Bredka Kaa, Rogelio Mogoruza

Estudiantes de V año
Universidad Tecnológica de Panamá Campus Dr. Víctor Levi Sasso

Ivet Anguizola

Docente-Facultad de Ingeniería Civil

Esta investigación propone la determinación y comparación de los beneficios técnicos y económicos que aportan los polímeros al cemento asfáltico, analizando su desempeño en mezclas asfálticas frente a las deformaciones por altas temperaturas y cargas a través del módulo resiliente. Los asfaltos modificados son producto de la mezcla entre el asfalto convencional con denominación AC-30 y un polímero. El asfalto se modifica con la finalidad de mejorar sus propiedades físicas y reológicas para disminuir su susceptibilidad a la temperatura, humedad y oxidación e incrementar la adherencia con el material pétreo. El uso correcto de los asfaltos modificados permite el alargamiento de la vida útil del pavimento debido a que el ligante modificado tiene una excelente resistencia al envejecimiento, y por consiguiente demuestra la importancia que tienen los agregados pétreos de buena calidad en una mezcla asfáltica modificada porque el tiempo de servicio del pavimento se vería condicionado por la vida del agregado. Los asfaltos modificados con polímeros aumentan la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión cíclicos.

Metodología. Para determinar las propiedades de los cementos asfálticos modificados se analizó el comportamiento del polímero en el cemento asfáltico base y el comportamiento del asfalto mo-dificado frente a la variación de la dosificación de polímero. Los polímeros utilizados, en el labo-ratorio, fueron el SBR Butonal NX 1129, y los terpolímeros Muestra A1 y Elvaloy. Para caracterizar los asfaltos modificados se realizaron pruebas de penetración (25°C, 100 g), punto de ablanda-miento, viscosidad rotacional y recuperación elástica torsional. Además, se obtuvieron muestras de la ampliación de la CPA, Santiago – David, para realizar las probetas de mezclas asfáltica modi-ficada y compararlas mediante el módulo de resiliencia, comportamiento volumétrico y los pará-metros Marshall. Por último, se realizó un análisis económico que muestra la reducción de espe-sores en el diseño AASTHO-93 de la carpeta asfáltica al aumentar la magnitud del módulo de resiliencia por la adición de polímeros, comparación realizada a 25°C y 40°C, utilizando valores CBR mínimos y reales proporcionados por el MOP.

Modificación del cemento asfáltico en el Laboratorio de Suelos del MOP

Análisis de los resultados. Según las pruebas de laboratorio se determinó que al aumentar las dosis del polímero estas propiedades, en cada caso, mejoraban notoriamente. Además, las temperaturas de mezclado y compactación del asfalto aumentaron, siendo concluyente que los polímeros aumentan la susceptibilidad del asfalto base a la temperatura. Se determinó que las pro-piedades de punto de ablandamiento y viscosidad, influyen en el módulo resiliente de las mezclas asfálticas estudiadas al variar la temperatura del ensayo de tracción indirecta, de 25°C a 40°C. Además, tomando en cuenta que el componente que se encuentra en mayor proporción dentro de la mezcla asfáltica es el agregado, basados en la granulometría, se concluyó que el equilibrio aproximado entre el porcentaje de partículas gruesas y finas de la mezcla genera módulos resilientes elevados al brindar mayor fricción interna. Adicional a esto, las variaciones de las propiedades volumétricas y gravimétricas de la mezcla producen variaciones en el módulo resiliente, ya que al aumentar los parámetros de densidad y vacíos llenos de asfalto, aumenta directamente el módulo resiliente, mientras que si se aumentan los vacíos de aire y los vacíos de agregado mineral, se genera una disminución del mismo, debido a la rigidez y confinamiento de la mezcla. Finalmente, de la comparativa entre Elvaloy y SBS, destaca que al comparar las mezclas 1 (Elvaloy) y 2 (Elvaloy), los módulos promedios a 25°C varían en un 21%, y a 40°C varían en un 41.3%, debido a las fluctuaciones en las densidades y los vacíos. Mientras que al comparar la mezcla 3 (SBS) con respecto a las mezclas 1 y 2, se obtienen variaciones de 53% y 27% a 25°C, y de 57% y 27% a 40°C respectivamente, debido principalmente a las diferencias entre los asfaltos modificados utilizados.

Probetas utilizadas para determinar los módulos resilientes

Determinación del módulo de resiliencia mediante tracción indirecta

Evaluación económica

Se desarrolló la evaluación económica, de la carpeta asfáltica, del diseño de pavimento flexible utilizando asfaltos modificados con polímeros. Al comparar los resultados de los espesores se deduce que, utilizando CBR mínimos, los espesores de las carpetas asfálticas modificadas se reducen en un 27% en el diseño a 25°C. Pero como la mayoría de los pavimentos en Panamá superan dicha temperatura es necesario realizar este diseño a 40°C lo que resulta que el espesor aumenta en un 35% en comparación al diseño de mezcla convencional a 25°C. En cambio al realizar el diseño de pavimento utilizando los CBR reales del proyecto se obtiene que a 25°C de la mezcla modificada se reduce en casi 25% con respecto a la mezcla convencional.

Con los resultados obtenidos utilizando CBR mínimos se observa que la variación en costos entre el asfalto modificado y el asfalto convencional es de 21.1%.

Conclusiones

• El asfalto AC-30, único asfalto comercializado en Panamá y proveniente de la Refinería Texaco/Chevron, cumple con las especificaciones técnicas del MOP de acuerdo a las pruebas realizadas en el laboratorio.

• La comparación de los resultados de los tres polímeros utilizados indica que todos cambian y mejoran significativamente las propiedades físicas y mecánicas del cemento asfáltico base AC-30, destacando que las temperaturas de mezclado y compactación se elevan considerablemente.

• La granulometría, el agente modificador, la temperatura de ensayo y las propiedades volumétricas y gravimétricas de las mezclas producen variaciones en los módulos resilientes de las mis-mas.

• Al aumentar el módulo resiliente de la mezcla asfáltica, aumenta el tiempo que puede permanecer la carga sobre el pavimento y disminuye la velocidad de tráfico necesaria para generar de-formación en la carpeta asfáltica.

• El asfalto modificado disminuye el espesor de la carpeta asfáltica en un 27% con respecto al asfalto convencional. Esto se debe a la elevación de los módulos de resiliencia en el diseño AASHTO-93.

Recomendaciones

• Utilizar polímeros para modificar el asfalto convencional AC-30 con el fin de aumentar la vida útil y, reducir los espesores de la carpeta asfáltica. Además, se deben realizar los ensayos con el reómetro para caracterizar de manera más profunda las propiedades del mismo, incluyendo la clasificación de Performance Grade relacionada al diseño de pavimentos con metodología SuperPave.

• Modificar y verificar los estándares de calidad de todo asfalto que sea utilizado en el territorio panameño con el fin de mejorar su rendimiento frente a las altas temperaturas a las que puede llegar la carpeta asfáltica. Así mismo se deben realizar estudios profundos al polímero A1, ya que se comprobó que posee propiedades potenciales en la modificación del asfalto.

• Diseñar en Panamá utilizando un módulo resiliente acorde a la temperatura máxima a la que puede estar sometido el pavimento para disminuir la frecuencia de los mantenimientos realizados.

• Realizar análisis económicos a los pavimentos asfálticos modificados con polímeros en Panamá que abarquen los costos de todas las secciones del pavimento (carpeta asfáltica modificada, base, sub-base y sub-rasante).