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Mezclas asfalticas
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Jornadas TcnicasDe actualizacin y capacitacin en el rea de
pavimentos flexibles
ENVEJECIMIENTO DE MEZCLAS ASFLTICAS: ESTUDIO, EVALUACIN Y MTODOS DE
PREVENCIN
Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto
LID-Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera VialFacultad de Ingeniera - Universidad Nacional de La Plata
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No sabemos prcticamente nada sobre las causas del envejecimiento
Dr. L. Hayflick, bilogo celular, Univ. California
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El proceso de envejecimiento de los ligantes
El estudio y la evaluacin del envejecimiento
El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento
Anlisis funcional con mtodo UCL
Mtodos de prevencin del envejecimiento
EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS
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EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LOS LIGANTESFACTORES INTRINSECOS
Volatilizacin de fracciones livianasOxidacin (absorcin y difusin de oxgeno)Tixotropa y sinresisDegradacin de estructura polimrica (asfaltos modif.)
FACTORES EXTRINSECOSInfluencia del tipo de ridosInfluencia del tipo y proporcin de filler
Contenido de vacos de la mezclaEspesor de pelcula de liganteFatiga (debido al trnsito; trmica)
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES INTRINSECOS
Volatilizacin de fracciones livianas:
Es la prdida de los componentes ms ligeros, los maltnicos, por efectos de la temperatura (planta asfltica, clima en servicio) y de las condiciones de exposicin.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES INTRINSECOS
Oxidacin (absorcin y difusin de oxgeno):
En contacto con la atmsfera el asfalto se oxida, formando grupos polares (hidroxilos, carbonilos, carboxlicos) que contienen O2 y que tienden a asociarse en compuestos de alto peso molecular, incrementando su consistencia y perdiendo
flexibilidad.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES INTRINSECOS
Tixotropa y sinresis:
La tixotropa o endurecimiento histrico se debe a una lenta reorientacin molecular y cristalizacin de compuestos resinosos, a temperatura moderada (que puede ser mayor o menor que la Tg). Es reversible.
La sinresis o endurecimiento exudativo se debe a la tendencia a la exudacin de los componentes aceitosos.
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OXIDACION Y PERDIDA DE FRACCIONES VOLATILES DEL BETUN
INDICE GAESTEL (COMPOSICIN DEL ASFALTO)
Nafteno-aromticosAsfaltenos Saturados+
Polar-aromticos+=IC
ICx0.931 4.83 +=log10 (h)
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EVOLUCIN DE LOS COMPONENTES DEL ASFALTO DURANTE ENVEJECIMIENTO
0
10
20
30
40
50
4 8 12 16 20 240,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9Temp: 163C
Polar-aromticos
Saturados
Indice Gaestel
Asfaltenos
Nafteno-aromticos
% d
e Fr
acci
n c
ompo
nent
e
Tiempo de envejecimiento en estufa (horas)
Indi
ceG
aest
el(IC
)
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES INTRINSECOS
Degradacin de la estructura polimrica: En los asfaltos modificados con polmeros, los efectos trmicos durante la fabricacin y puesta en obra y la exposicin climtica en la etapa de servicio, provocan la degradacin de la estructura polimrica a partir de dos hechos diferentes y con consecuencias contrapuestas: la escisin de la estructura reticular, que disminuye la viscosidad del betn-polmero y su capacidad elsticas; y los entrecruzamientos de cadenas polimricas, que tienden a rigidizar al ligante.
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PRINCIPALES PROCESOS DE DEGRADACION EN COPOLIMERO SBS
O -O
OH H
H H
C C C C
H H
H H
C C
H
HH
O
a ld e h id o
C C
H
H
O
O H
c .c a rb o x l ic o
H
H
C CH 2 O H
a lc o h o l
O
H
H H
C C
HH
H
CC
O -O
H H
H
C C HC
H
H
C2
H H
H
C C HC
H
H
C2
O
O
HC
H
H
C2
H
HH
C C
p ro d u c t o e n tr e c ru z a d o ( in s o lu b le )
H
CCH2O
CCH2
O-O
+CH2 C
O H
CCH2
Perxido Cetona
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Temperatura y condiciones de fabricacin; temperatura y tiempo de transporte: Son los causales ms importantes del envejecimiento a corto plazo y, a menudo, del envejecimiento total de la mezcla.Mayores temperaturas de fabricacin y transporte significan ms volatilizacin de compuestos livianos y mayor oxidacin.El choque trmico por mayor temperatura de los ridos respecto del ligante, es tambin causal de envejecimiento en la planta.El almacenaje de mezcla en planta, especialmente en silos externos y durante un largo perodo, favorece el envejecimiento, as como un tiempo de transporte prolongado.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Factores climticos durante el perodo de servicio: Son los responsables principales del envejecimiento a largo plazo.
Climas clidos y con elevadas radiaciones solares, favorecen el envejecimiento.
En menor medida, el viento y la lluvia tambin, por diferentes motivos: vientos fuertes de superficie pueden acelerar la oxidacin; el agua (asociada con la temperatura) propende al desprendimiento de la pelcula de ligante, lo que causa una degradacin del material y facilita la accin de los factores que influencian el envejecimiento.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Efecto de las radiaciones solares: Los efectos de las radiaciones infrarrojas sobre el envejecimiento estn asociados a un incremento de la temperatura del pavimento.
Las radiaciones solares ultravioletas, por su parte, producen enlaces carbonilo en la estructura del asfalto, y favorecen la oxidacin, acelerando los procesos de envejecimiento. En los ligantes polimerizados se comprobque los modificados con SBS y SBR resisten aceptablemente este factor ambiental, pero los modificados con EVA son especialmente susceptibles al deterioro por radiaciones UV.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Influencia del tipo de ridos:
Se encontr que las mezclas con ridos bsicos (por ejemplo, calizos), soportan mejor los efectos del envejecimiento que aquellas elaboradas con ridos cidos (p.ej., granticos).
Una investigacin polaca revela que las mezclas con ridos baslticos se comportan mejor frente al envejecimiento que mezclas fabricadas con otro tipo de ridos.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Contenido de vacos de la mezcla:
Influye en la respuesta al envejecimiento, debido a la mayor exposicin a la intemperie de mezclas con elevado porcentual de vacos.
Estudios de Goode y Lufsey:
xx (V)0.3729.66Ps/e S-=pedonde:
Pe : penetracin estimada del betn en el pavimento envejecido,
Ps/e : penetracin del betn recuperado de probetas no envejecidas,
S : factor de correccin que para betunes de penetracin 85/100 vale 1.85, y
V : porcentaje de huecos en la mezcla.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Espesor de pelcula de ligante :
El efecto negativo de un gran contenido de vacos se puede contrarrestar con un mayor espesor de la pelcula de ligante.Existen varias maneras de lograrlo: empleo de asfaltos modificados, espesamiento del mstico, incorporacin de fibras para retener un mayor porcentaje de asfalto.
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ENVEJECIMIENTO DEL BETUNFilm Thickness Factor
d-f
a=FTF
donde: FTF : Factor de Espesor de Pelcula de Betn, a : porcentaje de betn en peso de los ridos, d : porcentaje de absorcin de betn en peso de los
ridos yf : cantidad de keroseno retenida en el ensayo CKE
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donde: Glt* : mdulo complejo G* a 19 C despus de envejecer a
largo plazom : espesor en micrones de la pelcula de ligante
ENVEJECIMIENTO DEL BETUNExperiencias de Khandal y Chakraborty
x [Pa]m3.158.521 176.472,6-=Glt*
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Espesor de lmina de betn: mm4 5 6 7 8 9 10
5.2
6.0
7.0In
dice
de e
nvej
ecim
ient
o: h
a/h0
Efecto del espesor de la lmina de betn sobre el ndice de envejecimiento
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Ubicacin de la mezcla respecto de la superficie:
El envejecimiento es mucho ms rpido a cota de rasante y hasta unos pocos milmetros de distancia. A mayor profundidad, el efecto se ralentiza debido a que el material est menos expuesto a las acciones climticas, especialmente en mezclas densas y semidensas.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Endurecimiento en superficie y a profundidad media
1 ao
PI: -1 0 +1 +2 +3 +4
Pene
trac
in
a 25
C: d
mm
Punto de ablandamiento: C40 60 80 100
20
60
70
40
30
50
90
100
80
PI: -1 0 +1 +2 +3 +4
Betn virgenProfundidad mediaSuperficie
2 aos0.5 aos
7 aos1 ao
2 aos
7 aos
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Fatiga (debido al trnsito; trmica):
Los efectos de fatiga debido al trnsito o de las variaciones trmicas provocan fisuras y otras fallas superficiales que derivan en una mayor exposicin a la intemperie y, por lo tanto, favorecen el envejecimiento.
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El proceso de envejecimiento de los ligantesFACTORES EXTRINSECOS
Influencia del tipo y proporcin de filler:
El tipo de relleno mineral y sus proporciones relativas en la mezcla, influencian notablemente la resistencia al envejecimiento de la misma.
Ser tratado con mayor detalle ms adelante.
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EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS
El proceso de envejecimiento de los ligantes
El estudio y la evaluacin del envejecimiento
El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento
Anlisis funcional con mtodo UCL
Mtodos de prevencin del envejecimiento
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EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LOS LIGANTES
PERIODOS DEL ENVEJECIMIENTO
Corto plazo Largo plazo
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ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTOA CORTO Y LARGO PLAZO
Edad: aos
Indi
cede
env
ejec
imie
nto:
ha/h
0
0 2 4 86 10 12
2
1
6
7
4
3
5Envejecimiento en almacenaje,
transporte y puesta en obra
Envejecimiento durante el mezclado
CORTO PLAZO
Envejecimiento despus de 8 aos de servicio
LARGO PLAZO
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EL ANALISIS DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS PARA
PAVIMENTACION
Estudios mediante simulacin en laboratorio
Sobre el asfalto
Sobre las mezclas
Mtodos de evaluacin
Sobre el asfalto
Sobre las mezclas
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Envejecimiento. Mtodos de simulacin en laboratorio sobre los asfaltos
Envejecimiento acelerado en pelcula delgadan TFOTn RTFOTn Rotavaporn Otros (variantes)
Mtodo SHRP y variantesOtros ensayos
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Envejecimiento acelerado en pelcula delgadaEquipo TFOT
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Envejecimiento acelerado en pelcula delgada Equipo RTFOT
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FORMULA DE LUND Y WILSONPara envejecimiento a corto plazo
[%]100xB - AR - A
=C
donde: C : valor a determinar, R : viscosidad absoluta del betn recuperado de la
muestra tomada del firme al finalizar las operaciones de pavimentacin,
A : viscosidad absoluta del betn virgen yB : viscosidad absoluta del residuo del betn virgen
envejecido en RTFOT
Segn los autores, un valor C
Envejecimiento acelerado en pelcula delgadaEvaporador rotatorio (Rotavapor)
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METODOLOGIA SHRP DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO SOBRE EL ASFALTO
Corto plazo: RTFOT Largo plazo: RTFOT + PAV
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Instrumental PAV
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METODOLOGIAS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO SOBRE LAS MEZCLAS
SHRP Corto plazo: STOA (Short Term Oven Aging:
envejecimiento en horno a corto plazo)
Largo plazo: LTOA (Long Term Oven Aging: envejecimiento en horno a largo plazo
LPO (Low Pressure Oxidation: oxidacin a baja presin)
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EXPERIENCIAS DE BELL CON EL LTOA
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
CAMPO SINENVEJ.
STOA LTOA2 LTOA4 LTOA8
Tratamiento
Md
ulo
resi
lient
e di
amet
ral [
KSI
]
13 AOS, CLIMA SECO CON HELADAS
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EL ANALISIS DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS PARA
PAVIMENTACION
Estudios mediante simulacin en laboratorio
Sobre el asfalto
Sobre las mezclas
Mtodos de evaluacin
Sobre el asfalto
Sobre las mezclas
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Ensayos convencionales de base emprica Penetracin Punto de Ablandamiento Punto de Fragilidad Fraass
Ensayos reolgicos Viscosidad Mdulos de rigidez Remetro Dinmico de Corte (DSR) Remetro de viga a flexin (BBR)
Ensayos qumicos y fisico-qumicos de base cientfica De composicin Espectroscopa infrarroja Cromatografa por permeacin de geles Resonancia magntica nuclear Calorimetra de barrido diferencial
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Penetracin IRAM 6576
100 g
25 C
COMIENZO
100 g
25 C
FIN DESPUS DE 5 seg
PENETRACION
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Punto de Ablandamiento (IRAM 115)
MECHERO
CAMA DE AMIANTO
25.4 mm
TERMOMETRO
25.4
mm
EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Punto de Fragilidad Fraass
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Viscosmetro Brookfield
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RELACIN ENTRE LA PENETRACIN Y LA VISCOSIDAD
pen 1.935.3 x 109
=h
donde: h : viscosidad se expresa en poises y la, pen : penetracin en dcimas de milmetro,
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NDICE DE PENETRACIN
u + 30 v20 u - 300 v
=IP
donde: tAB : temperatura del punto de ablandamiento, en Ctp : temperatura en C a la cual se realiza el ensayo de
penetracin, usualmente 25, PT : penetracin a la temperatura tp
Log 4 (tAB - tp)=u
Log 800 - log PT=v
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NOMOGRAMA DE HEUKELOM
140 170
VISCOSIDAD [poises]
TEMPERATURA [C]25024023
022020
0190
180
160150
130120
110100
90801
2
34
1086
2
4
5
1052
106
4
6
1038
24
1042
6
1028
2
46
20 50 706040301001020304050 210
PENETRACIN [0.1 mm]1
2
468
10
2
46
102
2
46
103- 40 - 20 0 20 40 60
1-1-2-3
02 3
4 56 7
PI
T800 pen
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G*G
Componente viscosa
GComponente elstica
d
EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Remetro de corte dinmico (DSR)
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Mdulo de Almacenamiento G' a 64 C
2
4
6
8
10
12
Original RTFOT PAV
Md
ulo
de
Alm
acen
amie
nto
G' [
Kpa]
AP1AP2 AP3
EFECTOS DEL ENVEJECIMIENTO DE UN ASFALTO MODIFICADO CON POLIMEROS
Anlisis con DSR
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Remetro de viga a flexin, BBREVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Remetro de viga a flexin(BBR)
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10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Edad [meses]
Asf
alte
nos
[%]
Ejemplo de aplicacin de un ensayo qumico de composicin: Evolucin del tenor de asfaltenos con la edad
Asfalto original
EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LOS ASFALTOS
Espectografa infrarroja
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SUSCEPTIBILIDAD AL ENVEJECIMIENTO
d CAd (% AS)
xd (% AS)d (ln h)
=HS
donde: % AS : cantidad de asfaltenos del betn, d(ln h)/d(% AS) : representa cmo los asfaltenos se ven
afectados por la viscosidad h de la muestra,
d(%AS)/dCA : es la susceptibilidad a la formacin de asfaltenos (AFS),
dCA : variacin del rea de carbonilo observada en el anlisis de espectroscopa infrarroja
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Medidor Presin
Solvente
DetectorRegistrador
Bomba de alta presin
Vlvula inyectora
Sistema de columnas
CROMATOGRAFIA POR PERMEACION DE GELES
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EVALUACIN DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE LAS MEZCLAS
Traccin indirecta por compresin diametral
Traccin directa
Mdulo dinmico sobre probetas
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ENSAYO DE TRACCION INDIRECTAConfiguracin de carga y fallo de la probeta
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ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTA
p x t x d2 Pmx=RTI
donde: Pmx : carga mxima a rotura, t : espesor de la probeta, d : dimetro de la probeta
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MDULO RESILIENTECiclo de carga con perodo de relajacin
s x DI,T
P (n + 0.27)=EI,T
donde: EI : mdulo resiliente instantneo, P : amplitud del pulso de carga,n : coeficiente de Poisson,s : altura de la probeta ,DI : deformacin producida en el instante en que termina
la aplicacin del pulso de carga,ET : mdulo resiliente total,DT : deformacin producida al trmino del periodo de
reposo que sigue al pulso de carga.
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Frecuencia transformada (Hz)
20
50
100
200
500
1.000
2.000
3.000
1E-04 1E-02 1 1000100M
dul
o co
mpl
ejo
[ksi
]
Betn: AAD-1Agregado: RHTemperatura: 25C
Sin envejecerSTOALTOA
CURVA MAESTRA STIFFNESS
CURVA ANGULO DE DESFASE
20
10
0
30
40
50
60
1E-04 1E-02 1 1000100Frecuencia transformada [Hz]
Ang
ulo
de fa
se [
]) Betn: AAD-1Agregado: RHTemperatura: 25C
Sin envejecerSTOALTOA
MDULO COMPLEJO
Carga cclica sin perodo de relajacin
(La carga se aplica a distintas frecuencias y temperaturas)
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EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS
El proceso de envejecimiento de los ligantes
El estudio y la evaluacin del envejecimiento
El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento
Anlisis funcional con mtodo UCL
Mtodos de prevencin del envejecimiento
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EL EFECTO DEL FILLER EN LA RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO
Hasta la actualidad, poca atencin se ha prestado a un aspecto muy importante de la durabilidad de las mezclas asflticas: la influencia de la cal en la resistencia al envejecimiento del asfalto
Dr. A. Verhasselt (2004)
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NIVEL DE TENSIN VS. NMERO DE CICLOS, ENSAYO DE FATIGA SOBRE MEZCLAS DE ARENA-BETN
10
100
1E+03 1E+05Fatigue life
Stra
in [%
]
AAD-1
AAD-1 + LS
AAD-1 + HL
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EL EFECTO DEL FILLER EN LA RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO
Ecuacion de Einstein
donde: hc : viscosidad macroscpica de la dispersinho : viscosidad del medio de dispersinC : concentracin en volumen del slido disperso por
unidad de dispersin y k es una constante que mide la actividad de las partculas en suspensin
h0 e k x Cx=hc
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V x g fillerP
=Cs
CONCENTRACION CRITICA
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g betng filler
Peso betn+
Peso fillerVol. filler + vol. betn
g filler=
Vol. filler=Cv
Peso filler
CONCENTRACION VOLUMETRICA
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Cs
Cv1
RELACION Cv/CsVlida para asfaltos convencionales
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010
20
30
40
50
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Relacin en peso filler/betn
Prd
idas
[%]
Cal
Cemento
CO3Ca
0
10
20
30
40
50
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Concentracin de filler en volumen , Cv/Cs
Prd
idas
[%]
Cal
Cemento
CO3Ca
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EFECTO DE LA ADICIN DE CAL EN LOS NIVELES DE OXIDACIN
0
2
Intempermetro, 14 das ERTFOT + MTFOT
Niv
eles
de
oxid
aci
n
0
612
)(
Betn 80/100
% Cal (en peso):
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EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS
El proceso de envejecimiento de los ligantes
El estudio y la evaluacin del envejecimiento
El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento
Anlisis funcional con mtodo UCL
Mtodos de prevencin del envejecimiento
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EL ANALISIS FUNCIONAL DEL ENVEJECIMIENTO - MTODO UCL
Cohesin
Susceptibilidad trmica
Adhesividad
Resistencia al envejecimiento
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ENSAYO CANTABRO EN PROBETAS UCL
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MTODO UCL: CURVAS DE ESTADO
CURVAS DE ESTADO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8Te m pe ratura [C]
P
rdid
as [
%]
N1 N2 N3 M1 M2
-15 -5 10 25 40 55 70
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25Horas de envejecimiento
P
rdid
as [
%
N1 N2 N3 M1 M2
METODO UCLCURVAS DE ENVEJECIMIENTO
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OBJETIVOS DE LAS INVESTIGACIONES EFECTUADAS CON EL METODO UCL
Conocer mejor las causas y los efectos del envejecimiento
Interpretar y valorar la contribucin de los flleres de aportacin
Proponer criterios sencillos de dosificacin de mezclas bituminosas
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ACTIVIDADES EXPERIMENTALES
Mezclas patrn Variables: tipo de ligante, tipo de relleno
mineral, proporciones relativas fller-betn
Estudios mediante el Mtodo UCL. Influencia del envejecimiento sobre la cohesin y la
susceptibilidad trmica. Efecto del tipo de ligante y del tipo y contenido de fller
Anlisis intrnseco del envejecimiento de asfaltos empleados en las mezclas
UCL y extrados por destilacin controlada
EnsayosTradicionales
de caracterizacin
EnsayosComplementarios,
tcnicas analticas y DSR
Conclusiones. Determinacin de criterios de diseo para optimizar la resistencia al envejecimiento
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MEZCLA UCL
Granulometra T5
00.63
202.5
1005
Pasa [%]
Tamiz UNE[mm]
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FILLERES EMPLEADOS
Correlaciones entre Cv/C y f/b (en peso)
Fller/Betn (en peso)
2.481.580.610Fller calizo
0.660.470.210Cal hidratada
1.31.00.50Cv/Cs
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INFLUENCIA DEL ENVEJECIMIENTO EN LA COHESION Y LA SUSCEPTIBILIDAD TERMICA MEDIANTE EL METODO UCL
Variantes en la ejecucin de los ensayosv Concentraciones volumtricas de
fller respecto de su concentracin crticav Sin fller (Cv/Cs = 0)v Cv/Cs = 0,5v Cv/Cs = 1,0 v Cv/Cs = 1,3v Cv/Cs = 1,5
v Temperatura de ensayo de las probetasv -10 Cv 5 Cv 25 Cv 40 Cv 60 Cv 70 C
v Tipo de ligantev Betn-polmero SBSv Betn-polmero EVAv Betn normal tipo B-70/100
v Tipo de fllerv Cal hidratadav Fller calizo (carbonato
clcico)v Perodos de envejecimientov 0 dasv 2 dasv 4 dasv 7 das
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
SIN FILLER
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
Cv/Cs = 0.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
Cv/Cs = 1.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
Cv/Cs = 1.3
HAZ DE CURVAS DE ESTADOBETUN CON SBS FILLER CAL Cv/Cs: 0, 0.5, 1.0, 1.3 y 1.5EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
Cv/Cs = 1.5
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DIFERENCIAS DE PERDIDAS0 DIAS Y SIN FILLERMEZCLAS UCL CON SBS Y CAL, A 5 C
- 0,4- 6,61.5
- 3,7- 7,51.3
+ 0,7- 6,61.0
+ 4,0- 2,80.5
+ 24,50 (referencia)0
Envejecimiento 7 dasSin envejecer
Diferencias de prdidas [%]Cv/Cs
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
SIN FILLER
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
Cv/Cs = 0.5
HAZ DE CURVAS DE ESTADOBETUN CONVENCIONAL FILLER CAL Cv/Cs: 0, 0.5, 1.0 y 1.3EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 4 das 7 das
Cv/Cs = 1.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
Cv/Cs = 1.3
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DIFERENCIAS DE PERDIDAS0 DIAS Y SIN FILLERBETUN CONVENCIONAL Y CAL, 5 C Y 25 C
Envejecimiento 7 das
+ 8,5
+ 4,7
- 0,6
+ 5,4+ 2,1
- 5,9
+ 2,7
+ 19,6
Envejecimiento 7 das
Ensayos a 25 CEnsayos a 5 CCv/Cs
- 4,1- 12,11.3
- 7,3- 12,81.0
- 5,5- 9,80.5
0 (referencia)0 (referencia)0
Sin envejecerSin envejecer
Diferencias de prdidas [%]
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo de envejecimiento [das]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
Cv/Cs=1.0Cv/Cs=0.5
Sin filler
INCIDENCIA DE LA FILLERIZACIONBETUN CONVENCIONAL FILLER CAL ENSAYO A 25 C
Cv/Cs=1.3
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo de envejecimiento [das]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
Cv/Cs=1.5 Cv/Cs=1.0Cv/Cs=0.5
Sin filler
INCIDENCIA DE LA FILLERIZACIONBETUN MODIF. CON EVA FILLER CAL ENSAYO A 70 C
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
SBS EVA 70-100
0 dasSin fillerCv/Cs = 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
SBS EVA 70-100
7 dasSin fillerCv/Cs = 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
SBS EVA 70-100
0 dasSin fillerCv/Cs = 0
CURVAS DE ESTADOINCIDENCIA DEL TIPO DE LIGANTE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura de las probetas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
SBS y cal EVA y cal 70-100 y cal
0 dasCalCv/Cs = 1.0
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,5 1 1,5 2Concentracin de filler Cv/Cs
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
1.3
PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO MODIF. CON SBS FILLER CAL -10 C Y 0, 2 y 4 DAS DE ENVEJECIMIENTO
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,5 1 1,5 2Concentracin de filler Cv/Cs
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO MODIF. CON SBS FILLER CAL70 C Y 0, 2 y 4 DAS DE ENVEJECIMIENTO
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,5 1 1,5 2Concentracin de filler Cv/Cs
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
0 das 2 das 7 das
1,3
PERDIDAS vs. CONCENTRACION DE FILLERASFALTO CONVENCIONAL FILLER CAL-10 C Y 0, 2 y 4 DIAS DE ENVEJECIMIENTO
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30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8Envejecimiento [das]
Pene
trac
in
[dm
m]
Sin filler Cv/Cs = 1.0 Cv/Cs = 1.3Cv/Cs = 0.5Virgen
PENETRACION vs. ENVEJECIMIENTOASFALTO CONVENCIONAL Y CAL, DIFERENTES CONCENTRACIONES VOLUMETRICAS DE FILLER
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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE FILLER EN LA EVOLUCION DEL PUNTO DE
ABLANDAMIENTO CON EL ENVEJECIMIENTOASFALTO CONVENCIONAL Y CAL
40
45
50
55
60
65
0 0,5 1 1,5 2Cv/Cs
P. d
e R
ebla
ndec
imie
nto
[C
]
Betn virgen0 das
2 das7 das
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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE FILLER EN LA EVOLUCION DE LA VISCOSIDAD CON EL
ENVEJECIMIENTO ASFALTO CONVENCIONAL Y CAL
1000
10000
0 0,5 1 1,5 2Cv/Cs
Visc
osid
ad a
60
C [P
oise
]
Betn virgen
0 das
2 das7 das
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140 170
VISCOSIDAD [poises]
TEMPERATURA [C]25024023022020019018016015
01301201101009080
1
2
34
1086
2
4
5
1052
106
4
6
1038
24
1042
6
1028
2
46
20 50 706040301001020304050 210
PENETRACIN [0.1 mm]1
2
46810
2
46
102
2
46
103- 40 - 20 0 20 40 60
1-1-2-3
02 3
4 56 7
PI
T800 pen
NOMOGRAMA DE HEUKELOMASFALTO CONVENCIONAL Y CAL
Con cal, Cv/Cs=1.5 0 das
Asfalto virgenSin cal 0 das
140 170
VISCOSIDAD [poises]
TEMPERATURA [C]25024023022020019018016015
01301201101009080
1
2
34
1086
2
4
5
1052
106
4
6
1038
24
1042
6
1028
2
46
20 50 706040301001020304050 210
PENETRACIN [0.1 mm]1
2
46810
2
46
102
2
46
103- 40 - 20 0 20 40 60
1-1-2-3
02 3
4 56 7
PI
T800 pen
Con cal, Cv/Cs=1.5 7 das
Asfalto virgen
Sin cal 7 das
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VISCOSIDAD 100 C vs. CONCENT. DE FILLERBETUN MODIFICADO CON EVA, FILLER CAL
10
100
1000
0 0,5 1 1,5Cv/Cs
Visc
osid
ad a
100
C [P
oise
]
virgen 0 das 2 das 7 das
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16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008A
bsor
banc
ia [2
54 n
m]
Ve [ml]
asfalto virgenAsfalto virgen
Asfalto de mezcla con cal, Cv/Cs=1, envejecida 7 das
Asfalto de mezcla sin filler, envejecida 7 das
ELUGRAMASASFALTO VIRGEN7 DIAS DE ENVEJ. SIN FILLER7 DIAS DE ENVEJ. CON FILLER CAL (Cv/Cs = 1.0)
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2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0
1
2
3
4
5
6
F 1
F 2
A
bs
or
ba
nc
ia 1
03
V e ( m l )
S i n e n v e j e c e r E n v e j e c i d o
SBS
EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO SOBRE EL PERFIL CROMATOGRAFICO GPCDEL BETUN MODIFICADO
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Virgen, sin envejecer
Sin filler,7 das de envejecimiento
Cv/Cs = 1.0, filler cal, 7 das de envejecimiento
ESPECTROSCOPIAS INFRARROJASASFALTO CONVENCIONAL
1380
.0
1600
.0
3250
.0
4000.0 400.03000.0 2000.0 1500.0 500.01020.0
1790
.018
90.0
1465
.0
NUMERO DE ONDA [cm-1]
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ANALISIS MECANICO DINAMICOEFECTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL BETUN
G* sin envejecer
G* envejecido
d1d2
G
G
G
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2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Cv/Cs
G* [
Pa]
REOMETRO DE CORTE DINAMICO (DSR)MODULO COMPLEJO Y ANGULO DE DESFASE EN FUNCION DE LA CONCENT. DE FILLER
Betn virgen
2 das de envejecimiento
7 das de envejecimiento
76
78
80
82
84
86
88
90
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Cv/Cs
d [
]
Betn virgen
2 das de envejecimiento
7 das de envejecimiento
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010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80Temperaturas [C]
Prd
idas
al C
nta
bro
[%]
con filler - 7 dascon filler - 0 das
Sin filler - 7 dasSin filler - 0 das
CRITERIOS DE DISEOEJEMPLO DE APLICACIN EN UNA OBRALas temperaturas de diseo de la obra son -5C y 68C
LIMITE POR FRAGILIDAD
LIMITE POR INCONSISTENCIA
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EJEMPLO DE TEMPERATURAS DE DISEO
68Temperatura de diseo mxima, TDM
- 5Temperatura de diseo mnima, TDm
77727465Temperatura de inconsistencia, Ti
-9- 187- 11Temperatura de fragilidad, Tf
Con fller, 7 das
Con fller, 0 das
Sin fller, 7 das
Sin fller, 0 das
Condiciones de fillerizacin y
de envejecimiento de la mezclaTemperaturas[C]
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EL ENVEJECIMIENTO DE LOS ASFALTOS
El proceso de envejecimiento de los ligantes
El estudio y la evaluacin del envejecimiento
El efecto del filler en la resistencia al envejecimiento
Anlisis funcional con mtodo UCL
Mtodos de prevencin del envejecimiento
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MTODOS DE PREVENCIN DEL ENVEJECIMIENTO
Control de temperaturas durante la elaboracin en planta
Utilizacin de asfaltos modificados
Mezclas con elevado contenido de ligantepara carpetas: SMA
Empleo racional de flleres clcicos
Uso de mezclas tibias o semicalientes
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Control de temperaturas durante la elaboracin
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Consistencia vs. temperatura. Efecto beneficioso de los asfaltos modificados con polmeros
Regin trabajo
ASFALTOMODIFICADO CON SBS
Regin flexible
Reginmezclado y compactacin
Punto de ablandamiento
ASFALTO CONVENCIONALPE
NE
TR
AC
IN
[0.0
1 m
m]
TEMPERATURA [C]
VIS
CO
SID
AD
[Poi
ses]
10
10
10
10
1
104
5
1010
105106
600 180120
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Esqueleto ptreo
SMA
Arena + Filler + Fibras
+ Asfalto
STONE MASTIC ASPHALT (SMA)
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STONE MASTIC ASPHALT (SMA)
SSS S S SS S
S SS
S
Escurrimiento por exceso de ligante
Fibras de celulosa
Fibras actan como agente estabilizador y el asfalto no escurre
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Elaboracin en planta a menor temperatura (mezclas tibias o semicalientes )
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Elaboracin en planta a menor temperatura (mezclas tibias o semicalientes )
Procesos para fabricar mezclas semicalientes:WAM-Foam: sistema ligante de 2 componentes, un asfalto blando y otro duro (que se espuma). Uso de aditivos orgnicos de bajo punto de fusin, resinosos, que modifican la curva de viscosidad -temperatura del asfalto.Agregado a la mezcla de zeolita sinttica que libera agua hidratada y espuma al asfalto, permitiendo reducir la temperatura de mezclado.
En general, se logra mezclar a unos 40 C menos que la temperatura correspondiente al asfalto empleado, reduciendo el envejecimiento a corto plazo.
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Elaboracin en planta a menor temperatura (mezclas tibias o semicalientes )
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Jornadas Tcnicas
Envejecimiento de mezclas asflticas: estudio, evaluacin y
mtodos de prevencin
Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto
LID-Laboratorio de Pavimentos e Ingeniera VialFacultad de Ingeniera - Universidad Nacional de La Plata
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!!!!!
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