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• Fernando Mendoza

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APLICACION DEL METODO UCL EN LA SELECCIÓN DE LIGANTES ASFALTICOS PRODUCIDOS EN COLOMBIA David González H., Eduardo Castañeda, Hernando Acevedo y Alex Ardila 1.

GENERALIDADES

El Método Universal de Caracterización de ligantes, es una opción efectiva para el establecimiento de las propiedades cohesivas de un ligante bituminoso, tanto en su condición inicial, es decir en mezcla nueva, como en situación de ligante envejecido, incluyendo obviamente el transcurso entre estos dos estados. Adicionalmente evalúa de manera correcta la susceptibilidad térmica de la mezcla y su comportamiento frente al agua. 1.1

ANTECEDENTES

El presente trabajo ha sido desarrollado en cumplimiento de los requisitos académicos exigidos para optar el título de Ingeniero Civil, En la Universidad Industrial de Santander, UIS, sede Bucaramanga, por parte de Hernando Acevedo y Alex Ardila, siendo dirigido por David González Herrera y Eduardo Castañeda. Su escogencia se ha basado en la necesidad de comprobar las virtudes del método y difundir a nivel nacional e internacional las ventajas que él ofrece, habiendo sido ya comprobado en otros países. Adicionalmente se desea ofrecer una alternativa segura, rápida y efectiva a toda la comunidad relacionada con el tema. 1.1.1

DEFINICIÓN DEL MÉTODO.

Desarrollado en la Universidad Politécnica de Cataluña de Barcelona, el Método Universal de Caracterización de Ligantes –UCL- es un procedimiento que permite estudiar los asfaltos a partir de las cualidades cohesivas que proporcionan a las mezclas, evaluando la susceptibilidad térmica, la adherencia árido - ligante frente a la acción del agua y la resistencia al envejecimiento. A fin de mostrar las diferencias del poder aglomerante entre los ligantes asfálticos colombianos, a las probetas tipo Marshall moldeadas con una granulometría patrón y el 4.5% del ligante a caracterizar, se las somete a distintos procesos de condicionamiento para ser luego ensayadas mediante el Método Cántabro de Pérdida por Desgaste, valorando comparativamente los efectos de la acción de la temperatura, agua y procesos de oxidación. De esta manera, el método pretende estimar las propiedades de los asfaltos producidos en las refinerías colombianas, posibilitando una selección en función de su comportamiento y de las características cohesivas. Este método que por su sencillez y efectividad puede ser ejecutado de manera rápida y confiable permite establecer cual ligante funciona mejor con un pétreo dado.

1

1.2.1 JUSTIFICACIÓN DEL MÉTODO. El método evalúa el asfalto como parte de una mezcla asfáltica, con lo que se tiene en cuenta esta importante condición de servicio. Fueron las limitaciones e inquietudes existentes con los métodos actualmente empleados para caracterizar los ligantes asfálticos las que conllevaron a la investigación de éste método, aplicándolo en el estudio de las propiedades adherentes de los ligantes asfálticos colombianos. El definir las propiedades reológicas de un asfalto utilizando el ensayo de penetración, no es lo más adecuado, pues su comportamiento a diferentes temperaturas dependerá, entre otros factores, de su composición química, la cual tiene que ver con los procesos de destilación y con las propiedades del crudo de procedencia. De tal manera, no se puede afirmar que dos asfaltos que tienen igual penetración a una temperatura establecida, posean propiedades mecánicas, reológicas y adhesivas iguales. Al emplear los ensayos tradicionales, en la caracterización de los ligantes producidos en el territorio colombiano de acuerdo a las actuales Especificaciones Generales del Instituto Nacional de Vías, se puede incurrir en errores de apreciación, pues estos tienden a producir valores similares en los parámetros de referencia, no diferenciando el grado de comportamiento que pueden tener en las vías, sumado esto, al hecho de que asfaltos como los modificados no son incluidos en estas especificaciones. De hecho se presenta el caso que un asfalto cumpla las especificaciones de los ensayos convencionales y no posea buenas propiedades dentro de la mezcla, ya que en éstas se considera el ligante asfáltico por separado. El método UCL resuelve este inconveniente. 1.2 ALCANCE DEL METODO UNIVERSAL DE CARACTERIZACION DE LIGANTES (UCL) El método U.C.L. se ha desarrollado enfocando la caracterización de los ligantes desde el punto de vista de su utilización en carreteras; no se ha tenido en cuenta su consistencia, su composición, su viscosidad, sino aquellas propiedades que se encuentren relacionadas con el comportamiento de la mezcla en la vía, es decir, se estudia su: 

Poder aglomerante.



Susceptibilidad térmica.



Adhesividad.



Envejecimiento.

Es necesario aclarar que el método U.C.L., no es un método de diseño ni de clasificación de ligantes, sino como lo indica su nombre, caracteriza y analiza directamente su respuesta mecánica. Si se lo desea mirar como un método de clasificación, este consistiría en establecer sí un ligante pega o no con un pétreo dado, incluso en presencia de agua y con la evolución del envejecimiento del ligante.

2

Este método se basa en el ensayo Cántabro de Pérdida por Desgaste, el cual evalúa la cohesión de la mezcla como una medida indirecta de la pérdida alcanzada. 1.3

DESCRIPCION DEL METODO

En el Método de forma muy general, consiste en fabricar probetas de granulometría abierta al ensayo Cántaro, luego de ser sometidas a diferentes procesos de condicionamiento, definidos éstos, en función del tipo de propiedad a estudiar. 1.3.1

OBJETIVOS.

Con el trabajo realizado se pretende alcanzar las siguientes metas: 1.3.1.1Objetivos Generales del presente estudio. 

Establecer las ventajas y desventajas al llevar a cabo la aplicación del Método Universal de Caracterización de Ligantes (UCL), en los principales ligantes asfálticos producidos en Colombia, por medio del ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste (E-760) y a su vez, comparar estos resultados con los obtenidos por los métodos tradicionales de caracterización de ligantes.



Caracterizar de una forma sencilla y completa los diferentes tipos de ligantes asfálticos, que actualmente se están empleando en los procesos de pavimentación de carreteras en el territorio colombiano, con un pétreo de referencia.

1.3.1.2 Objetivos Específicos. 

Adquirir la mayor información posible sobre el método U.C.L, para que de ésta manera, y tras un proceso de ensayos y de análisis de resultados, se pueda difundir e implementar tanto en el campo profesional como en el estudiantil (pregrado) de la ingeniería civil en Colombia, para así, de ésta forma, ampliar el nivel de conocimientos en ambos campos.



Identificar satisfactoriamente las características más importantes (cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad, y envejecimiento) que tienen los ligantes asfálticos producidos en refinería del territorio colombiano, mediante las especificaciones que rigen al método U.C.L, empleando un tipo de árido de uso muy difundido.



Establecer la metodología principal, para así describir de una manera más clara y práctica del procedimiento a seguir, al aplicar el Método Universal de Caracterización de Ligantes.

1.3.2

DESCRIPCION DEL METODO

El método UCL ha sido desarrollado en la Universidad Politécnica de Cataluña por los Doctores Félix Pérez Jiménez y Rodrigo Miró Ricasens, procedimiento que se

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realizó con el fin de realizar la caracterización de los ligantes asfálticos con especial énfasis en el desempeño que se espera van a tener éstos en la vía. El punto de partida para la evaluación de los ligantes, se encuentra en la determinación del grado de cohesión que proporciona al conjunto, y cómo esta propiedad varía, sometiéndola a diferentes procesos de condicionamiento (variación de la temperatura, acción del agua y envejecimiento). El poder cohesivo de un asfalto, es decir, su capacidad aglomerante, constituye uno de los parámetros mediante el cual la mezcla puede resistir el efecto del tráfico. Esta propiedad la determinada el mastico: mezcla del ligante con el llenante mineral. En el caso del método UCL, al establecerse que no se disponga de este llenante la responsabilidad es exclusiva del ligante, cuestión que finalmente se evalúa por el ensayo Cántabro El ensayo Cántabro de pérdida por desgaste puede ser empleado para diseño o control de mezclas abiertas en caliente. Consiste en someter una probeta Marshall a la acción de desgaste en la Máquina de los Ángeles, previa eliminación de la carga abrasiva. Esta probeta está compuesta por 1000 gr. de árido y porcentajes de ligante variables en el caso de diseño o de acuerdo a la fórmula de trabajo si es un procedimiento de control, se compacta con 50 golpes por cada cara, posteriormente se somete a un proceso de condicionamiento, dependiendo de la propiedad a evaluar; finalmente se lleva al ensayo de desgaste. Durante el ensayo se va desprendiendo por impacto y abrasión los áridos más superficiales de la probeta, determinándose tras un número de revoluciones, 100, 200, y 300, la pérdida de peso de la probeta referida en tanto por ciento al peso inicial:

Pc 

Pi  Pf * 100 Pi

siendo:

 Pc: Pérdidas al Cántabro.  Pi: Peso inicial en gramos.  Pf: Peso final en gramos. El ensayo Cántabro da una idea clara de la capacidad del ligante para mantener unidos los áridos de la mezcla, produciéndose bajas pérdidas cuando estas uniones son dúctiles y tenaces situación que ocurre en temperaturas medias, y altas pérdidas cuando el asfalto se torna frágil por la baja temperatura o cuando se reblandece demasiado en las altas. Otra importante característica del método es la de implementar una tecnología sencilla, de fácil ejecución y el ofrecimiento de un novedoso procedimiento de selección de ligantes, el cual se basa en las siguientes premisas:

 Diferenciar y valorar el comportamiento de ligantes de similares características convencionales.

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 Poner de manifiesto las diferencias de comportamiento de diversos asfaltos modificados, comparándolos con los asfaltos convencionales. 1.4 PROPIEDADES EVALUADAS. Los parámetros que considera el método son los siguientes: 1.4.1 COHESIÓN. Es decir, su poder aglomerante. Es la propiedad que permite mantener unidas todas las partículas del material pétreo dentro de la mezcla y resistir las solicitaciones del tránsito, sin que se produzcan grandes desplazamientos relativas entre ellas. El ensayo Cántabro de pérdida por desgaste fue desarrollado precisamente, para evaluar la cohesión de las mezclas abiertas, por medio de la determinación de las pérdidas por desgaste siendo claro que a mayor cohesión, menores serán las pérdidas. 1.4.2 SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA.

PERDIDAS AL CANTABRO (%)

El comportamiento mecánico de los ligantes bituminosos varía con la temperatura, el tiempo y la magnitud de la carga aplicada, esta variación del comportamiento del ligante con la temperatura puede ser evaluada y cuantificada mediante el empleo del ensayo Cántabro de pérdida por desgaste. La determinación, en condiciones especiales, de las pérdidas por desgaste a distintas temperaturas, pone de manifiesto el comportamiento frágil del ligante, alta pérdidas al cántabro, su comportamiento elastoplástico, pérdidas bajas al cántabro, y su inconsistencia, fuerte incremento de las pérdidas como se ilustra en la figura 1

100 80 60 40

FRAGI L

INCONSIST ENTE

20 0 -50 -40 -30 -20 -10

0

10

ELASTOPLAS 20 30TICO 40 50 60

70

80

TEMPERATURA (ºC)

Figura 1.Influencia de la temperatura en el comportamiento de los ligantes asfálticos (curva de estado) Fuente: Félix Pérez Jiménez y Rodrigo Miró Recasens. [1]

5

1.4.3 ADHESIVIDAD ARIDO – LIGANTE. La resistencia al desprendimiento de la película bituminosa por acción del agua depende no sólo del ligante sino también de las propiedades fisicoquímicas del árido: mineralogía, estado superficial de carga, porosidad, textura, etc. No obstante el ligante bituminoso debe ser capaz de envolver a los áridos, dando cohesión a la mezcla y resistir la acción de desenvuelta del agua. Mediante el ensayo cántabro de pérdida por desgaste se puede valorar la adhesividad árido-ligante, determinando las pérdidas de la mezcla cuando ésta se ensaya en seco o tras permanecer cierto tiempo sumergida en agua. El incremento de las perdidas, está directamente relacionado con la mejor o peor adhesividad del ligante al árido. 1.4.4 ENVEJECIMIENTO. El envejecimiento es un fenómeno complejo que tiene su fase crítica durante la fabricación y puesta en obra de las mezclas, siendo sensiblemente mas baja la velocidad con que este proceso se presenta luego de que ellas se encuentran en servicio. La capacidad de soportar este fenómeno es una propiedad de los ligantes relacionada muy directamente con su durabilidad. Cuanto más rápida sea este envejecimiento, mayor será la rapidez con la que el ligante se volverá frágil, disminuyendo su resistencia a la acción del tráfico.

PERDIDAS AL CANTABRO (%)

Este efecto de envejecimiento se puede simular y acelerar en laboratorio y mediante el ensayo Cántabro evaluar cómo dicho proceso va afectando a las características del ligante. Se obtiene así una curva pérdidas al Cántabro – tiempo de envejecimiento, claramente relacionada con el endurecimiento del ligante, figura 2.

100 80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

70

TIEMPO DE ENVEJECIMIENTO (horas) Figura2. Curvade envejecimiento

Fuente. Félix Pérez Jiménez y Rodrigo Miró Recasens [1]

6

80

1.5

MEZCLA PATRON DEL METODO UCL

La mezcla patrón se fabrica a partir de unos áridos sanos y limpios, con un desgaste de los Angeles inferior a 25%. Se han utilizado dos granulometrías abiertas de diferente tamaño máximo como se indica en el cuadro 1. Recomendándose la T-10 por ser la de menores dispersiones en el ensayo Cántabro, y a su vez proporciona un mayor porcentaje de vacíos en mezcla, del 26 + 1%, lo que facilita la circulación del aire por la probeta en el ensayo de oxidación. La probeta se fabricará siguiendo el procedimiento Marshall, pero empleando en la compactación 50 golpes por cara. El peso de los áridos para la fabricación de la probeta suele ser de 1000 gramos. El porcentaje de betún es de 4.5% sobre áridos. Las condiciones de ensayo de la probeta varían según la variable estudiada: susceptibilidad térmica, adhesividad o envejecimiento. En el caso de evaluar la susceptibilidad térmica las probetas se mantienen el tiempo necesario en el congelador, frigorífico o estufa para que alcancen la temperatura de ensayo, y se realiza éste con la máxima rapidez en la máquina de los Ángeles, que debe encontrase ubicada en una habitación a 25ºC de temperatura. Cuadro 1. Granulometrías abiertas empleadas por el método Tamices UNE (mm) 12.5 10 5 2.5 0.63

Porcentaje pasa T-10

T-12

100 82 38 6 0

100 100 100 80 0

1.5.1 ADAPTACIÓN DEL ENSAYO. La cohesión es suministrada a la mezcla fundamentalmente por la capa continua de ligante que envuelve todas y cada una de sus partículas, no obstante hay otros factores y propiedades, tanto de los áridos como del ligante que influyen en la pérdida por desgaste. Estos factores son:

    

Porcentaje del árido fino. Granulometría del árido fino. Tipo y naturaleza del árido fino. Porcentaje de filler. Tipo y naturaleza de filler.

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    

Granulometría del árido grueso. Tipo y naturaleza del árido grueso. Porcentaje de ligante. Tipo y naturaleza de ligante. Temperatura de ensayo.

De acuerdo con los autores del método, los primeros cinco factores pueden ser eliminados si se ensayan probetas fabricadas únicamente con el árido grueso y el ligante. La influencia de la granulometría, tipo y naturaleza del árido grueso, porcentaje de ligante y temperatura de ensayo puede ser descartada si se mantienen constantes durante todo el proceso, quedando como única variable el tipo y naturaleza del ligante, de las que dependerán las propiedades de la mezcla. En primer lugar se ha determinado el tipo, naturaleza y composición granulométrica del árido grueso con el fin de no introducir estas variables en el estudio. Se utilizó triturado proveniente de la región Santandereana de Bocas, extraído específicamente de las laderas del Río Frío, por medio de la empresa colombiana, TECNOPAVIMENTOS, empleándose la siguiente granulometría, cuadro 2.

Cuadro 2. Granulometría empleada. TAMIZ UNE (mm) 12.5 9.5 5 2.5 0.63

% PASA

% RETENIDO

100 82 38 6 0

0 18 44 32 6

GRAMOS / PROBETA 0 180 440 320 60

La composición mineralógica de una muestra aleatoria del material escogido, se llevó a cabo con la colaboración del Geólogo Eliécer Uribe P., catedrático de la Universidad Industrial de Santander, la cual se expone en el cuadro 3; cuyas características mecánicas generales se resumen en el Cuadro 4. La curva granulométrica seleccionada se puede observar en la figura 3. Esta granulometría no tiene prácticamente finos ya que únicamente un 6% pasa por el tamiz 2.5 UNE y el tamiz 0.63 retiene todo el árido. La elección de una u otra granulometría no tiene especial relevancia ya que se mantendrá constante durante todo el estudio.

Cuadro 3. Análisis macroscópico petrográfico del agregado seleccionado. Composición de Fragmentos Fragmentos de roca ígnea tipo granodiorita

35%

Fragmentos de roca ígnea tipo granito

8%

Fragmentos de rocas sedimentarias tipo areniscas

10%

8

Fragmentos de rocas sedimentarias tipo limolitas rojo violáceas

25%

Fragmentos de rocas metamórficas tipo Neises biotítico-hornbléndico

17%

Fragmentos de cuarzo

5%

Cuadro 4. Características generales de los áridos utilizados

100 % PASA

80 60 40 20 0 -0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

LOGARITMO TAMICES UNE

Figura3. Curvagranulométricaseleccionada

Finalmente vale la pena resaltar que el método UCL propone un criterio de clasificación de ligantes basado en el análisis de las Curvas de Estado en función de las perdidas que definen su fragilidad a bajas temperaturas y su inconsistencia a temperaturas elevadas, para distintos porcentajes de vacíos; así, este método propone los siguientes límites:

 Temperatura de fragilidad, cuando las pérdidas a bajas temperaturas alcanzan el 

60%. Temperaturas de inconsistencia, cuando las pérdidas a altas temperaturas alcanzan 75 %.

Estos dos valores sirven para definir el intervalo de temperaturas en que los ligantes mantienen propiedades de flexibilidad y consistencia adecuadas.

CARACTERISTICAS Penetración, 25ºC (0,1 m) Punto de Ablandamiento Anillo y Bola (ºC) Ductilidad, 25ºC (cm)

TIPO DE LIGANTE ASFALTICO Asfalto Asfalto Asfalto Asfalto Barranca Cartagena Apiay Modificado 82 85 82 77.5 46.5

46

44.5

51

+100

+100

+100

+100

9

Indice de Penetración Peso Específico Temperatura de Mezcla (ºC) Temperatura de Compactación (ºC)

-0.89 1.01 115 105

-0.94 1.012 117 107

-1.496 1.026 117 107

0.19 1.014 135 125

Cuadro 5. Características generales de los ligantes empleados 2. REALIZACION DE PRUEBAS Y ANALISIS DE RESULTADOS Para fabricar las probetas como lo establece el método, se elaboraron las mezclas, conformadas por 1000 gr. de áridos triturados, de acuerdo con la granulometría especificada en el cuadro 2, y 45 gr. de ligante asfáltico, sin Filler. Con éstas mezclas se elaboraron probetas Marshall utilizando viscosidades de mezclado y compactación adecuadas para mezclas abiertas y sugeridas por el método, siendo éstas comprendidas entre 700 y 900 CSt, con el objeto de someterlas a distintas condiciones, antes de realizarse el ensayo Cántabro. Las mezclas obtenidas son del tipo abierta, con un contenido de vacíos, cuyo intervalo, para asfaltos de penetración es de 25  1%. 2.1 EVALUACION DE LA COHESION POR MEDIO DEL METODO UCL Con el propósito de ratificar la eficacia del ensayo Cántabro de pérdida por desgaste en la evaluación de la cohesión de los ligantes asfálticos, se emplearon cuatro ligantes de uso común en Colombia. Para cada tipo de ligante se elaboraron tres probetas, manteniéndose constante el porcentaje utilizado (4.5% s.a), compactándolas con 50 golpes por cada cara siguiendo el procedimiento Marshall, con la peculiaridad de usar papel de bajo peso, para obtener una buena textura y buen acabado de la probeta, ya que su ausencia puede llevar a producir pérdidas de material que permanecería adherido en el martillo de compactación. El valor medio del porcentaje de vacíos en mezcla obtenido se determinó eligiendo aleatoriamente 20 probetas de cada tipo de ligante, empleando la norma E-736 del INVIAS. Para los asfaltos de penetración este valor es del 25.77% oscilando entre 25.67 y 25.87%, es decir, 0.1 puntos; mientras que para el asfalto modificado su valor promedio de contenido de huecos en mezcla es sutilmente inferior, 25.61%. Esta corta variación del porcentaje de vacíos en mezcla, dentro de cada tipo de ligante, no tendrá prácticamente influencia sobre las pérdidas por desgaste obtenidas para cada tipo de asfalto. Los valores resumidos de porcentajes de vacíos y peso específico se recogen en el cuadro 6. Cuadro 6. Características de las probetas fabricadas (4.5% de ligante) CARACTERISTICAS 3

Densidad(gr./cm ) % de Vacíos

Barranca 1.852 25.67

TIPO DE LIGANTE ASFALTICO Cartagena Apiay Modificado 1.847 1.848 1.853 25.87 25.77 25.61

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Un grupo de tres probetas se ensayó a 251ºC, a 100, 200 y 300 revoluciones, después de mantenerlas durante 12 horas a la temperatura de ensayo. Estos resultados logrados pueden observarse resumidos en el cuadro 7. En la figura 4. se representan las pérdidas por desgaste obtenidas para cada uno de los ligantes ensayados en función del número de revoluciones del tambor de la máquina de los Angeles. Obviamente, al aumentar la severidad del ensayo (número de revoluciones), las perdidas aumentan para todos los tipos de ligantes ensayados, un aumento que, en general es más pronunciado al pasar de 200 a 300 revoluciones (aproximadamente el doble).

Cuadro 7. Pérdidas al cántabro a 25ºC REVOLUCIONES

TIPO DE LIGANTE ASFALTICO

(Nº)

Asfalto Barranca Asfalto Cartagena Asfalto Apiay Asfalto Modificado

100

10,55

9,73

11,57

7,17

200

21,4

17,73

30,05

15,5

300

39,4

29,01

45,32

23,56

Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Nº REVOLUC IONES

Figura 4. Comportamiento de los asfaltos evaluando su cohesión

Para esta temperatura, 25ºC, todos los ligantes ensayados presentan similar comportamiento al inicio de la prueba (100 y 200 revoluciones), con pérdidas relativamente medias, inferiores al 30%; Es por esto que, para comparar su comportamiento, podemos centrarnos en los resultados en el valor de las pérdidas a 300 revoluciones.

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Entre los asfaltos de penetración, el asfalto de Apiay presenta mayores pérdidas (45,32%) que el asfalto de Barranca (39,4%), y éste a su vez, mayores que el asfalto de Cartagena (29,01%). Esto parece lógico si se considera que cuanto más blando sea un ligante, más capacidad tendrá para absorber en el momento del impacto, presentando menores pérdidas que un ligante asfalto mas duro que, debido a su mayor rigidez, será menos deformable y romperá en el momento del impacto. Por ello, la cohesión que el asfalto proporciona a la mezcla, a 25ºC aumenta a medida que el ligante es más blando hasta cierto punto. Aunque en el cuadro 5, se puede detallar que la penetración de los asfaltos de Barranca y Apiay son iguales, esperándose un comportamiento afín durante el desarrollo del ensayo, podemos observar la sensibilidad del método al compararse las pérdidas entre ellos, a 300 revoluciones, poniendo de manifiesto las diferencias existentes. Respecto al asfalto Modificado, presenta menores pérdidas que cualquiera de los asfaltos de penetración (23,56%). No obstante al comparar el aporte cohesivo de los diferentes tipos de asfaltos ensayados, es necesario tener en cuenta que la variación del porcentaje de vacíos podría tener influencia sobre las pérdidas obtenidas. A nivel individual la máxima variación del contenido de huecos en mezcla se registra entre el asfalto de Cartagena con un 25.87%, y el asfalto Modificado con un 25.61%, esto es una variación de 0.26 puntos, lo suficiente para no influir en las pérdidas. Debido a que el valor de las pérdidas a 25ºC para cada uno de los asfaltos ensayados se mantiene dentro de un intervalo relativamente medio (45,32 y 23,56%, a 300 revoluciones) es posible presumir que los comportamientos variaran claramente, sin embargo, se podrá apreciar de una forma más detallada ésta variación cuando haya una variación de temperatura. 2.2 EVALUACION DE LA SUSCEPTIBILIDAD TERMICA POR MEDIO DEL METODO UCL Si se evalúa la cohesión que un determinado ligante proporciona a una mezcla por medio del ensayo cántabro de pérdida por desgaste, las pérdidas obtenidas dependen de la temperatura a la que se lleva a cabo el ensayo. La mayor o menor susceptibilidad térmica de un ligante hará que en el momento de variar la temperatura de ensayo, se obtenga un aumento o disminución de las pérdidas, consecuencia de la mayor o menor cohesión que el ligante proporciona a la mezcla. Esto plantea la posibilidad de aplicar el ensayo cántabro de pérdida por desgaste para evaluar la variación del comportamiento del ligante con la temperatura, o sea, la valoración de su susceptibilidad térmica. Como es sabido, los ligantes asfálticos son materiales termoplásticos que tienen un intervalo de plasticidad reducido, comportándose a bajas temperaturas como productos frágiles y quebradizos y a temperaturas relativamente elevadas como productos viscosos. Además de las propiedades plásticas, los ligantes asfálticos, dependiendo de su grado de peptización, presentan cierta elasticidad, relativamente pequeña en los ligantes tipo gel y algo más pronunciada en los ligantes tipo sol. A temperaturas moderadamente altas ésta elasticidad prácticamente desaparece, y el ligante pierde

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su consistencia. Por lo tanto al haber una variación de la temperatura, un mismo tipo de ligante asfáltico presenta características similares a las de un cuerpo frágil, elastoplástico o viscoso. Esta variación del estado del ligante con la temperatura puede ser estudiada mediante el empleo del ensayo cántabro de pérdida por desgaste. Se fabricaron 15 probetas por cada tipo de ligante, agrupadas en cinco grupos de tres probetas cada uno. Cada grupo de probetas se mantuvo durante 12 horas a las temperaturas de –15, 0, 25, 40, y 60ºC respectivamente. En la evaluación de las probetas vale la pena recordar que éstas se sacan de la nevera e inmediatamente se llevan a la máquina de los ángeles la cual está a 25ºC. Por consiguiente, se tomó la decisión de mantener la temperatura de ensayo en 25  1ºC, temperatura habitual en la que se realizaron todos los ensayos. Ello implica que la temperatura de la probeta no se mantenga constante durante la ejecución del ensayo; aunque, al mantener constantes las condiciones de ensayo, todas las probetas de un mismo grupo tendrán la misma variación de temperatura, la cual no se considera importante debido a la relativa rapidez del proceso (13 minutos). El cuadro 8, recoge los valores resumidos de las pruebas según el procedimiento desarrollado, de las pérdidas por desgaste a distintas temperaturas para cada uno de los ligantes ensayados. Si se representan las pérdidas obtenidas a distintas temperaturas para el asfalto de Apiay, se puede observar la variación del estado del ligante con la temperatura: a bajas temperaturas se obtienen elevadas pérdidas, las cuales resaltan el comportamiento frágil del ligante; a medida que aumenta la temperatura las pérdidas van disminuyendo hasta alcanzar un mínimo (comportamiento elastoplástico) a partir del cual se produce un aumento de éstas (pudiendo ser más pronunciado para asfaltos más blandos), debido al comportamiento inconsistente del ligante al ir aumentando la temperatura. En las Figuras 5,6, y 7 se observan los grupos en condiciones de –15, 0, y 60ºC respectivamente para los asfaltos de Apiay, Cartagena y Barranca respectivamente, en ellas se puede observar una tendencia general en el comportamiento parecida en ellos.

Cuadro 8. Pérdidas al cántabro a distintas temperaturas y diferentes grados de severidad del ensayo (100, 200, y 300 revoluciones). REVOLUCIONES TEMPERATURA

(Nº)

(ºC) -15

TIPO DE LIGANTE ASFALTICO Asfalto Asfalto Asfalto Asfalto Apiay Barranca Cartagena Modificado 94,29 83,32 81,14 44,56 13

0 25 40 60 -15 0 25 40 60 -15 0 25 40 60

100

200

300

69,47 10,55 4,5 14,55 98,13 92,12 21,4 10,48 39,88 100 100 39,4 16,53 43,83

100 REVOLUCIONES 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

57,1 9,73 4,48 36,46 97,35 83,71 17,73 12,57 48,15 100 89,91 29,01 18,14 49,61

80,45 11,57 5,81 59,68 98,46 95,43 30,05 13,76 66,33 100 96,53 45,32 25,71 67,58

200 REVOLUCIONES

20

30

300 REVOLUCIONES

40

TEMP ERATURA ( ºC )

Figura 5. Evaluación la Susceptibilidad Térmica. Asfalto de Apiay

14

37,78 7,17 4,15 3,41 73,9 70,63 15,5 8,66 20,82 88,72 78,41 23,56 17,36 25,59

50

60

70

100 REVOLUCIONES

200 REVOLUCIONES

300 REVOLUCIONES

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

60

70

TEMP ERATURA ( ºC )

Figura 6. Evaluación de la Susceptibilidad térmica Asfalto de Cartagena

100 REVOLUCIONES

200 REVOLUCIONES

300 REVOLUCIONES

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

20

30

40

50

T E MPE RAT URA (ºC)

Figura 7. Evaluación de la Susceptibilidad Térmica. Asfalto de Barranca

Mediante esta curva de estado, se logra evaluar la susceptibilidad térmica del ligante: cuando más tendida sea la curva, menos susceptible será el ligante, apreciándose éste comportamiento en la figura 8 la cual muestra la actitud del asfalto Modificado, caso contrario si ésta es más cóncava, será más susceptible. En las anteriores figuras puede valorarse el efecto del número de revoluciones del tambor: cuando mayor es la severidad del ensayo, las pérdidas son más elevadas y se obtienen curvas más altas, tendiendo a superponerse a bajas temperaturas al igual que al aumentar el número de vueltas. Esto quiere decir, como se indicó anteriormente, que si el valor de las pérdidas obtenidas es elevado, se podría perder la capacidad para diferenciar ciertos comportamientos si el número de revoluciones del ensayo es elevado. La variación en el contenido de vacíos en mezcla podría desplazar la curva hacia arriba o hacia abajo, aunque no modificaría su curvatura, por lo que es posible 15

despreciar la influencia de la porosidad al comparar el comportamiento de los distintos tipos de ligantes asfálticos ensayados. En la figura 9 se muestran las curvas de estado a 300 revoluciones, para cada uno de los ligantes asfálticos utilizados. En ésta figura se aprecia que en el intervalo de temperaturas bajas, las pérdidas aumentan considerablemente, alcanzando el 100% a –15ºC, para los tres asfaltos de penetración; comportándose de similar forma el asfalto Modificado, pero siendo inferiores sus pérdidas a ésta temperatura (88.72%). Estas pérdidas van disminuyendo a medida que la temperatura va ascendiendo, hasta alcanzar valores mínimos entre 25 y 40ºC, rango en el cual se pone de manifiesto el comportamiento elastoplástico del ligante.

100 REVOLUCIONES

200 REVOLUCIONES

300 REVOLUCIONES

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

T E MP E RAT URA (ºC)

Figura 8. Estudio de la susceptibilidad térmica del Asfalto M odificado

Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

20

30

40

50

60

TEMP ERATURA ( ºC )

Figura 9. Comparación de la Susceptibilidad Térmica de los diferentes asfaltos a 300 revoluciones

16

70

A partir de aquí se produce un incremento de las pérdidas a medida que aumenta la temperatura (comportamiento inconsistente), siendo éste más acentuado cuanto más blando sea el ligante. El comportamiento de los ligantes de penetración empleados es similar a lo largo de la mayor parte de la curva, hasta que éstos se cercan a sus respectivos puntos de ablandamiento; observándose mayores pérdidas en el asfalto de Apiay (67.58%), recordando que éste es el ligante asfáltico con menor punto de ablandamiento, es decir, el más blando. Vale la pena resaltar en ésta evaluación, la sensibilidad que caracteriza al método, ya que el punto de ablandamiento de los asfaltos de Barranca y Cartagena, 46.5 y 46ºC respectivamente, denota una diferencia en temperatura muy reducida (0.5ºC), esperándose un valor de pérdidas similar; mientras que por medio de éste procedimiento se puede detallar de una manera más sencilla y práctica que las pérdidas (43.63 y 48,61% a 60ºC) presentan una variación de seis puntos en porcentaje, siendo ésta diferencia un rango de gran importancia. Para estos ligantes, se obtienen unas curvas de estado con fuertes pendientes y marcada concavidad, las cuales tienden a girar en sentido antihorario a medida que aumenta el índice de penetración del ligante, es decir, la parte frágil se vuelve más tendida mientras que la parte inconsistente se vuelve más pronunciada. Aunque en éste caso el comportamiento inconsistente de los betunes ha quedado claramente definido a la temperatura de 60ºC, especialmente el de los asfaltos de penetración, el ensayo carecería de sentido a temperaturas más elevadas, ya que se produciría un efecto de amasado, en el cual los áridos desprendidos en un impacto, se unirían de nuevo a la probeta en el siguiente impacto, sin reflejar ningún incremento de las pérdidas por desgaste, cuando sería lógico esperarlo. Por esto, si se quiere evaluar correctamente la transición del comportamiento elastoplástico al comportamiento inconsistente, deberá fraccionarse más el intervalo de temperatura entre 40 y 60ºC, con el objetivo de tener una definición más detallada de la curva de estado en ésta zona, complementándose con una inspección visual de la consistencia de las probetas. 2.3 EVALUACION DE LA ADHESIVIDAD POR MEDIO DEL METODO UCL Para conseguir una adecuada resistencia al desgaste es necesaria una buena adherencia entre el ligante y el árido. Pero la pérdida por desgaste no depende únicamente de la adherencia árido - ligante, sino que influyen otras propiedades del ligante: consistencia, fragilidad, viscosidad, etc y del agregado: forma, textura, dureza, etc. Por ello resulta complicada la aplicación del ensayo cántabro de pérdida por desgaste a la valoración de adhesión mecánica del ligante al agregado. Pero donde si puede tener una aplicación adecuada es en la adhesión del ligante al árido en presencia del agua. Si se realiza una comparación de los resultados obtenidos en la medida de la resistencia al desgaste de probetas mantenidas al aire frente a otro grupo de probetas, fabricadas de igual manera, pero sometidas a condiciones de inmersión durante un determinado tiempo y a cierta temperatura antes de ser ensayadas, la diferencia que se podrá observar será exclusivamente debido al efecto de

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desenvuelta producido por el agua. Es decir, el aumento de las pérdidas estará relacionado con la adhesividad del ligante al árido. Este es el procedimiento general utilizado por los ensayos denominados mecánicos en la valoración de la adhesividad, pero en éste caso el procedimiento aquí expuesto tiene la ventaja de eliminar del ensayo otros factores que pueden influir sobre la resistencia y en ningún caso eran eliminados de los anteriores. Refiriéndose al efecto del filler y del árido fino. Al poder eliminar en su totalidad la presencia de finos y filler en la elaboración de la mezcla, las pérdidas estarán relacionadas únicamente con la adhesividad del ligante asfáltico a las partículas del agregado. Pero la adhesividad no es exclusiva del ligante, sino que a su vez depende del conjunto árido – ligante: un ligante presentará buena o mala adhesividad según el tipo y condiciones del agregado a utilizar. Por esto, para poder estudiar correctamente la adhesividad de un ligante hay que considerar el árido que se va a manipular. Sabiendo que el objetivo de éste trabajo no es precisamente evaluar el problema de la adhesividad de una determinada combinación de árido – ligante, sino certificar la sensibilidad del método para diferenciar adhesividades, es por ésta razón que se utilizará el mismo tipo y granulometría del agregado. Por tanto, los resultados obtenidos serán válidos para esa combinación de árido – ligante, entendiendo que los mismos ligantes frente a otros tipos de áridos podrán presentar comportamientos totalmente diferentes, sin poderse establecer ningún tipo de correlación. Mayor importancia alcanza el establecer las condiciones de inmersión de las probetas en el agua, el procedimiento y condiciones para su ensayo. El proceso de desenvuelta del agregado por acción del agua se acentúa cuan mayor sea la temperatura de ésta y más prolongado sea el período de inmersión de las probetas. Por otro lado, la temperatura del agua no puede alcanzar temperaturas muy elevadas ya que se produciría el desmoronamiento de las probetas. En éste trabajo se evalúan dos condiciones de inmersión, la primera sumergiendo la probeta un día a 60ºC, (inmersión B), siendo ésta la más considerada, y la segunda condición, al sumergir la probeta durante cuatro días a una temperatura de 35ºC, (inmersión A); compensando a ésta temperatura, el incremento del período de inmersión. Acto seguido al período de inmersión, las probetas permanecerán secándose al aire a 25ºC de temperatura durante 24 horas, tiempo después del cual se fallarán a 100, 200, y 300 revoluciones. Se fabricaron nueve probetas por cada tipo de ligante asfáltico, tres se sometieron en condiciones normales (25ºC durante 12 horas), otras tres en condiciones de inmersión (A), y las tres restantes en condiciones de inmersión (B), dejando éstas últimas seis durante un día, en proceso de secado al aire a 25ºC. Los resultados obtenidos en el ensayo aparecen resumidos en el cuadro 9. En la figura 10 se representan las pérdidas en seco y tras inmersión tipo (A) para cada uno de los ligantes asfálticos ensayados en función del número de revoluciones del tambor. En primer lugar se observa un mediano incremento de las pérdidas tras inmersión en un valor promedio de 32,5%; caso distinto se presenta en la figura 11, en donde se muestran las pérdidas en seco enfrentadas con las pérdidas tras inmersión tipo (B), allí el incremento presenta un valor promedio de

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47.21%, el cual es debido al alto grado de severidad al cual fue sometida la probeta en la segunda condición de inmersión. Cuadro 9. Pérdidas al cántabro en seco y tras inmersión tipo (A) y (B) a 100, 200, y 300 revoluciones REVOLUCIONES CONDICIONES TIPO DE LIGANTE ASFALTICO ( Nº) DE ENSAYO Barranca Cartagena Apiay Modificado En Seco 10,55 9,73 11,57 7,17 Tras Inmersión 100 (A) 23,34 9,93 25,9 13,06 Tras Inmersión (B) 68,7 17,83 36,46 25,43 En Seco 21,4 17,73 30,05 15,5 Tras Inmersión 200 (A) 49,42 38,2 60,26 40,2 Tras Inmersión (B) 94,01 45,84 76,58 60,4 En Seco 39,4 23,95 45,32 23,56 Tras Inmersión 300 (A) 63,62 63,09 77,83 58,95 Tras Inmersión (B) 98,54 63,28 87,15 72,09 Como resultados gráficos evidentes y a su vez cuantitativos, se presentan las figuras 12, 13, y 14, en las cuales se compara las tres condiciones a diferente número de revoluciones (100, 200, y 300), de allí podemos deducir que al irse incrementando la severidad del ensayo y el número de revoluciones, las pérdidas también van aumentando; acentuándose más en el asfalto de Barranca, siendo éstas mayores

Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

100

200 NºREVOLUC IONES

Figura 10. Comportamiento de los asfaltos en estado seco y tras permanecer en inmersión cuatro días a 35ºC

19

300

Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

100

200

300

NºREVOLUC IONES

Figura 11. Comportamiento de los asfaltos en estado seco ytras permanecer en inmersión durante un día a 60ºc,

que las presentadas por el asfalto de Apiay, el cual a su vez supera a las pérdidas del asfalto de Cartagena. Por parte del asfalto Modificado se sabe que es el menos susceptible a la temperatura, presentando mejor cohesión que los ligantes de penetración y se observa que, aunque éste presente un mejor comportamiento en seco, sus pérdidas se incrementan considerablemente tras los procesos de inmersión (A) y (B), inclusive son éstas mayores que las presentadas en iguales condiciones por el asfalto de penetración de Cartagena a 300 revoluciones. Por tanto, es imposible hablar del mejor ligante en términos absolutos, ya que algunas de sus propiedades están contrapuestas. Se trata, entonces de llegar a la solución más acertada para escoger el ligante que mejor se comporte a las necesidades específicas que se requieran en cada caso. EN SECO

TRAS INMERSION 4 DIAS A 35ºC

TRAS INMERSION 1 DIA A 60ºC

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

TIPO DE LIGA NTE

Figura 12 Comportamiento de los asfaltos a 100 revoluciones en las tres condiciones de evaluación de su adhesividad

20

EN SECO

TRAS INMERSION 4 DIAS A 35ºC

TRAS INMERSION 1 DIA A 60ºC

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Asf alto Barranca

Asf alto Cartagena

Asf alto Apiay

Asf alto Modifi cado

T I P O DE LI GA NT E

Figura 13. Comportamiento de los asfaltos a 200 revoluciones en las tres condiciones de evaluación de su adhesividad

EN SECO

TRAS INMERSION 4 DIAS A 35ºC

TRAS INMERSION 1DIA A 60ºC

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Asfalto Barranca

Asfalto Cartagena

Asfalto Apiay

Asfalto Modificado

T I P O DE LI GANT E

Figura 14. Comportamiento de los asfaltos a 300 revoluciones en las tres condiciones de evaluación de su adhesividad

2.4 EVALUACION DEL ENVEJECIMIENTO POR MEDIO DEL METODO UCL El envejecimiento es un fenómeno complejo, en el cual existe una degradación y transformación de los componentes iniciales de cada ligante, perdiendo éstos sus propiedades en el que influyen mucho las acciones individuales o superpuestas de los rayos ultravioleta del sol, el agua de lluvia, el calor y el aire entre otras. La manifestación más evidente de este proceso es la rigidización del material, traducido esto en una pérdida de la capacidad cohesiva del ligante. Esta evolución se inicia con las altas temperaturas alcanzadas durante el proceso de fabricación de la mezcla, estando asociado con las reacciones de oxidación, deshidrogenización y volatilización, sumado a otros fenómenos que se producen durante su vida de servicio, como polimerización o tixotropía. Los ensayos más comunes en los laboratorios para valorar el envejecimiento de los ligantes asfálticos, se basan en someter al asfalto a unas condiciones similares a las del proceso de fabricación y determinar los cambios experimentados en sus propiedades físicas mediante los ensayos convencionales, que muchas veces no permiten evaluarlas con suficiente precisión. La aplicación del ensayo cántabro de pérdida por desgaste se lleva a cabo sobre probetas en las que, como resulta obvio, el ligante ya ha estado sometido a las 21

condiciones de mezclado. Cuando éste se incorpora a la mezcla, envuelve de manera uniforme las partículas de agregado, uniéndolas entre sí, es decir, constituye una película fina que debido a la porosidad de la mezcla (25% aproximadamente), presenta una gran superficie expuesta al aire, por tanto, si se someten las probetas a ciertas condiciones de envejecimiento acelerado, en realidad se estará sometiendo el ligante a un envejecimiento en película fina, la oxidación y endurecimiento del ligante harán que se vuelva frágil, disminuyendo la resistencia a la disgregación de la mezcla. En este marco de ideas, la determinación de las pérdidas al cántabro pueden poner de manifiesto la mayor o menor sensibilidad de los ligantes frente al fenómeno de envejecimiento. Al mantener constante la granulometría del árido las mezclas fabricadas con cada tipo de ligante, presentarán una porosidad similar y por tanto una superficie expuesta al envejecimiento también similar. Otras de las variables que pueden influir en el proceso de envejecimiento es el porcentaje de ligante sobre la mezcla, ya que a mayor contenido, no solo se obtendría una película de mayor espesor (más difícil de envejecer), sino también un menor contenido de vacíos y por tanto una menor superficie expuesta a las acciones externas. Como el objetivo es comprobar la validez del ensayo como método para evaluar el envejecimiento, se puede seguir manteniendo constante el contenido de ligante, lo que nos permite comparar las pérdidas obtenidas con cada uno de los ligantes asfálticos ensayados, más que determinar en términos absolutos el envejecimiento de un ligante en una mezcla determinada. Las condiciones a las que deben someterse las probetas para simular un proceso de envejecimiento acelerado, pueden ser muy variadas: radiación ultravioleta, humedad, ciclos de frío y calor, etc. No obstante, se trata de fijar unas condiciones, capaces de envejecer suficientemente los ligantes, las cuales sean fácilmente reproducibles en cualquier laboratorio. A la vista de los medios disponibles en nuestro laboratorio y de los mecanismos que producen el envejecimiento de los ligantes, las condiciones de envejecimiento establecidas han sido mantener las probetas a una determinada temperatura en una estufa, durante diversos períodos de tiempo, para así conseguir diferentes grados de envejecimiento. Con cada tipo de ligante asfáltico, se fabricaron 21 probetas distribuidas en siete grupos de tres probetas cada uno se evaluó sin someterlo a ningún período de envejecimiento, con el fin de disponer de una muestra sometida únicamente a las condiciones del proceso de mezcla. Los seis grupos restantes permanecieron durante 2.5, 5, 10, 20, 40, y 72 horas respectivamente a 80ºC de temperatura. Debido a la elevada temperatura a la que estarán sometidas las probetas, por encima del punto de ablandamiento de los ligantes, podría producirse el desmoronamiento de la misma en el interior del horno, siendo imposible proceder a su ensayo. Es por éste motivo que se confinaron las probetas mediante un molde de malla metálica, con una tapa en una de sus caras, con tamaño de malla suficientemente grande para permitir la circulación del aire caliente dentro del horno, y suficientemente pequeño para evitar las posibles pérdidas de material. Además, en el proceso de envejecimiento se puede prever gracias a estudios anteriores, que debido a la alta temperatura de ensayo (80ºC), cada probeta tendería a formar una

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estructura cónica, causada por cierto escurrimiento del ligante, creándose, una vez enfriada la probeta una zona con un mayor contenido de ligante, que presentaba una mayor resistencia a la disgregación que el resto de la probeta, restándole credibilidad a los resultados obtenidos. Por esto fue necesario utilizar un procedimiento manual, el cual consistió en invertir la posición de la probeta cada dos horas y media, para así invertir el sentido del escurrimiento que pueda producirse, evitando de esta manera la acumulación de ligante en una única zona de la probeta, como la posible pérdida de material. Los resultados obtenidos se resumieron en el cuadro 10. En primer lugar se analizará el comportamiento de los ligantes de penetración. Para los primeros tiempos de envejecimiento (hasta 10 horas), el mejor comportamiento lo presenta el asfalto de Cartagena (61,94%), pues es éste el ligante que presenta mayor penetración, es decir, es el más blando. A partir de éste instante las pérdidas se incrementan de manera gradual situación similar para los tres tipos de ligantes asfálticos, llegando a su punto máximo a las 72 horas de envejecimiento, a 300 revoluciones (100% de pérdidas). Gráficamente, podemos percibir que el asfalto de Barranca en su primera medición (2,5 horas), sufrieron un aumento no esperado en sus pérdidas; lo cual fue debido a la recepción directa del calor emanado por la resistencia del horno en la parte superior de éste, mientras que, en las probetas de los tres tipos de asfaltos restantes, el calor ya había circulado y el envejecimiento se producía de una manera gradual. Esto conllevó en las siguientes mediciones a intercambiar las posiciones de las probetas dentro del horno (de arriba abajo y viceversa), en el mismo instante del volteo individual del que ya se ha hablado. Vale la pena resaltar que el comportamiento de los asfaltos de penetración a 100, 200 y 300 revoluciones (figuras 15, 16 y 17 respectivamente), es similar, desplazándose las curvas hacia abajo respectivamente. De otro lado las curvas de envejecimiento presentadas por el asfalto Modificado muestran un comportamiento excelente respecto a los ligantes de penetración, puesto que sus pérdidas en las distintas etapas de evaluación, siempre fueron inferiores. Por otra parte, todas las curvas de envejecimiento de los ligantes de penetración presentan la misma forma y tienen unas pendientes más fuertes a corto plazo, las cuales se suavizan para los tiempos de envejecimiento más largos, es decir, se produce un envejecimiento más rápido al inicio de su vida de servicio, el cual se suaviza a mas largo plazo, situación perfectamente previsible. Cuadro 10, muestras las pérdidas al cántabro para distintos grados de envejecimiento a 80ºC, a 100, 200, y 300 revoluciones Esto es debido a que las pérdidas de aceites y volátiles que se produce a medida que se envejece el ligante se acusa mucho más a corto plazo, ya que a más largo plazo esta pérdida ya se ha producido y su efecto prácticamente desaparece.

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REVOLUCIONES TIEMPO DE TIPO DE LIGANTE ASFALTICO ENVEJEC. Barranca Cartagena Apiay Modificado (Nº) (horas) 0 10,55 9,73 11,57 7,17 2,5 15,9 6,48 10,82 5,18 5 15,26 9,33 8,91 4,91 100 10 51,4 41,48 43,38 12,8 20 52,34 66,34 66,04 39,47 40 70,21 75,48 69,05 60,2 72 85,22 91,37 86,3 57,17 0 21,4 17,73 30,05 15,5 2,5 33,64 15,84 26,48 13,6 5 27,61 18,59 21,63 13,17 200 10 64,13 51,05 55,23 23,85 20 67,43 71,69 72,45 50,06 40 78,14 81,19 75,1 68,19 72 88,36 95,82 89,76 64,9 0 39,4 29,01 45,32 23,56 2,5 48,46 25,31 42,31 21,56 5 42,24 28,4 31,67 23 300 10 71,4 61,94 66,15 34,27 20 76,85 82,43 79,05 55,82 40 85,52 89,34 87,85 72,24 72 100 100 100 74,32 Cuadro 10. Evaluación del envejecimiento

PERDIDAS AL CANTABRO (%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100 90 80 70

60 50 10 40

0 100 90 80 70

20 Asfalto Barranca 30

30 20

Asfalto 40Cartagena

50 Asfalto Apiay 60

Asfalto Modificado 70

80

TIEMP O DE ENVEJ EC IMIENTO ( horas)

Figura 10 15. Comportamiento de los asfaltos a 100 revoluciones evaluando el envejecimiento

0 0

10

20

30

40

50

60

70

60 50

TIEMPO DE ENVEJECIMIENTO (horas)

40

Figura 16. Comportamiento de los asfaltos a 200 revoluciones evaluando el envejecimiento

30 20 10 0 0

10

20

30

24

40

50

60

70

TIEMP O DE ENVEJ EC IMIENTO ( horas)

Figura 17. Comportamiento de los asfaltos a 300 revoluciones evaluando el envejecimiento

80

80

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La investigación llevada a cabo en el presente Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero Civil intenta abordar el inconveniente de la caracterización de los ligantes asfálticos producidos en el territorio Colombiano, los cuales son empleados en la construcción de carreteras del mismo. Esta caracterización se ha venido desarrollando mediante ensayos físicos tradicionales: penetración, punto de ablandamiento, ductilidad, punto de fragilidad, índice de penetración; cuyo principal objetivo es el de tipificar y demostrar el cumplimiento de las especificaciones establecidas. Al margen de lo anterior también se esta empleando en la actualidad la clasificación de los ligante por el Método establecido en programa SHRP, el cual introduce conceptos interesantes en este sentido. No obstante, ésta caracterización se destaca por su grado de dificultad en el desarrollo de algunas pruebas, sumado al hecho de que se evalúa el ligante de manera separada, sin el contexto propio de una mezcla, con lo cual dos ligantes igualmente clasificados no necesariamente van tener igual nivel de comportamiento, observación esta que es válida también para los otros esquemas de clasificación. Por su parte, el análisis químico presenta varios problemas debido al elevado grado de complejidad de los asfaltos, limitándose a la separación en varias fracciones y al estudio del índice de estado coloidal, lo anterior aunque supone una valiosa colaboración deja a medias el problema puesto que es de gran dificultad el diferenciar los distintos compuestos, o al menos sus funciones químicas predominantes. Aunque se logren aislar los diferentes componentes elementales de los mismos, no es solamente la composición química la que rige la definición las propiedades del ligante, sino la constitución físico – química del complejo material coloidal que es el ligante bituminoso, por lo demás resultan inciertas las relaciones que se puedan establecer entre la composición química y el comportamiento reológico. Todo lo anterior conllevó a desarrollar una nueva manera de caracterizar los ligantes, método Universal de Caracterización de Ligantes (método UCL), el cual se fundamenta en la aplicación del ensayo cántabro de pérdida por desgaste, el cual establece dicha caracterización de sus propiedades de una forma más sencilla y precisa. Las propiedades generales del método son: 1.) Al eliminar del ensayo cántabro de pérdida por desgaste algunos de los factores que influyen sobre las pérdidas (granulometría, presencia de filler) y dejando constantes los factores restantes, cualquier variación del comportamiento de la mezcla estaría directamente relacionada con el tipo y naturaleza del ligante utilizado, pudiéndose así caracterizar éste mediante las propiedades que transmite a la mezcla.

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2.) En las condiciones anteriormente citadas, el método UCL permite evaluar las principales propiedades que poseen los ligantes asfálticos: cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad y envejecimiento. 3.) Se pone de manifiesto que la variación de la temperatura (curva de estado) puede evaluar su comportamiento frágil a bajas temperaturas (altas pérdidas al cántabro), su comportamiento viscoelástico a temperaturas medias (bajas pérdidas al cántabro) y su comportamiento inconsistente a temperaturas elevadas (marcado incremento de pérdidas al cántabro), demostrando la influencia de la temperatura en él; cuando la curva se comporta en forma tendida el ligante será menos susceptible a la temperatura, caso contrario ocurre cuando la curva es cóncava. 4.) Debido a la acción del agua sobre la mezcla, el proceso de desenvuelta produce una disminución de la cohesión de sus componentes. El notorio aumento de las pérdidas al pasar de estado seco, a un estado de inmersión, se relaciona directamente con la adhesividad del ligante al árido, siendo más pronunciadas cuando la mezcla se somete a condiciones de inmersión a temperaturas superiores a su punto de ablandamiento. En general, grandes pérdidas reflejan una mala adhesividad y viceversa. 5.) Es posible simular el proceso de envejecimiento en el laboratorio. Al evaporarse los compuestos volátiles se produce un endurecimiento del ligante asfáltico, aumentando su fragilidad. La disminución de la resistencia que la mezcla durante éste proceso puede determinarse mediante el ensayo cántabro, evaluando varios asfaltos bajo distintos grados de envejecimiento, observándose que al aumentar el período de envejecimiento se aumentan las pérdidas. Como conclusiones y recomendaciones específicas del presente trabajo se pueden mencionar: 1. La virtud más importante del método UCL es la de evaluar la caracterización de las propiedades de los ligantes asfálticos aplicando un único ensayo, el ensayo cántabro de pérdida por desgaste; superando la sensibilidad de los métodos tradicionales, por cuanto se evalúa el contacto con el árido después del mezclado y compactado y no sobre el ligante original. 2. Es de suma importancia ser cuidadoso en el control efectuado a las temperaturas de mezclado y compactación, ya que éstas varían con respecto a las normas que rigen a las mezclas densas, puesto que el valor de viscosidad debe ser más elevado, para que así haya una adecuada envuelta de los áridos. 3. El trabajo desarrollado, señala las diferencias de comportamiento de los asfaltos empleados de manera habitual en Colombia, siendo notables las mejores propiedades cohesivas y de durabilidad proporcionadas por el asfalto modificado. 4. El método es muy útil para seleccionar entre varios ligantes posibles a utilizar, el que se comporte mejor con los áridos disponibles. En este sentido es la

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mejor alternativa para evaluar las propiedades adherentes del asfalto y el pétreo, en condiciones de mezcla nueva, envejecida y en presencia de agua. 5. El método ha mostrado ser sensible a las variables estudiadas, y se considera conveniente su aplicación especialmente por su sencillez, repetibilidad y facilidad de instalarse incluso en un laboratorio de obra. 6. Debe tenerse en cuenta, que dado que el problema de la adherencia es algo que relaciona dos materiales, cada que se produzca un cambio en el suministro de uno de ellos deberá evaluarse nuevamente este parámetro. En este sentido el método es mucho más eficaz que los habituales existentes para tal fin. 7. Finalmente, se puede mencionar que por la poca logística que se requiere, es un método muy económico, lo cual lo hace asequible a muchas personas o entidades que no posean grandes recursos, pero que deseen tener un buen nivel de certeza sobre la calidad de sus materiales. Nota: Los resultados presentados en este trabajo hacen referencia exclusiva, a las muestras recibidas de los materiales estudiados, por lo que la generalización de sus propiedades no se puede asumir de manera inmediata. Por esta razón en la conclusión no se hacen definiciones sobre el comportamiento de ellos.

4.- BIBLIOGRAFIA

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