INFLUENCIA DE UN ADITIVO REJUVENECEDOR PARA MEZCLAS CON RAP SOBRE LA TEMPERATURA DE FALLA DEL ASFALTO DE APORTE

En la actualidad muchos de los proyectos con RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) incluyen altos porcentajes de uso de RAP, en los que se deben utilizar rejuvenecedores que devuelvan al asfalto las capacidades y propiedades originales, sin perder de vista porcentajes por encima del 45% de RAP, porcentajes en los que se debe poner especial atención y garantizar la recuperación de las  características físicas del asfalto como: flexibilidad, adhesividad, capacidad de cohesión y propiedades que ayudan a retardar la aparición de las fallas en los pavimentos flexibles.

 

Víctor Márquez – Universidad Veracruzana

Rey Omar Adame Hernández – Lasfalto S. de R. L.

Israel Sandoval Navarro – Lasfalto S. de R. L.


 

Introducción

Una vez que los pavimentos asfálticos han alcanzado su vida útil para la cual fueron diseñados, los materiales que constituyen dicho pavimento o mezcla asfáltica conservan un valor considerable, desde que el material de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), por sus siglas en inglés), comenzó a ser usado a principios de la década de los 70´s, este tuvo su auge y uso extensivo durante esa década, este era usado como componente de los nuevos pavimentos debido al ahorro de costos que ofrecía y que adicionalmente representaba un método de reciclaje ambientalmente positivo. Además, otro aspecto importante, los diseños presentaban desempeños similares a los que habían sido fabricados y diseñados con materiales vírgenes. Después el programa SHRP (Strategic Highway Research Program), dentro de sus programas de investigación importantes estuvo el método de Superpave para el diseño de mezclas asfálticas en caliente (MAC), pero esta tenía una limitante, no contemplaba el uso de RAP en su metodología de diseño de la mezcla y desde entonces esto ha limitado el uso de RAP para los países que han adoptado esta metodología, tal es el caso de México.

Posteriormente el grupo de expertos de Superpave de la FHWA (Federal Highway Administration), con el objetivo de remediar las limitaciones presentadas por la metodología de diseño de mezclas utilizó la experiencia recabada años atrás para desarrollar algunos manuales que incluyeran el uso del RAP. Estos manuales ya reflejaban el efecto del asfalto envejecido del RAP en las propiedades del asfalto virgen, y este efecto depende del nivel y/o porcentaje de RAP usado en la mezcla. Cuando el nivel es bajo el efecto es mínimo y el RAP puede tomarse como una roca negra, es decir como un componente más en la granulometría y parte del porcentaje de agregado, la cual influye en las propiedades volumétricas y el desempeño de la mezcla a través de su distribución granulométrica y propiedades del agregado. Mientras que, porcentajes altos de  RAP en la mezcla, la analogía de la roca negra deja de ser efectiva, para este caso el asfalto envejecido se mezcla con el material virgen en cantidad suficiente como para hacer significativo su presencia y así afectar el desempeño de la mezcla. Cuando se agrega cantidad de RAP superiores al 20%, es recomendable extraer el asfalto del RAP para su análisis, hacer combinaciones del asfalto junto a un rejuvenecedor para determinar la cantidad de aditivo y el grado PG con el cual se desempeñará en la mezcla. En la actualidad muchos de los proyectos con RAP incluyen altos porcentajes de uso de RAP, en los que se deben utilizar rejuvenecedores que devuelvan al asfalto las capacidades y propiedades originales, sin perder de vista porcentajes por encima del 45% de RAP, porcentajes en los que se debe poner especial atención y garantizar la recuperación de las  características físicas del asfalto como: flexibilidad, adhesividad, capacidad de cohesión y propiedades que ayudan a retardar la aparición de las fallas en los pavimentos flexibles.

Uso de un aditivo rejuvenecedor en un asfalto Ekbé.

Todos los materiales asfalticos usados en la construcción de carreteras cambian sus propiedades con respecto al tiempo debido a que se ven afectados por factores como los rayos UV, el calor, cargas del tráfico, derrame de líquidos, entre otros, factores que envejecen directamente al asfalto, por lo que la durabilidad del asfalto se define como su capacidad de mantener las propiedades ligantes y cohesivas de la mezcla y estas dependen de las propiedades fisicoquímicas del asfalto, las que a su vez regulan su comportamiento reológico y las propiedades de la mezcla. En este trabajo se adiciona un aditivo rejuvenecedor en un asfalto convencional y se evalúa su comportamiento e incidencia de este en las propiedades y temperatura de falla del asfalto a diferentes dosificaciones.

Materiales Empleados

El ligante asfáltico analizado es un asfalto convencional Ekbé 64-16 proveniente de la refinería de Salamanca y el aditivo rejuvenecedor proporcionado por Grupo Súrfax. El objetivo, determinar el efecto en la temperatura y las propiedades reológicas del asfalto, así como las limitantes que se presentan en el uso de aditivos en el asfalto del RAP.

Inicialmente, para este trabajo se realizó la adición del aditivo rejuvenecedor en diferentes porcentajes con respecto al peso del asfalto. La Figura 1 muestra el proceso de incorporación de aditivo rejuvenecedor en una muestra de asfalto convencional, dicha muestra debe calentarse a una temperatura de 150°C, una vez alcanzada se adiciona el aditivo rejuvenecedor lentamente para una vez adicionado agregar 30 minutos de agitación y dispersar por completo el aditivo en el asfalto (condiciones representativas para este tipo de rejuvenecedor y asfalto.

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Figura 1 Incorporación de aditivo rejuvenecedor en el asfalto convencional:  Se toma una muestra representativa de asfalto con peso conocido, se incrementa y controla la temperatura de este a través del monitoreo con un termómetro y el contacto directo con la flama, posteriormente, se adiciona el aditivo manteniendo las condiciones iniciales de temperatura y agitación para aidcionar el aditivo, una vez terminado continuar agitando por 30 minutos como mínimo para después obtener una muestra representativa y determinar sus propiedades reológicas (Lasfalto, 2018).

Posteriormente se obtuvieron las muestras necesarias para ser analizadas en el Reómetro de corte dinámico, en dicho proceso se obtienen las temperaturas de falla del asfalto resultante con las diferentes cantidades de aditivo para cada dosificación.

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Figura 2 Ensayo de temperatura de falla en Reómetro de Corte Dinámico (lasfalto 2018).

La Tabla 1 muestra los resultados del análisis de temperatura de falla para diversos contenidos de aditivo rejuvenecedor, determinadas mediante el uso del Reómetro de Corte Dinámico (DSR).

Una vez obtenidas las muestras y analizadas en el reómetro de corte directo, a continuación, se muestran las temperaturas de falla del asfalto resultante con porcentajes de aditivo que parten del 3 hasta un 24%, porcentaje con el que se puede llegar a obtener temperaturas de falla de 55°C.

Tabla 1 Influencia del aditivo rejuvenecedor sobre la alta temperatura de falla del asfalto de aporte.

Porcentaje de Aditivo Rejuvenecedor (%) 3 6 9 12 15 18 21 24
Temperatura de falla alta (°C) 67.6 65.1 63.0 61.1 58.8 56.9 55.2 53.1

 

Con los datos presentados en la tabla 1 se graficaron las temperaturas de falla vs los porcentajes de aditivo rejuvenecedor en el asfalto, con lo que se obtiene un coeficiente de R2=0.9984 demostrando confiabilidad en el proceso. Además, la variación de la temperatura de falla con respecto a la incorporación de aditivo rejuvenecedor presenta un comportamiento casi lineal.

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Figura 3 Influencia del aditivo rejuvenecedor sobre la temperatura de falla del asfalto.

El grado de desempeño PG deseado del asfalto para una mezcla en particular se determina en función del clima (zona geográfica, México), Nivel de trafico en ejes equivalentes y velocidad de circulación, todo esto para el proyecto en particular donde se colocará la mezcla. Por lo general, la dependencia o agencia responsable específica cual es el grado bajo el cual se regirá el proyecto y este es indicado en los datos del contrato. Sin embargo, cuando se usa RAP, es necesario cambiar la calidad del asfalto virgen para tener en cuenta la adición del asfalto envejecido contenido en el RAP. Debido a que generalmente es el diseñador de mezclas el que determina la cantidad de RAP que se debe usar en la mezcla, el diseñador puede necesitar determinar cuál debe ser el grado de aglutinante virgen. Por lo que es importante determinar el porcentaje de aditivo y las temperaturas de falla.

Para este caso, en este trabajo se presentan en la tabla 2, las posibles combinaciones que pudieran darse con el uso de diferentes porcentajes de RAP y temperaturas de fallas distintas para el asfalto del RAP y asfalto virgen o de aporte.

Condiciones para un proyecto hipotético en el que el Grado PG para el proyecto es un PG 76 en la temperatura alta, para esto se supusieron diferentes condiciones como:

  • Temperatura de falla del asfalto del RAP: 100, 110, 120, 130 y 140°C
  • Porcentajes de RAP en la mezcla: 15% (tasa baja), 30% (tasa mediana) y 45% (tasa alta).

Esto con el objeto de analizar los panoramas que se pueden presentar en el diseño y selección de asfalto de una mezcla con RAP.

Temperatura de falla: temperatura a la cual cumple exactamente con el valor especificado de G*/sen δ 1 kPa para asfalto original y 2.2 kPa para asfalto envejecido en RTFOT

La temperatura de falla se obtuvo a partir de la siguiente ecuación:

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Donde:

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Tabla 2: Análisis para diferentes contenidos de RAP (15, 30 y 45%), temperaturas de falla del asfalto del RAP (asfalto envejecido) con temperaturas desde 100 hasta 140°C, las temperaturas de falla del asfalto de aporte determinadas por la ecuación propuesta por el Asphalt Institute y el grado PG necesario para el asfalto de aporte de acuerdo a los datos obtenidos en la ecuación.

Porcentaje de RAP en la mezcla (%) Temperatura de falla del asfalto RAP (°C) Temperatura de falla del asfalto de aporte (°C) Grado PG necesario para el asfalto de aporte
15% 140 64.7 PG 64
30% 48.6 PG 46
45% 23.6 PG 22
15% 130 66.5 PG 64
30% 52.9 PG 52
45% 31.8 PG 28
15% 120 68.2 PG 64
30% 57.1 PG 52
45% 40.0 PG 40
15% 110 70.0 PG 70
30% 61.4 PG 58
45% 48.2 PG 46
15% 100 71.8 PG 70
30% 65.7 PG 64
45% 56.4 PG 52

De acuerdo a los datos obtenidos en la tabla 2 se puede observar que, inicialmente para la temperatura de falla de 140°C. temperatura en la que las tasas bajas de RAP (menores al 15%) son factibles de fabricar, sin embargo, para tasas por arriba del 15 condición en la que el asfalto está muy envejecido este tendría que estar con un PG o temperatura de falla demasiado baja, además de altos contenidos de rejuvenecedor, por lo que se complica su fabricación. Para la condición de un asfalto envejecido extraído del RAP con una temperatura de falla de 130°C los porcentajes factibles son los porcentajes de 15 y 30%. Mientras que para la temperatura de 120 y 110 se mantienen la restricción de poder trabajar con condiciones de porcentaje de RAP altos (mayores a 30% de RAP). Por otro lado, la temperatura de falla de 100°C resulta ser la temperatura con mejores condiciones, condiciones para las que se podría trabajar hasta con porcentajes de RAP de 45%. Cabe mencionar que las temperaturas mas comunes de falla de asfaltos extraídos de RAP de pavimentos flexibles en México oscilan entre los 120° y 140°C. por lo que se deberá poner especial atención cuando se pretendan usar tasas altas de RAP.

 

Conclusiones

El uso de mezclas con pavimento asfaltico reciclado en los últimos años en México se ha venido incrementando por lo que es importante definir todas las propiedades de los componentes (asfalto, agregado y RAP) con el principal objetivo de lograr diseños exitosos y pavimentos duraderos. A través de este trabajo se pueden concluir que las tasas altas de RAP (más del 30%) en una mezcla asfáltica deben tener especial atención, debido a que esa cantidad de Asfalto envejecido afecta significativamente el desempeño de la mezcla. Por otra parte, el grado de envejecimiento del asfalto extraído del RAP (temperatura de falla) es otro aspecto importante, para temperaturas de falla del asfalto extraído por arriba de 130°C las temperaturas de falla para tasas intermedias y altas del asfalto virgen resultan muy bajas y esto implicaría usar asfaltos demasiado blandos y cantidades altas de rejuvenecedor, aspecto que deja de ser factible en la práctica. Finalmente, el uso de un aditivo rejuvenecedor, es necesario para devolver al asfalto envejecido hasta un cierto grado las propiedades que fue perdiendo con el paso del tiempo y condiciones de campo que afectaron a sus propiedades, de esta forma es posible garantizar la recuperación de las características físicas del asfalto como: flexibilidad, adhesividad, capacidad de cohesión y propiedades que ayudan a retardar la aparición de las fallas en los pavimentos flexibles.

Bibliografía

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  • McGennis, R. Anderson, M. Kennedy, T. Solaimanian, M. (1994). Antecedentes del diseño y análisis de mezclas asfálticas de SUPERPAVE (1a ). Lexington KY: Asphalt Institute.
  • Alarcón, J. Estudio del comportamiento de mezclas bituminosas recicladas en caliente en planta. tesis doctoral. Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España (2003).
  • Roberts, F.L., P.S. Kandhal, E.R. Brown, D.-Y. Lee, and T.W. Kennedy. Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Asphalt Pavement Association Education, Foundation: Lanham, MD (1996).

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