Investigacin sobre Sensibilidad a la Humedad de Mezclas Asflticas en CalienteJohn Zaniewski, Ph.D. Anu Ganesan ViswanathanAsphalt Technology Program

Department of Civil and Environmental Engineering - Morgantown, West Virginia 26506

Mayo, 2006Traduccin parcial del artculo,Jorge Pramo noviembre 2010:

Sntesis:

2.1 INTRODUCCINEl desprendimiento es la mayor causa de fallas en pavimentos asflticos en los EE. UU. y en varias partes del mundo. El desempeo del pavimento es afectado adversamente por el desprendimiento e incrementan impredeciblemente el mantenimiento (Lottman, et al., 1988). Los factores ambientales como la temperatura y humedad pueden tener un efecto profundo en la durabilidad de los pavimentos asflticos. Cuando concurren condiciones ambientales crticas con trnsito y materiales pobres, pueden ocurrir fallas prematuras tales como desprendimientos de asfalto de las partculas de agregados (West, et al., 2004) 2.2 MECANISMO DEL DESPRENDIMIENTOLos problemas relacionados con la humedad son provocados o acelerados por: Falla de adhesion desprendimiento de la pelcula de asfalto de la superficie de los agregados, o

Falla de cohesion prdida de rigidez de la mezcla.

La falla de adhesion entre agregados y asfalto ocurre en una interfase, mientras la falla por cohesin ocurre directamente dentro del asfalto o la superficie del agregado (Shah, 2003). Estos mecanismos pueden estar asociados con el agregado, el afalto, o la interaccin entre los dos componentes. Cuando ocurre un debilitamiento en la adherencia entre agregados y asfalto, la prdida de resistencia de la mezcla puede ser sbita en algunos casos donde el asfalto y los agregados son influenciados por ms de un factor o mecanismo. El desprendimiento usualmente comienza en la parte inferior de la capa y progresa hacia arriba. Una situacin tpica es la prdida gradual de resistencia en perodos de aos, los que permiten el ahuellamiento y exudacin particularmente en las huellas. Muchas veces, el desprendimiento es dificultoso de identificar porque los indicadores superficiales toman aos en aparecer. No obstante, pueden incluirse varios indicadores: ahuellamiento, exudacin, corrugacin, desprendimientos y fisuras. Es necesario observar los testigos calados para identificar el desprendimiento. En algunos casos de desprendimiento, la mezcla asfltica pierde mucha adhesin entre el agregado y el asfalto tal que el testigo no puede retirarse en una sola pieza (Hunter and Ksaibati, 2002)2.2.1 Nivel MolecularEl desprendimiento en los pavimentos asflticos ocurre a nivel molecular y no es completamente entendido a pesar de extensivas investigaciones. Es pensado como asociado con uno de ambos de los siguientes fenmenos. Primero el agua puede interactuar con el ligante asfltico y causar una reduccin en la cohesin con una subsecuente reduccin de la resitencia de la mezcla. Segundo, y ms comnmente credo, el agua puede ubicarse entre la pelcula de asfalto y el agregado, rompe el vnculo adhesivo, y desprende el asfalto de los agregados (Johnson y Freeman, 2002).La naturaleza del vnculo adhesive entre el asfalto y un agragado, es tema de debate. La adhesin se define como aquella propiedad fsica o fuerza molecular por el cual un cuerpo se pega a otro de otra naturaleza. Muchos factores afectan la adhesin del asfalto con el agregado, incluyendo: la tensin interfacial entre el ligante asfltico y el agregado, la composicin qumica del ligante asfltico y agregados, la viscosidad del asfalto, la textura superficial, porosidad, limpieza, temperatura y humedad del agregado al momento del mezclado (Johnson y Freeman, 2002). Existen cuatro teoras generales para explicar la adhesin del ligante asfltico a los agregados. Incluyen: trabazn mecnica, reaccin qumica, energa superficial y orientacin molecular. La naturaleza actual de la adhesin no est completamente aclarada por alguna de estas teoras, pero es parcialmente explicada por cada una. (Johnson y Freeman, 2002).

2.2.2 Nivel MacroHay numerosas maneras en que la humedad afecta las mezclas asflticas. Una vez que la humedad accede a la estructura de la mezcla se debilita. La mezcla pierde rigidez y cae bajo las repeticiones de las cargas del trnsito. Hay cinco mecanismos por el cual la pelcula de asfalto puede desprenderse de la superficie del agregado.2.2.2.1 DesprendimientoEl desprendimiento es la separacin microscpica de la pelcula de asfalto de la superficie del agregado por una delgada capa de agua que no necesariamente rompe la pelcula de asfalto. El ligante se pelar limpiamente del agregado. La fina capa de agua probablemente resulte de: o de los agregados que no fueron completamente secados, agua intersticial que vaporizada y condensada sobre la superficie, o posiblemente agua la que ha permanecido entre la pelcula de asfalto en la interface, (Johnson and Freeman, 2002).2.2.2.2 DesplazamientoEl desplazamiento ocurre cuando el ligante es despegado de la superficie del agregado por el agua. En este tipo de desprendimiento, como comparacin con el desprendimiento, el agua libre permite a la superficie del agregado una rotura en la cubierta asfltica. La rotura puede darse por una envuelta incompleta durante el mezclado o por rotura de la pelcula de ligante. (Johnson and Freeman, 2002).

2.2.2.3 Emulsificacin espontneaLa emulsificacin espontnea ocurre cuando se forma una emulsin inversa de gotas de agua en el cemento asfltico en lugar de lo opuesto. Los investigadores han notado que este proceso puede ser exacerbado bajo trnsito en mezcla cargadas de agua libre. Fromm (1974)condujo experimentalmente a demostrar la formacin de una emulsin en la cual observ que una vez que se emulsin formada penetr el substrato, la vinculacin adhesiva se rompe. Fromm (1974) y muchos investigadores han observado la formacin de un color parduzco en la superficie de la pelcula de asfalto (aproximadamente 3 mm) en mezclas con severos desprendimientos adems sobre la pelcula de asfalto sumergida en agua (Kiggundu and Roberts, 1988).2.2.2.4 Rotura de la pelculaLa rotura de la pelcula inicialmente se informa como el inicio del desprendimiento cuando la pelcula se fisura ocurre en el contacto con aristas filosas del agregado, o debido a puntos de suciedad sobre la superficie del agregado. La rotura puede ocurrir debido a las cargas de construccin, la operacin del trnsito durante las condiciones de servicio, o puede ser inducida por ciclos de congelamiento y deshielo. Una vez que la pelcula se rompe, la humedad ha de ingresar a la interface y se inicia el desprendimiento (Kiggundu and Roberts, 1988).

2.2.2.5 Presin de porosEste mecanismo precipita por la presencia de agua en los poros de la estructura de la mezcla en lugares donde prevalece la segregacin en las fronteras de la capa cuando el trnsito de cargas pesadas tiene lugar y durante los ciclos de congelamiento y deshielo. Es conocido que cuando se produce presin de poros se descubre en las interfaces, se han observado desintegraciones usualmente de abajo hacia arriba, y en unas pocas instancias desintegracin en la capa en ambas direcciones. En la mayora de los casos, la capa que se desintegra es la base seguida de la capa de superficie. Lottman, como es citado por (Kiggundu and Roberts, 1988) postula a la presin de poros como mecanismo que produce el deterioro del asfalto.Kandhal, et al. (1989) hallaron que el agua o vapor de agua que entr en el pavimento repavimentado por debajo, principalmente por las juntas transversales y longitudinales de pavimentos rgidos. El vapor de agua acumulado en las capas del pavimento durante el da, condensa durante la noche resultando en la saturacin de la capa recapada. Con saturacin, se desarrolla presin de poros en el agua por expansiones trmicas diferenciales y tensiones cclicas del trnsito, rompen la vinculacin asfalto - agregado causando desprendimiento.2.2.2.6 Erosion hidrulicaLa erosin hidrulica es causada por la tensin / compresin del fenmeno de capilaridad alrededor de un movimiento de ruedas de trnsito pesado sobre mezclas saturadas. El asfalto se despega del agregado, produciendo defectos tales como abrasin superficial. Adicionalmente, el polvo mezclado con el agua de lluvia y, en presencia de trnsito, puede incrementar la abrasin de la pelcula de asfalto del agregado (Kiggundu and Roberts, 1988).

Tabla 2.1 Factores que contribuyen a deterioros por humedad (TRB, 2003)

Factor

Diseo de la mezcla Qumica del asfalto y agregados

Contenido de ligante

Vacos de aire

Aditivos

Produccin Porcentaje de agregados recubiertos y calidad del pasante tamiz 200.

Temperatura en la planta asfltica

Exceso de humedad en los agregados

Presencia de arcilla

Construccin Compactacin contenido elevado de vacos de aire

Permeabilidad valores elevados

Segregacin de la mezcla

Cambios en la composicin de la mezcla (diseo produccin)

Clima reas lluviosas Ciclos de congelamiento y deshielo

Derivaciones de climas desrticos (desprendimiento por evaporacin)

Otros factores Drenaje de la superficie Drejaje sub superficial

Estrategias de rehabilitacin sellado sobre mezclas muy envejecidas

Elevado trnsito pesado