Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto Argentina

1. EL ENVEJECIMIENTO PREMATURO, PATOLOGÍA EVITABLE DE LOS PAVIMENTOS ASFÁLTICOS: DIAGNOSIS, TERAPÉUTICA Y MEDIDAS PREVENTIVASCONFERENCIA BENEFICIOS DE LA INCLUSIÓN DE CAL EN MEZCLAS BITUMINOSAS PARA PAVIMENTACIÓN EN REGIONES CON TEMPERATURAS PREDOMINANTEMENTE BAJAS PERO AFECTADAS POR EL CAMBIO CLIMÁTICO Dr. Ing. Hugo Daniel Bianchetto Argentina Hugo BIANCHETTO Cecilia SOENGAS Alfredo ASURMENDI ARGENTINA

2. BENEFICIOS DE LA INCLUSIÓN DE CAL EN MEZCLAS BITUMINOSAS PARA PAVIMENTACIÓN EN REGIONES CON TEMPERATURAS PREDOMINANTEMENTE BAJAS PERO AFECTADAS POR EL CAMBIO CLIMÁTICO Objetivos de este trabajo: General: ponderar los beneficios que brinda la adición racional de fílleres químicamente activos, particularmente la cal hidráulica, en las mezclas bituminosas Particular: optimizar el grado de performance para ampliar el rango de temperaturas admisibles de servicio, en especial en zonas de clima esencialmente frio pero con temperaturas estivales cálidas

3. PASO DE INDIOS GOBERNADOR GREGORES

5. El calentamiento global

8. FUNCIÓN BENÉFICA DE LOS FÍLLERES CÁLCICOS EN LAS MEZCLAS ASFALTICAS • Reducir los vacíos de la estructura granular para cumplir requisitos de diseño de la mezcla sin tener que disponer de proporciones elevadas de ligante • Optimizar las características reológicas del asfalto, incrementando la resistencia de la mezcla a deformaciones permanentes a elevadas temperaturas de servicio. La concentración volumétrica en el sistema filler-betún debe permitir un aumento de la resistencia al corte de la mezcla sin comprometer el fluir viscoso del ligante • Incrementar la durabilidad de la mezcla: mejor adherencia árido-ligante (resistencia a la desenvuelta por acción del agua); retardo de la oxidación y la volatilización de fracciones livianas del betún (resistencia al envejecimiento) • Aumentar la resistencia a fatiga

9. EL PERFORMANCE GRADE (PG) DE SHRP El “Grado de Performance” (PG) de un asfalto define las temperaturas superior e inferior que un ligante puede admitir en servicio de modo tal de resistir adecuadamente las deformaciones plásticas a elevadas temperaturas, el fisuramiento térmico a bajas temperaturas y las fisuras por fatiga. Es decir: especifica ligantes en base a las temperaturas previstas en el pavimento. La evaluación se realiza sobre el ligante envejecido y sin envejecer, mediante el análisis de propiedades físicas intrínsecas que pretenden simular condiciones de un pavimento real. Se emplean 4 equipos específicos: - El Reómetro de Corte Dinámico (DSR) - El Viscosímetro Rotacional - El Reómetro de Viga de Flexión (BBR) - El ensayo de Tracción Directa (DTT)

10. CARACTERIZACION PG DE UN ASFALTO Factor de fisura por fatiga “G*.Sin(δ)” Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” Temperatura Temperatura Punto de inflamaciòn 235 Viscosidad rotacional a 135º 0,35 Ensayo de corte dinàmico (DSR) 1.15 Factor de ahuellamiento “G*/Sin(δ)” 58 Temperatura Residuo RTFOT (AASHTO T-240) Residuo PAV (100 ºC)0 3755 2.27 Reometro de flexion (BBR) 58 22 Grado de Performance 58 – 22

11. EL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” (GCF) DE LOS LIGANTES ASFÁLTICOS Se trata de una metodología relativamente sencilla que permite determinar el verdadero nivel de prestación de las mezclas asfálticas (“Grado de Comportamiento Funcional”), toda vez que el desempeño del ligante en el aglomerado está condicionado por fenómenos físicos y químicos derivados de su interacción con los otros materiales componentes. En especial, se pondera el rol benéfico de la adición racional de rellenos minerales químicamente activos, como la cal hidráulica, en las mezclas asfálticas. Es, en rigor, una variante funcional al Performance Grade de SHRP, cuya finalidad es tratar de optimizar el rango térmico definido por este procedimiento.

12. RELACIÓN ENTRE EL PG DE SHRP Y EL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” GCF • El PG puede no llegar a reproducir cabalmente el grado de desempeño potencial de un ligante debido especialmente a circunstancias extrínsecas respecto del asfalto. La naturaleza, proporciones y características de los agregados pétreos y del relleno mineral condicionarán el comportamiento del asfalto en el aglomerado. • Esencialmente, la incorporación de fílleres activos produce una serie de mejoras en las propiedades de las mezclas. • El PG define las temperaturas extremas de prestación de un ligante. • En cambio, el Grado de Comportamiento Funcional define las temperaturas extremas de un ligante asfáltico para una mezcla bituminosa determinada.

13. RELACIÓN ENTRE EL PG DE SHRP Y EL “GRADO DE COMPORTAMIENTO FUNCIONAL” GCF Una selección adecuada de materiales y una correcta dosificación permitirían mejorar las propiedades finales de la mezcla y, eventualmente, provocar un “incremento” de su grado de desempeño (“upgrade”) hacia las más altas y/o las más bajas temperaturas de prestación.

14. MEZCLAS ELABORADAS Mezclas densas, con agregados de tamaño máximo 12 mm (áridos graníticos triturados 0-6 y 6-12 de buena calidad) y 5,4% de ligante • Con asfalto CA-10 (PG 58-22) * sin cal * con cal (Cv/Cs=1) • Con asfalto CA-30 (PG 70-16) * sin cal * con cal (Cv/Cs=1) Al adicionar cal, se variaron moderadamente las proporciones entre agregados gruesos y finos, procurando no alterar en demasía las granulometrías, a fin de obtener una RBV aproximadamente similar

15. ANÁLISIS FUNCIONAL DE LA MEJORA DEL GRADO DE COMPORTAMIENTO DE UN ASFALTO EN UNA MEZCLA • Para analizar la temperatura máxima de performance (GCF superior), dado que la condición más desfavorable se da en las primeras etapas de servicio, se estudió directamente la falla más representativa (el ahuellamiento), moldeándose probetas para Wheel Tracking Test de mezclas con y sin cal envejecidas a corto plazo, las cuales se ensayaron a la temperatura máxima PG. • A la mezcla con fíller se la ensayó además a temperaturas más elevadas, para verificar si se lograba un “upgrade” gracias a laadición de cal

16. Para la temperatura mínima (GCF inferior) del asfalto, en primer lugar se reprodujo en las mezclas sin fíller un envejecimiento del asfalto a largo plazo en laboratorio similar al provocado para su caracterización PG. • Se mantuvo la mezcla en horno con ventilación forzada sin compactar 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo) y después una cantidad variable de días a 85ºC (largo plazo) hasta comprobar que el ligante recuperado por destilación controlada alcanzase un nivel de envejecimiento similar al obtenido con RTFOT+PAV (procedimiento del SHRP), lo cual se evalúa mediante el “barrido” de temperaturas previsto con el DSR y el análisis del parámetro G*.sin δ.

17. Mezclas elaboradas con asfalto CA-10 Mezclas elaboradas con asfalto CA-10 Determinación del GCF superior

18. Mezclas elaboradas con asfalto CA-10 Determinación del GCF superior La evaluación de los resultados determinó que el GCF máximo del asfalto en la mezcla estudiada fuese igual al PG del ligante (+ 58 ºC). GCF sup. = + 58 ºC De todos modos, de la curva del ensayo WTT de la mezcla con cal a 58 ºC se tiene que, para alcanzarse la misma deformación permanente que en la mezcla sin cal, se necesitarían unos 2000 ciclos más. Es decir, si bien no hay una mejora o “upgrade” del GCF superior, la adición de cal posibilita una importante prolongación de la vida de servicio del pavimento en términos del número de ejes equivalentes.

19. Mezclas elaboradas con asfalto CA-10 Determinación del GCF inferior La mezcla se mantuvo en horno con ventilación forzada sin compactar : 1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo). 2.- Con 4 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo), se comprueba que el ligante recuperado alcanza un envejecimiento similar al obtenido con RTFOT + PAV (SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ.

20. (1) El comportamiento de la mezcla con cal en el WTT no determinó un aumento de graduación, manteniéndose 58ºC como temperatura superior del asfalto en la mezcla. En consecuencia, como la temperatura mínima a la cual se cumple que G*.sin(δ) < 5000 es 19ºC, de la especificación AASHTO MP1 surge que el GCF pasa a ser 58-28, mejorándose la graduación respecto del PG

21. Mezclas elaboradas con asfalto CA-30 Determinación del GCF superior El ligante está caracterizado como PG 70-16. No se ha efectuado la redeterminación del GCF superior debido a dos razones: 1.- Tendría que ejecutarse el ensayo WTT a 76ºC (temperatura que podría dañar algunos mecanismos del equipo) 2.- La respuesta del ligante CA-10, en principio más susceptible a efectos de rigidización por el fíller, permite inferir que difícilmente se pueda lograr un upgrade en este asfalto CA-30 Se asume, entonces, que: GCF superior = 70ºC

22. Mezclas elaboradas con asfalto CA-30 Determinación del GCF inferior La mezcla se mantuvo en horno con ventilación forzada sin compactar : 1.- 4 horas a 135 ºC (envejecimiento a corto plazo) 2.- 5 días a 85ºC (envejecimiento a largo plazo), comprobándose que el ligante recuperado alcanzó un envejecimiento similar al obtenido con RTFOT + PAV (SHRP), a partir de la determinación de G*.sin δ

23. Mezclas elaboradas con asfalto CA-30

24. ANÁLISIS CON EL METODO UCL

25. ANÁLISIS CON EL METODO UCL

26. IE del ligante CA-10 en mezclas con diferentes niveles de envejecimiento y fillerización

27. CONSIDERACIONES FINALES Se manifiesta con ejemplos que la incorporación apropiada de cal a las mezclas bituminosas puede mejorar el nivel de desempeño previsto por la metodología SHRP. Los ensayos efectuados incluyen determinaciones de módulo complejo y ángulo de fase, ahuellamiento con el WTT y la gráfica de Curvas de Estado del método UCL, además de otros complementarios. Mediante el concepto de “Grado de Comportamiento Funcional” se exhibe la redeterminación de la funcionalidad de sendos ligantes de penetración CA-10 y CA-30 (PG 58-22 y PG 70-16 según SHRP), que pasan a caracterizarse como GCF 58-28 y 70-22, respectivamente. Es decir, los ligantes estudiados se recategorizan a bajas temperaturas. A elevadas temperaturas mejoran su resistencia al ahuellamiento pero sin operarse un incremento de graduación. Los resultados muestran que, con una dosificación adecuada, es posible seguir considerando a los asfaltos convencionales como una opción técnica y económicamente válida en zonas con inviernos rigurosos y veranos cada vez más cálidos por causa del cambio climático, frente a la alternativa que ofrecen los asfaltos multigrado y los modificados con polímeros.

28. ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN! BENEFICIOS DE LA INCLUSIÓN DE CAL EN MEZCLAS BITUMINOSAS PARA PAVIMENTACIÓN EN REGIONES CON TEMPERATURAS PREDOMINANTEMENTE BAJAS PERO AFECTADAS POR EL CAMBIO CLIMÁTICO Hugo BIANCHETTO Cecilia SOENGAS Alfredo ASURMENDI ARGENTINA