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Uso de Infrarrojo Portátil para Evaluar PavimentosAsfalticos: Herramienta para la Gestión
de Conservación Vial
Delmar Salomón
Pavement Preservation Systems, LLC
Bosquejo
➢ Todo asfalto se oxida y envejece: el resultado inevitable de todo pavimento flexible
➢ Antecedentes de Espectroscopia de Infrarrojo (FTIR) en asfalto envejecido
➢ (SHRP2-R06B)**
➢ Monitoreo in-situ. FTIR portátil: no destructivo
➢ Demostración y resultados del proyecto RP 249 en Idaho
➢ Normal Provisional T 128 de AASHTO
➢ Conclusiones
** SHRP2: Strategic Highway Research Program 2: desarrollo de tecnología para
medir calidad de materiales de construcción en obra
SHRP1= SUPERPAVE: todo sobre propiedades reológicas del ligante asfáltico
Insostenibilidad de infraestructura
vial
Impacto a usuarios:aumento de la rugosidad;tiempo perdido;usuarios insatisfechos
Impacto económico:
reducción de vida útil;
incremento de gastos de mantenimiento
impacto ambiental:daño por humedad;deterioro a la infraestructura
Oxidación
térmica1O2
http://www.utexas.edu/research/tppc/conf/images/pavement_pres.jpg
O-HC=OS=O
Dibujo cortesía, Dr. Michael Greenfield, Univ. Rhode Island; traducción por Dora Salomón
Resultado inevitable: envejecimiento del asfalto en los pavimentos
ultravioleta
Resumen GeneralNecesidad de un indicador de campo
rápido para evaluar el nivel de
oxidación de los HMA (mezcla en
caliente)
Los estudios FTIR en laboratorio
sobre la oxidación del asfalto
son bien conocidos
Potencial de incorporar un
índice de envejecimiento para
pavimento en Programas de
Gestión Vial
Uso de espectroscopia de
infrarrojo portátil para
prueba in situ de HMA
La oxidación es un factor
importante en el deterioro de los
pavimentos
SHRP 2 - Avances
en aplicaciones de campo de
FTIR
Ensayos no destructivos de
los niveles de oxidación de
HMA por FTIR portátil
Norma Provisional TP 128 de
AASHTO: uso de FTIR portátil
en monitoreo
Método de espectroscopia infrarrojo[ Espectroscopia infrarrojo de Transformada de Fourier (FTIR)]
Vibración de flexión Vibración de
tensión
“Oxidación de la señal "
del ligante y la mezcla
Mezcla
Ligante
Referencias para la espectroscopia infrarrojo de los asfaltos envejecidos
➢ Identificación de los principales productos de la oxidación(Petersen et al., 1986-2009)
➢ Carbonilo (CO) se evalúa por área de banda entre 1820 y1650 cm-1 (Ruan, Glover et al., 2003; Woo, Glover et al.,2007)
➢ Viscosidad relacionada con el contenido de carbonilo(Ruan, Glover et al., 2003; Woo, Glover et al., 2007)
➢ Modulo (G*) se correlaciona con CO y SO se mide porFTIR (Glaser y Petersen, PARC2010)
REFERENCIA DE SHRP 2
• Zofka et al., 2013; Chrysochoou, Johnson & Yut, 2014 (SHRP 2 R06B)
Reporte R06B de SHRP 2
(SHRP2-R06B): Medición del nivel de oxidación por FT-IRTrabajo original, usando taladro y llevando muestra al equipo FTIR
Muestreo (destructivo) Tamizando
Procesamiento de la señal Interpretación de datos
Escaneo
Técnicas de espectroscopia de infrarrojo
➢ Transmisión IR es buena para los líquidos y películas delgadas, pero requiere extracción con solventes y pastillas de KBr.
➢ ATR es adecuado tanto para líquidos así como polvos, pero interroga sólo 1-2 μm, también es propenso a los efectos de dispersión.
➢ DR es mejor para muestras sólidas en bruto (penetra a profundidad total de 2 mm), <tamaño de partícula <100 μm, minimiza la dispersión).
TransmisiónReflectancia
atenuada total(ATR)
Reflectancia difusa de espectroscopia infrarrojo (DRIFT)
Tecnología de punta
➢ Avances recientes en aplicaciones FTIR portátil para mediciones in situ en pavimentos
➢ Existe la necesidad de pruebas in situ para el control de procesos: interpretación rápida y fácil para control de calidad en obra
Práctica
➢ Implementar control de procesos FTIR portátil para medir el
nivel del envejecimiento (oxidación) de mezcla asfáltica
(HMA) en campo/obra
➢ Medir el nivel de oxidación del pavimento y usar como
banco de datos en programas de ‘Gestión de Conservación
Vial’
Transmisión (laboratorio
tradicional)
Modalidades de espectroscopia infrarrojo
Reflectancia total atenuada
(ATR)
Reflectancia Difusa
Infrarroja Transformada de
Fourier (DRIFT)
(no-destructivo)
Destructivo (extracción del
ligante de mezcla asfáltica)
Proyecto RP 249: Demostraciones con diferentes contenidos de RAP
• REPORTE RP 249 por D. Salomon y Iliya Yut
“Improving Quality Control of Asphalt Pavement with RAP using a Portable Infrared Spectroscopy Device” (Junio 2016)
Fórmula de Mezcla de Trabajo (JMF)
Parámetros
Experimentales
Proyecto #1
(Karcher)12046
Proyecto #2
(Fruitland) kn 13462
Proyecto #3
(Lewiston) kn 13435
Contenido de RAP
(% peso por agregado)
17 54 45
(fresado-40%, acopio –
5%
Ligante virgen , PG 70-28 52-34 70-34
Ligante del contrato, PG 70-28 70-28 76-28
Contenido virgen del
ligante
(% por peso de la mezcla)
4.4 2.7 2.8
Contenido de ligante (%
peso por mezcla)
5.3 5.3 5.6
Composición/agregado
(% por peso de agregado)
B – 39%
C – 44%
½” – 9%
# 4 – 9%
LL C – 6%
LL WC – 22%
B – 26.5%
C – 21%
Clean C – 7.5%
Fresado – 40%
Acopio de RAP – 5%
Tabla 1. Resumen del JMF para 3 proyectos de demostración
Primer Estudio para
Idaho Transportation Department
Control de calidad de las muestras de HMA/RAP en obra utilizando
un equipo portátil de espectroscopia de infrarrojo (PIRS )
Objetivos:1. Evaluar la capacidad del PIRS para determinar % RAP
2. Proporcionar recomendaciones para el uso PIRS en los futuros proyectos de
pavimentación.
Selección
Proyectos
por % de
RAP
Recoger
los
Materiales
Muestras
para
Calibración
Mediciones
de mezclas
por PIRS
Análisis de datos
Comparar resultados de campo y elaborar recomendaciones
Varios %RAP
(0-15-30-100)
(0-25-50-100)
•Ligantes
•Agregado
•RAP
•Bajo RAP
•Medio RAP
•Alto RAP
•Laboratorio
(calibración)
•Planta y Obra
Pavimento
•(validación)
•Variabilidad
•Relación de resultados:
laboratorio, planta y
pavimento
•Factores de influencia
Mezclas preparadas con diferentes porcentajes de RAP
Tipo de
muestra
Proyecto JMF
RAP
Virgin
Binder
Virgin
Agg.
RAP No. de
muestrasPreparación
Laboratorio
Karcher 17% 5.6%
4.7%
3.8%
2.9%
94.4%
80.3%
66.1%
52.0%
0%
15%
30%
45%
5
5
5
5
✓ Adquirir
componentes del
contratista.
✓ Precalentar
Componentes
✓ Mezclar a
temperatura de
planta
✓ Enfriar la Mezcla
✓ Medir por PIRS
✓ Almacenar
Fruitland 54% 5.6%
4.1%
2.7%
1.3%
94.4%
70.9%
47.3%
23.7%
0%
25%
50%
75%
5
5
5
5
Lewiston 45% 5.7%
3.6%
2.8%
1.9%
94.3%
64.9%
52.2%
39.6%
0%
31%
45%
58%
5
5
5
5
Fuente de RAP Por cada proyecto 5 Entregas de los
ContratistasPlanta HMA Por cada proyecto 5
Pavimento Por cada proyecto 5 Contratista y Agencia* Todos los pesos = % en total agregado
Primer Estudio en Idaho
Calibración del RAP en la mezcla(composición)
Proyecto #1
(Karcher)
Proyecto #2
(Fruitland)
Proyecto#3
(Lewiston)
Muestra 1 0% RAP 0% RAP 0% RAP
Muestra 2 15% RAP 25% RAP 30% RAP
Muestra 3 30% RAP 50% RAP 45% RAP*
Muestra 4 45% RAP 75% RAP 60% RAP
Muestra 5 100% RAP 100% RAP 100% RAP
Medición de oxidación por PIRS
Modo de exploración : mezcla HMA con RAP
Escaneo region IR: 4000-400 cm-1
Resolución de la señal: 8 cm-1
Promedio de espectros: 24
Señal de Oxidación OxS = Pico normalizada a 1700 cm-1
Primer Estudio para
Idaho Transportation Department
2920
1700
A
AOxS =
Análisis del infrarrojo
Escaneo de IR y señales de oxidaciónCálculo de la señal de oxidación proveniente de un espectro de
absorbancia de una muestra de mezcla asfáltica.
(N° de Ondas)
(Ab
so
rban
cia
)
(Aplicación)
Medición In Situ en obra y comparación con las curvas de
calibración
Cilindros de HMA compactado con muestras de la planta
D= 50 mm X L= 50 mm
0%
15%30%
45%
100%
pavimento, 17%
planta,17%
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Señ
al
de
Oxid
ació
n[a
u]
Contenido de RAP
Señal de oxidación de la mezcla de producción Karcher (12046)( Proyecto 1)
0%25%
50%
75%
100%
pavimento, 54%
planta 54%
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Señ
al
de
o
xid
ació
n [
au
]
Contenido de RAP
Señal de oxidación de la mezcla de producción Fruitland (kn13462) (proyecto #2)
0%31%
45%
58%
100%
pavimento 45%
planta, 45%
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Señ
al
de o
xid
ació
n [a
u]
Contenido de RAP
Señal de oxidación de la mezcla de producción Lewiston (kn 13435) (Proyecto #3)
Objetivo de Análisis:
Detectar la desviación de muestras de plantas y pavimentos de la JMF
Resultados:
✓ Todas las mediciones de los pavimentos se mantuvieron dentro 1 desviación estándar
del JMF
✓ Mediciones de las plantas resultaron ser más altas que las del pavimento
✓ La muestra de la planta Lewiston puede no ser representativa por realizar el trabajo de
pavimentación durante la noche.
Primera demostración en Idaho
Evaluación del nivel de oxidación de mezclas asfálticas mediante un espectrómetro de infrarrojos portátil
Publicación Agosto de 2017
Standard Method of Test forEvaluation of Oxidation Level of Asphalt Mixtures by a Portable Infrared SpectrometerAASHTO TP 128
Detalles Norma Provisional TP 128
de AASHTO➢ Método destructivo: desarrollado por SRHP2 (Reporte R06B)
➢ Método no destructivo: desarrollado y presentado a AASHTO TS-2c
por PPS, LLC
➢ Alcance:
✓ Monitorear los niveles de oxidación de HMA ( HMA / RAP )
✓ Basado en el análisis cuantitativo de espectro infrarrojo con PIRS
✓ El muestreo obtenido directamente de la superficie del pavimento compactado
✓ La muestra puede ser modificada mediante la adición de RAP
✓ El nivel de oxidación en las muestras se calcula en base a la intensidad de la
señal asociada con el contenido de carbonilo.
La señal de la oxidación en la superficie del pavimento. se compara con las señales
predeterminadas de muestras JMF y las de Plantas.
La frecuencia umbral para las pruebas las establece una agencia en base a un estudio
piloto.
Ensayo en el campo
(Monitoreo de pavimento por PIRS)
En la planta HMA-LewistonSección de prueba Karcher
Lewiston: en pavimento
colocado
Proyecto Karcher: 17% RAP
MEDICIONES IN SITU
Proyecto: Lewiston, 45% RAPProyecto Fruitland, 54% RAP
Mediciones In Situ
¿Qué hemos aprendido sobre RAP-HMA?
✓En promedio, cada 20% de RAP corresponde a 0.1 unidades Ox.Signal
con una deviación estándar = 10% RAP
✓El % de RAP en HMA puede determinar con una confiabilidad del 82% basándose
en las mediciones de entre 0% a 100 %de RAP
Primera demostración en Idaho
Conclusión
El instrumento, PIRS, determina el nivel de oxidación de la mezcla asfáltica: del
diseño, en producción o en pavimentos colocados.
La ‘señal de oxidación’ que se logra con el PIRS, es un método rápido para la
evaluación de niveles de oxidación en las superficies de pavimentos. Es útil
para determinar cuando se debe hacer un tratamiento preventivo para una
mejor conservación vial.
Existe la Norma Provisional TP 128 de AASHTO para el uso del FTIR portátil
(PIRS) en el monitoreo y comparación de niveles de oxidación— en formula de
trabajo (JMF); la mezcla asfáltica de producción y pavimento colocado.
La técnica (no-destructiva) con el PIRS (instrumento portátil) se realiza de
manera muy directa – apunte, dispare y analicé.
‘El Camino por Recorrer’
Delmar Salomón
PresidentePavement Preservation Systems LLC
