anÁlisis volumÉtrico de mezclas asfÁlticas en caliente con rap
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE CONSTRUCCIÓN CIVIL
PROYECTO DE TÍTULO
ARTÍCULO:
Análisis Volumétrico de Mezclas Asfálticas en Caliente
con RAP y Comprobación de la Fórmula de Trabajo a
través de la Metodología del Polígono de Vacíos
ALUMNA
Nathalie Albornoz lagos
PROFESOR GUÍA
Carlos Marín Uribe
Diciembre de 2012
ANÁLISIS VOLUMÉTRICO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE CON RAP Y
COMPROBACIÓN DE LA FÓRMULA DE TRABAJO A TRAVÉS DE LA
METODOLOGÍA DEL POLÍGONO DE VACÍOS.
Resumen: En el presente artículo se muestran los resultados obtenidos, a través del
método de diseño Marshall, de los contenidos óptimos para muestras asfálticas
elaboradas con distintos porcentajes de material de asfalto reciclado, con el respectivo
análisis volumétrico, a partir del cual se pretende probar si la herramienta analítica del
polígono de vacíos es utilizable para mezclas asfálticas que contengan material
proveniente de pavimentos asfálticos reciclados, ya que dicha herramienta ya fue
comprobada para mezclas asfálticas comunes, lo que conlleva un importante ahorro de
tiempo y material en los diseños a ejecutar, mientras Marshall ocupa 15 probetas para
elaborar un diseño, el polígono de vacíos ocuparía solo 3 por diseño. De los resultados
obtenidos se puede deducir que la herramienta del polígono de vacíos aun no es
utilizable en mezclas que contengan sobre el 25% de asfalto reciclado, debido al
cambio que produce este material en los parámetros volumétricos de las mezclas,
cambios notorios específicamente en los vacíos en el agregado mineral y en los vacíos
llenos de asfalto y también debido al tiempo de precalentamiento del material reciclado.
Palabras claves: mezclas asfálticas, pavimentos asfálticos reciclados, Polígono de
vacíos.
Abstract: This article shows the results obtained through the Marshall design method,
the optimal content for asphalt samples prepared with different percentages of reclaimed
asphalt pavement (RAP), with the respective volumetric analysis, from which it is
intended to test whether analytical tool, Polyvoids is usable for asphalt mixtures
containing material from RAP, as this has already been proven for common asphalt
mixtures, leading to considerable savings in time and material designs run, while
Marshall occupies 15 specimens to develop a design, polyvoids would take only 3 by
design. From the results obtained it can be deduced that polyvoids is not usable in
mixtures containing about 25% of RAP, which occurs due to this material change in
volumetric parameters mixtures, specifically noticeable changes in the voids in the
mineral aggregate and asphalt-filled voids and also due to the preheating time of the
RAP.
Key words: asphalt mixtures, reclaimed asphalt pavement (RAP), polyvoids.
1.- Introducción
Generalmente, el proceso de diseño de una mezcla asfáltica se compone inicialmente
de un diseño volumétrico y posteriormente de unos ensayos mecánicos o empíricos
para verificar el diseño. Uno de los aspectos a tener en cuenta durante este proceso es
su durabilidad, cuya obtención y el buen desempeño a través de su vida útil depende en
gran medida del control de calidad de la misma, el cual inicia con su producción y
termina con su compactación (Garnica, 2005). Se desea que la mezcla producida en
planta tenga propiedades uniformes y características similares al diseño de la mezcla
en laboratorio. Sin embargo, la calidad de la mezcla asfáltica puede variar a causa de
muchos factores, entre los que se destacan variaciones en el contenido de asfalto y
granulometría, que generalmente ocurren durante la producción en planta, variaciones
en la temperatura y energía de compactación, lo cual puede suceder durante la
compactación en campo, por lo que la mezcla compactada en sitio puede tener
parámetros volumétricos y propiedades mecánicas diferentes a las consideradas en el
diseño (Garnica, 2005)
Los parámetros volumétricos de una mezcla asfáltica son utilizados para asegurar un
desempeño adecuado del pavimento. A través de los años, los diseñadores han
establecido estándares máximos y mínimos sobre estas propiedades volumétricas con
el fin de excluir aquellas mezclas asfálticas que presentan un pobre desempeño. Para
cualquier estado de un geomaterial compactado, existen tres propiedades de vacíos:
los vacíos de aire (Va), los vacíos en el agregado mineral (VAM) y los vacíos llenos con
asfalto (VAF). La relación de nombre de las propiedades volumétricas de una mezcla
asfáltica con la de cualquier otro geomaterial se observa en la imagen N° 1.
Vacíos de aire (Va) (Vacíos totales)
Vacíos en el agregado mineral (VAM) (Porosidad)
Vacíos llenos con asfalto (VAF)
Imagen N°1: Parámetros volumétricos de un geomaterial
Las propiedades de los vacíos han sido históricamente relacionadas con el desempeño
y la durabilidad de las mezclas asfálticas. Por ejemplo, un bajo contenido de vacíos
puede producir ahuellamiento y deformaciones, mientras que un alto contenido de
vacíos produce un envejecimiento acelerado, alta permeabilidad, fragilidad, fisuración
prematura, desprendimiento de agregados y daños por humedad (Mc Leod, 1959)
(Asphalt Institute, 1996). La distribución de los vacíos de aire también afecta la
presencia y el movimiento del agua en las mezclas asfálticas. El agua presente en una
mezcla asfáltica tiene efectos nocivos sobre la estructura del pavimento, la cual debilita
la adhesión entre los agregados y el asfalto y la cohesión de la mezcla misma,
produciendo su desintegración y posteriormente la falla de la estructura del pavimento.
Los vacíos en el agregado mineral (VAM) o los vacíos entre las partículas de agregado,
controlan el contenido mínimo de asfalto en la mezcla y están básicamente
relacionados con el cubrimiento de asfalto de las partículas de agregado, la durabilidad
y la estabilidad (McLeod, 1956); (Kandal, 1998); (MI, 2009). Es decir, el VAM es la
medida utilizada para asegurar un adecuado espesor de película de asfalto sobre la
partícula de agregado para lograr una durabilidad aceptable de la mezcla. El VAM
cuantifica el área entre las partículas de agregados llenos con aire y el contenido de
asfalto efectivo. En algunos trabajos anteriores de McLeod, se ha recomendado un nivel
mínimo de VAM; pero estudios recientes (Christensen & Bonaquist, 2006) también
recomendaron que el valor de VAM fuera limitado a un nivel máximo, generalmente a
1,5 – 2,0 % por encima del valor mínimo, con el fin de prevenir una resistencia baja al
ahuellamiento. Sin embargo, a través de los años el concepto de “suficiente VAM” es
materia de controversia, tanto que algunos investigadores han mostrado preocupación
de que estos requerimientos mínimos de VAM son muy estrictos y pueden excluir
mezclas económicas con desempeños aceptables (Hinrichsen, 1996). Finalmente, los
vacíos llenos con asfalto (VAF) son usados principalmente para limitar el máximo de
VAM (Asphalt Institute, 1996), sin embargo, en el año 1985, 8 estados de los EEUU
reportaron haber eliminado los requerimientos de VAF porque se consideraban
redundantes si ya se habían especificado los VAM (Koehler & Kandhal, 1985).
El “Polígono de vacíos” es una herramienta analítica desarrollada por RAMCODES,
acrónimo de Rational Methodology for Compacted Geomaterial’s Densification and
Strenght Analisis utilizada para obtener la fórmula de trabajo o el contenido óptimo de
asfalto para cualquier mezcla asfáltica en caliente basada solamente en las
especificaciones de vacíos (Sánchez, 2011) y su fundamento se estructura en la
aplicación de las relaciones gravimétricas y volumétricas de las mezclas asfálticas.
Mediante esta técnica se pueden mostrar gráfica y analíticamente los parámetros
volumétricos de la mezcla asfáltica representados por el contenido de ligante asfáltico y
la densidad. Algunos trabajos anteriores (Sánchez-Leal, 2002); (Sánchez-Leal, 2004) y
(Sánchez,2011) han demostrado la aplicación de esta herramienta en el análisis y
diseño de mezclas asfálticas en caliente elaboradas tanto por el método Marshall como
el Superpave. Por otro lado, las labores de rehabilitación de pavimentos se han
enfocado fuertemente en el fresado o reciclado de las capas asfálticas envejecidas y ya
en muchos países, la cantidad de asfalto reciclado como la producción de nuevas
mezclas asfálticas con aporte de este material continua creciendo, así como el
porcentaje de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) utilizado en dichas mezclas (PIARC,
2002). Se han desarrollado algunos estudios (Celauro, 2010); (Pereira & Oliveira, 2004)
y (Valdés, 2011) con altos contenidos de RAP (hasta un 60%), el cual es limitado
principalmente por cuestiones prácticas relacionadas con la producción de las mezclas
en la planta de asfalto. Estudios previos han demostrado que la adición de RAP a las
nuevas mezclas asfálticas cambian las propiedades volumétricas y mecánicas (Daniel,
2005). Es por ello, que surge el interés de este artículo para analizar si la herramienta
del polígono de vacíos es también aplicable a las mezclas asfálticas con contenidos de
RAP, de lo cual no hay hasta el momento referencia en la literatura.
2.- Materiales y métodos
2.1.- Materiales
Los agregados vírgenes fueron suministrados por la empresa Quilín asfaltos y el
material reciclado (RAP) proveniente del molido de una capa asfáltica en la calle
Coronel Souper en la Comuna de Santiago Centro (Santiago de Chile) realizado por la
misma empresa. El material RAP fue separado en el laboratorio por tamaños, lo cual
ayuda a garantizar una distribución continua del tamaño de las partículas cuando se
mezcle con los agregados vírgenes, los cuales tambien fueron separados por tamaños
en laboratorio, además de facilitar la constitución de la granulometría objetivo.
Para la ejecución de los especímenes de pruebas o probetas de ensayo de ahora en
adelante, se utilizaron agregados vírgenes y se agregará asfalto reciclado (RAP) en 0%,
10%, 25%, 40%, 50% y 70%, la cantidad de material a utilizar para la elaboración de las
probetas de ensayo será de 1100 gr (entre árido virgen y RAP según corresponda el
porcentaje a utilizar de éste último). Dicho procedimiento de mezclado se realizó en
laboratorio de materiales, con el control de calidad pertinente.
En cuanto a la gradación de la mezcla, se utilizará una granulometría del tipo densa tal
como lo especifica el método Marshall, ésta será la IV-A-12 que se recomienda para
capas de rodado de alto tráfico, las granulometrías densas son deseables, ya que
ayudan a mitigar los efectos de la deformación permanente, cuando éstas son
compactadas de manera adecuada resultan con menos vacíos de aire y por ende sus
partículas tienen mayor contacto, lo cual es muy importante a grandes temperaturas, las
características de este tipo de granulometría se encuentran en el Manual de carreteras
(Dirección de Vialidad, 2012), se utilizó la misma gradación en todas las mezclas,
independiente del porcentaje de RAP a adicionar, el nuevo asfalto a incorporar a la
mezcla será del tipo AC-24 que corresponde al más utilizado en Chile, el cual debe
cumplir con las especificaciones dictadas en el Manual de carreteras (Dirección de
Vialidad, 2012), numeral 8.301.1.
Gráfico N°1: Granulometría IV-A-12
Se realizó una muestra patrón, con 0% RAP, es importante mencionar que la
herramienta del Polyvoids ha sido comprobada para mezclas asfálticas con 0% de RAP,
por lo que es interesante la utilización de la herramienta con agregados del tipo RAP y
analizar los resultados que entrega dicha herramienta, para luego realizar la
comparación con el método Marshall y analizar los resultados.
2.2.- Métodos
Previo a la utilización del Método de diseño Marshall, se calculó un porcentaje inicial de
ligante asfáltico de prueba (Pnb), por medio de la metodología que propone el Instituto
del Asfalto (INA). Para lo cual primeramente se calcula la demanda total de asfalto de la
mezcla reciclada (porcentaje en peso) (Pb), a partir de características de la
granulometría utilizada y la absorción de los agregados livianos o pesados, luego a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% p
asa
Tamiz N°
IV-A-12
No200
No50
No30
No8
3/4"1/2"3/8"No100
No.4
partir de una fórmula matemática es calculado el porcentaje inicial de ligante asfáltico
de prueba, el cual sirve de base para la elaboración del diseño de la mezclas mediante
el método Marshall, el cual es uno de los métodos más aceptados, fue diseñado para
laboratorio y control en campo de mezclas asfálticas en caliente de granulometría
densa y semidensa.
La temperatura de mezclado de las probetas de ensayo alcanzó como mínimo los
150°C y con respecto a la temperatura de compactación se respeto un rango entre los
135 y 145°C aplicando 75 golpes por cada cara de las probetas, mediante un martillo de
compactación a un contenido de aire del 5%
Teniendo en cuenta la temperatura de mezclado, es importante mencionar que los
agregados vírgenes fueron sobrecalentados, para poder entregar así calor a los
agregados RAP de manera indirecta, el mayor problema que presenta el material RAP
es la gran posibilidad que tiene de envejecerse, en el caso experimental debido
principalmente a la alta temperatura de mezclado, en laboratorio se fue controlando en
cada momento del mezclado la temperatura, de manera de no envejecer el asfalto. Es
por esta razón que muchas veces se utilizan aditivos del tipo rejuvenecedor (Hugo
M.R.D. Silva, 2011). Cabe destacar que de igual manera los agregados del RAP
también fueron calentados, pero en un tiempo menor.
La estabilidad de las probetas de ensayo, corresponde a la máxima resistencia (en
KN), que experimenta la probeta cuando es ensayada a 60°C, el valor de flujo
corresponde al movimiento total o deformación en unidades de 0,25 mm que ocurre en
las probetas entre estar sin carga y el punto máximo de carga durante el ensayo de
estabilidad (Asphalt Institute, 1996)
Se realizaron ensayos para la caracterización de la mezcla asfáltica, en su estado
suelto y en su estado compactado, los cuales se resumen en la siguiente tabla.
Ensayo Normativa: Volumen 8 Manual de Carreteras
Densidad máxima teórica de mezclas asfálticas sin compactar (Gmm)
Numeral 8.302.37, adaptación de la norma ASTM D 2041-95
Densidad real, densidad neta y absorción de agua en pétreos gruesos
Numeral 8.202.20, adaptación de la norma NCh 1117 E of.77
Densidad real, densidad neta y absorción de agua en pétreos finos
Numeral 8.202.21, adaptación de la norma NCh 1239 E of.77
Densidad específica neta (Gmb) de la mezcla compactada Numeral 8.302.38
Resistencia a la deformación plástica utilizando el aparato Marshall Numeral 8.302.40
Tabla N°1: Resumen ensayos realizados en laboratorio.
Por otro lado se ocupó la herramienta analítica Polyvoids o Polígono de vacíos, la cual
sólo utiliza las especificaciones de vacíos de la mezcla asfáltica (Va, VAM y VAF) y
éstas con sus respectivos límites mínimos y máximos son graficadas en un plano cuya
abscisa corresponde al contenido de asfalto y la ordenada a la gravedad específica
total, de dicho polígono se determina el centroide, y a partir de una fórmula matemática
entonces se determina el porcentaje óptimo de asfalto, lo cual también se denomina
obtención de la fórmula de trabajo.
Es importante mencionar que no se utilizó el software disponible en la web del autor de
dicha herramienta, sino que se procedió a realizar una hoja de cálculo, en Microsoft
Excel, siguiendo todos los pasos de la construcción del polígono de vacíos cuya
explicación se encuentra en (Sánchez-Leal , 2011).
Una vez aplicada la herramienta, se obtiene por ejemplo el polígono de vacíos para un
10% de RAP.
Vértice Pb Gmb
1 4,62 2,350
2 5,06 2,361
3 5,96 2,327
4 5,20 2,309
1 4,62 2,350
Centroide 5,21 2,337
Tabla N°2: Coordenadas para un 10% RAP
Gráfico N°2: Polígono de vacíos para un 10% RAP
Para calcular el contenido óptimo de asfalto a utilizar en la mezcla o la fórmula de
trabajo, se determina el centroide del polígono de vacíos, el cual es calculado como el
promedio de las coordenadas de todos los vértices, por medio de las siguientes
ecuaciones:
1. (𝑃𝑏)𝑝𝑟𝑜𝑚 =∑ (𝑃𝑏)𝑖𝑛𝑖=1
n
2.310
2.320
2.330
2.340
2.350
2.360
2.370
2.380
4.00 4.50 5.00 5.50 6.00
Gm
b
Pb
2. (𝐺𝑚𝑏)𝑝𝑟𝑜𝑚 =∑ (𝐺𝑚𝑏)𝑖𝑛𝑖=1
n
3.- Resultados y discusión
Los primeros resultados obtenidos, fueron los porcentajes inicial de asfalto de prueba,
los cuales fueron determinados mediante el método que establece el Instituto de Asfalto
(INA), los resultados para cada porcentaje de RAP se muestran en la siguiente tabla:
Tabla N°3:% inicial de asfalto de prueba por %RAP
Gráfico N°3: % inicial de asfalto de prueba por % RAP
Previo a la determinación de los porcentajes óptimos de asfalto para Marshall y
Polyvoids se realizó un análisis de sensibilidad de los valores de la gravedad específica
neta de los agregados (Gsb) obtenidos a partir de tres formas distintas. La primera de
ellas es midiendo dicha gravedad con los ensayos tradicionales a los agregados
recuperados del RAP. La segunda metodología corresponde a la sustitución de valor
del Gsb por el Gse (gravedad específica efectiva) a través de la obtención de la gravedad
máxima teórica (ensayo RICE). La tercera metodología arroja resultados de Gsb
utilizando un retro-cálculo a través del valor de absorción de los agregados. Los valores
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 10 20 30 40 50 60 70
Co
nte
nid
o d
e a
sfa
lto
(%
)
% RAP
%RAP %inicial asfalto de prueba (INA)
0 5,4
10 4,8
25 4
40 3,2
50 2,6
70 1,5
de Gsb para cada forma y según cada porcentaje de RAP se muestran en la siguiente
tabla.
Método Porcentaje de adición de RAP (%) - Granulometría IV-A-12
0 10 25 40 50 70
Directo 2,620 2,622 2,626 2,629 2,631 2,636
Sustitución 2,620 2,611 2,597 2,584 2,575 2,558
Retro-cálculo 2,620 2,606 2,587 2,567 2,554 2,529
Tabla N°4: Valores para Gsb
Luego a partir del desarrollo del método de diseño Marshall se calculó el porcentaje
óptimo de asfalto para cada porcentaje de RAP utilizado en la elaboración de las
mezclas asfálticas, a partir del mismo método es posible obtener los parámetros
volumétricos, Va, VAM y VAF, es importante recordar que el método de compactación
fue por medio de 75 golpes, para todos los porcentajes de RAP el análisis de los vacíos
solo se realizó para el primer método de determinación de Gsb. En el siguiente gráfico
se ilustra el comportamiento de los vacíos de aire de los diseños elaborados. De lo cual
se puede deducir que a medida que incrementamos la cantidad de RAP en la mezcla
los vacíos de aire van aumentando en su valor, se puede observar que suben en valor
hasta un 50% de RAP, luego cuando se tiene un 70% de RAP el valor comienza a
disminuir.
Gráfico N°4: Vacíos de aire vs contenido de asfalto
A continuación se muestra el comportamiento de los vacíos en el agregado mineral,
dependiendo de la cantidad de RAP utilizado y el contenido de asfalto.
0
2
4
6
8
10
12
0.0 2.0 4.0 6.0
Va
(%
)
Contenido de asfalto (%)
0% RAP10% RAP25% RAP40% RAP50% RAP70% RAP
Gráfico N°5: Vacíos en el agregado mineral vs contenido de asfalto
Del gráfico anterior, resulta interesante el comportamiento a medida que se aumenta el
contenido de RAP en la mezcla, los vacíos en el agregado mineral van disminuyendo
en su valor. Como los vacíos en el agregado mineral, corresponden a los espacios que
quedan entre los agregados, al aumentar el contenido de RAP en la mezcla, al calentar
el material, el asfalto se irá derritiendo, por ende más el asfalto nuevo a agregar los
espacios entre los agregados serán cada vez menores.
A continuación se muestra el comportamiento de los vacíos llenos de asfalto a distintos
contenidos de RAP.
Gráfico N°6: Vacíos llenos de asfalto vs contenido de asfalto
Al igual que los vacíos en el agregado mineral, los vacíos llenos de asfalto también
disminuyen su valor a medida que se va aumentando el porcentaje de RAP utilizado, ya
que como se dijo anteriormente este parámetro se utiliza para asegurar que se cumpla
el criterio del límite máximo del VAM.
11.7
12.2
12.7
13.2
13.7
14.2
14.7
15.2
15.7
0.0 2.0 4.0 6.0
VA
M(%
)
Contenido de asfalto (%)
0% RAP
10% RAP
25% RAP
40% RAP
50% RAP
70% RAP
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 2.0 4.0 6.0
VA
F(%
)
Contenido de asfalto (%)
0% RAP
10% RAP
25% RAP
40% RAP
50% RAP
70% RAP
Posteriormente se procede a determinar los porcentajes óptimos de asfalto para cada
porcentaje de RAP, mediante el método Marshall y la herramienta del Polyvoids, es
importante mencionar que se determinaron los óptimos para un 4% de vacios de aire y
para un 5% de vacios de aire, ya que el primer valor es el usado en Estados Unidos,
junto a otros países como México, en cambio el 5% es el que se utiliza en Chile.
Además los óptimos se determinaron para los tres métodos de determinación de Gsb.
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
% Óptimo Marshall
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,5
% Óptimo Polyvoids
4% 5,04 5,02 4,96 4,91 4,89 4,81
5% 5,02 4,99 4,93 4,89 4,86 4,79
Tabla N°5: Óptimos para Marshall y Polyvoids, Método Directo
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
% Óptimo Marshall
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,8
% Óptimo Polyvoids
4% 5,04 5,17 5,38 5,56 5,7 5,94
5% 5,02 5,15 5,34 5,53 5,66 5,9
Tabla N°6: Óptimos para Marshall y Polyvoids, Método Sustitución
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
% Óptimo Marshall
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,8
% Óptimo Polyvoids
4% 5,04 5,25 5,52 5,81 6 6,37
5% 5,02 5,22 5,49 5,77 5,95 6,31
Tabla N°7: Óptimos para Marshall y Polyvoids, Método Retro-Cálculo
De las tablas anteriores se puede deducir que las variaciones están dentro de un rango
prudente para los porcentajes de 0 y 10 de RAP, en comparación al porcentaje inicial
de ligante asfáltico de prueba calculado para ambos diseños (ver tabla N°3) se puede
decir que los procedimientos realizados en laboratorio fueron los adecuados y los
descritos en la normativa, realizando los respectivos controles de calidad en cada
proceso de la elaboración de las probetas de ensayo. Sin embargo, para los
porcentajes superiores de RAP (25,40, 50 y 70) se tiene una mayor variación de
acuerdo a lo que indican los resultados de porcentaje inicial de asfalto de prueba, los
métodos de separación del material, mezclado y compactación fueron los mismos para
todos los diseños, entonces la razón por la cual se producen variaciones cada vez
mayores a medida que se aumenta el porcentaje de RAP es debido a los cambios en
los parámetros volumétricos que se originan al agregar cantidad considerable de RAP
(Daniel, 2005). La razón de los cambios se debe a que las propiedades mecánicas
cambiarán producto del asfalto envejecido que se introduce a la mezcla, que
corresponde al asfalto que posee el material del RAP, ya que este asfalto tiene una
composición química distinta al asfalto virgen o nuevo que es introducido durante el
proceso de mezclado, estos asfaltos sólo se mezclan hasta cierto grado, ya que
además la mezcla tiene agregado virgen, por ende las propiedades volumétricas se ven
alteradas.
A continuación se muestran gráficamente los resultados obtenidos en las tablas N°5, 6
y 7, mostrando por separado los resultados obtenidos para un 4% y 5% de vacíos de
aire. Es importante mencionar que las tres formas de determinar el Gsb arrojaron
resultados iguales en la determinación de los óptimos de asfalto para el método
Marshall.
Gráfico N°7: Óptimos de asfalto para un 4% Va.
3.3
3.8
4.3
4.8
5.3
5.8
6.3
6.8
0 20 40 60 80
% A
sfa
lto
óp
tim
o
% RAP
Marshall
Polyvoids método 1
Polyvoids método 2
Polyvoids método 3
Gráfico N°8: Óptimos de asfalto para un 5% Va.
Entonces a través de los resultados se analiza que efectivamente la herramienta nos
sirve para determinar el porcentaje de asfalto óptimo cuando se tienen mezclas con 0%
de material RAP, luego nos vamos al análisis de que pasa cuando agregamos el
material RAP, si nos fijamos en la mezcla cuyo porcentaje de RAP es de un 10%,
podemos ver que éstos resultados concuerdan con el óptimo que nos entrega el diseño
mediante Marshall, lo cual al fin y al cabo es razonable ya que un 10% es influyente,
pero el mayor porcentaje se lo llevan los agregados vírgenes y además es alto el
porcentaje de asfalto nuevo a agregar, por ende no se produce un cambio significativo
en la volumetría de la mezcla.
La tendencia que entrega la curva de los porcentajes óptimos para Marshall, del 4 y 5%
de vacíos es a disminuir el porcentaje de asfalto a medida que incrementa el contenido
de RAP, lo cual es lógico y concuerda con el gráfico N°3 sin embargo para el 70% de
RAP se muestran valores elevados del óptimo, lo cual se debe principalmente a errores
en la elaboración de ese diseño en particular, ya que todos los procedimientos fueron
los mismos, entonces se debe a errores humanos, ya sea en la selección del material,
hasta los ensayos para determinar sus características.
Luego mediante los gráficos N°7 y N°8, se puede observar que a partir del 25% de RAP
se produce una notoria separación entre los óptimos que nos entrega Marshall y el
Polyvoids (por los tres métodos de calcular Gsb), esto se debe a que la herramienta no
toma en cuenta el porcentaje de asfalto que ya está incluido en el material de RAP, es
por esto que es necesario realizar una modificación para poder utilizar la herramienta,
entonces al óptimo que nos entrega la herramienta, tal cual, se le debe restar el
porcentaje de asfalto no considerado del RAP, por medio de pruebas se determinó que
este valor correspondía a un 5,5%, además como se observó en el gráfico N°5 a
medida que se agrega RAP a la mezcla los valores de vacíos en el agregado mineral
3.1
3.6
4.1
4.6
5.1
5.6
6.1
6.6
0 20 40 60 80
% A
sfa
lto
óp
tim
o
% RAP
Marshall
Polyvoids método 1
Polyvoids método 2
Polyvoids método 3
van disminuyendo, por ende es aconsejable disminuir en un 1% o incluso más,
dependiendo del contenido de RAP, el rango mínimo considerado en la herramienta del
Polyvoids, del criterio del VAM.
Luego de realizar las modificaciones a la hoja de cálculo, en la cual se llevó a cabo el
análisis del polígono de vacíos, se obtuvieron nuevos porcentajes óptimos de asfalto
para un 4 y 5% de vacíos de aire, los cuales se muestran a continuación.
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,8
4% 5,04 4,47 3,58 2,91 2,14 0,6
5% 5,01 4,44 3,56 2,88 2,12 0,48
Tabla N°8: Óptimos para Marshall y Polyvoids con modificación, Método Directo.
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
% Óptimo Marshall
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,8
% Óptimo Polyvoids
4% 5,04 4,62 4 3,56 2,95 1,72
5% 5,01 4,59 3,96 3,5 2,89 1,76
Tabla N°9: Óptimos para Marshall y Polyvoids con modificación, Método Sustitución.
0% RAP 10% RAP 25% RAP 40% RAP 50% RAP 70% RAP
% Óptimo Marshall
4% 5,4 5,3 4,6 3,9 3,4 .
5% 5,3 5,2 4,5 3,8 3,2 3,8
% Óptimo Polyvoids
4% 5,04 4,7 4,15 3,81 3,25 2,14
5% 5,01 4,66 4,1 3,65 3,18 2,15
Tabla N°10: Óptimos para Marshall y Polyvoids con modificación, Método Retro-
Cálculo.
A continuación se muestran los resultados anteriores de manera gráfica.
Gráfico N°9: Óptimos de asfalto para un 4% Va con modificación del polyvoids.
Si comparamos el grafico anterior con el gráfico N°7, notamos una clara distinción en la
tendencia de la curva de los óptimos del polyvoids, ya que como era de esperar a
medida que se aumenta en contenido de RAP, el porcentaje óptimo de asfalto va
disminuyendo, al igual que por el método Marshall. Además el método de cálculo de Gsb
que más se acerca el método Marshall es el de Retro-Cálculo.
Gráfico N°10: Óptimos de asfalto para un 5% Va con modificación del polyvoids.
Al igual que para los gráficos de un 4% de vacíos, los óptimos del polyvoids van
disminuyendo a medida que se aumenta el contenido de material RAP en la mezcla y el
método más cercano al Marshall sería el de Retro-Cálculo.
4.- Conclusiones
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60
% A
sfa
lto
óp
tim
o
% RAP
Marshall
Polyvoids método 1
Polyvoids método 2
Polyvoids método 3
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80
% A
sfa
lto
óp
tim
o
% RAP
Marshall
Polyvoids método 1
Polyvoids método 2
Polyvoids método 3
Con respecto a los resultados arrojados por la herramienta analítica del Polyvoids, se
puede primero que todo concluir que la herramienta si funciona, lo hemos comprobado
con el 0% RAP y comparando con los resultados arrojados con el método Marshall, que
el porcentaje optimo en ambos casos esta dentro de un rango prudente de variación.
Luego desde un 25% de RAP, la herramienta del Polyvoids no arroja resultados
similares al método de diseño Marshall, por ende para poder utilizar la herramienta se
requiere de las modificaciones descritas en el ítem de resultados y discusión, la
herramienta si sería utilizable para mezclas asfálticas que consideran desde un 25% de
RAP en su composición.
Uno de los factores más importantes dentro del proceso de mezclado fue el tiempo de
precalentamiento del material RAP, ya que estudios (Daniel, 2005), demuestran que 2
horas pueden ser insuficientes, sobre todo cuando el porcentaje mayor de la mezcla se
lo lleva justamente el RAP, ya que este puede no estar lo suficientemente caliente para
mezclarse con el nuevo asfalto que se introduce, por lo cual quedaría una cierta
cantidad de asfalto envejecido en la mezcla, lo cual puede no solo modificar sus
propiedades volumétricas, sino que también su desempeño en terreno. Lo cual se
observa en el gráfico N°5, donde claramente una mezcla con 0 y 10% de RAP presenta
valores mayores de VAM que una mezcla que contiene 50 o 70% de RAP.
Se requieren análisis de caracterización mecánica y dinámica de mezclas asfálticas con
el fin de determinar su rendimiento a largo plazo y determinar si es viable modificar los
límites establecidos para el VAM y VAF (sus límites mínimos), debido a que se puede
incurrir en el error de rechazar mezclas asfálticas por el incumplimiento de éstas
especificaciones pero que pueden presentar buen rendimiento.
Se recomienda de todas maneras realizar tramos de prueba, con material RAP, para
lograr realizar un control de calidad de mejor manera, ya que es importante no solo
medir el comportamiento que podría tener la mezcla, ni que presenta características
similares a una mezclas asfáltica común mediante los resultados de los ensayos, sino
que es necesario observar de manera concreta el desarrollo que ira teniendo el
pavimento y lograr estimar su durabilidad, puesto que como todos los pavimentos
existentes en el mundo también requerirá de mantenciones, ya sean del tipo rutinarias,
periódicas o mayores, por lo tanto otro tema interesante es saber qué tipo de
mantenciones necesitará y cuan costosas podría llegar a ser estas, lo que influye
netamente en el desempeño de los pavimentos en el control de calidad, no solo en la
etapa de mezclado, sino desde el inicio de la construcción de la mezcla, desde la
elección de los agregados.
5. - Referencias
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