5. Reologia de Los Asfaltos [Modo de Compatibilidad]

REOLOGIA DE LOS ASFALTOS

Reologia del Asfalto Reologia es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos. Las propiedades reologicas se definen a partir de la relación existente entre fuerzas o sistemas de fuerzas externas y su respuesta, ya sea como deformación o flujo. Todo fluido se va deformar en mayor o menor medida al someterse a un sistema de fuerzas externas. Las fuerzas externas se representan matemáticamente como el cortante y a respuesta dinámica del fluido se cuantifica como la velocidad de deformación

Diagramas de Flujo

Tipos de Fluidos Existen 3 tipos de fluidos : • NEWTONIANOS (proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación). • NO NEWTONIANOS (no hay proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación) • VISCOELÁSTICOS (se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos).

NEWTONIANOS Cumplen la Ley de Newton, es decir, que existe una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. Hay que tener en cuenta también que la viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo, aunque sí puede depender tanto de la temperatura como de la presión a la que se encuentre. µ (viscosidad) es constante para este tipo de Agua, aceite fluidos y no depende del esfuerzo cortante aplicado.

El valor de la viscosidad es la tangente del ángulo que forman el esfuerzo de corte y la velocidad de deformación, la cual es constante para cualquier valor aplicado En la curva de viscosidad que la viscosidad es constante para cualquier velocidad de deformación aplicada.

NO NEWTONIANOS Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que la relación entre esfuerzo cortante y la velocidad de deformación no es lineal. Estos fluidos a su vez se diferencian en: 1. Independientes del tiempo de aplicación 2. Dependientes del tiempo de aplicación.

Fluidos independientes del tiempo de aplicación. Estos fluidos se pueden clasificar dependiendo de si tienen o no esfuerzo umbral, es decir, si necesitan un mínimo valor de esfuerzo cortante para que el fluido se ponga en movimiento FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS: Este tipo de fluidos se caracterizan por una disminución de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformación. Su comportamiento se puede observar en las siguientes curvas

Fluidos independientes del tiempo de aplicación.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS Los fluidos tixotrópicos se caracterizan por un cambio de su estructura interna al aplicar un esfuerzo. Esto produce la rotura de las largas cadenas que forman sus moléculas Dichos fluidos, una vez aplicado un estado de cizallamiento (esfuerzo cortante), sólo pueden recuperar su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. La viscosidad va disminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a aumentar al cesar dicha fuerza debido a la reconstrucción de sus estructuras y al retraso que se produce para adaptarse al cambio.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS

Reologia del Asfalto Estudios de los cambios en la forma y el flujo de la materia abarcando, elasticidad, viscosidad y plasticidad

Curvas de Deformación Vs Tiempo ( Creep)

Índice de Flujo Complejo El comportamiento de los fluidos no Newtonianos, puede ser descrito mediante la ley de Potencia , basada en la ley de Waele Oswald

C es el índice de flujo complejo. ES UNA MEDIDA DEL GRADO DE APARTAMIENTO DEL FLUIR NEWTONIANO Este índice está íntimamente relacionado con la constitución de los asfaltos y con la durabilidad de los mismos|

Índice de Flujo Complejo

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Viscosidad Vs Temperatura

Reologia Ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos “La resistencia derivada de la falta de deslizamiento de las partes de un líquido es proporcional a la velocidad con que se separan unas de otras dentro de él”. Esta necesidad de deslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad”, sinónimo de fricción interna. Dicha viscosidad es una medida de la resistencia a fluir

La fuerza por unidad de área que se requiere para el movimiento de un fluido se define como F/A y se denota como “σ σ” ( tensión o esfuerzo de cizalla). Según Newton la tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de velocidad (du/dy), o también denominado como D. Si se duplica la fuerza, se duplica el gradiente de velocidad:

du τ = µ · = µ ·D dy

Esta fórmula se denomina Ley de Newton [2], que es aplicable actualmente aún para unos fluidos determinados (Newtonianos). La glicerina y el agua son ejemplos muy comunes que obedecen la Ley de Newton. Para la glicerina, por ejemplo, la viscosidad vale 1000 mPa·s, en cambio para el agua la viscosidad vale 1 mPa·s, es decir, es mil veces menos viscosa que la glicerina.

Curvas de deformación Vs Tiempo Curva de Flujo Esfuerzo de corte

Velocidad de deformación

Diagrama de Curvas de flujo de los cementos asfálticos

Pesudoplàstico

Viscoelastico

Tixotropico

Indice de flujo complejo Determina el grado de apartamiento de fluir Newtoniano C es la pendiente de graficar el log del corte Vs el log de la velocidad de fluir Flujos newtonianos c = 1 Asfaltos tipo Sol el Indice de flujo complejo es próximo a 1. A medida que C disminuye aumento en grado de gelificación A medida que los asfaltos envejecen el C disminuye
Aumento de asfaltenos Aumento de la consistencia de los mismos

Susceptibilidad Térmica Cambios de consistencia por efectos de la temperatura Los Asfaltos son termoplásticos – A Bajas Tº Sólido rígido – A Tº Intermedias Viscoelastico – A Altas Tº Líquido Viscoso Asfaltos sometidos a Soplado por aire: Baja susceptibilidad térmica - No han tenido buen comportamiento en obras viales Métodos para determinar la Susceptibilidad Térmica Ip = Indice de Penetración Graficar el logaritmo decimal de la penetración en función de la temperatura La pendiente de la recta que se obtiene es una medida de la susceptibilidad térmica

Determinación de la T° para T 800 e Ip

Ip

Ensayos sobre el residuo P25 =31 0.1 mm T800 = 54 °C

Significado de Ip El ip es un indicador del caracter reológico de los asfaltos y de su naturaleza coloidal Ip inferior a -2 indica comportamiento Sol. Alta susceptibilidad tèrmica Ip superior a +2 indica comportamiento Gel . Baja susceptibilidad térmica

La mayor parte de los asfaltos empleados en pavimentos esta en en la zona intermedia -1 alta susceptibilidad +1 baja susceptbilidad Nuevo Ip menor a 1 Viejo Ip 1 o mayor a 1

Caracterización dinámica de materiales Dinámica: Cargas que producen solicitaciones dinámicas (aparecen y desaparecen) producidas por el tránsito Controles en un pavimento: En la subrasante se controlan las deformaciones. En la carpeta asfálticas se deben controlar la fatiga FATIGA: Degradación del material por repetición de cargas hasta producir falla Espesor Modulos Relación de Poisson

carpeta Para cada Capa Base Subbase Subrasante Caracterizar cada capa --  módulos determinamos mediante ensayos dinámicos

σ

σ2

σ σ1

N2

N

N1

N

Modulo Dinamico de las mezclas asfálticas E=σ

ε

=

Esfuerzo

Los esfuerzos son dinámicos

Deformación

Curva Esfuerzo Vs Tiempo Curva de Deformacion Vs Tiempo Módulos dinámico del Asfalto (Stiffness) :Rigidez del asfalto, Ensayo de tracción Indirecta por compresión diametral. Consiste en aplicar sobre una probeta cilindrica tipo Marshall dos fuerzas distribuidas a lo largo de sus generatrices, siendo las solicitaciones de caracter dinámico, bajo condiciones establecidas de , tiempo de aplicación de carga (frecuencia), temperatura, espesor carpeta.

Investigaciones de la Shell demostraron que la rigidez de la mezcla asfáltica depende de la rigidez del asfalto, relaciones volumetricas de los agregados, asfalto y vacios en la mezcla. Determinación del Sttifness del asfalto. Es función de dos tipos de parámetros: Parametros del Asfalto:  T800 (1/10mm) temperatura para la cual la penetración del asfalto es de 800 decimas de mm. Ip . Parámetro que indica la susceptibilidad térmica del asfalto. Parametros o condiciones de Servicio. Temperatura de servicio o de la mezcla, determinada en función de la T°media del aire ponderada y del espe sor de la capa asfaltica Tiempo de aplicación de la carga