“Tecnología en Materiales Asfálticos” · 2019-04-08 · Envejecimiento de asfaltos ... Slope...
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“Tecnología en Materiales Asfálticos” 2019 MUJERES EN INGENIERÍA Conceptos de Diseño de Mezclas Asfálticas Empleando Materiales Reciclados Dra. Edith Arámbula Mercado Texas A&M Transportation Institute
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“Tecnología en Materiales Asfálticos”2019 MUJERES EN INGENIERÍA
Conceptos de Diseño de Mezclas
Asfálticas Empleando Materiales
RecicladosDra. Edith Arámbula Mercado
Texas A&M Transportation Institute
• 1997 - 2019
TRAYECTORIA PROFESIONAL
• Datos Generales
• Instalaciones
INSTITUTO DE TRANSPORTE DE TEXAS A&M
TEMAS DE INVESTIGACIÓN
PRESENTACIÓN TÉCNICA
INT
RO
DU
CC
IÓN
1997
Tec de Monterrey
Ingeniería Civil
1998-1999
Constructoras
Cuantificación de materiales
Nivelación de naves industriales
2000
Obras Públicas
Programa de Administración de
Pavimentos
2001-2007
Texas A&M University
Maestría y Doctorado en Ingeniería Civil
Especialidad en Materiales y Pavimentos
TR
AY
EC
TO
RIA
PR
OF
ES
ION
AL
2007-2008
Turner-FairbankHighway Research
Center
Postdoctorado
2008-2010
Applied Research Associates
Senior Engineer
2010 – actual
Texas A&M Transportation Institute
Research Engineer
TR
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EC
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RIA
PR
OF
ES
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AL
INS
TIT
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&M
INS
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Áreas de Investigación y
Desarrollo
Movilidad
Seguridad vial y
vehicular
Estudios del
comportamiento del ser
humano
Infraestructura
Movimiento de carga
Seguridad y protección
Medio ambiente
Aspectos económicos
Transportación
interconectada
Planeación y
operaciones
Estadísticas 12,800 m2
$80M costo total
10 laboratorios
9 Departamentos
4 Colegios
2014 – Desarrollo del concepto inicial
2015 – Legislatura de Texas apropia fondos
Otoño 2016 – Inicia la construcción
Abril 11, 2018 – Ceremonia de inauguración
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u.e
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INS
TA
LA
CIO
NE
S
Laboratorios Advanced Characterization of Infrastructure Materials Advanced Infrastructure Materials and Manufacturing Asphalt Innovation Automated Vehicles/Connected Vehicles Concrete Innovation Intelligent Infrastructure Assessment National Corrosion and Materials Reliability Control Center Soil/Unbound Materials Innovation Structural and Materials Testing
Instalaciones Materials Handling and Storage Facilities Conference and Training Facilities
INS
TA
LA
CIO
NE
S
https://cir.tamu.edu
9 Áreas críticas de interés Comunicaciones
Energía Inteligente/Sustentable
Energía Nuclear
Manufactura
Materiales y Desperdicio de Materiales
Química
Tecnología de la Información
Sistemas de Transporte
Suministro y Tratamiento de agua
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CIO
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TE
MA
S D
E
INV
ES
TIG
AC
IÓN Mezclas Drenantes (OGFC o PFC)
Estudio de los mecanismos de perdida de agregados
para extender la vida útil del pavimento.
Evaluación de asfaltos modificados con alto contenido de
polímero para prevenir perdida de agregados.
Desarrollo de un sistema de diseño, construcción y
mantenimiento para mezclas drenantes.
TE
MA
S D
E
INV
ES
TIG
AC
IÓN
Envejecimiento de Mezclas Asfálticas (09-52, 09-52A)
Acondicionamiento de mezclas en laboratorio para
simular envejecimiento de corto plazo en campo.
Mezclas Tibias (09-49, 09-49B)
Estudio de los susceptibilidad a la humedad de las
mezclas producidas con aditivos y espumado.
Mezclas Espumadas (09-53)
Propiedades y aplicaciones de mezclas espumadas
producidas a temperaturas altas e intermedias.
Mezclas Recicladas (09-58)
Efecto de varios tipos de rejuvenecedores en mezclas
con reciclado de pavimento y teja de techo.
TE
MA
S D
E
INV
ES
TIG
AC
IÓN Mezclas Drenantes
Desempeño de mezclas drenantes a través del tiempo.
Incremento de la durabilidad de las mezclas drenantes.
Envejecimiento de asfaltos
Influencia del envejecimiento del asfalto en la falla por
fatiga en mezclas asfálticas producidas en caliente.
Evaluación del envejecimiento del asfalto en mezclas
tibias producidas con aditivos.
Tratamientos superficiales
Validación e implementación del sistema PG (SPG) para
tratamientos superficiales (seal coat).
Caracterización de agregados
Uso de láseres para medir la forma, angularidad y
textura de partículas de agregado.
Relación entre textura medida vía láser y fricción
superficial del pavimento.
CO
LA
BO
RA
CIÓ
N
Conceptos de Diseño de Mezclas Asfálticas
Empleando Materiales Reciclados
CO
NT
EN
IDO
ANTECEDENTES
DISEÑO BALANCEADO
• Selección y proporción
• Rejuvenecedores
• Grado de activación
MATERIALES
DESEMPEÑO
CONCLUSIONES
AN
TE
CE
DE
NT
ES
Asfalto
Agregados
Pavimento
Flexible
Mezcla
MEZCLA ASFÁLTICA VIRGEN
MOTIVACIÓNEconómica
• Costos de adquisición de materiales
• Costos de transporte
Ambiental• Reducción de emisiones • Conservación de recursos
naturales• Menor cantidad de terrenos
dedicados a relleno sanitarioAN
TE
CE
DE
NT
ES
Reclaimed
Asphalt
Pavement
80M toneladas
~100% se recicla
$2.2B en ahorro
http://www.asphaltpavement.org/recycling#Results
AN
TE
CE
DE
NT
ES
RAPRecycled Asphalt
Shingles (RAS)Llantas de caucho
Vidrio Plástico Pavimentos rígidos
AN
TE
CE
DE
NT
ES
Envejecimiento del asfalto
Endurecimiento de la mezcla
Falla por agrietamiento
AN
TE
CE
DE
NT
ES RETOS
RAP
RAS
Rejuvenecedor
Asfalto
Dúctil
Agregados
Pavimento
Reciclado
Mezcla
AN
TE
CE
DE
NT
ES
DIS
EÑ
O
Definición
“Diseño de mezcla utilizando pruebas de desempeño
en especímenes propiamente acondicionados, tomando
en cuenta múltiples modos de falla, así como las
condiciones climáticas y de tráfico del lugar donde se
empleará la mezcla.”
DISEÑO BALANCEADO
Asfalto Virgen
Asfalto(s) Reciclado(s)
Rejuvenecedor Agregados
Asfalto Rejuvenecido
Gradación
Diseño Volumétrico: 3 contenidos de asfalto
Pruebas de desempeño: • Ahuellamiento• Agrietamiento • Daño por humedad
Pasa criterio?Formula de
diseño (JMF)Si No
Realizar cambios
ESQUEMAD
ISE
ÑO
Asfalto Virgen PGH < 64°C DTc @ PAV20 > -3.5°C
RAP PGH < 100°C DTc @ PAV20 > -7.5°C
RAS PGH < 150°C
RAZÓN DE REEMPLAZO DEL ASFALTO VIRGEN
RBR (RAPBR+RASBR) < 0.5
RASBR < 0.1
DTc @ PAV20 = TS – Tm
SELECCIÓN Y PROPORCIÓNDE MATERIALES
𝑅𝐵𝑅 = 𝑅𝐴𝑃𝐵𝑅 + 𝑅𝐴𝑆𝐵𝑅 = 𝑃𝑏𝑅𝐴𝑃 × 𝑃𝑅𝐴𝑃
𝑃𝑏𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+
𝑃𝑏𝑅𝐴𝑆 × 𝑃𝑅𝐴𝑆𝑃𝑏𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Productos químicos que se agregana las mezclas asfálticas con
materiales reciclados para:
Reducir la rigidez de la mezcla(proporción entre asfaltenos y maltenos)
Disminuir el PG medido a temperaturas elevadas y bajas.
• Otros beneficios: manejabilidad y compactación.
REJUVENECEDORESDEFINICIÓN
MA
TE
RIA
LE
S
En e
l 20
15
…
Aceites vegetales modificados;Aceites biológicos;Aceites estabilizados;Etc.
Actualmente…
REJUVENECEDORESTIPOS
MA
TE
RIA
LE
S
Química (FT-IR) Reología (DSR)
0
10
20
30
40
50
60
T1 T2 A1 V2 V1 B
S│
DA
rea│
(a.
u.)
RTFO PAV 20 PAV 40
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
T1 A1 V2 B
h*
at1
5ᵒC
an
d 1
0 r
ad/s
(Pa.
s)
Original RTFO PAV 20 PAV 40
Rejuvenecedores con menor D FT-IR también tienen menor D en reologíaRejuvenecedores con mayor D en reologia tambien tienen valores elevados de FT-IR (T1)
REJUVENECEDORESSELECCIÓN
MA
TE
RIA
LE
S
MÉTODO RÁPIDO
1. Caracterización a temperatura
elevada (PGH)
Asfalto virgen
Asfalto(s) reciclado(s)
~Proceso de extracción y
recuperación~
Sin proceso de envejecimiento
67.772.5
59.4
83.5
-44
-32
-20
-8
4
16
28
40
52
64
76
88
100
112
-44
-32
-20
-8
4
16
28
40
52
64
76
88
100
112
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
RA
P B
ind
er C
on
tin
uou
s P
G (⁰C
)
Vir
gin
Bin
der
Con
tin
uou
s P
G (⁰C
)RBR
WI PG 58-28 + 0.31 WI RAP and WI PG 58-28 + 0.5 WI RAP
Measured Continuous PGH 0.31 RBR Measured Continuous PGH 0.5 RBR
REJUVENECEDORESDOSIS
2. Calcular el PGH de la combinación de material virgen y reciclado(s) a cierto nivel de RBR
3. Calcular la dosis de agente reciclado𝑹𝒆𝒄𝒚𝒄𝒍𝒊𝒏𝒈 𝑨𝒈𝒆𝒏𝒕 (%) = 𝑷𝑮𝑯𝑩𝒍𝒆𝒏𝒅 −𝑷𝑮𝑯𝑻𝒂𝒓𝒈𝒆𝒕 / 𝐬𝐥𝐨𝐩𝐞 𝐫𝐚𝐭𝐞
𝑷𝑮𝑯𝑩𝒍𝒆𝒏𝒅 = 𝑹𝑨𝑷𝑩𝑹 × 𝑷𝑮𝑯𝑹𝑨𝑷 + (𝑹𝑨𝑺𝑩𝑹 × 𝑷𝑮𝑯𝑹𝑨𝑺) + (𝑩𝑩𝑹 × 𝑷𝑮𝑯𝑩𝒂𝒔𝒆)
REJUVENECEDORESDOSIS
Slope Rate = 1.82 para la mayoría de tipos de rejuvenecedores= 1.38 para extractos aromáticos
Cantidad máxima recomendada: 8-10% por motivos económicos y para prevenir la susceptibilidad al ahuellamiento
MA
TE
RIA
LE
S
• Por lo general se assume que todo el asfalto en los materiales reciclados esta disponible y se combina con el asfalto virgen
• En realidad…
100% Activación Combinación Perfecta
0% ActivaciónPiedra Negra
ACTIVACIÓN PARCIAL
GRADO DE ACTIVACIÓNDEL ASFALTO RECICLADO
MA
TE
RIA
LE
S
Envejecimiento…
93.0%86.1%
67.5%
40.1%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
RAP 1 RAP 2 RAP 3 RAP 4
Gra
do
de
Act
ivac
ion
(-) Envejecimiento (+)
4.27% 4.50%
5.11%
6.01%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
RAP 1 RAP 2 RAP 3 RAP 4
Co
nte
nid
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e as
falt
o e
n e
l R
AP
de
spu
es
de
mez
clar
Artificial RAP
0% Activación
100% Activación
Rejuvenecedores…
40.8%
73.4%
43.7%
75.6%
53.0%
86.9%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
TX RAP NH RAP
Gra
do
de
Act
ivac
ion
RAPRAP+RA (added to the binder)RAP+RA (added to the RAP)
107.6 90.0PGH
FACTORES QUE AFECTAN ELGRADO DE ACTIVACIÓN
MA
TE
RIA
LE
S
Asfalto Virgen
Asfalto(s) Reciclado(s)
Rejuvenecedor Agregados
Asfalto Rejuvenecido
Gradación
Diseño Volumétrico: 3 contenidos de asfalto
Pruebas de desempeño: • Ahuellamiento• Agrietamiento • Daño por humedad
Pasa criterio?Formula de
diseño (JMF)Si No
Realizar cambios
ESQUEMAD
ISE
ÑO
Ahuellamiento + Daño por humedad
Agrietamiento (fractura)
PRUEBAS DE DESEMPEÑO
Prueba de Hamburgo IDEAL-CTAhuellamiento(deformación)
IDEAL-RT
DE
SE
MP
EÑ
O
BALANCE EN EL DESEMPEÑO
Contenido de Asfalto Grafica de interacción
DE
SE
MP
EÑ
O
MODIFICACIONES
Fuente y/o cantidad de materiales reciclados
Fuente y/o grado (PG) del asfalto virgen
Tipo y/o gradación del agregado
Tipo de rejuvenecedor y/o dosis
RAP RAS
RejuvenecedorAsfalto
Agregados
CONCLUSIONES
Aspectos económicos y ambientales motivan a las agencias de
transporte a incrementar el uso de materiales reciclados.
Para diseñar mezclas con materiales reciclados y garantizar su
vida útil es necesario optimizar su desempeño.
Una opción disponible para incrementar la cantidad de materiales
reciclados es el uso de rejuvenecedores.
La dosis del rejuvenecedor debe estimarse eficientemente.
La razón de reemplazo del asfalto virgen debe considerar el grado
de activación del asfalto en el material reciclado.
“Tecnología en Materiales Asfálticos”2019 MUJERES EN INGENIERÍA
Edith Arámbula Mercado
Phone: (979) [email protected]
