitar cualquier daño del equipo.
b) Encender el Minichiller y verificar que la temperatura se encuentre a 21.3 °C
c) Seguidamente encender el ordenador e iniciar el programa STAR Software
d) Una vez encendido el equipo TGA seleccionar el método y agregar el nombre del
experimento que se llevar a cabo.
e) Tarar el equipo y esperar que la balanza se estabilice en un rango de (-0.008 y
0.008) mg, el panel debe indicar la temperatura correspondiente a 25 °C
f) Tener en cuenta que el equipo no se puede abrir a una temperatura mayor a 30 °C
debido a que el choque térmico puede romper los anillos reflectores.
g) Presione la tecla Furnace para abrir o cerrar la puerta del equipo y por medio de
una pinza poner el mini crisol en la balanza.
h) Tarar la balanza y esperar a su estabilización.
i) Una vez estabilizado, retirar el crisol y proceder a cargar la muestra. Verificar que
no se encuentre restos de muestra por fuera para evitar problemas en la medición.
Cuando la muestra ya se haya estabilizado comenzar el experimento.
32
j) El software mostrará una barra verde en la parte inferior de la pantalla, indicativo
de que la prueba está en marcha, una vez finalizado el análisis la barra cambiará
de color a roja.
k) El rango de temperaturas aplicado fue de 25 hasta 395 ℃ con una velocidad de
calentamiento de 10 °C/min.
2.5. Envejecimiento en Horno Rotacional de Película Delgada (RTFO)
El envejecimiento en el RTFO permite simular el envejecimiento a corto plazo por
volatilización. La muestra de asfalto se encuentra expuesta al aire y calor, lo cual se
asemeja a lo que ocurre durante el mezclado en caliente, transporte y colocación en la
carpeta asfáltica. (ver ANEXO A)
El método especificado en las normas AASHTO T240 y ASTM D-2872, se resume a
continuación,
2.5.1. Sustancias
• Asfalto AC-20
• Asfalto Modificado al 3, 4, 5 y 6% p/p
2.5.2. Materiales y Equipos
• Estufa
• Balanza Analítica
• Agitadores
33
• Envases metálicos
• Horno RTFO
2.5.3. Procedimiento
• Realizar un precalentamiento del RTFO durante 4 horas
• Calentar la muestra a una temperatura inferior a 150°C durante un tiempo que
asegure fluidez.
• Verter 35.0 ± 0.5 g de muestra en los recipientes de vidrio para RTFO y girarlos
de forma horizontal y rotarlos sobre su eje para que cubra la superficie interna del
frasco.
• Dejar los frascos en reposo por un periodo de 180 minutos
• Colocar los recipientes en la plataforma del horno a una temperatura de 163.0 ±
0.5°C.
• Mantener las muestras en el horno con flujo de aire constante durante un tiempo
de 90 minutos.
• Verter el residuo del horno en recipientes adecuados para su posterior análisis en
el reómetro de corte dinámico.
34
2.6.Envejecimiento en la Vasija a Presión (PAV)
En primer término, el ligante asfáltico a ensayar se envejece en un horno de película
delgada rotatorio, de acuerdo con la norma AASHTO T240. Posteriormente se realiza la
prueba de envejecimiento acelerado, se coloca el residuo, proveniente del ensayo anterior,
con el espesor especificado en bandejas de acero inoxidable, las cuales deben contener
50.0 ± 0.5 g y se envejece a la temperatura de envejecimiento especificada durante 20 h
en una cámara presurizada con aire a 2.10 MPa. La temperatura de envejecimiento se
selecciona según el grado del ligante asfáltico. Una vez terminado el proceso en la cámara
PAV, el residuo de ligante asfáltico es desgasificado por medio de vacío.
Este método está diseñado para simular el envejecimiento por oxidación que ocurre en
ligantes asfálticos durante la vida de servicio del pavimento. El residuo proveniente de
este ensayo puede ser usado para estimar las propiedades físicas o químicas de ligantes
asfálticos después de cinco a diez años de envejecimiento en el campo.
2.6.1. Sustancias
• Residuo del horno rotatorio de película delgada (RTFO)
2.6.2. Materiales y Equipos
• Estufa
• Balanza Analítica
• Cámara de envejecimiento a Presión (PAV)
2.6.3. Procedimiento
35
• Realizar un precalentamiento de la PAV durante 4 h a una temperatura de 100°C.
• Calentar la muestra a una temperatura inferior a 150 °C, donde se puede observar
fluidez.
• Verter 50.0 ± 0.5 g de muestra envejecida previamente en el RTFO en los
recipientes para PAV
• Colocar las bandejas de acero inoxidable con el ligante asfaltico en la repisa del
equipo.
• Presionar envejecer en el menú táctil y abrir la válvula de la línea de aire hasta
llegar al equilibrio térmico
• Cerrar la válvula de aire cuando la presión de la cámara alcance 2.1 ± 0.1 MPa.
• Verter el residuo en envases adecuados para su posterior análisis en el reómetro
DSR
2.7.Caracterización de Asfalto
La caracterización de asfalto se la realizo mediante los requerimientos planteados en la
norma NTE.INEN 2515 y los procedimientos descritos en las normas ASTM resumidos
a continuación:
36
Tabla 5. Ensayos ASTM para Caracterización de Asfalto según ASTM
Ensayo Norma de Procedimiento
Punto de Inflamación en
copa abierta Cleveland
ASTM D 92, 2018
Penetración a 25°C ASTM D 5, 2013
Ductilidad a 25°C ASTM D 113,2017
Punto de Ablandamiento ASTM D 36, 2014
Los ensayos mencionados en la tabla anterior se efectuaron para Asfalto AC-20 original
y para sus respectivas modificaciones con alófano (3, 4,5 y 6%p/p)
2.8.Estudios en el Reómetro de Corte Dinámico DSR
2.8.1. Viscosidad Absoluta
Uno de los requerimientos de asfalto para su clasificación según su grado de desempeño
es la viscosidad absoluta medida a 60 °C, el procedimiento las sustancias y equipos se
detalla a continuación:
2.8.2. Sustancias
• Asfalto AC-20 original
• Asfalto Modificado al 3, 4, 5 y 6% p/p
2.8.3. Materiales y Equipos
37
• Plancha de Calentamiento
• Termómetro
• Reómetro de Corte Dinámico Physica MCR 301 Marca Anton Para
• Plato de 25 mm
• Usillo cilíndrico de 25 mm
• Paños limpios y secos
• Molde de silicona para plato de 25 mm
• Espátula metálica
2.8.4. Procedimiento
• Calentar la muestra de asfalto original y envejecido hasta alcanzar fluidez, una
vez alcanzada dicha fluidez reservar la cantidad de muestra en el molde de silicona
que viene con el equipo para el plato de 25 mm y esperar a su solidificación.
• Purgar el filtro de carbón activado, verificando que no existe algún remanente de
agua condensada.
• Encender el compresor hasta que alcance una presión de 5 bar, verificar que este
seteado para esa presión.
• Encender el baño térmico y verificar que el aceite térmico se encuentre rodeando
la resistencia interna,
• Encender el reómetro y retirar la protección del detector de usillos.
• Encender el ordenador y arrancar el software START Rheoplus V3.4.
• Inicializar el reómetro desde la interfaz del software, una vez se encuentre en línea
el ordenador y el equipo, insertar el usillo PP25/PE-SN22059 y el plato de 25 mm
y realizar su detección desde el ordenador.
• Conectar la chaqueta de termo estabilización H-PTD-120 y realizar su detección
desde el ordenador
• En el software acceder a una nueva plantilla y escoger el set de trabajo en la
pestaña Asphalt llamado: Visco-elastic Fluid: Logarithmic ramp stepwise.
38
• Configurar las variables del reómetro como temperatura (T=60°C, distancia entre
los platos (gap measurement = 1 mm), velocidad de corte (shear rate [0.01-100]
1/s)
• Realizar el encerado del usillo y la fuerza normal, esto ayudara a una mejor
medición al momento del ensayo.
• Luego del encerado, levantar el usillo limpiar el plato y colocar la muestra
previamente reservada en el molde de silicona.
• Bajar el usillo móvil hasta una posición superior al gap measurement indicado (1
mm), el software lo detectará como trim position, donde será necesario utilizar
una espátula caliente para retirar el exceso de muestra.
• Finalmente continuar hasta la posición de medida del usillo y empezar las
mediciones de viscosidad, para cada muestra de asfalto (original y modificado).
2.8.5. Grado de Desempeño
Tomando como guía la norma INEN 2020 y los requerimientos de la tabla que se
encuentra en la norma AASHTO M320, donde están las temperaturas de ensayo
correspondientes a la temperatura máxima y mínima de diseño; además de los valores de
aceptación para modulo complejo y ángulo de fase. Los rangos de temperatura para
muestras de asfalto sin envejecer y envejecidas en RTFO va desde 46 hasta 82 °C con un
aumento de 6°C. Lo correspondiente a muestras envejecidas en PAV, el rango de
temperatura va desde 34 a 16°C a intervalos de 3°C. Por último, en ambas normas se
especifica el tamaño de los platos y el usillo, para muestras sin envejecer y envejecidas
en RTFO se utiliza el plato y usillo de 25 mm y para muestras envejecidas en PAV se
utiliza el plato y usillo de 8 mm, las sustancias, materiales, equipos y procedimientos se
detallan a continuación.
2.8.6. Sustancias
• Asfalto AC-20 y modificado
39
• Asfalto envejecido en RTFO
• Asfalto envejecido en PAV
2.8.7. Procedimiento
• Repetir los pasos descritos en el apartado de viscosidad hasta el octavo paso, al
abrir un nuevo método de ensayo seleccionar la pestaña Asphalt y el método:
SMART Application: Original Brinder, para asfaltos sin envejecer, SMART
Application: RTFO Grading, para asfaltos envejecidos en RTFO y SMART
Application: PAV Grading pata asfaltos envejecidos en PAV.
• Configurar el reómetro según lo descrito en Nota 1 y Nota 2 y 3 seguir el
procedimiento que explica el mismo software al ejecutar cualquiera de los
anteriores métodos.
• Nota 1: Para asfaltos sin envejecer y envejecidos utilizar el usillo y plato de 25
mm y para asfaltos envejecidos en PAV utilizar el usillo y plato de 8mm.
• Nota 2: La distancia entre el usillo y el plato para asfaltos sin envejecer,
envejecidos en RTFO es de 1 mm, y para asfaltos envejecidos en PAV es de 2
mm (AASHTO M320).
40
3. DATOS EXPERIMENTALES
3.1.Termogravimetría
Debido a la exactitud presente en el equipo de TGA, los ensayos para asfalto original y
modificado con Alófano al 3, 4, 5 y 6% se lo efectuó una sola vez, dichos resultados se
presentan a continuación, solo para asfalto original.
Tabla 6. Datos Experimentales de Termogravimetría para Asfalto AC-20
Tabla 6 (Continuación). Datos Experimentales de Termogravimetría para
Asfalto AC-20
t Ts Mass t Ts Mass
[min] [°C] [mg] [min] [°C] [mg]
0.000 25.000 30.637 13.333 158.333 30.710
0.533 30.333 30.655 13.867 163.667 30.701
1.067 35.667 30.650 14.400 169.000 30.698
1.600 41.000 30.662 14.933 174.333 30.704
2.133 46.333 30.659 15.467 179.667 30.692
2.667 51.667 30.659 16.000 185.000 30.706
3.200 57.000 30.671 16.533 190.333 30.696
3.733 62.333 30.665 17.067 195.667 30.686
4.267 67.667 30.671 17.600 201.000 30.694
4.800 73.000 30.685 18.133 206.333 30.680
5.333 78.333 30.677 18.667 211.667 30.683
5.867 83.667 30.692 19.200 217.000 30.678
6.400 89.000 30.691 19.733 222.333 30.659
6.933 94.333 30.685 20.267 227.667 30.667
7.467 99.667 30.701 20.800 233.000 30.647
8.000 105.000 30.695 21.333 238.333 30.635
8.533 110.333 30.695 21.867 243.667 30.628
41
3.2.Caracterización de Asfalto
3.2.1. Viscosidad Absoluta a 60°C
t Ts Mass t Ts Mass
[min] [°C] [mg] [min] [°C] [mg]
9.067 115.667 30.706 22.400 249.000 30.601
9.600 121.000 30.697 22.933 254.333 30.598
10.133 126.333 30.702 23.467 259.667 30.567
10.667 131.667 30.707 24.000 265.000 30.548
11.200 137.000 30.697 24.533 270.333 30.523
11.733 142.333 30.710 25.067 275.667 30.490
12.267 147.667 30.706 25.600 281.000 30.471
12.800 153.000 30.697 26.133 286.333 30.427
26.667 291.667 30.404 40.000 425.000 22.714
27.200 297.000 30.361 40.533 430.333 19.514
27.733 302.333 30.313 41.067 435.667 17.579
28.267 307.667 30.272 41.600 441.000 14.210
28.800 313.000 30.209 42.133 446.333 12.656
29.333 318.333 30.159 42.667 450.000 11.478
29.867 323.667 30.081 43.200 450.000 10.512
30.400 329.000 30.017 43.733 450.000 9.769
30.933 334.333 29.922 44.267 450.000 9.191
31.467 339.667 29.835 44.800 450.000 8.708
32.000 345.000 29.734 45.333 450.000 8.283
32.533 350.333 29.624 45.867 450.000 7.895
33.067 355.667 29.531 46.400 450.000 7.620
33.600 361.000 29.408 46.933 450.000 7.414
34.133 366.333 29.294 47.467 450.000 7.259
34.667 371.667 29.150 48.000 450.000 7.100
35.200 377.000 28.988 48.533 450.000 6.966
35.733 382.333 28.823 49.067 450.000 6.850
36.267 387.667 28.609 49.600 450.000 6.751
36.800 393.000 28.386 50.133 450.000 6.675
37.333 398.333 28.107 50.667 450.000 6.585
37.867 403.667 27.781 51.200 450.000 6.531
38.400 409.000 27.381 51.733 450.000 6.459
38.933 414.333 26.574 52.267 450.000 6.415
39.467 419.667 25.595
42
La viscosidad absoluta de asfalto original y envejecido se realizó en el reómetro mediante
una curva tensión de corte y velocidad de deformación a temperatura constante (60°C).
A continuación, se observa dichos datos para las curvas de asfalto AC-20 original y
modificado al 3%.
Tabla 7.Datos para Asfalto AC-20 Original
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress
[1/s] [Pa]
1 0.01 2.95
2 0.0147 4.27
3 0.0215 6.18
4 0.0316 8.97
5 0.0464 13
6 0.0681 18.9
7 0.1 27.5
8 0.147 39.9
9 0.215 57.8
10 0.316 83.6
11 0.464 120
12 0.681 173
13 1 250
14 1.47 358
15 2.15 511
16 3.16 725
17 4.64 1,020
18 6.81 1,430
19 10 1,920
20 14.7 2,300
21 21.5 2,690
22 31.6 3,070
23 46.4 3,650
24 68.2 4,270
25 100 3,260
Tabla 8.Datos para Asfalto AC-20 modificado al 3%
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress
43
[1/s] [Pa]
1 0.01 3.68
2 0.0147 5.36
3 0.0215 7.76
4 0.0316 11.2
5 0.0464 16.3
6 0.0681 23.7
7 0.1 35.1
8 0.147 50.9
9 0.215 73.5
10 0.316 106
11 0.464 151
12 0.681 216
13 1 308
14 1.47 440
15 2.15 625
16 3.16 882
17 4.64 1,230
18 6.81 1,710
19 10 2,280
20 14.7 2,780
21 21.5 3,320
22 31.6 3,670
23 46.4 3,310
24 68.2 2,960
25 100 2,460
44
3.2.2. Punto de inflamación
A continuación, se reporta el Punto de Inflamación Observado para asfalto original y
modificado con alófano. Según la Norma NTE-INEN 3030 para asfalto AC-20 el valor
mínimo es 230°C.
Tabla 9. Punto de inflamación Observado para asfalto AC-20 original y
modificado con alófano
Muestra Punto de Inflamación Observado, °C
Asfalto AC-20 original 272
Asfalto modificado al 3% 282
Asfalto modificado al 4% 279
Asfalto modificado al 5% 285
Asfalto modificado al 6% 288
3.2.3. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg
Para asfalto original el valor mínimo de referencia según NTE INEN 2515 corresponde a
40 dmm, a continuación, se presenta los valores obtenidos para las muestras ensayadas.
Tabla 10. Datos de Penetración a 25°C, 1006 ,5 seg, para asfalto original y
modificado
Muestra Penetración a 25°C, 100g, 5 seg,
dmm (0.1 mm)
Asfalto AC-20 original 70
Asfalto modificado al 3% 62
Asfalto modificado al 4% 62
Asfalto modificado al 5% 60
Asfalto modificado al 6% 56
3.2.4. Punto de ablandamiento
45
A continuación, se reportan los datos del punto de ablandamiento para los diferentes
asfaltos ensayados.
Tabla 11. Datos de Punto de Ablandamiento para asfalto original y modificado
Sustancia Punto de Ablandamiento, °C
Asfalto AC-20 original 49
Asfalto modificado al 3% 49
Asfalto modificado al 4% 51
Asfalto modificado al 5% 50
Asfalto modificado al 6% 50
3.2.5. Ductilidad a 25°C (5cm/min)
Según la norma NTE-INEN 0916 el valor de referencia correspondiente a asfalto AC-20
es mínimo de 20 cm. A continuación, se reportan los datos experimentales para asfalto
original y modificado.
Tabla 12. Datos de Ductilidad a 25°C, para asfalto original y modificado
Sustancia Ductilidad a 25°C, 5cm/min
cm
Asfalto AC-20 original 115.6
Asfalto modificado al 3% 77.1
Asfalto modificado al 4% 75.1
Asfalto modificado al 5% 70.3
Asfalto modificado al 6% 77.1
3.3.Ensayos en Asfalto envejecido en RTFO
46
3.3.1. Viscosidad Absoluta
A continuación se muestra datos obtenidos para muestras de asfalto AC-20 envejecidas
en RTFO.
Tabla 13.Datos para Asfalto AC-20
envejecido en RTFO
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress
[1/s] [Pa]
1 0.01 11.2
2 0.0147 16.7
3 0.0215 24.5
4 0.0316 35.9
5 0.0464 52.6
6 0.0681 76.9
7 0.1 112
8 0.147 162
9 0.215 234
10 0.316 336
11 0.464 479
12 0.681 681
13 1 960
14 1.47 1,340
15 2.15 1,840
16 3.16 2,420
17 4.64 2,980
18 6.81 3,690
19 10 4,270
20 14.7 4,640
21 21.5 4,820
22 31.6 4,880
23 46.4 4,690
24 68.2 4,790
25 100 3,030
3.3.2. Penetración a 25°C, 100g, 5 seg
Tabla 14. Datos de Penetración para muestras de asfalto envejecido en RTFO
47
Sustancia Penetración a 25°C, 100g, 5 seg
dmm
Asfalto AC-20 original 42
Asfalto modificado al 3% 41
Asfalto modificado al 4% 41
Asfalto modificado al 5% 40
Asfalto modificado al 6% 40
3.3.3. Punto de Ablandamiento
Tabla 15. Datos de Punto de Ablandamiento para muestras de asfalto envejecido
en RTFO
Sustancia Punto de Ablandamiento, °C
Asfalto AC-20 original 58
Asfalto modificado al 3% 58
Asfalto modificado al 4% 58
Asfalto modificado al 5% 59
Asfalto modificado al 6% 59
48
3.3.4. Ductilidad
Tabla 16. Datos de Punto de Ductilidad para muestras de asfalto envejecido en
RTFO
Sustancia Punto de Ablandamiento, °C
Asfalto AC-20 original 58
Asfalto modificado al 3% 58
Asfalto modificado al 4% 58
Asfalto modificado al 5% 59
Asfalto modificado al 6% 59
3.4.Determinación del Grado de Desempeño (PG)
Para determinar el grado de desempeño en asfalto original sin envejecer es necesario
realizar un gradeo desde 46°C, con incrementos de 6°C, hasta la presencia de falla del
experimento; para asfaltos envejecidos en RTFO y PAV, el software RHEOPLUS indica
recomendaciones de los ensayos previos sin envejecer.
3.4.1. Ensayos en Asfalto Original y Modificado
Tabla 17. Datos Asfalto original sin envejecer
ASFALTO ORIGINAL SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
70.5 13.3 14.1
52 73.9 6.01 6.25
58 77.4 2.75 2.81
64 80.4 1.3 1.31
70 82.8 0.643 0.648
Tabla 18. Datos Asfalto modificado al 3% sin envejecer
49
ASFALTO MODIFICADO AL 3% SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
71.5 16.1 17
52 74.7 7.49 7.76
58 77.9 3.44 3.52
64 80.7 1.62 1.64
70 82.9 0.792 0.798
Tabla 19. Datos Asfalto modificado al 4% sin envejecer
ASFALTO MODIFICADO AL 4% SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
70.4 15.8 16.8
52 73.5 7.56 7.88
58 76.8 3.56 3.66
64 79.8 1.68 1.71
70 82.3 0.82 0.83
Tabla 20. Datos Asfalto modificado al 5% sin envejecer
50
ASFALTO MODIFICADO AL 5% SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
71.5 15.1 15.9
52 74.6 7.09 7.36
58 77.9 3.29 3.37
64 80.7 1.55 1.57
70 83.1 0.749 0.755
Tabla 21. Datos Asfalto modificado al 6% sin envejecer
ASFALTO MODIFICADO AL 6% SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
70.9 15 15.9
52 74 7.08 7.37
58 77.1 3.31 3.39
64 80 1.56 1.58
70 82.5 0.758 0.765
3.4.2. Envejecimiento en Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO)
51
Tabla 22. Datos Asfalto original y modificado en RTFO
ASFALTO ENVEJECIDO EN RTFO
Temperatura
de ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo
de fase δ,
°
Modulo
Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa Muestra
64 10
73.1 4.10 4.28 Asfalto Original
71.4 4.88 5.15 Asfalto Mod-3%
72.7 4.24 4.44 Asfalto Mod 4%
72.7 4.48 4.69 Asfalto Mod 5%
72.4 4.51 4.73 Asfalto Mod 6%
Tabla 23. Datos Asfalto original y modificado en RTFO
ASFALTO ENVEJECIDO EN RTFO
Temperatura
de ensayo,
°C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo
de fase δ,
°
Modulo
Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa Muestra
70 10
76.5 2.05 2.11 Asfalto Original
74.9 2.44 2.53 Asfalto Mod-3%
76.1 2.11 2.17 Asfalto Mod 4%
76.1 2.25 2.31 Asfalto Mod 5%
75.7 2.28 2.35 Asfalto Mod 6%
3.4.3. Envejecimiento en la Vasija a Presión
Tabla 24. Datos Asfalto original y modificado en PAV
52
ASFALTO ENVEJECIDO EN PAV
Temperatura
de ensayo,
°C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo
de fase
δ, °
Modulo
Complejo
G*, kPa
|G*|*sen δ,
kPa Muestra
22 10
39.7 2460 1570 Asfalto Original
40.3 3790 2450 Asfalto Mod-3%
41.1 3570 2350 Asfalto Mod 4%
39.1 4240 2670 Asfalto Mod 5%
41.7 3150 2100 Asfalto Mod 6%
53
4. CÁLCULOS
4.1.Cálculo del Punto de Inflamación Corregido
𝑃𝐼𝑐 = 𝑃𝐼𝑜𝑏𝑠 − 0.03 ∗ (760 − 𝑃) (1)
Donde
PIc = Punto de inflamación corregido, °C
PIobs = Punto de inflamación observado, °C
P = Presión del lugar de prueba (Quito), mmHg
• Cálculo Modelo para asfalto original AC-20
𝑃𝐼𝑐 = 272 − 0.03 ∗ (760 − 540)
𝑃𝐼𝑐 = 265°𝐶
4.2.Cálculo del Índice de Penetración
𝐼𝑃 =1952−500∗𝑙𝑜𝑔𝑃−20∗𝑃𝐴
50∗𝑙𝑜𝑔𝑃−𝑃𝐴−120 (2)
Donde
IP = Índice de Penetración
P = Penetración a 25 °C, dmm
PA = Punto de Ablandamiento, °C
• Calculo modelo para asfalto modificado al 3%
𝐼𝑃 =1952 − 500 ∗ 𝑙𝑜𝑔62 − 20 ∗ 49
50 ∗ 𝑙𝑜𝑔62 − 49 − 120
𝐼𝑃 = −0.95
4.3.Viscosidad Absoluta a 60°C
54
Para encontrar la viscosidad a partir de los datos obtenidos en el reómetro de corte
dinámico DSR, es necesario realizar una regresión de dichos datos, para lo cual el modelo
de ajuste para la regresión que mejor describe su comportamiento es el modelo de Ellis.
• Calculo Modelo para asfalto modificado al 5% con alófano
𝑦 = 𝑎 ∗ 𝑥 + 𝑏 ∗ 𝑥𝑝; 𝑝 > 1 (3)
Mediante la regresión y con ayuda del software START RHEOPLUS del reómetro se
obtienen los siguientes resultados:
Tabla 25.Datos de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%
Tabla 37 (Continuación). Datos de regresión de Ellis para asfalto
modificado al 5%
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0105 3.19 304
2 0.0154 4.68 304
3 0.0227 6.88 304
4 0.0332 10.1 304
5 0.0486 14.8 304
6 0.0712 21.6 304
7 0.104 31.7 304
8 0.153 46.4 304
9 0.222 67.5 304
10 0.323 98.2 304
11 0.469 142 304
12 0.675 205 304
13 0.97 294 304
14 1.39 422 304
55
Figura 12. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6%
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
03-A5%-RR-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
03-A5%-RR-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 303.66 Pa·s; c = 1.0412E+14; p = 4.2927
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
15 1.99 601 304
16 2.84 850 304
17 4.1 1,200 304
18 6.13 1,660 304
19 9.09 2,160 304
20 13.3 2,630 304
21 24 3,350 304
22 37.2 3,880 304
23 44.2 4,090 304
24 66.5 4,610 304
25 86.9 4,970 304
56
De esta forma los valores estimados de los parámetros del modelo de Ellis son los
siguientes:
Tabla 26. Parámetros estimados del modelo de Ellis
PARAMETRO VALOR
a 0.0032932
b 0
P 4.2927
Correlación (R^2) 0.98512
Desviación estándar S(n-1) 3.0217
4.4.Determinación del Grado de Desempeño
Según los requisitos de la norma AASHTO M320 el valor aceptado del factor G*/sen(δ)
para asfalto original debe ser mínimo 1 kPa, para asfaltos envejecidos en RTFO el valor
debe ser mínimo de 2.2 kPa. Para asfaltos envejecidos en PAV el factor a considerar es
G*(sen(δ)) y debe ser máximo de 5000 kPa.
57
• Determinación del PG para asfalto modificado al 6%
Tabla 27. Datos Asfalto modificado al 6% sin envejecer
ASFALTO MODIFICADO AL 6% SIN ENVEJECER
Temperatura de
ensayo, °C
Frecuencia,
Rad/s
Ángulo de fase
δ, °
Modulo Complejo
G*, kPa
G*/sen δ,
kPa
46
10
70.9 15 15.9
52 74 7.08 7.37
58 77.1 3.31 3.39
64 80 1.56 1.58
70 82.5 0.758 0.765
Como se observa en la tabla 34 el factor G*/sen δ que cumple con el requisito corresponde
a una temperatura de 64°C, por lo tanto, se tiene que el Grado de desempeño del asfalto
modificado al 6% es de 64°C.
58
5. RESULTADOS
5.1. Resultados de Caracterización de Asfaltos
5.1.1. Punto de Inflamación Corregido
Tabla 28. Resultados de Punto de Inflamación Corregido
Muestra Punto de Inflamación Corregido, °C
Asfalto AC-20 original 265
Asfalto modificado al 3% 275
Asfalto modificado al 4% 272
Asfalto modificado al 5% 278
Asfalto modificado al 6% 281
5.1.2. Índice de Penetración
Tabla 29. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto sin
envejecer
Muestra Índice de Penetración
Asfalto AC-20 original -0.64
Asfalto modificado al 3% -0.95
Asfalto modificado al 4% -0.45
Asfalto modificado al 5% -0.79
Asfalto modificado al 6% -0.96
Tabla 30. Resultados de Índice de Penetración para muestras de asfalto
envejecidas en RTFO
59
Muestra Índice de Penetración
Asfalto AC-20 original 0.19
Asfalto modificado al 3% 0.15
Asfalto modificado al 4% 0.14
Asfalto modificado al 5% 0.29
Asfalto modificado al 6% 0.3
5.1.3. Viscosidad Absoluta a 60°C
Tabla 31. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto sin envejecer
Muestra Viscosidad Absoluta a 60°C, Pa*s
Asfalto AC-20 original 270
Asfalto modificado al 3% 341
Asfalto modificado al 4% 306
Asfalto modificado al 5% 304
Asfalto modificado al 6% 388
Figura 13. Viscosidad absoluta a 60°C en función del porcentaje de alófano para
muestras sin envejecer
Tabla 32. Viscosidad Absoluta a 60°C de muestras de asfalto
envejecidas en RTFO
240
260
280
300
320
340
360
380
400
0 1 2 3 4 5 6
Vis
cosi
dad
, Pa*
s
Porcentaje de alofano, %
Viscosidad Absoluta a 60°C para muestras de asfalto sin envejecer
60
Muestra Viscosidad Absoluta a 60°C, Pa*s
Asfalto AC-20 original 1060
Asfalto modificado al 3% 1430
Asfalto modificado al 4% 1170
Asfalto modificado al 5% 1360
Asfalto modificado al 6% 1350
Figura 14. Viscosidad absoluta a 60°C en función del porcentaje de alófano para
muestras envejecidas en RTFO
5.2.Determinación del grado de desempeño
5.2.1. Muestras Originales y envejecidas en RTFO
Tabla 33. Módulo de corte dinámica para muestras sin envejecer
1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
0 1 2 3 4 5 6
Vis
cosd
iad
, Pa*
s
Porcentaje de alófano, %
Viscosidad Absoluta a 60°C para muestras envejecidas en RTFO
61
Muestra G*/sen δ,
kPa
Temperatura de
falla, °C PG
Asfalto AC-20 original 1.41 66.3 64
Asfalto modificado al 3% 1.64 68.1 64
Asfalto modificado al 4% 1.71 68.5 64
Asfalto modificado al 5% 1.57 67.7 64
Asfalto modificado al 6% 1.58 67.8 64
Figura 15. Módulo de corte dinámico en función de la Temperatura
Tabla 34. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en RTFO
Muestra G*/sen δ,
kPa
Temperatura de
falla, °C PG
0123456789
101112131415161718
46 52 58 64 70
G*
/SIN
(Δ),
KP
A
TEMPERATURA, °C
Grado de Desempeño
Mezcla Asfalto-ALofano
Asfalto puro
Mezcla 3%
Mezcla 5%
Mezcla 6%
Mezcla 4%
62
Asfalto AC-20 original 4.26 69.6 64
Asfalto modificado al 3% 5.15 71.2 64
Asfalto modificado al 4% 4.44 69.9 64
Asfalto modificado al 5% 4.69 70.4 64
Asfalto modificado al 6% 4.73 70.6 64
Tabla 35. Módulo de corte dinámica para muestras envejecidas en PAV
Muestra
G*(sen δ),
kPa
Temperatura de
falla, °C PG
Asfalto AC-20 original 2300 22 64
Asfalto modificado al 3% 2450 22 64
Asfalto modificado al 4% 2490 22 64
Asfalto modificado al 5% 2670 22 64
Asfalto modificado al 6% 2100 22 64
5.3.Evaluación Marshall
5.3.1. Gravedad Especifica BULK y Densidad de Mezclas Bituminosas Compactadas
no Absorbentes
Tabla 36. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con muestra de asfalto AC-20
63
Briqueta N° 01 02 03 04 Muestra
Masa con aire (A), g 1078.21 1092.43 1048.78 1318.10
Asfalto
AC-20
Masa en agua (C), g 611.04 620.40 592.94 638.95
Masa saturada con
superficie seca en aire (B),
g
1080.31 1093.34 1051.21 1118.92
Gravedad Especifica Bulk a
25 °C 2.298 2.310 2.289 2.330
Densidad a 25 °C. kg/m3 2291 2303 2282 2323
Porcentaje de agua
absorbida por volumen, % 0.45 0.19 0.53 0.17
Tabla 37. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 4%
Briqueta N° 41 42 43 44 Muestra
Masa con aire (A), g 1109.58 1094.57 1116.08 1113.37
Asfalto
Modificado
al 4%
Masa en agua (C), g 631.72 622.24 636.89 635.47
Masa saturada con
superficie seca en aire (B),
g
1114.55 1097.08 1117.63 1116.66
Gravedad Especifica Bulk
a 25 °C 2.298 2.305 2.322 2.314
Densidad a 25 °C. kg/m3 2291 2298 2315 2307
Porcentaje de agua
absorbida por volumen, % 1.03 0.53 0.32 0.68
Tabla 38. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 5%
Briqueta N° 51 52 53 54 Muestra
Masa con aire (A), g 1051.40 1123.70 1081.88 1002.23 Asfalto
Modificado
al 5% Masa en agua (C), g 594.07 638.99 611.08 569.75
64
Masa saturada con
superficie seca en aire (B),
g
1056.57 1128.55 1085.52 1004.60
Gravedad Especifica Bulk
a 25 °C 2.273 2.295 2.280 2.305
Densidad a 25 °C. kg/m3 2266 2288 2273 2298
Porcentaje de agua
absorbida por volumen, % 1.12 0.99 0.77 0.55
Tabla 39. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 6%
Briqueta N° 61 62 63 64 Muestra
Masa con aire (A), g 1116.57 1059.94 1068.37 1089.19
Asfalto
Modificado
al 6%
Masa en agua (C), g 630.91 602.36 605.39 620.44
Masa saturada con
superficie seca en aire (B),
g
1123.60 1061.87 1070.22 1090.23
Gravedad Especifica Bulk
a 25 °C 2.266 2.307 2.298 2.318
Densidad a 25 °C. kg/m3 2259 2300 2292 2312
Porcentaje de agua
absorbida por volumen, % 1.43 0.42 0.40 0.22
5.3.2. Resultados de Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas
Tabla 40. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto AC-20
Briqueta N° 01 02 03 04 Muestra
65
Gravedad Especifica Bulk 2.29 2.31 2.28 2.33
Asfalto
AC-20
Gravedad Especifica Bulk
promedio 2.303
Altura promedio, mm 57.51 58.65 57.06 50.42
Factor de corrección 1.22 1.17 1.24 1.11
Estabilidad medida, lbf 3700 4490 3800 4700
Estabilidad corregida, lbf 4504 5266 4695 5211
Estabilidad promedio, lbf 4919
Flujo, 0.01 in 19 16.5 14.5 14
Flujo promedio, 0.01 in 16
Método para determinar
flujo Pico pico pico Pico
Temperatura de ensayo, °C 60 60 60 60
66
Tabla 41. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 4%
Briqueta N° 41 42 43 44 Muestra
Gravedad Especifica Bulk 2.29 2.30 2.32 2.31
Asfalto
Modificado
al 4%
Gravedad Especifica Bulk
promedio 2.306
Altura promedio, mm 60.40 59.08 59.09 60.54
Factor de corrección 1.11 1.16 1.16 1.10
Estabilidad medida, lbf 4075 4100 4700 4450
Estabilidad corregida, lbf 4521 4743 5435 4916
Estabilidad promedio, lbf 4904
Flujo, 0.01 in 15.5 13 17.5 19
Flujo promedio, 0.01 in 16
Método para determinar
flujo Pico pico pico Pico
Temperatura de ensayo, °C 60 60 60 60
67
Tabla 42. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 5%
Briqueta N° 51 52 53 54 Muestra
Gravedad Especifica Bulk 2.27 2.29 2.28 2.30
Asfalto
Modificado
al 5%
Gravedad Especifica Bulk
promedio 2.285
Altura promedio, mm 57.34 61.35 59.21 54.66
Factor de corrección 1.22 1.08 1.15 1.34
Estabilidad medida, lbf 3680 4100 3740 3700
Estabilidad corregida, lbf 4504 4417 4309 4958
Estabilidad promedio, lbf 4547
Flujo, 0.01 in 11.07 15.5 15.5 13.5
Flujo promedio, 0.01 in 14
Método para determinar
flujo Pico pico pico Pico
Temperatura de ensayo, °C 60 60 60 60
68
Tabla 43. Resultados de Gravedad Especifica y Densidad de Mezclas Bituminosas
con asfalto modificado al 6%
Briqueta N° 61 62 63 64 Muestra
Gravedad Especifica Bulk 2.26 2.30 2.29 2.31
Asfalto
Modificado
al 6%
Gravedad Especifica Bulk
promedio 2.29
Altura promedio, mm 61.72 56.94 57.32 57.36
Factor de corrección 1.07 1.24 1.22 1.22
Estabilidad medida, lbf 3700 4090 4390 4180
Estabilidad corregida, lbf 3941 5073 5377 5113
Estabilidad promedio, lbf 4876
Flujo, 0.01 in 18 16 15 18
Flujo promedio, 0.01 in 17
Método para determinar
flujo Pico pico pico Pico
Temperatura de ensayo, °C 60 60 60 60
69
5.4. Resultados de Caracterización según AASHTO M 320 y NTE INEN 3030
Tabla 44. Resultados de Caracterización de asfalto AC-20 y modificados con alófano
Especificaciones Experimentales Asfalto AC-20 Modificado con Alofan sin Envejecer
Requisito Unidades Original
Porcentaje de Alofano en AC-20,
% Norma de Ensayo Norma de Referencia
AC-20 0 3 4 5 6
Viscosidad absoluta a 60°C Pa*s Min 160
270 341 306 304 388 ASTM D2171 NTE INEN 2515 Max 240
Penetración a 25°C, 100g, 5 s dmm Min 40
70 62 62 60 56 ASTM D917 NTE INEN 2515 Max -
Punto de Inflamación °C Min 232
265 275 272 278 281 ASTM D92 NTE INEN 3030 Max -
Ductilidad cm Min 20
115.6 77.1 75.1 70.3 77.1 ASTM D113 NTE INEN 3030 Max -
Punto de ablandamiento °C Min 48
49 49 51 50 50 ASTM D36 NTE INEN 2515 Max 57
Índice de Penetración - Min -1.5
-64 -0.95 -0.45 -0.79 -0.96 ASTM D5 NTE INEN 2515 Max 1
Módulo de Corte dinámico, G*/senδ kPa Min 1
1.3 1.64 1.71 1.57 1.58 ASTM D 7175 NTE INEN 3030 Max -
Tabla 51(continuación). Resultados de Caracterización de asfalto A-20 y modificados con alófano
70
Ensayos en el Residuo del Horno Rotatorio de Película Delgada (RTFO)
Módulo de Corte dinámico, G*/senδ kPa Min 2.2
4.28 5.11 4.44 4.91 4.95 ASTM D 7175 NTE INEN 3030 Max -
Penetración a 25°C, 100g, 5 s dmm Min -
42 41 41 40 40 ASTM D917 NTE INEN 3030 Max -
Punto de ablandamiento °C Min -
58 58 58 59 59 ASTM D36 NTE INEN 3030 Max -
Índice de Penetración - Min -
0.19 0.15 0.14 0.29 0.3 ASTM D 5 NTE INEN 3030 Max -
Ductilidad cm Min -
25 22 21 16.5 15 ASTM D113 NTE INEN 3030 Max -
Viscosidad absoluta a 60°C Pa*s Min -
1000 1430 1170 1360 1410 ASTM D 7175 NTE INEN 2515 Max 1000
Ensayos en el Residuo de la Vasija de Envejecimiento a Presión (PAV)
Módulo de Corte dinámico, G*senδ kPa Min -
2480 2450 2350 2670 2100 ASTM D 7175 NTE INEN 3030 Max 5000
Temperatura de Ensayo °C 22 AASHT T 315 NTE INEN 3030
-Grado de Desempeño: Rango esperado del buen funcionamiento del ligante asfáltico, relacionado con el promedio de las temperaturas máximas de siete días y la temperatura
mínima del pavimento.
-Mediante un gradeo en el reómetro de corte dinámico (DSR) se determinó el Grado de Desempeño
-En la cuarta columna se observa el valor estándar o de referencia de AC-20 tomado en normas INEN 3030 y 2515
-En las columnas 5 a la 9 se observan los valores experimentales para su correspondiente comparación con AC-20 del punto anterior
71
5.5.Resultados de análisis termogravimétricos
El estudio termogravimétrico se lo realizo con una rampa de calentamiento de 10 °C/min
desde 25 hasta 450 °C con una isoterma de 10 min en 450 °C, además se empleó una
atmosfera de N2.
Figura 16. Resultados TGA para asfalto AC-20 y modificado con alófano
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-5 5 15 25 35 45 55
Mas
a A
sfal
to,
mg
tiempo, min
Termogravimetría en Asfalto Modificado con Alófano
Asfalto Original Asfalto-All 3% Asfalto-All 4%
Asfalto-All 5% Asfalato-All 6%
72
6. DISCUSIÓN
La presente investigación se efectuó con asfalto AC-20 y asfalto modificado con Alófano
proveniente de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. Para la caracterización
del asfalto se emplearon normas ASTM y NETE-INEN; en cuanto a la clasificación según
su grado de desempeño se utilizó la metodología SUPERPAVE, dicha metodología señala
los requerimientos que el asfalto a estudiar debe cumplir a una temperatura determinada,
ayudado en gran medida por el reómetro de corte dinámico (DSR),
El alófano recibió un pretratamiento para su respectiva activación, disminuyendo su
humedad y ajustando su área específica, posterior a eso se realizó el calentamiento del
asfalto a una temperatura inferior a 150°C para evitar daños en el asfalto, una vez
alcanzado la temperatura deseada se agrega el alófano a diferentes porcentajes peso-peso
(3, 4 ,5 y 6%), dichos valores se los tomo de referencia de estudios previos en la tesis de
la Ing. Andrea Ramírez y del Ing. Darlin Escobar.
Los requisitos de caracterización para el asfalto AC-20 se encuentran dentro de
especificaciones para punto de inflamación, penetración, ductilidad y punto de
ablandamiento. En cuanto a los requisitos de viscosidad a 60°C el asfalto AC-20 se
encuentra ligeramente desviado, la norma NTE-INEN 3030 señala un valor máximo de
240 Pa*s y se obtuvo un valor de 270 Pa*s, la desviación mencionada se debe a las
regresiones realizadas y al tiempo de almacenamiento del asfalto el cual pudo generar
ciertas modificaciones durante ese periodo.
Para las diferentes muestras de asfalto modificado con alófano los requerimientos no se
encuentran especificados en ninguna fuente bibliográfica, por lo tanto, estas no se pueden
determinar si se encuentran dentro o fuera de especificación.
73
Una vez obtenido el asfalto modificado, se realizó el envejecimiento de las muestras en
RTFO y PAV, para realizar la clasificación de asfalto según su grado de desempeño,
luego para observar la temperatura de falla en las muestras sin envejecer, se utilizó el
método Original Brinder Asphalt Grading, usando el DSR, posterior a eso se utilizó los
métodos de verificación del módulo de corte dinámico en muestras envejecidas en RTFO
y PAV, en donde se observó que el grado de desempeño es: PG(64) en muestras sin
envejecer y envejecidas en RTFO y PG(22) para muestras envejecidas en PAV.
Como se mencionó anteriormente no existe fuente bibliográfica para la caracterización
de asfalto modificado con alófano asimismo, para asfalto envejecido, si se considera
estudios en los cuales el modificador es diferente al utilizado en esta investigación, solo
se encuentran parámetros de viscosidad, el cual debe ser máximo de 1000 Pa*s, en asfalto
AC-20 envejecido el valor obtenido es de 1000 Pa*s y para las muestras de asfalto
modificado la viscosidad incrementa con respecto al porcentaje de alófano agregado.
Para la evaluación Marshall, previamente se empleó un diseño de mezcla asfáltica,
obteniéndose briquetas con asfalto AC-20 y modificado con alófano, luego dichas
briquetas fueron ensayados bajo normas ASTM de Gravedad específica, estabilidad y
Flujo Marshall para mezclas bituminosas compactadas no absorbentes.
En el análisis termogravimétrico (TGA), se puede observar que para asfalto AC-20 no se
registra pérdida de masa hasta los 238 °C, para asfalto modificado al 3% el cambio de
masa empieza en 254°C, para asfalto modificado al 4% a 249°C, para asfalto modificado
al 5% a 250°C y para asfalto modificado al 6% a 153°C, los resultados previos indican
incremento de materia desde los 25°C hasta las temperaturas indicadas, dicho incremento
no es significativo, lo cual se interpreta como resultado de la alta sensibilidad que posee
la termobalanza hasta alcanzar una estabilidad tanto térmica como física.
74
7. CONCLUSIONES
• Las muestras de asfalto AC-20 y asfalto modificado cumplen con los requisitos
de punto de inflamación que se mencionan en la norma NTE INEN 3030, la cual
indica que debe tener valor mínimo es 232 °C, para asfalto AC-20 se tiene un
valor de 265 °C, para asfalto modificado al 3% es de 275°C para 4% es de 272
°C, para 5% es de 278 °C y para 6% es de 281 °C, se puede observar que a medida
que el porcentaje de modificador incrementa, también incrementa el punto de
inflamación, por lo que se concluye que el alófano mejora significativamente el
punto de inflamación, lo cual ayuda al almacenamiento del producto y las
condiciones de transporte no provocaran incendios o explosiones.
• En cuanto a la penetración como se observa en la tabla 55 y según la norma NTE
INEN 2515 el valor mínimo de especificación para asfalto AC-20 es de 40 dmm,
los ensayos arrojaron valores de 62 dmm para asfalto modificar al 3 y 4%, 60
dmm para asfalto modificado al 5% y 56 dmm para asfalto modificado al 6%, esto
indica que el alófano ayudaría en disminuir los problemas de ahuellamiento a un
3 o 4% p/p agregándolo al asfalto AC-20, ya que incrementa la dureza de la
mezcla asfalto- alófano.
• Los resultados de ductilidad indican que el mejor asfalto modificado es el que
posee 6% p/p de alófano en su composición con una ductilidad de 77,1 cm, por lo
tanto, este se mantendrá cohesionado ante deformaciones externas, tales como
temperatura ambiente o deformaciones por tránsito.
75
• El punto de ablandamiento aceptado por la norma NTE INEN 2515 se encuentra
entre 48 y 57 °C, las muestras de asfalto AC-20 y modificadas se encuentran
dentro del rango, experimentalmente se observó que las muestras empezaron a ser
fluidas alrededor de los 50 °C, tal y como se observa en la tabla 47.
• El comportamiento de la viscosidad a 60°C, es irregular para las muestras de
asfaltos sin envejecer, se pudo observar que al 5% de modificación con alófano el
asfalto presenta una buena fluidez con un valor de 304 Pa*s, sin embargo es un
valor que se encuentra fuera de especificación ya que la norma indica que el valor
máximo de viscosidad para muestras sin envejecer es de 240 Pas, debido a la
combinación de un sólido con un líquido, es difícil lograr una mejora en cuanto
a viscosidad, ya que los sólidos no poseen viscosidad y esto impide el libre flujo
de la mezcla realizada.
• El grado de desempeño para muestras de asfalto AC-20 y para asfaltos
modificados como se observa en la tabla 47, para altas temperaturas el PG es de
64°C, en cuanto a la temperatura intermedia, es decir la temperatura de falla para
el módulo de corte dinámico para muestras envejecidas en PAV es de 22°C para
todas las muestras ensayadas. Sin embargo, al observar detalladamente los
resultados de las muestras envejecidas en RTFO (tabla 34 y 35) se tiene que el
alófano incrementa la temperatura de desempeño hasta 70 °C, este ensayo indica
que una vez insertada la carpeta asfáltica la temperatura máxima de trabajo para
el asfalto de 3, 5 y 6% con alófano será de 70°C, esta es superior a la temperatura
de trabajo de las muestras de asfalto sin envejecer.
76
8. RECOMENDACIONES
Realizar un estudio de punto de llama, el cual en conjunto con el punto de inflamación
indicaran la temperatura máxima en el cual se generará problemas de incendios en los
lugares de almacenamiento y transporte.
Incorporar un envejecimiento en condiciones ultravioleta, el cual servirá para simular el
desempeño en condiciones ambientales adversas, en las cuales los rayos solares generan
problemas de agrietamiento y fisura en la carpeta asfáltica, a lo largo de su ciclo de vida.
Realizar el diseño de un secador para alófano, el cual considere en disminuir las
condiciones de humedad de este, el cual posterior a ese proceso, mejora la mezcla asfalto-
alófano y evite la formación de espuma al momento de calentar el asfalto.
Una vez encontrada la temperatura de falla para el grado de desempeño de altas
temperatura e intermedias, es recomendable realizar ensayos en el reómetro de biga
(BBR), el cual guiado en las normas AASHTO M320 se puede encontrar el grado de
desempeño en bajas temperaturas.
77
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https://www.lahora.com.ec/quito/noticia/1102254743/quito-necesita-mejorar-la-
calidad-y-el-diseno-de-sus-pavimentos
80
ANEXOS
81
ANEXO A. Equipos Utilizados en la Experimentación
Figura 17. Balanza Analítica
Figura 18. Analizador de Termogravimetría (TGA)
82
Figura 19. Punto de Inflamación Copa Abierta Cleveland
Figura 20. Horno Rotatorio de Película Delgada RTFO
83
Figura 21. Botellas de muestreo para envejecimiento RTFO
Figura 22. Reómetro de Corte Dinámico DSR
84
Figura 23. Moldes de silicona para muestreo en DSR
85
ANEXO B. Normas de Referencia
Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño ( (INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017)
86
Tabla 45. Requisitos para el ligante asfaltico de acuerdo con el grado de desempeño
( (INEN, Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2017)(continuación)
87
Tabla 46. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño ( (AASHTO M 320, 2017)
Tabla 47. Especificaciones de ligante asfaltico según el grado de desempeño (AASHTO M 320, 2017) (continuación)
88
89
ANEXO C. Caracterización ASTM (Propiedades Fisicoquímicas)
Anexo C.1 Penetración (ASTM D5 / D5M, 2019)
• Materiales y Equipos
Penetrómetro
Aguja de Penetración
Molde para la muestra
Baño María
Cronometro
Termómetro
Espátula
Balanza
Asfalto AC-20 y modificado
• Procedimiento
a) Pesar 450 g de muestra, colocar en un recipiente y calentar hasta alcanzar fluidez
b) Llenar los moldes con la muestra y cubrir con un vaso de vidrio invertido de
manera que queden protegidas de polvo y eliminar burbujas de aire.
c) Enfriar a temperatura ambiente entre 20°C y 30 °C por un tiempo entre 1 hora y
30 minutos
d) Sumergir a baño maría a una temperatura de 50°C, por un periodo de 1 hora y 30
minutos.
e) Limpiar la aguja de penetración con solvente tolueno, secar y fijar en el soporte.
f) Acercar la aguja de penetración hasta que la punta llegue a la superficie de la
muestra, evitando que esta penetre.
g) Encerar el penetrómetro y soltar el mecanismo durante 5 segundos.
h) Anotar la distancia que haya penetrado la aguja en la muestra, expresada en
decimas de milímetro (dmm=0.1mm).
Anexo C.3. Punto de Inflamación (ASTM D92, 2018)
90
• Materiales y Equipos
Equipo Copa Abierta Cleveland
Termómetro
Muestras de Asfalto AC-20 y modificado
Mechero de Gas
Planchas de calentamiento
• Procedimiento
a) Calentar la muestra hasta alcanzar la fluidez.
b) Colocar la muestra de asfalto en la copa
c) Acoplar el termómetro y encender el mechero.
d) Encender y ajustar el equipo de calentamiento entre un 40 y 60 % de su capacidad.
e) Acercar la llama del mechero una vez por cada aumento de 2°C.
f) Registrar como punto de inflación, la temperatura, en °C, en la cual aparezca un
halo azul o chispa sobre la superficie de la muestra.
Anexo C.4. Ductilidad (ASTM D113, 2017)
• Materiales y Equipos
Moldes
Placa
Balo de agua
Ductímetro
Termómetro
Espátula
Muestras de asfalto
91
• Procedimiento
a) Colocar sobre una superficie horizontal la placa con el molde apoyadas
completamente.
b) Calentar la muestra hasta alcanzar su fluidez y llenar los moldes en su totalidad,
evitando formar burbujas de aire.
c) Enfriar a temperatura ambiente durante 35 minutos y sumergir en balo maría
durante 30 minutos a 35 °C.
d) Retirar el exceso de muestra del molde con una espátula caliente.
e) Retirar la placa del molde y las piezas laterales.
f) Colocar la probeta en el Ductímetro, introducir cada pareja de clavijas de los
sistemas fijo y móvil en los correspondientes orificios de cada pinza
g) Poner en marcha el mecanismo de arrastre del ensayo a la velocidad especificada,
hasta que se produzca la rotura midiéndose la distancia en cm que se hayan
separado ambas pinzas hasta este instante
Anexo C.5. Punto de ablandamiento (ASTM D36/D36M, 2014)
• Equipos y Materiales
Anillos de bronce de bordes cuadrados
Platos de base
Esferas de acero
Guías de contacto
Recipiente de vidrio
Soporte de anillos y montaje
Termómetro
Agua destilada
Muestras de asfalto
• Procedimiento
92
a) Calentar la muestra hasta alcanzar fluidez
b) Calentar los dos anillos de bronce sin el palto de base a la misma temperatura ala
que se calentó la muestra y colocar sobre el plato base
c) Agregar la muestra dentro de los anillos y dejar enfriar a temperatura ambiente
durante 30 minutos.
d) Colocar los anillos con las muestras, las guías para las bolas y los termómetros en
posición, llenar el baño con agua destilada hasta una altura aproximada de 105
milímetros.
e) Colocar las dos bolas en el fondo del baño ayudado de unas tenazas para que se
homogenicen en la misma temperatura de iniciación que el resto del montaje.
f) Colocar todo el montaje en un baño con hielo
g) Calentar el baño con una rampa de 5°C
h) Registrar la temperatura indicada por el termómetro en el momento que la muestra
rodeando la bola toque el fondo del baño.
93
ANEXO D. Estudio Reológico en Software Rheoplus V3.4
Anexo D.1 Resultados para asfalto original y modificado sin envejecer
Tabla 48. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20
Figura 24. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 sin envejecer
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
02-AB-RR-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
02-AB-RR-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 269,86 Pa·s; c = 2,094E+10; p = 3,3273
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0109 2.95 270
2 0.0158 4.27 270
3 0.0229 6.18 270
4 0.0332 8.97 270
5 0.0483 13 270
6 0.0702 18.9 270
7 0.102 27.5 270
8 0.148 39.9 270
9 0.214 57.8 270
10 0.31 83.6 270
11 0.447 120 270
12 0.644 173 270
13 0.93 250 270
14 1.34 358 270
15 1.94 511 270
16 2.84 725 270
17 4.29 1,020 270
18 6.83 1,430 270
19 11.2 1,920 270
20 15.9 2,300 270
21 22.4 2,690 270
22 30.5 3,070 270
23 47.5 3,650 270
24 73.1 4,270 270
25 35.4 3,260 270
94
Tabla 49. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3%
Figura 25. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3% sin envejecer
Tabla 50. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 4%
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
03-A3%-RR-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
03-A3%-RR-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 340,84 Pa·s; c = 1,8821E+9; p = 2,9724
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0108 3.68 341
2 0.0157 5.36 341
3 0.0228 7.76 341
4 0.033 11.2 341
5 0.0478 16.3 341
6 0.0696 23.7 341
7 0.103 35.1 341
8 0.149 50.9 341
9 0.216 73.5 341
10 0.311 106 341
11 0.444 151 341
12 0.637 216 341
13 0.917 308 341
14 1.33 440 341
15 1.94 625 341
16 2.89 882 341
17 4.43 1,230 341
18 7.21 1,710 341
19 11.8 2,280 341
20 17.3 2,780 341
21 25.2 3,320 341
22 31.7 3,670 341
23 25.1 3,310 341
24 19.8 2,960 341
25 13.6 2,460 341
95
Figura 26. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 4% sin envejecer
Tabla 51. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
02-A4%-RR-60C 2
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
02-A4%-RR-60C 2 [Ellis I]
eta_0 = 305,94 Pa·s; c = 3,2098E+12; p = 3,9158
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0102 3.12 306
2 0.015 4.6 306
3 0.0221 6.76 306
4 0.0325 9.93 306
5 0.0476 14.6 306
6 0.0699 21.4 306
7 0.102 31.3 306
8 0.15 45.9 306
9 0.219 67 306
10 0.319 97.6 306
11 0.464 142 306
12 0.671 205 306
13 0.967 295 306
14 1.39 425 306
15 2.01 607 306
16 2.93 866 306
17 4.4 1,230 306
18 6.96 1,700 306
19 10 2,100 306
20 15.7 2,590 306
21 23.1 3,020 306
22 36.9 3,560 306
23 51.9 3,980 306
24 41.3 3,700 306
25 31.5 3,380 306
96
Figura 27. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 5% sin envejecer
Tabla 52. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
03-A5%-RR-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
03-A5%-RR-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 303.66 Pa·s; c = 1.0412E+14; p = 4.2927
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0105 3.19 304
2 0.0154 4.68 304
3 0.0227 6.88 304
4 0.0332 10.1 304
5 0.0486 14.8 304
6 0.0712 21.6 304
7 0.104 31.7 304
8 0.153 46.4 304
9 0.222 67.5 304
10 0.323 98.2 304
11 0.469 142 304
12 0.675 205 304
13 0.97 294 304
14 1.39 422 304
15 1.99 601 304
16 2.84 850 304
17 4.1 1,200 304
18 6.13 1,660 304
19 9.09 2,160 304
20 13.3 2,630 304
21 24 3,350 304
22 37.2 3,880 304
23 44.2 4,090 304
24 66.5 4,610 304
25 86.9 4,970 304
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
97
Figura 28. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6% sin envejecer
Anexo D.2 Resultados para asfalto original y modificado envejecidos en RTFO
Tabla 53. Resultados de regresión de Ellis para asfalto AC-20 envejecido en RTFO
10
100
1,000
Pa·s
1
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
04-A6%-RR-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
04-A6%-RR-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 357.22 Pa·s; c = 1.122E+11; p = 3.4623
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
1 0.011 3.93 357
2 0.0159 5.69 357
3 0.023 8.21 357
4 0.0334 11.9 357
5 0.0485 17.3 357
6 0.0704 25.1 357
7 0.102 36.6 357
8 0.149 53.4 357
9 0.217 77.3 357
10 0.312 112 357
11 0.45 160 357
12 0.645 230 357
13 0.928 330 357
14 1.33 470 357
15 1.92 665 357
16 2.8 937 357
17 4.23 1,310 357
18 6.72 1,800 357
19 10.2 2,280 357
20 14.8 2,740 357
21 24.1 3,380 357
22 33.2 3,820 357
23 43.4 4,210 357
24 76.5 5,120 357
25 69 4,950 357
98
Figura 29. Regresión de Ellis para Asfalto AC-20 envejecido en RTFO
Tabla 54. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 3%
10
100
1,000
10,000
Pa·s
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
02-RTFO-VIS-AB-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
02-RTFO-VIS-AB-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 1,057.2 Pa·s; c = infinite; p = 6.2177
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0106 11.2 1000
2 0.0158 16.7 1000
3 0.0232 24.5 1000
4 0.034 35.9 1000
5 0.0497 52.6 1000
6 0.0727 76.9 1000
7 0.106 112 1000
8 0.154 162 1000
9 0.221 234 1000
10 0.318 336 1000
11 0.454 479 1000
12 0.644 681 1000
13 0.909 960 1000
14 1.27 1,340 1000
15 1.79 1,840 1000
16 2.54 2,420 1000
17 3.74 2,980 1000
18 7.01 3,690 1000
19 12.7 4,270 1000
20 18.8 4,640 1000
21 22.9 4,820 1000
22 24.4 4,880 1000
23 19.9 4,690 1000
24 22.3 4,790 1000
25 3.89 3,030 1000
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
99
Figura 30. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 3%
Tabla 55. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 4%
10
100
1,000
10,000
Pa·s
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
01-RTFO-VIS-A3%-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
01-RTFO-VIS-A3%-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 1.429,9 Pa·s; c = infinite; p = 8,1111
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
1 0.011 15.8 1,430
2 0.0164 23.4 1,430
3 0.0239 34.2 1,430
4 0.0348 49.8 1,430
5 0.0506 72.4 1,430
6 0.0736 105 1,430
7 0.106 152 1,430
8 0.153 219 1,430
9 0.218 312 1,430
10 0.31 444 1,430
11 0.437 624 1,430
12 0.612 874 1,430
13 0.85 1,210 1,430
14 1.16 1,650 1,430
15 1.62 2,240 1,430
16 2.49 2,920 1,430
17 4.65 3,550 1,430
18 11 4,180 1,430
19 11.4 4,200 1,430
20 8.18 3,980 1,430
21 9.81 4,100 1,430
22 3.61 3,330 1,430
23 18 4,510 1,430
24 2.92 3,110 1,430
25 45.1 5,120 1,430
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
100
Figura 31. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 4%
Tabla 56. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%
10
100
1,000
10,000
Pa·s
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
01-RTFO-VIS-A4%-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
01-RTFO-VIS-A4%-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 1.165,1 Pa·s; c = 3,9446E+13; p = 4,0124
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0105 12.2 1,170
2 0.0156 18.2 1,170
3 0.0228 26.6 1,170
4 0.0333 38.8 1,170
5 0.0486 56.7 1,170
6 0.0709 82.6 1,170
7 0.103 120 1,170
8 0.149 174 1,170
9 0.215 250 1,170
10 0.306 356 1,170
11 0.434 503 1,170
12 0.615 709 1,170
13 0.881 995 1,170
14 1.29 1,380 1,170
15 1.99 1,900 1,170
16 3.24 2,500 1,170
17 5 3,040 1,170
18 8.57 3,720 1,170
19 12.3 4,190 1,170
20 15.6 4,520 1,170
21 17.9 4,710 1,170
22 13.2 4,290 1,170
23 6.19 3,310 1,170
24 8.34 3,690 1,170
25 9.73 3,880 1,170
101
Figura 32. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 5%
Tabla 57. Resultados de regresión de Ellis para asfalto modificado al 5%
10
100
1,000
10,000
Pa·s
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
01-RTFO-VIS-A5%-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
01-RTFO-VIS-A5%-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 1,358.1 Pa·s; c = infinite; p = 6.0673
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0107 14.6 1,360
2 0.0161 21.9 1,360
3 0.0236 32.1 1,360
4 0.0346 47 1,360
5 0.0506 68.7 1,360
6 0.0738 100 1,360
7 0.107 145 1,360
8 0.155 210 1,360
9 0.222 301 1,360
10 0.316 429 1,360
11 0.448 608 1,360
12 0.63 856 1,360
13 0.881 1,190 1,360
14 1.22 1,650 1,360
15 1.69 2,220 1,360
16 2.39 2,880 1,360
17 3.59 3,540 1,360
18 6.32 4,290 1,360
19 11.5 4,990 1,360
20 17 5,420 1,360
21 26.6 5,930 1,360
22 36.5 6,290 1,360
23 32.6 6,160 1,360
24 50.9 6,680 1,360
25 32.7 6,160 1,360
102
Figura 33. Regresión de Ellis para Asfalto modificado al 6%
10
100
1,000
10,000
Pa·s
10
100
1,000
10,000
Pa
0.01 0.1 1 10 1001/s
Shear Rate .
ETA, TAU
Anton Paar GmbH
01-RTFO-VIS-A6%-60C 1
PP25/PE-SN22059; [d=1 mm]
Viscosity
Shear Stress
01-RTFO-VIS-A6%-60C 1 [Ellis I]
eta_0 = 1,412.3 Pa·s; c = 2.9375E+19; p = 5.6379
Viscosity
Shear Stress
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -- Anton Paar SUPPORT -
Meas. Pts. Shear Rate Shear Stress Viscosity
[1/s] [Pa] [Pa*s]
1 0.0108 15.3 1,410
2 0.0161 22.7 1,410
3 0.0235 33.2 1,410
4 0.0342 48.3 1,410
5 0.0497 70.2 1,410
6 0.0722 102 1,410
7 0.104 147 1,410
8 0.15 212 1,410
9 0.215 303 1,410
10 0.305 430 1,410
11 0.429 606 1,410
12 0.602 849 1,410
13 0.846 1,180 1,410
14 1.2 1,630 1,410
15 1.81 2,210 1,410
16 3.03 2,850 1,410
17 4.85 3,340 1,410
18 7.6 3,770 1,410
19 13.2 4,280 1,410
20 16.8 4,510 1,410
21 19.9 4,670 1,410
22 14.1 4,350 1,410
23 19.5 4,650 1,410
24 2.87 2,780 1,410
25 9.53 3,980 1,410
103
Anexo D.3 Resultados de Grado de Desempeño en muestras sin envejecer
Figura 34. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=64°C Figura 35. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto AC-20 a T=70°C
104
Figura 36. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=°64C Figura 37. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 3% a T=70°C
105
Figura 38. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=64°C Figura 39. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 4% a T=70°C
106
Figura 40. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 5% a T=64°C Figura 41. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 5% a T=70°C
107
Figura 42. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 6% a T=64°C Figura 43. Reporte de Grado de Desempeño para asfalto modificado al 6% a T=70°C
Anexo D.3 Verificación de Grado de Desempeño en muestras envejecidas en RTFO
108
Figura 44. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en RTFO Figura 45. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO
109
Figura 46. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en RTFO Figura 47. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en RTFO
110
Figura 48. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en RTFO
Anexo D.4 Verificación de Grado de desempeño en muestras envejecidas en PAV
111
Figura 49. Temperatura de falla para AC-20 envejecido en PAV Figura 50. Temperatura de falla para asfalto mod al 3% envejecido en PAV
112
Figura 51. Temperatura de falla para asfalto mod al 4% envejecido en PAV Figura 52. Temperatura de falla para asfalto mod al 5% envejecido en PAV
113
Figura 53. Temperatura de falla para asfalto mod al 6% envejecido en PAV
114
ANEXO E. Gravedad Especifica Bulk y Densidad de Mezclas Bituminosas
115
ANEXO E. Gravedad Especifica Bulk y Densidad de Mezclas Bituminosas
(continuación)
116
ANEXO E. Gravedad Especifica Bulk y Densidad de Mezclas Bituminosas
(continuación)
117
ANEXO E. Gravedad Especifica Bulk y Densidad de Mezclas Bituminosas
(continuación)
ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas
118
ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas (continuación)
119
ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas (continuación)
120
ANEXO F. Estabilidad y Flujo Marshall de Mezclas Bituminosas (continuación)
121
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