Asfalto 3

EVALUACION DEL
COMPORTAMIENTO A LA
FATIGA DE MEZCLAS
ASFALTICAS CONVENCIONAL Y
MODIFICADO CON POLIMERO
SBS.
ING. ABEL TEODORO
YANGALI PAUCAR

OBJETIVOS
Establecer los ligantes asfálticos indicados para uso en la pavimentación
asfáltica en las diferentes regiones del Perú (mapa de PG) y establecer
el grado de desempeño (PG) de los ligantes asfálticos peruanos
convencional PEN 60/70 y modificado con polímero SBS.
Evaluar el comportamiento a la fatiga de mezclas asfálticas realizadas
con
CAP Convencional PEN 60/70
AMP-SBS (Betutec)
AMP-SBS (PG 76 -22)
sin envejecimiento y con envejecimiento a corto plazo.

PROGRAMA EXPERIMENTAL
1) Determinación del grado de desempeño PG para las diferentes
regiones del Perú y determinacion del ligante asfaltico adecuado para
atender las condiciones de clima y transito de Perú;
2) Modificación del ligante asfáltico con polímero SBS y determinación de
las propiedades de los asfaltos utilizados por el método convencional y
Superpave;
3) Determinación de las propiedades del agregado utilizado;
4) Determinación del comportamiento a la fatiga de las mezclas asfálticas
producidas.

Determinación del grado de desempeño de ligantes asfálticos
para el Perú
120 estaciones meteorológicas (25 años) – Senamhi-Peru
TEMPERATURAS MÁXIMAS (Txx) - Tres modelos (SHRP original, LTPP
Bind y FHWA)
TEMPERATURAS MÍNIMAS (Tyy) - Cuatro modelos (SHRP original, C-
SHRP, LTPPBind y FHWA)

 El país presenta 28 tipos de
clima, de los 32 establecidos
por Thornthwaite,
constituyéndose en un país
mega-climático.

 Region de la Sierra: necesita
de un ligante asfáltico con
PG 58 -22
Región de la Costa y Selva:
necesita de un ligante asfáltico
con PG 70 -10
 Sin considerar la velocidad y
el volumen de transito
Por recomendación del C-
SHRP el PG mas critico para las
condiciones climaticas y de
transito del Perú fue
determinado como PG 76 -22
Con base en el PG calculado
fue producido el AMP PG 76 -22

Agregados
Fueron determinados sus propiedades de origen y conceso.
Ligantes asfálticos
Cemento Asfáltico de Petróleo convencional PEN 60/70, proveniente
de la Refinería Conchan – Lima – Perú;
Cemento Asfáltico de Petróleo modificado con polímero SBS (Betutec),
proveniente de la empresa Tecnología de Materiales (TDM-Asfaltos) –
Perú;
Cemento Asfáltico de Petróleo modificado con polímero SBS (PG 76 -
22) producido en esta investigación, teniendo como materia prima el
cemento asfáltico de petróleo peruano PEN 60/70 y el polímero SBS.

CARACTERÍSTICAS UNIDAD
LIGANTE ASFÁLTICO MÉTODOS
PEN 60 / 70
AMP
BETUTEC
AMP
PG 76 -22
ABNT ASTM
Penetración (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 60 49 56 NBR 6576 D 5
Punto de ablandamiento ºC 51 66 68 NBR 6560 D 36
Viscosidad Brookfield cP
a 135ºC, splinde 21, 20 rpm, 455 1383 1089 NBR 15184 D 4402
a 155ºC, spindle 21, 20 rpm 178 485 581 NBR 15184 D 4402
a 175 ºC, spindle 21, 20 rpm 81 222 278 NBR 15184 D 4402
Temperatura de Corte Dinamico ºC 64 76 76 P 246
G* kPa 1,975 1,445 1,017 P 246
δ ° 81,16° 64,75° 64,09° P 246
Corte Dinámico G*/senδ ≥ 1 KPa kPa 1,999 1,598 1,130 P 246
Despues envejecimiento RTFOT
Perdida de masa % massa -0,518 -0,312 -0,304 D 2872
Temperatura de Corte Dinámico ºC 70 76 76 P 246
G* kPa 3,248 3,523 3,254 P 246
δ ° 76,28° 59,13° 59,05° P 246
Corte Dinámico G*/senδ ≥ 2,2 KPa kPa 3,343 4,104 3,794 P 246
Despues envejecimiento RTFOT / PAV
T° de Corte dinámico G* senδ ≤ 5000 KPa °C 22 19 19 P 246
Rigidez a la fluéncia BBR S≤ 300MPa e m ≥0,3 °C
-22 -22 -22
D 6648

Mezclas Asfálticas
20% de piedra de 3/4”, 20% de piedra de 3/8” y 60% de arena chancada.

Temperaturas de mezcla y compactación
CAP - ASTM D 2493 (T. M. 170 ± 20 cP, T. C. 280 ± 30 cP)
AMP - Fajas de viscosidad recomendada por el fabricante
Ensayo marshall
Dosificación controlada de agregados para cada cuerpo de prueba
Los contenidos de diseño de ligante asfáltico fueron obtenidos en dos
condiciones: sin envejecimiento y con envejecimiento a corto plazo
Moldado de los cuerpos de prueba
fueron moldados con el contenido óptimo de diseño calculado para cada
condición de envejecimiento y tipo de ligante asfáltico

Ensayo de Fatiga por compresión diametral
24 horas a la temperatura de ensayo (25°C)
Carga de ensayo: 20%, 30%, 40% y 45% de la RT
Critério de falla: Ruptura
Desplazamiento vertical ≥ 6 mm
Réplica para cada condición experimental (Total 72 CP)

ANÁLISIS DE RESULTADOS
Distribución del grado de desempeño de ligantes asfálticos para el
Perú
Para las regiones de costa, selva y parte de los valles interandinos, los
ligantes asfálticos indicados por las condiciones climatologicas son el PG
64-10 y PG 70-10.
Para la región de la Sierra, con relevo natural muy accidentado por la
cordillera de los Andes, con climas variados, temperaturas que dependen
de la altitud del local, los ligantes asfálticos indicados son: PG 58-10, PG
58-16, PG 58-22, PG 52-10, PG 52-16, PG 52-22. Siendo que por las
condiciones geográficas y climatologicas de la sierra es recomendable
utilizar un asfalto con PG 58 -22.
Por recomendación del C-SHRP el PG mas critico para las condiciones
climaticas y de transito del Perú fue determinado como PG 76 -22

Clasificación Superpave de los Ligantes Asfálticos
6 4
76 76
70
76 76
2 2 19 19
- 2 2 - 2 2 - 2 2
-40
-20
0
20
40
60
80
100
PEN 60/70 Betutec PG 76 -22
Ligante Asfáltico
Temperatura(ºC)
G*/senδ virgen G*/senδ despues RTFOT G*.senδ despues RTFOT/PAV BBR
Grado de desempeño PG de ligantes asfálticos estudiados
PG 64 -22 PG 76 -22 PG 76 -22

Ensayo de vida a la fatiga
Modelo de Fatiga sin envejecimiento
100
1000
10000
100000
0,10 1,00 10,00
Diferencia de tensiones Δσ (Mpa)
Numerodeaplicaciones
decarga(N)
Asfalto PEN 60/70 Betutec
AMP PG 76 -22 Potencial (Asfalto PEN 60/70)
Potencial (Betutec) Potencial (AMP PG 76 -22)
Modelo de Fatiga sin envejecimiento
100
1000
10000
100000
1,000E-05 1,000E-04 1,000E-03
Deformación resiliente εi
Númerodeaplicaciones
decarga(N)
Potencial (Betutec ) Potencial (AMP PG 76 -22)

Modelo de Fatiga con 2 h de envejecimiento
100
1000
10000
100000
1,00 10,00
Diferencia de tensiones Δσ (Mpa)
decarga(N)
100
1000
10000
100000
1,000E-05 1,000E-04 1,000E-03
decarga(N)
Asfalto PEN 60-70 Betutec
AMP PG 76 -22 Potencial (Asfalto PEN 60-70)

100
1000
10000
100000
1,00 10,00Diferencia de tensiones Δσ (Mpa)
decarga(N)
100
1000
10000
100000
1,000E-05 1,000E-04 1,000E-03
decarga(N)
Los modelos de
Fatiga obtenidos
presentaron
excelentes valores
de R² (> 0.97)

Asfalto Sin envejecimiento
Con 2 horas de
envejecimiento
Con 4 horas de
envejecimiento
PEN 60/70
N=3490,8(1/Δσ)4,2683 N=26600(1/Δσ)4,1743 N=82292(1/Δσ)4,8964
N=6,0x10-14(1/εi)4,2683 N=5,0x10-14(1/εi)4,1743 N=4,0x10-17(1/εi)4,8964
AMP Betutec
N=12779(1/Δσ)4,6417 N=158831(1/Δσ)5,2113 N=458010(1/Δσ)5,9932
N=5,0x10-15(1/εi)4,6417 N=5,0x10-18(1/εi)5,2113 N=2,0x10-21(1/εi)5,9932
AMP PG 76 -22
N=16924(1/Δσ)4,0476 N=395175(1/Δσ)4,9262 N=116237(1/Δσ)4,4286
N=4,0x10-13(1/εi)4,0476 N=7,0x10-17(1/εi)4,9262 N=7,0x10-15(1/εi)4,4286
Los modelos generados de fatiga calculada para los tres asfaltos utilizados
y para todas las condiciones de envejecimiento fueron utilizados para el
cálculo de vida a la fatiga através de un analisis mecanístico.

Análisis mecanística
Realizado con ayuda del programa computacional ELSYM5.
Fueron asumidas dos estructuras de pavimento muy utilizadas en vias de
alto volumen de transito en el Perú

Resultados para carpeta con 10 cm de espesor.
Condición Modelo
MR
(kgf/cm2)
Δσ
(Mpa)
N
Ligante Asfáltico: CAP PEN 60/70
Sin envejecimiento
Con 2 h. de envejecimiento
N=3490,8(1/Δσ)4,2683
N=26600(1/Δσ)4,1743
N=82292(1/Δσ)4,8964
21353
44229
57502
0,8383
1,2288
1,3991
7411
11255
15894
Ligante Asfáltico: AMP BETUTEC
Sin envejecimiento
N=12779(1/Δσ)4,6417
N=158831(1/Δσ)5,2113
N=458010(1/Δσ)5,9932
23348
51058
61893
0,880
1,3204
1,4491
23131
37317
49588
Ligante Asfáltico: AMP PG 76 -22
Sin envejecimiento
N=16924(1/Δσ)4,0476
N=395175(1/Δσ)4,9262
N=116237(1/Δσ)4,4286
31194
65249
55213
1,0273
1,4856
1,3719
15176
56230
28655

Los resultados mostraron que los AMP presentaron mayor vida a la fatiga
que el CAP convencional.
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
VidaalaFatiga
(N)
CAP PEN 60/70 Betutec AMP PG 76 -22
Ligante Asfáltico
Vida de Fatiga de las mezclas estudiadas
Sin envejecimiento Con 2 h de envejecimiento Con 4 h de envejecimiento

Resultados para carpeta con 7,5 cm de espesor.
Condición Modelo
MR
(kgf/cm2)
Δσ
(Mpa)
N
Ligante Asfáltico: CAP PEN 60/70
Sin envejecimiento
N=3490,8(1/Δσ)4,2683
N=26600(1/Δσ)4,1743
N=82292(1/Δσ)4,8964
21353
44229
57502
0,9484
1,4527
1,6782
4377
5596
6523
Ligante Asfáltico: AMP BETUTEC
Sin envejecimiento
N=12779(1/Δσ)4,6417
N=158831(1/Δσ)5,2113
N=458010(1/Δσ)5,9932
23348
51058
61893
1,0010
1,5733
1,7461
12720
14972
16222
Ligante Asfáltico: AMP PG 76 -22
Sin envejecimiento
N=16924(1/Δσ)4,0476
N=395175(1/Δσ)4,9262
N=116237(1/Δσ)4,4286
31194
65249
55213
1,1892
1,7958
1,6416
8393
22093
12942

Los resultados mostraron que la reducción del espesor de la carpeta de
10 cm a 7,5 cm hizo que la vida a la fatiga se reduzca en
aproximadamente 50%.
0
5000
10000
15000
20000
25000
VidaalaFatiga
(N)
CAP PEN 60/70 Betutec AMP PG 76 -22
Ligante Asfáltico
Vida de Fatiga de las mezclas estudiadas
Sin envejecimiento Con 2 h de envejecimiento Con 4 h de envejecimiento

CONCLUSIONES
Fue establecido el mapa de distribución del PG del ligante asfáltico para
las diferentes regiones del Peru;
Se concluyo que para la Region de la Sierra se necesita de un ligante
asfáltico con PG 58 -22 y para las regiones de la Costa y Selva, de un
ligante asfáltico con PG 70 -10. Sin considerar el volumen y velocidad de
trafico.
Distribuición del Grado de Desempeño – PG
Ligante Asfaltico
Los ligantes asfálticos modificados por polímero presentaron mejor
comportamiento que el ligante asfáltico convencional, presentando bajo
índice de susceptibilidad térmica, mayor grado de desempeño PG y
mayor resistencia al envejecimiento, asi como propiedades de elasticidad
que incrementan la resistencia a la fatiga.

CONCLUSIONES
El control riguroso de la granulometria, utilizando todas las mallas
especificadas por el Superpave, resulto en una buena repetibilidad en los
resultados de los ensayos mecánicos.
Granulometria de la Mezcla
Vida a la Fatiga
Los resultados del análisis mecanístico mostraron que los AMP
presentaron vidas a la fatiga mayores que el CAP PEN 60/70, para todas
las condiciones de envejecimiento.

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