Estudio experimental y numérico de propiedades termomecánicas y durabilidad del asfalto en frío

Abstract

Al hablar de construcción y mantenimiento de carreteras, el asfalto surge como un material frecuentemente empleado. Históricamente, el asfalto en caliente ha sido la opción preferida. Sin embargo, en los últimos años, el asfalto en frío ha ganado atención debido a sus características y ventajas únicas. Una de las razones es la descarbonización de la industria de la construcción, que es uno de los objetivos para las próximas décadas. El uso de asfalto en frío es uno de los medios para alcanzar este objetivo debido a su muy bajo impacto en el medio ambiente. Sin embargo, su comportamiento mecánico en una etapa temprana, su envejecimiento y su reciclaje no son muy conocidos. El asfalto en frío se crea utilizando emulsión de betún, una mezcla de betún (35-75 %), agua (25-65 %) y aditivos (1 %), combinada con agregados. Gracias a la emulsión de betún, la mezcla se puede aplicar y compactar a bajas temperaturas, ofreciendo una ventaja sobre el asfalto convencional, que debe mantenerse a 130-180◦ C durante la colocación y a 150-180◦ C durante el transporte. Este requisito de alta temperatura resulta en un consumo significativo de energía y por lo tanto en una gran emisión de carbono. A pesar de sus ventajas, tales como, rápida aplicación, bajo costo de fabricación, transporte y aplicación, entre otras, las propiedades y el comportamiento viscoelástico del asfalto en frío lo hacen menos confiable que el asfalto en caliente. En este documento, se estudiará el comportamiento viscoelástico del asfalto en frío BBSG 0/10. El estudio se dividirá en dos partes: experimental y numérica. Para la parte experimental, se realizan tres estudios principales: el módulo complejo, el comportamiento frente a la propagación de fisuras y la resistencia a la deformación permanente. Para determinar el módulo complejo, es decir, un modulo que consta de una parte real y otra imaginaria debido a las características viscoelásticas del material, se fabrican especímenes paralelepípedos y se realizan ensayos a diferentes frecuencias y temperaturas mediante el ensayo de flexión de dos puntos utilizando la máquina SYMERIS. Este ensayo permite obtener distintos tipos de curvas que, al mismo tiempo, permiten obtener distintos modelos reológicos para analizar la viscoelasticidad del material. Para analizar el comportamiento de la propagación de fisuras, se fabrican especímenes semicirculares y a dos temperaturas, 5◦ C y 20◦ C, se realizan ensayos de flexión a 3 puntos utilizando una prensa hidráulica. El último ensayo es el de deformación permanente. Para ello, se realiza el llamado rutting test, que se basa en la aplicación de una carga rodante a 60◦ C durante una gran cantidad de ciclos sobre una placa de asfalto. Estos ensayos forman parte de los requisitos detallados según las normas europeas para la aprobación de un nuevo tipo de asfalto. Estas normas indican los distintos rangos de resultados que los ensayos deben tener para ser aptos y, en caso de no respetar el rango, alguna característica del asfalto debe ser cambiada. Los resultados del módulo complejo permiten encontrar los parámetros del modelo de Maxwell Generalizado y por lo tanto estudiar numéricamente la resistencia a la propagación de fisuras. El objetivo final de este trabajo es el de simular dicho ensayo utilizando un modelo de campo de fase para analizar la evolución de la interfase fisura-nofisura y obtener resultados similares tanto numérica como experimentalmente. Mail del autor Imanol Barreiro <barreiroima@gmail.com>