Propuesta de Investigacion_correcciones

Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA)
Propuesta: LM-PI-UMP-013-P
MODIFICACIÓN DE LIGANTES ASFÁLTICOS CON SiO2 Y
SU EFECTO EN LAS TEMPERATURAS MEDIAS Y LA
RESISTENCIA AL DAÑO POR HUMEDAD
Preparado por:
Unidad de Materiales y Pavimentos
San José, Costa Rica
Abril, 2013
Información técnica del documento
1. Propuesta
2. Copia No.
LM-PI-UMP-013-P
1
3. Título y súbtitulo:
4. Fecha de la Propuesta
MODIFICACIÓN DE LIGANTES ASFÁLTICOS CON SiO2 Y SU EFECTO EN LAS
TEMPERATURAS MEDIAS Y LA RESISTENCIA AL DAÑO POR HUMEDAD
Abril, 2013
7. Organización y dirección
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales
Universidad de Costa Rica, Ciudad Universitaria Rodrigo Facio,
San Pedro de Montes de Oca, Costa Rica
Tel: (506) 2511-2500 / Fax: (506) 2511-4440
8. Notas complementarias
La presente propuesta es producto del Convenio sostenido entre el LanammeUCR de la Universidad de Costa Rica(UCR) y
el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LANOTEC) del Centro Nacional de Alta Tecnología (CeNAT).
9. Resumen
…………………………………………
10. Palabras clave
Nanopartículas; Dióxido de silicio; Asfalto; Desempeño
11. Nivel de seguridad:
Ninguno
12. Núm. de páginas
22
13. Preparado por:
Sr. Rafael Ernesto Villegas Villegas
Investigador Unidad de Materiales y
Pavimentos
Fecha: 23/04/13
Srta. Fabiola Miranda Arguello
Asistente Unidad de Materiales y Pavimentos
Ing.José Pablo Aguiar Moya, Ph.D.
Coordinador Unidad de Materiales y
Pavimentos
Fecha: 23/04/13
Fecha: 23/04/13
15. Aprobado por:
Ing.Fabricio Leiva Villacorta, Ph.D.
Investigador Unidad de Materiales y
Pavimentos
Dr. José Roberto Vega Baudrit
Director LANOTEC
Fecha: 23/04/13
Fecha: 23/04/13
Ing. Guillermo Loría Salazar, Ph.D.
Coordinador General PITRA
Fecha: 23/04/13
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN..................................................................................... 4
1.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 4
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................... 4
1.3 ANTECEDENTES .................................................................................................................. 4
1.4 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 5
1.5 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 5
2. METODOLOGÍA PROPUESTA ............................................................ 11
2.1 IDENTIFICACIÓN DE ENSAYOS, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE ENSAYO Y /O MEDICIÓN ............ 11
3. CRONOGRAMA.................................................................................... 15
4. REFERENCIAS ..................................................................................... 15
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 3 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
1. INTRODUCCIÓN
………………..
1.1 Objetivo general
Mejorar el desempeño a la fatiga y la resistencia al daño por humedad de ligantes asfálticos
modificados con óxido de silicio.
1.2 Objetivos específicos
Para poder cumplir con el objetivo general previamente planteado, se definen los siguientes
objetivos específicos:
1. Definir las propiedades del óxido de silicio óptimas (hidrofóbico, hidrofílico, con cargas
polares) a utilizar como modificante del ligante asfáltico.
2. Evaluar las propiedades reológicas del ligante asfáltico modificado con óxido de silicio en
distintas condiciones, así como las del ligante asfáltico de control en diferentes mezclas.
3. Definir el porcentaje de óxido de silicio a adicionar en el ligante asfáltico necesario para
disminuir la temperatura de transición vítrea al intervalo de temperatura deseado,
garantizando homogeneidad y trabajabilidad del asfalto modificado.
4. Caracterizar las propiedades de adhesión del ligante asfáltico con distintas fuentes de
agregado.
5. Realizar un análisis exhaustivo sobre las propiedades físico-químicas del ligante asfáltico
modificado con óxido de silicio a partir de los resultados reológicos, químicos y
termogravimétricos en el laboratorio.
6. Realizar ensayos en la mezcla asfáltica para medir adherencia y resistencia al daño por
humedad entre el ligante asfáltico modificado y el agregado pétreo.
7. Evaluar el desempeño de mezclas asfálticas modificadas con el óxido de silicio en
términos de resistencia a la deformación permanente y agrietamiento por fatiga.
1.3 Antecedentes
Durante muchos años en Costa Rica todos los esfuerzos para el mejoramiento de los
ligantes asfálticos han sido enfocados en atender únicamente el problema de la deformación
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 4 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
permanente en las carreteras. Lo anterior está directamente relacionado con el desempeño
de ligantes asfálticos a altas temperaturas. Por esta razón se dio un fuerte impulso a cambiar
el asfalto distribuido por RECOPE de un AC-20 (2000 ± 400 Poise @ 60°C) a un AC-30
(3000 ± 600 Poise @ 60°C). Esta es una decisión que concuerda fuertemente con los
principios de la metodología de diseño de mezclas asfálticas Superpave, la cual también
favorece el uso de mezclas asfálticas resistentes a la deformación permanente. No obstante,
esta decisión no consideró el desempeño de los ligantes asfálticos, y por ende la mezcla
asfáltica, a otras temperaturas de servicio, como lo son las intermedias. Esto ha resultado en
una problemática severa pues si bien es cierto al corto plazo las mezclas asfálticas tienden a
mostrar resistencias a la deformación permanente adecuada, en el mediano y largo plazo se
están dando grandes problemas de agrietamiento por fatiga y toda otra serie de
problemáticas que vienen asociadas a este tipo de deterioro.
1.4 Justificación
En los últimos años se ha venido intensificando la problemática que las carreteras de Costa
Rica fallan por fatiga a temperaturas intermedias después de algunos pocos años de entrar
en servicio. Esta situación genera preocupación por las características climáticas del país,
más aún en el Gran Área Metropolitana donde predominan temperaturas intermedias y se
concentra la mayor cantidad de población y tránsito del país.
Ante estos acontecimientos surge la necesidad de implementar nuevas medidas en el diseño
de las mezclas asfálticas que se desarrollan en el país. Parte de esta problemática busca ser
atendida mediante propuestas de reducción de la viscosidad del ligante asfáltico fuente que
distribuye RECOPE (Elizondo et al., 2012). Sin embargo, esta realidad es función de las
decisiones del Ministerio de Obras Públicas y Transportes, así como de RECOPE.
Con base a esto, el presente proyecto busca determinar el desempeño del ligante asfáltico
modificado con dióxido de silicio, con el fin de disminuir la temperatura a la cual se produce
la rotura y así generar un aporte mediante el mejoramiento de las características del ligante
asfáltico, tanto a deformación permanente (en altas temperaturas), como a fatiga (en
temperaturas bajas e intermedias).
1.5 Marco Teórico
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 5 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
El asfalto es una mezcla orgánica ampliamente utilizada en pavimentos de carreteras debido
a sus propiedades viscoelásticas. Sin embargo, por sus propiedades viscoelásticas, el
asfalto se vuelve quebradizo a temperaturas bajas e intermedias y líquido a temperaturas
superiores lo cual puede provocar el agrietamiento térmico o por fatiga del pavimento a bajas
temperaturas y deformación permanente a altas temperaturas. Por tanto su aplicación está
limitada por esta susceptibilidad térmica.
En las últimas décadas, los investigadores han estado tratando de utilizar diferentes tipos de
modificadores para mejorar el rendimiento de los materiales asfálticos. Modificadores o
aditivos para el ligante asfáltico típicos inluyen: estireno-butadieno-estireno (SBS), estirenobutadieno caucho (SBR), Acrilato de etilen-glicidil (EGA) terpolímero, Acetato de etil-vinil
(EVA), caucho de llanta, arcillas, fibras de desecho, entre otros.
Los ligantes modificados con SBR han sido ampliamente utilizados, por lo general como un
dispersor de látex. De acuerdo con informes de la Administración Federal de Aviación de los
EEUU, el ligante asfáltico modificado con SBR puede optimizar las propiedades del
pavimento de concreto asfáltico y capas de sellado. También puede mejorar la recuperación
elástica y las propiedades de adhesión y cohesión a bajas temperaturas. Cuando el SBR es
mezclado con asfalto puede mejorar la resistencia al daño de la humedad, agrietamiento por
fatiga y desempeño a bajas temperaturas de las mezclas asfálticas. Por otro lado, las arcillas
ha demostrado efectos positivos en el envejecimiento del ligante asfáltico. (Yao et al., 2012).
Actualmente, con el impulso de la nanotecnología, empiezan a surgir los modificadores a
esta escala. Se ha utilizado nano-fibra de carbono, nano-arcilla, nano-arcilla modificada con
polímero, entre otros.
El uso de nano-fibra de carbono como modificador, generó mejores rendimientos en la
respuesta viscoelástica, la resistencia a la deformación permanente y la vida de fatiga del
material. Además se mejoró la viscosidad y aumentó el componente elástico del módulo de
cortante en el ligante asfáltico. La adición de nano-arcilla igualmente aumentó la viscosidad y
del módulo complejo de cortante en el ligante asfáltico modificado, mientras que con la
adición de nano-arcilla modificada con polímero se obtuvo una ligera disminución tanto en la
viscosidad como en el módulo complejo de cortante. (Yao et al., 2012).
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 6 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Para efectos del presente trabajo, se pretende evaluar las propiedades reológicas y los
enlaces químicos de ligantes de asfalto modificados con óxido de silicio (nano sílice).
En la industria del asfalto, la sílice es de gran importancia en cuanto a adhesión y barrera de
materiales en asfaltos de alto desempeño. Es más frecuente el uso de micro-sílice, la cual se
compone de nano partículas con un diámetro menor de 100 nanómetros y partículas secas
en suspensión en un medio líquido, polvo o alguna solución. Se ha desarrollado
investigación en el uso de sílice coloidal como un nano material la cual demuestra una
mejora en las propiedades reológicas del asfalto. (Parviz, 2011).
En un estudio de propiedades y enlaces químicos de asfalto y mezclas de asfalto
modificadas con nanosílice, se añadió nanosílice en porcentajes de 4% y 6% por peso de
ligante asfáltico . Con el fin de estimar las características del ligante asfáltico nano
modificado se realizaron pruebas en mezclas de Superpave. Entre las pruebas que se
utilizaron para analizar las propiedades reológicas, los cambios químicos del ligante asfáltico
modificado y el desempeño de las mezclas asfálticas están: Viscosidad Rotacional (RV),
Reómetro Dinámico de Cortante (DSR), Reómetro de Flexión en viga (BBR), Espectrometría
Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM),
en ligantes asfálticos, y Módulo Dinámico (MD), Análisis de Pavimentos Asfálticos (APA) y
Número de Flujo (FN), en mezclas asfálticas. (Yao et al., 2012).
En la investigación se analizó la energía disipada por ciclo de carga en un ensayo de fatiga.
Se observó que la nanosílice adicionada al ligante disminuye la viscosidad del mismo.
Además, el modificante actuó como agente antioxidante. Por otro lado, la energía disipada
por ciclo de carga se mantuvo baja, lo que implica un buen rendimiento de la resistencia al
agrietamiento por fatiga y deformación permanente.
A partir del ensayo DSR se obtuvo una disminución del módulo de cortante en la mezcla de
ligante asfáltico modificado con nano-sílice en un promedio del 20% y del BBR se observó
que el ligante asfáltico modificado con nano-sílice experimenta menores deflexiones y una
mayor rigidez a la fluencia. En los ensayos de FTIR y SEM se demostró que la nano-sílice se
dispersa físicamente en el asfalto. Además se obtuvo que la nueva estructura del ligante
modificado tiene altos puntos de fusión y de ebullición, y favorece el fortalecimiento de la
propiedad del revestimiento de los ligantes asfálticos.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 7 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Por otro lado, se concluyó que para mezclas asfálticas modificados con nano-sílice el módulo
dinámico aumenta en promedio en un 30%, y el número de flujo aumenta en promedio en un
300%. Tales resultados indican que la mezcla modificada tiene mayor posibilidad de resistir
deformación permanente. El ensayo APA indicó que la suceptibilidad a la deformación
permante disminuye significativamente con la modificación del ligante asfáltico con nanosílice.
Por otro lado, se ha desarrollado una investigación sobre la modificación de ligantes a partir
de SBS/nano-sílice, la cual evaluó las propiedades de los ligantes modificados mediante
métodos convencionales y los efectos de SBS/nano-sílice sobre las propiedades de mezclas
asfálticas modificadas. (Ghasemi et al., 2012). En dicho estudio se ensayaron muestras de
asfalto modificado a altas temperaturas para la determinación de la estabilidad, a través de la
medición de sus puntos de ablandamiento.
La Tabla 1 muestra el efecto de la nano-silice y el contenido de SBS en las propiedades de
la modificación del asfalto. Se puede apreciar como aumenta el punto de ablandamiento y
disminuye la penetración al aumentar el porcentaje de nano-sílice en los ligantes
modificados, lo que demuestra una mayor dureza y rigidez. Además, se muestra una
diferencia máxima de 1,2 en el punto de ablandamiento superior e inferior, lo cual implica la
mejora de la estabilidad durante el almacenamiento.
Tabla 1. Propiedades básicas de ligantes asfálticos modificados SBS-RGP
Fuente: Ghasemi et al.,2012.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 8 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
La Tabla 2 muestras las propiedades de la mezcla según la metodología Marshall. Se
observa un incremento en la estabilidad Marshall y la rigidez conforme aumenta el porcentaje
de nano-sílice. Adicionalmente, se determinó que el uso de SBS incrementa la estabilidad
Marshall en un 9%, mientras que el SBS y nano-sílice aumenta dicha propiedad en un 83%.
Adicionalmente, la resistencia a la tensión diametral, la tensión diametral retenida y el
modulo de rigidez incrementan conforme aumenta el contenido de nano-sílice (Figuras 1 a
3).
Tabla 2. Resultados de las pruebas Marshall de las mezclas de control y modificadas con
SBS-nanoSiO2.
Fuente: Ghasemi et al.,2012.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 9 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Figura 1. Resistencia a la tracción indirecta de las mezclas
Fuente: Ghasemi et al.,2012.
Figura 2. Relación de resistencia a la tracción para las muestras preparadas
Fuente: Ghasemi et al.,2012.
Figura 3 . Módulo de rigidez para especímenes preparados
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 10 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Fuente: Ghasemi et al.,2012.
Otra investigación en el uso de emulsiones con asfalto modificado con SBR o con SBR y
nano-SiO2 confirmó que el uso de nano-sílice puede mejorar tanto la estabilidad de la
temperatura y la resistencia a temperaturas elevadas. Además se mostró que con la adición
de nano-sílice ocurre un aumento del punto de reblandecimiento y una disminución en la
penetración del ligante. (Lui, 2007).
Por último, a partir de una investigación realizada sobre los efectos de la nano-sílice en las
emulsiones asfálticas y sus residuos, se concluyó que entre los efectos de adicionar el nanosílice ligante asfáltico están el aumento de la viscosidad y la estabilidad de almacenamiento
de la emulsión al utilizar un 1,2% del modificante por peso de ligante ligante asfáltico
También se observó una reducción de la ductilidad y la penetración del residuo asfáltico en
las emulsiones dentro de un rango de temperaturas de 70°C a 120°C. (Yang et al.,2011).
2. METODOLOGÍA PROPUESTA
2.1 Identificación de ensayos, equipos e instrumentos de ensayo y/o
medición
Inicialmente se realizará una caracterización físico-química de compuesto de dióxido de
silicio. Dentro del análisis que se llevará a cabo, se realizarán pruebas termogravimétricas
(TGA) y caracterización química mediante infrarrojo (FTIR).
Descripción de los ensayos
Se realizarán pruebas de caracterización al dióxido de silicio utilizado, mediante ensayos de
análisis térmico y espectrometría infrarroja.
Inicialmente, se llevará a cabo el ensayo de análisis térmico (TGA), el cual permite
caracterizar materiales que presentan pérdida o ganancia de masa en un ámbito de
temperatura, debido a procesos de descomposición, oxidación o deshidratación. En el
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 11 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
proyecto se realizará este ensayo con el fin de determinar el grado de pureza del dióxido de
silicio con el que se diseña el ligante asfáltico modificado.
A este mismo compuesto se le realizará análisis de Espectrometría Infrarroja de
Transformada de Fourier (FITR), para obtener una caracterización química adecuada del
material y detectar la presencia de impurezas.
Seguidamente, se deben determinar cuáles serán los porcentajes de dióxido de silicio que se
añadirán a las muestras de ligante asfáltico, los cuales deben cumplir con las expectativas
de desempeño, garantizando homogeneidad y trabajabilidad en la mezcla del ligante
asfáltico.
Una vez definidos los porcentajes de dióxido de silicio en el ligante asfáltico se procederá a
realizar ensayos a las muestras definidas. Se trabajará tanto con muestras de ligante
asfáltico modificado como muestras de ligante asfáltico sin modificar.
Con el objetivo de evaluar el efecto del dióxido de silicio en el ligante, determinando las
propiedades
físico-químicas,
homogeneidad,
estabilidad
y
comportamiento
al
envejecimiento, se realizarán ensayos para medir las propiedades de los ligantes asfálticos,
tales como Reómetro de Corte Dinámico (DSR), técnicas de Calorimetría Diferencial de
Barrido (DSC), Reómetro de Flexión en Vigas (BBR) y Microscopía de Fuerza Atómica
(AFM). Todos los ensayos anteriores serán evaluados tanto en el ligante sin modificar como
en el ligante modificado, en su condición original y después del envejecimiento.
Para el presente proyecto es importante llevar a cabo un proceso de envejecimiento que
permita simular las condiciones en las cuales se ve sometida la mezcla durante la etapa
constructiva, tanto para el ligante asfáltico modificado como el ligante asfáltico sin modificar.
El envejecimiento del ligante ocurre durante los procesos de fabricación del aglomerado y
durante el tiempo de servicio de la carretera. Para esto, se emplearán los siguientes
ensayos: Película Delgada en Horno Rotatorio (RTFOT), que simula el envejecimiento que
sufre el ligante producto de la fabricación en planta y compactación en carretera y Cámara
de Envejecimiento a Presión (PAV), que simula el envejecimiento de un asfalto durante los
primeros siete y diez años de colocado en carretera.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 12 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Con el objetivo de visualizar la forma en la que se incorpora el dióxido de silicio en la matriz
asfáltica se realizará el ensayo de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Este ensayo
permite observar, a partir de una imagen tridimensional, si ocurre una buena dispersión del
compuesto en el asfalto.
Por otro lado, se realizará la prueba de Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC), la cual
emplea el calentamiento o enfriamiento de las muestras de los asfaltos analizados para
medir la diferencia en el flujo de calor, y a partir de curvas experimentales obtener el flujo de
calor o capacidad calorífica en función del tiempo o de la temperatura. Las variaciones que
aparecen en las curvas corresponden a propiedades de los materiales, tales como fusión,
cristalización, transición vítrea, descomposición, evaporación, entre otros.
Para efectos de la investigación el análisis de la temperatura de transición vítrea es
fundamental, puesto que en esta condición el material se encuentra en un estado amorfo en
el cual es susceptible a la ruptura. La importancia de esto reside en que a partir de esas
temperaturas se procederá a realizar las pruebas reológicas del material y así medir el efecto
del ligante modificado con dióxido de silicio a altas y bajas temperaturas.
Una vez determinadas las temperaturas en las que se realizarán los ensayos, se debe
obtener el efecto del modificante en las propiedades reológicas del ligante asfáltico. Para ello
se realizarán pruebas con el fin de determinar el grado de desempeño tanto en el ligante
modificado como en el ligante sin modificar.
Una vez realizadas estas evaluaciones, se realizaran pruebas dinámicas, para obtener el
desempeño del material a altas, intermedias y bajas temperaturas. Estos métodos dinámicos
permiten obtener parámetros para clasificar el asfalto según niveles de carga.
A altas temperaturas se realizará el ensayo Recuperación Elástica mediante Esfuerzo
Repetido o Creep (CR). Este ensayo se lleva a cabo para determinar la resistencia a la
deformación permanente total después de un número de ciclos de carga constante en el
asfalto, simulando las cargas de tránsito. Entre cada ciclo de carga se asigna un tiempo de
recuperación al material.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 13 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Similar al ensayo de Creep, se realizará el ensayo de Recuperación Elástica a Diferentes
Esfuerzos (MSCR), el cual del mismo modo registra la resistencia a la deformación
permanente pero ante cargas repetidas que se incrementan desde 100 Pa hasta 3200 Pa.
Los ensayos a temperaturas bajas e intermedias representan la novedad de la investigación
y su impacto en el desempeño a fatiga del material. Para esto se llevará a cabo un análisis
de fatiga mediante los ensayos de Reómetro de Corte Dinámico, Análisis Dinámico Mecánico
(DMA) y Reómetro de Flexión en Viga (BBR), con el fin de obtener alguna disminución en las
temperaturas en las cuales el material es susceptible a la fractura.
Se realizará un ensayo para medir la adherencia entre el agregado y el asfalto, este
corresponde a la prueba de Resistencia de Adhesión del Asfalto. Este ensayo consiste en la
colocación de asfalto modificado y sin modificar a un sustrato de material pétreo, y aplicar
una fuerza de tensión al mismo para empíricamente medir la fuerza de adhesión entre el
asfalto y el agregao, así como la fuerza de cohesión del asfalto. Esto adicionalmente
permitirá medir los cambios en dichas propiedades al adicionar el dióxido de silicio.
Más fundamental aún, se analizarán los ángulos de contacto entre el asfalto original y el
asfalto modificado con el agrefado petreo. Estas mediciones se realizarán mediante el uso
de un goniómetro que mediante cámaras de alta resolución permite ver el interfaz de
contacto entre dichos materiales. El ángulo de contacto es una medida muy importante pues
se correlaciona diretamente con la humectabilidad (afinidad) del asfalto hacia el agregado.
Para medir adherencia y resistencia al daño por humedad entre el ligante asfáltico
modificado y el agregado pétreo; y evaluar el efecto que tendría el óxido de silicio en el
desempeño de mezclas asfálticas se realizarán los ensayos de Rueda de Hamburgo, el
ensayo de fatiga a flexotracción y módulo dinámico complejo. La realización de estos
ensayos estará sujeta a los resultados obtenidos a nivel de ligante que produzcan un efecto
significativo en las propiedades y desempeño del mismo. se considerará una sola fuente de
agregado.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 14 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
El ensayo de la Rueda de Hamburgo se utilizará para evaluar la resistencia de las mezclas a
dos de los principales modos de falla: la deformación permanente (relacionada a cargas
vehiculares) y el daño por humedad (relacionado a condiciones climatológicas). Este ensayo
permitirá estudiar el efecto combinado de ambos mecanismos de falla, así como la influencia
de las tecnologías sostenibles para dichos tipos de falla y la efectividad de los aditivos
incluidos en el proyecto.
La resistencia de las mezclas al agrietamiento se determinará mediante el ensayo de fatiga a
flexotracción. Dado que la aplicación de las tecnologías sostenibles puede afectar la rigidez
de las mezclas asfálticas, el ensayo se utilizará para identificar cambios significativos en el
potencial de las mezclas al agrietamiento por fatiga.
Finalmente, el comportamiento de la mezcla asfáltica con respecto a la temperatura y
frecuencia de carga será evaluado mediante la prueba de módulo dinámico. Debido a la
naturaleza viscoelástica del asfalto, es importante conocer las respuestas de dicho material
bajo distintas condiciones de temperatura y frecuencia de carga, las cuales se relacionan
directamente con el desempeño de las mezclas.
3. CRONOGRAMA
4. REFERENCIAS
Elizondo, F., Aguiar, J.P., Rodríguez, E., Loría, G. Propuesta de Asfaltos para Costa Rica.
Informe LM-PI-UMP-001, LanammeUCR. Costa Rica.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 15 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440
Ghasemi, M (2012). Modification of Stone Matrix Asphalt with Nano-SiO2. Journal of Basic
Applied Science Research, 2(2):1338-1344.
Lui S. (2007). Research On Modified Emulsified Asphalt With SBR And Compound Modified
Emulsified Asphalt With Nano-SiO2/SBR. Master´s Thesis. China.
Parviz A.(2011). Nano Materials in Asphalt and Tar. Australian Journal of Basic and Applied
Sciences, 5(12): 3270-3273.
Partl M., Gubler, R., Hugener, M. Nano-Science and Technology for asphalt pavements.
EMPA Swiss Federal Laboratories for Materials. Suiza.
Yansheng Yang (2011). Effect of Nano SiO2 on the Performance of Asphalt Emulsion and its
Residue. Advanced Materials Research, 413: 331-335.
Yao, H., You, Z., Li, L., Lee, C., Wingard, D., Yap, Y., Shi, X., Goh, S (2012). Properties and
Chemical Bonding of Asphalt and Asphalt Mixtures Modified with Nanosilica. Journal of
Materials in Civil Engineering, 10.1061.
Informe LM-PI-UMP-013-P
Fecha de emisión: 16 de noviembre de 2015
Página 16 de 16
Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales - Universidad de Costa Rica
Apartado Postal: 11501-2060, San José, Costa Rica Tel: (506) 2511-2500, Fax: (506) 2511-4440