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EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA TIBIA MODIFICADA CON HUSIL Y UN DESECHO DE
POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (PEBD)
Presentado por:
Claudia Ximena Arzayus Méndez 20092032004
Diego Armando Carrillo Villabon 20092032008
Director:
Ing. Dr. Hugo Alexander Rondón Quintana
Trabajo de Grado Presentado para Optar por el Título de Ingeniero
Topográfico
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA TOPOGRÁFICA
BOGOTÁ
2016
Aprobación
El Trabajo de Grado con título EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO
CARGA MONOTÓNICA DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA TIBIA MODIFICADA
CON HUSIL Y UN DESECHO DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (PEBD).”,
desarrollado por los estudiantes CLAUDIA XIMENA ARZAYUS MÉNDEZ Y
DIEGO ARMANDO CARRILLO VILLABON, en cumplimiento de uno de los
requisitos depuestos por la Universidad Distrital Francisco José de Caldas,
Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales, para optar el Título de
Ingeniero Topográfico, fue aprobado por:
Director
Ing., Dr. Hugo Alexander Rondón Quintana
Jurado
Ing. Carlos Gonzalez Vergara
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar sus más sinceras muestras de agradecimiento a:
En la presente investigación, ante todo, nos gustaría agradecerle a Dios por
bendecirnos para llegar hasta este punto, porque hizo que fuera posible este
sueño anhelado.
A nuestros padres que estuvieron apoyándonos en todo el recorrido de nuestra
carrera profesional hasta su culminación, brindando su amor y motivación para
alcanzar nuestros sueños.
Le agradezco la confianza, la dedicación, el apoyo y de tiempo a nuestro profesor
de investigación: Ingeniero Hugo Alexander Rondón Quintana, Director del Trabajo
de Grado por haber compartido sus conocimientos y la confianza depositada en
nosotros para esta investigación
Ingeniero Carlos González Vergara, jurado del trabajo de Grado, por los aportes
brindados durante la elaboración del proyecto.
Agradecer familiares y amigos que estuvieron presentes en los momentos mas
difíciles, los cuales por su apoyo y compañía lograron que se cumpliera este
objetivo.
Tabla de Contenido
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 3
2.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 3
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................... 3
3. MARCO TEORICO ........................................................................................... 4
3.1. ASFALTOS................................................................................................. 4
3.2. ASFALTOS NATURALES ............................................................................. 4
3.2.1. Asfaltos derivados del petroleo .................................................................. 4
3.2.1.1. Ligantes asfalticos………………………………………………….............5
3.2.1.2. Cemento asfaltico ................................................................................... 5
3.3. ENSAYOS AL CEMENTO ASFALTICO ........................................................ 7
3.3.1. Penetración ................................................................................................ 7
3.3.2. Punto de ablandamiento ............................................................................ 7
3.3.3. Indice de penetración ................................................................................. 8
3.3.4. Viscosidad ................................................................................................ 8
3.3.5. Ductilidad .................................................... ¡Error! Marcador no definido.
3.3.6. Punto de ignición ..................................................................................... 11
3.3.7.Solubilidad en tricloroetileno…………………………………………………..11
3.3.8. AGREGADO PÉTREO……………………………………………………………..12
3.3.8.1.Clases de agregados pétreos………………………………………………13 3.3.8.2.Características de los agregados pétreos…………………………………12 3.3.8.3.Características según su tamaño…………………………………………..15
3.3.9.Ensayos Agregados Pétreos………………………………………………….16 3.3.9.1. Granulometría………………………………………………………………..16
3.3.9.2. Desgaste Los Ángeles……………………………………………………...16
3.3.9.3. Micro Deval…………………………………………………………………..16
3.3.9.4. 10 % de finos………………………………………………………………...17
3.3.9.5. Pérdida de solidez en sulfato de sodio o magnesio……………………..15
3.3.9.6.Índice de plasticidad…………………………………………………………17
3.3.9.7. Equivalente de arena………………………………………………….16
3.3.9.8. Azul de metileno……………………………………………………….16
3.3.9.9. Contenido de impurezas……………………………………………...16
3.3.9.10. Partículas fracturadas mecánicamente……………………………16
3.3.9.11. Angularidad del agregado fino……………………………………...17
3.3.9.12. Partículas planas y alargadas……………………………………….17
3.3.9.13. Gravedad específica y absorción…………………………………...17
3.3.9.14. Resistencia al pulimiento…………………………………………….18
3.4. MEZCLAS ASFÁLTICAS………………………………………………………….20
3.4.1. Mezcla asfáltica en caliente……………………………………………….20 3.4.2. Mezclas en frio……………………………………………………………...20 3.4.3. Clasificación general de las mezclas asfálticas…………………………20 3.4.4. Mezclas Densas en Caliente Tipo 25 (MDC- 25)………………………..22 3.4.5. Mezcla asfáltica tibia MAT / WAM………………………………………...20 3.4.6 Espumación…………………………………………………………………..25 3.4.7. Aditivos……………………………………………………………………….25
3.4.7.1. HUSIL…………………………………………………………………....27
3.4.8. Ensayo Marshall…………………………………………………………….27 3.4.8.1. Equipo utilizado………………………………………………………...28
3.4.8.2. Pruebas realizadas a las mezclas compactadas…………………...28
3.4.8.2.1. Determinación de la gravedad específica bulk………………..28
3.4.8.2.2. Prueba estabilidad- flujo………………………………………….28
3.4.8.2.3. Análisis de densidad de vacíos………………………………….29
3.4.9. Niveles de transito según su calidad NT1, NT2 y NT3………………….29
4. METODOLOGIA ............................................................................................. 30
4.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .................................................................... 31
4.2. CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ......................................... 31
4.2.1. Caracterización del agregado pétreo ...................................................... 31
4.2.2. Caracterización del cemento asfaltico ................................................... 32
4.2.3. Caracterización del aditivo ..................................................................... 33
4.2.4. Caracterización del asfalto modificado ................................................. 33
4.3. DISEÑO DE MUESTRA DE CONTROL MDC-25 .................................. 33
4.3.1. Ensayos sobre mezcla asfaltica modificada con PEBD ....................... 34
4.4. ANALISIS DE RESULTADOS................................................................... 34
4.5. DOCUMENTACIÓN .................................................................................. 34
4.6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ......................................................... 35
5. RECURSOS ................................................................................................ 36
6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 38
Índice de ilustraciones
Ilustración 1. Ensayo de penetración ...................................................................... 6
Ilustración 2. Ductilímetro ........................................................................................ 9
Ilustración 3. Copa de Cleveland ........................................................................... 10
Ilustración 4. Forma de las partículas de agregado pétreo. i. Redondeada, ii
Irregular, iii. Angular, iv. Lajosa, v. Alargada, vi. Alargada Lajosa. ........................ 13
Ilustración 5. Esquema de una partícula fracturada con una cara fracturada........ 17
Ilustración 6. Tecnologías y ventajas medio-ambientales para la producción de
Mezclas Asfálticas. ................................................................................................ 22
Ilustración 7. Cámara de expansión. ..................................................................... 23
Ilustración 8. Clasificación de los agregados…………..…………………………33
Ilustración 9. Distribución de los agregados…………. .......................................... 32
Ilustración 10. Agregados con CA. ........................................................................ 33
Ilustración 11. Pitillos reciclados de PEBD. ........................................................... 34
Ilustración 12.Mezclado de Agregados con CA………………………………………36
Ilustración 13. Molde Compactador. ...................................................................... 35
Ilustración 14. Proceso de compactación a 75 golpes………………………………36
Ilustración 15. Briqueta Marshall. .......................................................................... 35
Ilustración 16. PEBD con mezcla asfáltica………………........................................39
Ilustración 17. Análisis de densidad. ..................................................................... 38
Ilustración 18. Prensa Marshall. ............................................................................ 38
Ilustración 19. Comportamiento vacíos con aire vs cemento asfaltico. ................. 41
Ilustración 20. Comportamiento vacíos en agregados pétreos vs cemento asfaltico.
.............................................................................................................................. 42
Ilustración 21. Comportamiento estabilidad vs cemento asfaltico. ....................... 43
Ilustración 22. Comportamiento flujo vs cemento asfaltico. .................................. 43
Ilustración 23. Comportamiento relación Estabilidad/flujo vs cemento asfaltico. .. 44
Ilustración 24. Comportamiento relación Estabilidad/flujo vs cemento asfaltico. ... 44
Ilustración 25. Comportamiento vacíos con aire vs temperatura de mezcla. ........ 45
Ilustración 26. Comportamiento vacíos en agregados pétreos vs temperatura de
mezcla. .................................................................................................................. 46
Ilustración 27. Comportamiento densidad de Bulk vs temperatura de mezcla. ..... 47
Ilustración 28. Comportamiento Estabilidad/Flujo vs temperatura de mezcla. ...... 48
Índice de Tablas
Tabla 1. Requisitos mínimos de calidad del CA. ..................................................... 7
Tabla 2. Ensayos de verificación para agregados pétreos en mezclas calientes. . 11
Tabla 3. Ensayos de verificación para agregados pétreos en mezclas calientes. 31
Tabla 4. Granulometría del agregado pétreo según la mezcla de diseño. ............ 32
Tabla 5. Características generales del cemento asfaltico 60-70. .......................... 33
Tabla 6. Distribución de los agregados y CA. ........................................................ 36
Tabla 7. Especificaciones Marshall de una mezcla densa en caliente. ................. 37
Tabla 8. Resultado de los ensayos a los agregados pétreos. ............................... 39
Tabla 9. Características del CA 60-70. .................................................................. 40
Tabla 10. Valores arrojados por el porcentaje óptimo. .......................................... 40
Tabla 11.Resultados de ensayos para medir la estabilidad-flujo. .......................... 41
Tabla 12. Resumen de ensayos estabilidad-flujo con PEBD y aditivo HUSIL. ..... 48
RESUMEN
El presente trabajo de grado muestra los resultados experimentales arrojados por
una mezcla densa en caliente de granulometría MDC-25 (especificación INVIAS
2013) al ser modificada con HUSIL y un desecho de polietileno de baja densidad
(PEBD). Donde posteriormente se midió la resistencia bajo carga monotónica y el
impacto posiblemente favorable que tendría con el medio ambiente, puesto que la
adición de polímeros modifica de una manera considerable las propiedades del
asfalto reduciendo la temperatura de producción.
Para la elaboración de la mezcla y consecutivamente la evaluación de la misma,
se empleó cemento asfaltico tipo CA 60-70 producido en la ciudad de
Barrancabermeja por la Empresa Colombiana de Petróleos – ECOPETROL.
Realizando ensayos tipo Marshall (INV. 748-13) a 20 briquetas con distintos
porcentajes de asfalto, entre 4.5% a 6%, y a temperaturas de mezclado de 150 °C
y de compactación a 140 °C; se logró determinar que el contenido óptimo para la
muestra fue del 5.5%. Al haber obtenido este porcentaje se continuó con la adición
del desecho de polietileno (PEBD), en porcentajes de 5% y 7.5%, por vía húmeda
a una temperatura controlada y con tiempos de mezcla establecidos para lograr
una mezcla homogénea. Complementando el procedimiento del diseño de la
mezcla se decidió utilizar el aditivo HUSIL (suministrado por el grupo de
investigación de pavimentos de la universidad distrital), el cual espuma el asfalto
haciendo que la viscosidad se reduzca e incrementando sus propiedades
adherentes aptas para la mezcla con el agregado pétreo.
Los ensayos realizados a la mezcla convencional (sin el aditivo) y a la mezcla
modificada (con los aditivos) mediante el método Marshall, logró evidenciar que el
comportamiento de las propiedades presenta ventajas y desventajas: aumenta la
rigidez y por ende, de manera tácita, su resistencia a la deformación pero en
conclusión; se puede entrever que la resistencia a fatiga (ciclos de vida) se ve
disminuida para climas de baja temperatura. Sin embargo las características de la
mezcla MDC-25 modificada cumplen con el objetivo de lograr que ésta reduzca su
temperatura de producción (mezclado y compactación) logrando así una mezcla
asfáltica tibia que esté dentro de los parámetros de calidad establecidos por el
Instituto Nacional de Vías – INVIAS.
Palabras clave: mezcla densa en caliente, HUSIL, desecho de polietileno (PEBD),
asfalto modificado, mezcla asfáltica tibia.
1. INTRODUCCIÓN
El proceso de industrialización que ha tenido la humanidad a lo largo de los
últimos tiempos ha hecho que los niveles de contaminación del medio ambiente se
hayan acelerado. Investigadores, grupos activistas y organizaciones
internacionales especializadas en consultorías ambientales se encuentran
alertando sobre los contaminantes que favorecen el incremento de los gases de
efecto invernadero.
De dicha problemática no se escapa la pavimentación de las carreteras con asfalto
y mezclas asfálticas debido a que, mediante su proceso industrial de fabricación,
contribuyen a la contaminación del medio ambiente, ya que la construcción de
capas asfálticas se debe hacer, por lo general, con mezclas asfálticas en caliente
las cuales generan más energía y liberan contaminantes a la atmosfera durante su
producción. Lo anterior debido principalmente a que este tipo de mezcla se fabrica
empleando temperaturas entre 140 y 190°C. Esta técnica genera un problema
ambiental que es difícil de ignorar y el cual se debe intentar encontrarle una
pronta solución.
Por lo anterior, se hace necesario el estudio y pruebas de nuevos materiales en la
fabricación de asfalto y mezclas asfálticas que generen el menor impacto
ambiental posible y que a su vez el producto final sea de buena calidad con todos
los requisitos de calidad establecidos y de fácil acceso económicamente. Esto
generaría significativos beneficios tanto ambientales, económicos, sociales, entre
otros; puesto que contribuiría a la unión de varias disciplinas que investigarían los
efectos positivos que conllevaría una nueva técnica de producción de mezclas
asfálticas para la pavimentación vial.
El presente trabajo de grado hace parte del proyecto de investigación “Desarrollo de una mezcla asfáltica tibia, bajo criterios técnicos y medioambientales” que actualmente está adelantando el grupo de investigación TOPOVIAL de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (UDFJC), según convocatoria pública del Centro de Investigaciones y Desarrollo Científico - CIDC No. 014/13. En este proyecto se utilizó un aditivo químico que actúa como una zeolita sintética (HUSIL), espumando el asfalto a aproximadamente 80°C. El grupo de investigación ha vinculado a diferentes estudiantes del Proyecto Curricular de Ingeniera Topográfica con el fin de ejecutar trabajos de grados que evalúen la resistencia bajo carga monotónica que desarrollen mezclas tibias empleando HUSIL como aditivo cuando se emplea la granulometría de mezclas tipo MDC-10, MDC-19 y MDC-25 (INVIAS 2013). Adicionalmente, dicho grupo de investigación, mediante estudios se ha caracterizado mezclas de concreto asfaltico modificadas con un desecho de polietileno de baja densidad. Este desecho es obtenido del reciclaje de pitillos utilizados para mezclar bebidas calientes.Este aditivo se escogió debido principalmente a:
Este tipo de polímero (plastómero) generalmente produce un incremento en la resistencia mecánica de las mezclas a altas temperaturas debido a que el asfalto se rigidiza.
Es un material de alta resistencia térmica y química.
De acuerdo con (Figeroa, 2008), en Bogotá D.C. diariamente se producen alrededor de 600 toneladas de basuras de las cuales el 10% aproximadamente son plásticos y el consumo per cápita de estos materiales en Colombia es de 11.3 kg anuales. De este 10% gran parte proviene de desechos de PEBD el cual puede ser utilizado para modificar las propiedades de mezclas asfálticas y así disminuir el impacto ambiental negativo que generan.
Por lo anterior, él objetivo del presente proyecto es lograr medir la resistencia bajo
carga monotónica que experimenta una mezcla asfáltica tibia empleando
granulometría tipo MDC-25 al adicionarle el desecho de polietileno de baja
densidad (PEBD). Para ello; se utilizó como aditivo para modificar el asfalto el
desecho ya mencionado y para producir la mezcla tibia mediante espumado, el
HUSIL ampliamente trabajado por el grupo de investigación TOPOVIAL. Como
mezcla de referencia, se utilizó la mezcla densa en caliente tipo MDC-25, la cual
es frecuentemente usada para la conformación de bases asfálticas en Colombia.
El cemento asfalto utilizado fue el CA 60-70, ya que es el más empleado en el país
para la fabricación de mezclas asfálticas.
Inicialmente el documento indica en el capítulo 2 los objetivos que se estipularon,
en el capítulo 3 se presenta el marco teórico referencial del estudio ejecutado. Los
capítulos 4 y 5 evidencian la metodología utilizada y los resultados obtenidos del
estudio respectivamente. Por último se presentan las conclusiones y se listan las
referencias consultadas.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Medir la resistencia bajo carga monotónica que experimenta una mezcla asfáltica
tibia empleando la granulometría de una mezcla tipo MDC-25 al adicionarle el
desecho de polietileno de baja densidad (PEBD) para posteriormente desarrollar
una mezcla asfáltica tibia que cumpla con las especificaciones de calidad exigidas
por INVIAS (2013).
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar el diseño de la mezcla tipo MDC-25.
Modificar las propiedades de una mezcla asfáltica MDC-25 con el aditivo
PEBD y evaluar dichas propiedades en ensayos de laboratorio.
Efectuar ensayos Marshall sobre la mezcla asfáltica en caliente y tibia
modificada con PEBD. Primero sin el aditivo y después con el aditivo
fabricado a diferentes temperaturas para saber que comportamiento tiene el
asfalto y cuanto contenido del desecho de polietileno es necesario para
generar una mezcla asfáltica óptima.
Evaluar y analizar los resultados obtenidos de los ya mencionados ensayos
Marshall teniendo en cuenta las temperaturas de compactación y las
temperaturas de mezclado todo con el fin de dar una conclusión final del
tipo de mezcla asfáltica tibia que se generó para comparar sus principales
propiedades con las de una mezcla asfáltica en caliente.
Utilizar el desecho de polietileno y el aditivo HUSIL en la mezcla asfáltica
con el fin de que estos disminuyan los agentes contaminantes que son
liberados a la atmosfera provocados por las altas temperaturas a las cuales
son sometidas las mezclas densas en caliente para su producción.
3. MARCO TEÓRICO
3.1 ASFALTOS
El asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por
asfáltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan características de
consistencias, aglutinación y ductilidad; es sólido o semisólido y tiene propiedades
cementantes a temperaturas ambientales normales. Al calentarse se ablanda
gradualmente hasta alcanzar una consistencia líquida. Estos pueden tener dos
origines: los derivados de petróleos y los naturales. (CASTILLO, 2006)
3.2 ASFALTOS NATURALES
Es un asfalto bituminoso en estado sólido compuesto por hidrocarburos de alto
peso molecular en estratos que pueden ir en alguno centímetros a decenas de
metros de espesor y presentan gran variedad en su rigidez, por lo que su punto de
difusión puede ir de los 100°C a más de 300°C.este material presenta un punto
alto de ablandamiento superior a 90°C y en el mundo son conocidos como
endurecedores de asfaltos por su alto cantidad de asfáltenos. ). (pavimentos,
2015, pág. 13)
3.2.1. ASFALTOS DERIVADOS DEL PETROLEO
Los asfaltos más utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados de petróleo,
los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo.
(CASTILLO, 2006) Representan más del 90 % de la producción total de asfaltos.
La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces casi en su
totalidad. Sin embargo existen algunos petróleos crudos, que no contienen
asfalto. En base a la proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican
en:
Petróleos crudos de base asfáltica.
Petróleos crudos de base parafínica.
Petróleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).
El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines
viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase
discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la
pérdida de ductilidad. Con los crudos asfálticos esto no sucede, dada su
composición.
El petróleo crudo extraído de los pozos, es sometido a un proceso de destilación
en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosene de la base
asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas.
En consecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso
anterior.
El asfalto es además un material bituminoso pues contiene betún, el cual es un
hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la
destilación destructiva de un carbón graso, también contiene betún, por lo tanto
también es un material bituminoso pero no debe confundirse con el asfalto, ya que
sus propiedades difieren considerablemente. El alquitrán tiene bajo contenido de
betún, mientras que el asfalto está compuesto casi enteramente por betún, entre
otros compuestos.
El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de durabilidad
que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado
hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.
3.2.1.1 LIGANTES ASFÁLTICOS
Según (pavimentos, 2015)Los productos asfálticos utilizados en pavimentos
provienen de la destilación del petróleo crudo, ya sea de forma natural o industrial.
Estos materiales ligan del agregado pétreo para conformar mezclas asfálticas y
son los responsables de brindar, a la capa asfáltica, resistencia mecánica bajo
carga monotónica, estática y/o cíclica, impermeabilidad y durabilidad. Algunos
tipos de asfaltos utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas son:
Cemento asfáltico.
Emulsiones asfálticas.
Asfaltos rebajados.
Asfaltos modificados y multigrados.
Asfaltos espumados.
Crudos pesados.
Asfaltitas o asfaltos naturales.
3.2.1.2 CEMENTO ASFÁLTICO
El cemento asfaltico se designa por las letras CA y se clasifican por lo general de
acuerdo con su consistencia evaluada a través de do ensayos: penetración y
viscosidad.
En Colombia los CA se clasifican por lo general de acuerdo con su penetración
(INV. E-706-13, ASTM D-5). Físicamente, los resultados de este ensayo pueden
ser entendidos como la resistencia que experimenta el cemento asfaltico cuando
se permite penetrar en él una aguja normalizada de 100 g de masa durante cinco
segundos a una temperatura estándar (25°C). Es decir, de manera directa mide la
consistencia del CA y de manera indirecta evalúa su rigidez, entendiéndose que,
bajo las mismas condiciones de ensayo, el CA más rígido será aquel en el cual la
aguja penetre menos. Esta penetración se evalúa en 1/10 de mm, se mide en un
“penetrómetro” (ver ilustración 1), y el procedimiento de ensayo puede ser
consultado en las especificaciones INV. E-706-13 (ASTM D-5) del Instituto
Nacional de Vías-INVIAS (2013). (pavimentos, 2015)
Ilustración 1. Ensayo de penetración
Fuente INVIAS 2013.
Las mezclas que se fabrican con CA como ligante son denominadas mezclas en
caliente ya que se necesita calentarlo a altas temperaturas (entre 135° y 160°C
por lo general) para poder adherirlo al agregado pétreo. A temperatura ambiente el
CA es un material solido viscoso que no puede adherirse al agregado pétreo. En
Colombia se exige la producción industrial de tres tipos de cemento asfaltico: CA
80-100 (mínimo PG 58-22), CA 60-70 (mínimo 64-22) y CA 40-50 (mínimo PG 64-
22). El CA 80-100 como ligante de mezclas en caliente es utilizado por lo general
en zonas con temperaturas medias anuales promedio (TMAP) inferiores a los
24°C, y los CA 60-70 y CA 40-50 para temperaturas superiores a 24°C. con
respecto al nivel de transito que deben soportar las mezclas en pavimento, por lo
general se recomienda, para el caso de altos volúmenes de tránsito, utilizar CA
60-70 o CA 40-50 para fabricar mezclas en caliente, independientemente de la
temperatura de la zona.
Los requisitos mínimos de calidad que deben cumplir los CA en Colombia, con el
fin de ser utilizados como materiales para conformar mezclas asfálticas, se
presentan en la tabla 1. (INVIAS, Instituto nacional de vias, 2013)
Tabla 1. Requisitos mínimos de calidad del CA.
Fuente INVIAS 2013.
3.3 ENSAYOS AL CA
3.3.1 Penetración
Como se mencionó anteriormente este tipo de ensayo se hace a través de un
Penetrómetro.
3.3.2 Punto de ablandamiento
De acuerdo con (pavimentos, 2015), el punto de ablandamiento es un parámetro
que se mide empleando un equipo denominado anillo y bola (R&B por sus siglas
en inglés, ver figura…) y mide la temperatura a la cual el CA pasa de un estado
sólido a uno en el cual fluye como un líquido. Esta temperatura es muchas veces
utilizada como indicador empírico de máxima temperatura de operación de las
mezclas en servicio. Lo ideal es que la mezcla no experimente durante su vida útil
en el pavimento dicha temperatura, ya que el ligante asfáltico, y por lo tanto la
mezcla, experimentarían una gran disminución en su rigidez (pavimentos, 2015).
Se determina por medio de la especificación de ensayo INV. E-712 de (INVIAS,
Instituto nacional de vias, 2013). En términos generales, la temperatura del
cemento asfáltico cuando alcanza el punto de ablandamiento es equivalente
aproximadamente a una penetración de 800 décimas de mm medido a 25° C
durante 5 segundos (INV. E-706-13).
3.3.3 Índice de penetración
Con el índice de penetración (IPen) (INV. E-724-13, NLT 181/88) se puede evaluar
el grado de susceptibilidad térmica del asfalto. El IPen se obtiene realizando tres
ensayos de penetración al CA a tres temperaturas diferentes. Los resultados de
estos tres ensayos de penetración se introducen en una malla de IPen donde allí
por métodos gráficos se halla dicho valor. Otra forma de determinar el IPen es a
través de ecuaciones 1.1 y 1.2
(1.1) 𝐼𝑃𝑒𝑛 =20−500𝐴
1+50𝐴
(1.2) 𝐼𝑃𝑒𝑛 = 20𝑃𝐴+500 log(𝑃)−1952
𝑃𝐴−50 log(𝑃)+120
3.3.4 Viscosidad
(INV. E-714, 715, 716, 717-13, AASTHO T 72-97, T 201-03, ASTM D-4402,
AASTHO T 316-04) puede ser entendida como la resistencia que tiene un material
a fluir sobre una superficie, siendo el agua, para dar un ejemplo, menos viscosa
que el CA pero más viscosa que la gasolina. Para el caso de los pavimentos, la
viscosidad es un parámetro físico que ha sido utilizado ampliamente desde la
década de los sesenta (Asphalt Institute, 1962, 1974) principalmente para
determinar, de manera aproximada, las temperaturas de fabricación de mezclas
asfálticas (temperatura de mezclado entre el agregado pétreo y el CA en la planta
de asfalto) y de extensión y compactación de dichas mezclas en el laboratorio.
Adicionalmente, la viscosidad ofrece una medida indirecta de la consistencia y
rigidez del CA, siendo por lo general más rígido aquel CA que experimente mayor
viscosidad. De acuerdo con estos autores, la norma ASTM D 6925, determina la
viscosidad de laboratorio requerida para obtener la temperatura de fabricación y
de compactación de mezclas asfálticas del tipo denso (85±15 SSF=170 cp y
140±15 SSF=280 cp respectivamente). Para mezclas asfálticas drenantes o
abiertas, la temperatura de fabricación que se recomienda por lo general es
aquella donde el ligante alcance una viscosidad entre 700 cp. y 900 cp.
(pavimentos, 2015)
Algunos equipos para medir la viscosidad del CA son los siguientes:
Viscosímetro rotacional (AASHTO T 316 y ASTM D 4402).
Copa Ford.
Falling Ball.
Viscosímetro capilar.
3.3.5 Ductilidad
(INV. E-702-13, ASTM D-113): se mide en un ductilímetro (ver ilustración 2). Lo
ideal en una mezcla asfáltica es que el CA experimente un comportamiento dúctil
bajo carga durante su vida útil en el pavimento. Un comportamiento contrario o
frágil en una mezcla puede inducir microfisuración térmica a bajas temperaturas
de servicio y rompimiento prematuro de la mezcla bajo carga repetida. Mezclas
asfálticas dúctiles pueden desarrollar deformaciones permanentes o elásticas bajo
carga repetida sin que el material experimente fallas estructurales, excepto cuando
dichas cargas o deformaciones excedan los máximos permitidos por su
resistencia. El problema de una mezcla asfáltica frágil es que bajo carga no puede
experimentar deformación ya que inmediatamente falla, y este problema se agrava
si la rigidez de la mezcla no es lo suficientemente elevada en magnitud.
Ilustración 2. Ductilímetro
Fuente (Material Testing Equipement)
3.3.6 Solubilidad en tricloroetileno
(INV. E-713-13, ASTM D-2042) es utilizada como ensayo para evaluar el grado de
pureza del CA. Lo que se busca con el ensayo es medir la cantidad de material
que no es insoluble con tricloroetileno o tricloroetano como por ejemplo el mineral,
materia orgánica, desechos plásticos, polvo entre otros.
3.3.7 Contenido de agua
(INV. E-704-13, ASTM D-95) se recomienda que el contenida de agua en el CA
sea nulo debido principalmente a que el CA y el agua almacenados a altas
temperaturas generan oxidación y por ende envejecimiento prematuro del ligante,
perdida de la adherencia entre el CA y el agregado pétreo y, adicionalmente, un
problema de seguridad durante su utilización ya que se crea un fenómeno similar
al que ocurre cuando se adiciona agua a una taza de aceite a alta temperatura.
3.3.6 Punto de ignición e inflamación
(INV. E-709-13, ASTM D-92) es la temperatura a la cual inflama el CA y se mide
en un equipo denominado copa abierta de Cleveland (ver ilustración 2). Entre
mayor sea el punto de inflamación, menor es la probabilidad de experimentar
problemas de combustión e inflamación durante los procesos de almacenamiento
del CA y de fabricación de las mezclas en las plantas asfálticas (seguridad
industrial).
Ilustración 3. Copa de Cleveland
Fuente (Shangai Civil y Road Instrument co., Ltd)
3.3.6.1. Contenido de parafinas
(INV. E-718-13, UNE-EN-12606) este ensayo se ejecuta con el fin de medir la
cantidad de parafinas presentes en el CA. Las parafinas generan cristalización y
cambio de comportamiento dúctil a frágil en el asfalto a bajas temperaturas de
servicio, por el contrario, se ablandan, disminuyendo la resistencia del asfalto a
deformarse bajo carga. Adicionalmente, reducen las propiedades adherentes del
asfalto con el agregado pétreo.
3.3.8. Agregado Pétreo
Materiales granulares sólidos usados en vías con o sin adición de elementos
activos y con granulometría adecuada según norma requerida, se usan para la
fabricación de productos artificiales con alta capacidad de resistencia, mediante su
mezcla con ligante o emulsiones (PADILLA, 2004).
El agregado pétreo utilizado para la elaboración de mezclas de concreto asfáltico
debe satisfacer los requisitos de calidad presentados en la tabla 2.
Tabla 2. Ensayos de verificación para agregados pétreos en mezclas calientes.
Fuente Manual INVIAS, Articulo 450-13.
3.3.8.1. Clases de agregados pétreos
La clase de agregado pétreo se puede determinar, de acuerdo a la procedencia y
a la técnica empleada para la eficacia de su técnica, se clasifican de la siguiente
manera:
a) Agregados naturales
Son usados exclusivamente después de la modificación de su distribución de
tamaño para la adaptación a ciertas exigencias según sea su disposición final.
b) Agregados artificiales
Son el resultado de procesos industriales, tales como materiales procedente de demoliciones, con características reciclables.
c) Agregados marginales
Son aquellos materiales que no cumplen cierto nivel de requerimiento según sea la norma.
d) Agregados triturados
Son aquellos obtenidos de procesos de trituración de diferentes rocas, de la granulometría de rechazo de agregados naturales.
3.3.8.2. Características de los agregados pétreos
a) Forma y angulosidad
La forma que deben adoptar las partículas del agregado grueso están asociadas
fundamentalmente, a la estructura o esqueleto del mineral. Según sea su forma
estas partículas se pueden clasificar en partículas redondeadas, irregulares,
angulares, lajosas y alargadas y alargada lajosa. (Jimeno, 1994).
Los agregados pétreos deseados principalmente son aquellos que tienen
características de partícula cuboides para la fabricación de mezclas asfálticas. Los
factores intrínsecos, como la composición de la roca están asociados a afectar la
forma del agregado en el momento de trituración.
b) Resistencia al desgaste
La resistencia que actúa mecánicamente sobre la forma del mineral es de carácter
predomínate ya que su comportamiento permite estabilidad después de la puesta
en servicio. El análisis de dicha resistencia se realiza mediante diversos ensayos
en laboratorio; pero teniendo en cuenta, que ninguno de ellos da la caracterización
real del estado tensional del agregado. Se realizan ensayos para identificar el
comportamiento que estos tendrán luego en servicio, para ello se realizan
muestras con granulometría muy similares a las que serán expuestas en la obra,
sometiéndolas a desgastes, que de manera indirecta, proporcionaran información
de la resistencia mecánica del material. El ensayo de desgaste Los Ángeles
(Norma INV E-218-13) es un ejemplo a los que es sometido.
Ilustración 4. Forma de las partículas de agregado pétreo. i. Redondeada, ii Irregular, iii. Angular, iv. Lajosa, v. Alargada, vi. Alargada Lajosa.
Fuente: (Jimeno, 1994).
c) Adhesividad
La adhesividad del agregado con el ligante asfaltico (cemento asfaltico) es de
suma importancia debido a que pueden presentar fenómenos físico-químicos en la
superficie del agregado que tienden a separar el ligante del agregado.
Los agregados se pueden clasificar en ácidos y básicos. Los agregados ácidos
tienen la característica de poseer alto contenido de sílice. La adhesividad entre
este tipo de agregado con el ligante no es totalmente buena, debido a que puede
llegar a ser necesario disminuir la tensión superficial del ligante por medio de
procesos de activación para que pueda existir una buena adhesividad. Mientras
que los agregados básicos presentan menos afinidad del agregado con el agua.
Por ellos estos pueden presentar cierta atracción por los ácidos libres en el ligante
y por ellos presentan mejor adhesividad con los mismos.
d) Resistencia al desprendimiento
La adhesión tiene como defectos la quiebra de las fuerzas de unión entre los
agregados y la cubierta de conglomerados asfalticos, lo que conduce a una
separación física.
3.3.8.3. Características según su tamaño
Para definir los términos de las características del agregado según su tamaño se
utilizará la terminología expuesta en las especificaciones AASTHO y ATSM.
a) Agregado grueso
Según el sistema de clasificación de suelos de la AASTHO, se define agregado
grueso, a la parte del agregado pétreo total que queda retenido en el tamiz # 4.
Debe provenir preferiblemente de minerales como Granito, Gabro y Basalto,
extraídos de lechos de ríos. Generalmente su dosificación es equivalente al 70%
del peso de la mezcla. Tiene la característica de que el material es 100 %
triturado, arena o mezcla de ambos.
b) Agregado fino
Según el sistema de clasificación de suelos de la AASTHO, se define agregado
fino, a la parte del agregado pétreo total que pasa por el tamiz # 200. Este material
del agregado debe ser el 100 % triturado, arena o mezcla de ambos. Comúnmente
constituye el 15 % del peso total de la mezcla.
c) Filler mineral
Puede ser el polvo de piedras calizas u otro material disponible; pero al momento
de su uso debe emplearse en estado no saturado (seco) para que fluya libremente
sin formar aglomeraciones, carecer de impurezas orgánicas y tener el índice de
plasticidad nulo. Esta llenante mineral constituye aproximadamente el 10 % total
del peso de la mezcla asfáltica.
3.3.9. Ensayos Agregados Pétreos
A continuación se describen los ensayos a los que son sometidos los agregados
pétreos según la especificación INVIAS (2013).
3.3.9.1. Granulometría
Este método se usa principalmente para determinar la granulometría de los
materiales propuestos que serán utilizados como agregados. Los resultados se
emplean para determinar el cumplimiento de los requerimientos de las
especificaciones, en este caso INVIAS INV. E-213-13, que son aplicables y para
suministrar los datos necesarios para la producción de diferentes agregados y
mezclas que contengan agregados. Los datos pueden también servir para el
desarrollo de las relaciones referentes a la porosidad y el empaquetamiento.
3.3.9.2. Desgaste en la máquina de Los Ángeles
Este ensayo (INV. E-218, 219-13) ha sido ampliamente usado como un indicador
de la calidad relativa o la competencia de diferentes fuentes de agregados pétreos
de similares composiciones mineralógicas. Los resultados no brindan
automáticamente comparaciones válidas entre fuentes diferentes en origen,
composición o estructura. Los límites de las especificaciones deben ser asignados
con extrema precaución, considerando los tipos de agregados disponibles y su
comportamiento histórico en aplicaciones finales específicas.
3.3.9.3 Micro Deval
El ensayo Micro-Deval (INV. E-238-13), en agregados gruesos, es una medida de
la resistencia a la abrasión y durabilidad de agregados pétreos que han sido
sometidos a la acción combinada de abrasión y molienda con bolas de acero en
presencia de agua. Los agregados son más débiles en estado húmedo que secos
y el uso del agua en este ensayo mide esta reducción de resistencia en contraste
con otros ensayos que se realizan con agregados secos solamente. Proporciona
información útil para juzgar la resistencia desgaste/abrasión y durabilidad/solidez
de agregados sujetos a abrasión y acción de desintegración con el medio
ambiente cuando no existe información adecuada de este tipo de
comportamiento.
3.3.9.4 10 % de finos
El método (INV. E-224-13) busca evaluar la resistencia mecánica de un agregado,
tomando como parámetro de referencia la carga de compresión necesaria que se
debe aplicar al material para que se produzca un 10% de finos (pasa el tamiz No.
8 en un ensayo de granulometría) producto de la acción mecánica.
3.3.9.5 Pérdida de solidez en sulfato de sodio o magnesio
Este ensayo (INV. E-220-13) es un procedimiento para hacer un estimativo
preliminar de la sanidad de los agregados a ser usados en concretos. Los valores
obtenidos pueden ser comparados con especificaciones que se han diseñado para
indicar la posibilidad de usar el agregado propuesto. Dado que la precisión de
este método es baja, el rechazo de los agregados que no cumplan las
especificaciones pertinentes, no puede darse sin confirmar con los resultados de
otros ensayos mejor relacionados con el uso que se le va a dar al material. De
acuerdo con (pavimentos, 2015), este ensayo busca evaluar la resistencia del
agregado pétreo a desintegrarse cuando, dentro de sus poros, el agua se expande
por congelamiento. En teoría, es un ensayo que busca evaluar la resistencia del
agregado pétreo al intemperismo.
3.3.9.6 Índice de plasticidad
“Índice expresado como la diferencia entre el límite líquido (LL) y el límite plástico
(LP) de un suelo. Los límites LP y LL de un suelo de tamaño de arcilla denotan el
contenido de agua o humedad que se necesita adicionar a una muestra seca para
que esta experimente plasticidad (pasar de un estado sólido a plástico) y para que
comience a fluir como un líquido (pasar de un estado sólido a plástico)
respectivamente. LP y LL son obtenidos empleando la cazuela de Casagrande y el
método de los “rollitos” en el laboratorio. Si el IP es igual a cero, las partículas de
tamaño de arcilla ensayadas adquieren la denominación de filler o llenante mineral
y no experimentan plasticidad cuando se humedecen. Si, por el contrario, el IP
adquiere una magnitud, significa que las partículas son arcillosas, y estas sí
experimentan plasticidad al ser humedecidas. El IP también es utilizado como
indicador de potencial de expansión de arcillas” (pavimentos, 2015).
El ensayo de moldeo manual de rollos de suelo debe ser dado por el
procedimiento normativo indicado en la norma INV. E-126-13. Se denomina límite
plástico a la humedad más baja con la cual pueden formarse rollos de suelo de
unos 3mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y
una superficie lisa, sin que dichos rollos se desmoronen.
3.3.9.7. Equivalente de arena
En el ensayo (INV. E-133-13), a un volumen determinado de suelo o agregado fino
se le adiciona una pequeña cantidad de solución floculante, mezclándolos en un
cilindro de plástico graduado y agitándolos para que las partículas de arena
pierdan la cobertura arcillosa. La muestra es entonces "irrigada", usando una
cantidad adicional de solución floculante, para forzar el material arcilloso a quedar
en suspensión encima de la arena. Después de un período de sedimentación, se
determinan las alturas de la arcilla floculada y de la arena en el cilindro. El
"equivalente de arena" es la relación entre la altura de arena y la altura de arcilla,
expresada en porcentaje. De acuerdo con (pavimentos, 2015), este ensayo es
utilizado para evaluar el contenido de partículas de tamaño de arcilla adheridas a
una muestra de agregado pétreo fina (arena y limos).
3.3.9.8 Azul de metileno
Según Rondón y Reyes (2015), a través de este ensayo (INV. E-235-13) se
determina la cantidad de material indeseable (p.e., arcilla y material orgánico)
presente en la fracción fina del agregado pétreo.
3.3.9.9. Contenido de impurezas
El ensayo INV. E-237-13 indica separar por lavado, mediante un tamiz de
referencia, las partículas menores de 0.5 mm mezcladas o adheridas a la
superficie de los agregados gruesos, las cuales se consideran como impurezas.
Posteriormente, se calcula el porcentaje en masa de las impurezas respecto de la
masa seca de la muestra total.
3.3.9.10 Partículas fracturadas mecánicamente
Una cara será considerada fracturada (INV. E-227-13), solo si tiene un área
proyectada al menos tan grande como un cuarto de la máxima área proyectada
(máxima área de la sección transversal) de la partícula y la cara tiene bordes
cortantes y bien definidos, esto excluye pequeños (ver ilustración 5).
Ilustración 5. Esquema de una partícula fracturada con una cara fracturada.
Fuente: Manual INVIAS, INV. E-227-07.
3.3.9.11. Angularidad del agregado fino
Esta norma INV. E-239-13 se refiere a la determinación del contenido de vacíos de
una muestra de agregado fino no compactada. Cuando es medido en cualquier
agregado de gradación conocida, el contenido de vacíos provee una indicación de
la angularidad de ese agregado, esfericidad y textura de la superficie que pueden
ser comparados con las de otros agregados finos ensayados con la misma
gradación. Cuando el contenido de vacíos es medido en un agregado fino con
gradación tal como se recibe, este puede ser un indicador del efecto del agregado
fino en la manejabilidad de una mezcla en la cual puede ser empleado.
3.3.9.12. Partículas planas y alargadas
Se mide partículas individuales de agregado de una fracción de tamaño específico
de tamiz para determinar las relaciones de ancho/espesor, longitud/ancho ó
longitud/espesor (INV. E-213-13).
3.3.9.13. Gravedad específica y absorción
Esta normas describe el procedimiento que se debe seguir para la determinación
de gravedades específicas Bulk, Bulk saturada y superficialmente seca y aparente,
así como la absorción, después que los agregados gruesos y finos que pasan con
tamaño igual o mayor a 4.75 mm (tamiz No.4) han estado sumergidos en agua
durante 15 horas. Este método de ensayo no se debe aplicar a agregados pétreos
livianos.
3.3.9.14. Resistencia al pulimiento
Esta norma describe la susceptibilidad al pulimento de los agregados, mediante la
máquina de pulimento acelerado, valorando esta susceptibilidad por medio del
Coeficiente de Pulimento Acelerado (CPA), determinado con ayuda del péndulo de
fricción.
3.4 MEZCLAS ASFÁLTICAS
3.4.1. Mezcla asfáltica en caliente
Mezclas asfálticas o aglomerados conformadas mediante la combinación de
agregados pétreos y un ligante asfaltico incluido el llenante mineral conocido como
filler1, de manera que estos queden cubiertos. Su fabricación comúnmente se
realiza en plantas fijas pero a la vez se pueden fabricar en obra, se trasladan para
posteriormente sea compactado a temperatura de 130 y 150°C y fabricado a
temperaturas de 150 y 180 °C (KRAEMER, 2009).
Las mezclas asfálticas se usan en la construcción de obras viales, tales como,
aeropuertos, pavimentos etc. Teniendo en cuenta que se ubican debajo de las
capas inferiores de los firmes para tráficos de diferente niveles de servicio.
Las mezclas asfálticas están constituidas de manera aproximada por al 5% de
polvo mineral, 5% de ligante asfaltico (cemento asfaltico) y un 90% de agregados
pétreos finos y gruesos. Los componentes anteriores son tiene una importancia
demasiado relevante en las construcción de pavimentos debido a que el mal
funcionamiento de alguno de estos afectaría su funcionamiento como conjunto. El
ligante y el filler son los componentes más influyentes en la calidad de la mezcla y
su costo (PADILLA, 2004).
3.4.2. Mezclas en frio
Usualmente es la combinación de un ligante, con agregados minerales, predominantemente gruesos, de granulometría uniforme, que puede manejarse, extenderse y compactarse a la temperatura ambiental. Se caracterizan por presentar un alto contenido de vacíos aproximadamente del 15% (Rondón, 2013).
3.4.3. Clasificación general de las mezclas asfálticas.
El parámetro de clasificación para establecer las diferencias entre mezclas son:
a) Por fracción de agregado pétreo
Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante.
1Filler tiene el comportamiento de las mezclas asfálticas debido a que forma parte del esqueleto
mineral y soporta las tensiones por rozamiento interno o por contacto entre las partículas.
Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla
Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero
Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico
b) Temperatura de colocación en obra
Las Mezclas en Caliente (MDC) se fabrican con asfaltos a ciertas temperaturas
elevadas, en un rango aproximado de 140 °C, según la viscosidad del ligante, se
calientan de igual manera los agregados, con el fin que el asfalto no se enfrié al
estar en contacto con los agregados. Para el proceso de puesta en obra estas
mezclas deben realizarse a temperaturas muy superiores a la ambiental, ya que
sin este requerimiento los materiales ni pueden compactarse adecuadamente y
mucho menos extenderse.
Las Mezclas en Frio se fabrican usualmente con un ligante llamado emulsión
asfaltico y su puesta en obra tiene la ventaja a la mezcla en caliente que si puede
realizarse a temperatura ambiente permitiendo su extensión y compactación.
c) Proporción de vacíos en la mezcla
Este criterio permite es de carácter relevante, debido a que este evita que se
presenten deformaciones plásticas como consecuencia del paso constante
vehicular y variaciones considerables de temperatura.
Mezclas Densas: la proporción de vacíos no supera en promedio varía entre 6%.
Mezclas semi –densas: la proporción de vacíos está entre el 6% y 10%.
Mezclas abiertas: la proporción de vacíos esta supera el 12%.
Mezclas drenantes: la proporción de vacíos es superior al 20%.
d) Por tamaño del agregado pétreo
Mezclas gruesas: donde el tamaño máximo del agregado supera los 10mm.
(INVIAS, 2013).
Mezclas finas: también conocidas como micro aglomerados, pueden
denominarse como morteros asfalticos, pues tratan de mezclas formadas por un
agregado fino incluyendo el polvo mineral y el ligante asfaltico. El tamaño del
agregado fino determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una
mezcla. (INVIAS, 2013).
e) Por granulometría
Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de
agregado pétreo en el huso granulométrico.
Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado
pétreo en el huso granulométrico.
3.4.4. Mezclas Densas en Caliente Tipo 25 (MDC- 25)
Son el tipo de mezcla asfáltica más generalizada definiéndola como la
combinación de un ligante hidrocarburo (CA), agregados pétreos incluyendo el
llenante mineral (AP), y en ocasiones aditivos, de manera que todas las partículas
del agregado queden recubiertos en tu totalidad por una película homogénea del
ligante. Su fabricación tiene procesos de calentar el ligante y los agregados
(excepción del llenante mineral) y su proceso de puesta en obra debe hacerse a
una temperatura muy alta a la que presenta el ambiente como se indica en el
Artículo 450-13. (INVIAS, 2013).
Para la determinación de la mezcla MDC 25 se requiere hacer una clasificación de
partículas que estén dentro de un cierto margen de tamaños y que cada tamaño
esté presente en ciertas proporciones, de aquí se determina su nombre por el
tamaño máximo de la partícula pueda tener, en este caso 25 mm .Esta propiedad
es importante en el ámbito constructivo de la base y subbase del pavimento, ya
que la combinación de partículas del material afectara la densidad, la resistencia y
el costo de la estructura (RODRÍGUEZ, 2011).
3.4.5. Mezcla asfáltica tibia MAT / WAM
Las mezclas asfálticas tibias se describen como aquellas que se producen a
temperaturas menores que las mezclas en caliente, como lo describe Bonaquist
(2011) donde se refiere a mezclas WAM (siglas en inglés) como las constituidas
por CA y AP que se producen a temperaturas inferiores a las utilizadas
normalmente en la producción de asfalto de mezcla en caliente en planta desde
los 100° hasta los 140° C
Sobre la construcción del pavimento con mezclas asfálticas calientes que tienen
orígenes a mediados de la década de 1990( (Kristjansdottir, 2007) poco se sabe
del comportamiento mecánico, a largo plazo, de estas mezclas. En este orden de
ideas, la mayoría de las pruebas practicadas para evaluar el rendimiento de las
WAM han sido realizadas en campo. Por tal motivo, en su mayoría los resultados
del rendimiento vienen de los ensayos en laboratorio, y por lo tanto han sido
discutidas a lo largo de la evolución de esta innovación tecnológica. Las WMA
están a la espera para reemplazar o mejorar el HMA (Hot AsphaltMix). En caso
dado de que su objetivo no llegase a lograr, sus beneficios mencionados
posteriormente (por ejemplo, ambientales a largo plazo o de ahorro de energía) no
tendrán ninguna validez en el desarrollo de esta tecnología para las mezclas.
Por el momento, los resultados de la investigación han confirmado que al realizar
las WMA, así como HMA el envejecimiento todavía tiene que ser estudiado en
mayor profundidad ya que este puede ser la zona donde se encuentran las
mayores diferencias entre ellas (incluyendo todas las tecnologías WMA)(S.D.
Capitão, 2012). Sin embargo, se deben realizar estudios a profundidad sobre el
rendimiento de las WAM. Las preguntas más reiteradas expresadas en los textos
se relacionan con su sensibilidad a la humedad y el tiempo de curado. Pese a que
en la fabricación de temperaturas más bajas las mezclas tendrían como
consecuencia beneficios y complicaciones.
El secado insuficiente de los agregados, el mal revestimiento del ligante, menos
envejecimiento del ligante y agua que lleva a la susceptibilidad de humedad puede
conducir a malos resultados. Sin embargo, todos estos problemas se han
estudiado ampliamente, y se han propuesto soluciones tales como: la fabricación
de mezclas con igual resistencia, durabilidad y características de rendimiento,
como HMA usando temperaturas de fabricación reducidas considerablemente
donde tiene el compromiso de cumplir el Protocolo de Kyoto en 1997.
En el uso de temperaturas de producción más bajas puede mejorar
potencialmente el rendimiento del pavimento, reduciendo el envejecimiento
aglutinante, lo que proporciona el tiempo añadido para la mezcla de compactación,
que, a su vez, permite la compactación y mejora el tiempo de enfriamiento del
pavimento.
Las temperaturas de mezcla y compactación de WMA están en un rango entre 90
- 130°C y 100 - 135°C respectivamente. La temperatura de fabricación de mezclas
WMA se encuentra en un rango entre 17 a 56°C y 30 - 50°C menor que aquella
requerida para manufacturar mezclas asfálticas en caliente.(RONDÓN, 2014) Por
tal razón generan menores emisiones contaminantes durante su proceso de
fabricación y construcción en comparación con otras mezclas.
La tecnología para la fabricación de estas mezclas se puede clasificar de maneras
diferentes. Este caso da cuenta de la fabricación por temperatura. La ilustración 5
deja ver la clasificación de fabricación de las mezclas asfálticas por gradientes
térmicos que varían desde frio hasta caliente. Los rangos de temperatura van
desde 0 °C a 30 °C, es decir, que inicia a una temperatura ambiente hasta
alcanzar los 190 °C en su fabricación (RONDÓN, 2014)
Ilustración 6. Tecnologías y ventajas medio-ambientales para la producción de Mezclas Asfálticas.
Fuente (RONDÓN, 2014)
Se obtiene como beneficio una considerable reducción en el consumo de energía,
este ahorro de energía se encuentra alrededor del 30 % en la reducción de
temperaturas de fabricación en planta del asfalto. Tal reducción de energía
permite reducir a su vez costos en la producción de mezclas y a su vez una
reducción monetaria en procesos de mezcla tibia, es decir, en los aditivos y
equipos modificadores.
Otro beneficio de la fabricación en las mezclas tibias es la reducción de emisiones
debido a la reducida temperatura que se utiliza al momento de fabricarse. La
producción de mezclas tibias reduce significativamente las emisiones de gas
carbónico y olores, a diferencia de las mezclas en caliente.
En la parte de su funcionamiento, las MAT se caracterizan por la reducción de la
viscosidad, lo que da como resultado el recubrimiento del agregado a una
temperatura menor a lo que inicialmente se usa para mezclas en caliente.
(Amirkhanian, 2008)
Finalmente la fabricación, colocación y compactación a temperaturas reducidas de
manera no convencional, permite tener un control más eficaz en su densidad.
Se puede generar apertura al tráfico en menor tiempo comparado con las mezclas
en caliente y obtener una baja oxidación en el ligante por gradientes térmicos.
3.4.6 Espumación
Combinación del ligante en caliente y de agua fría a presión, para la fabricación de
asfaltos espumados (también denominados asfaltos celulares). Es una tecnología
utilizada principalmente para estabilización de materiales granulares no tratados o
para la fabricación de mezclas en frio y recicladas. Consiste en adicionar agua fría
(1% a 2% del peso del asfalto) y aire a presión, en una “cámara de expansión”
(CALDERÓN, 2011), a un cemento asfáltico que se encuentra a alta temperatura
(160°C – 180°C) con el fin de espumarlo, incrementar su volumen rápidamente,
reducir viscosidad del ligante e incrementar la adherencia entre el asfalto y el
agregado pétreo ver ilustración 7 (RONDÓN, 2014).
Ilustración 7. Cámara de expansión.
Fuente (RONDÓN, 2014)
3.4.7. Aditivos
Es común que, en lugar de usar un cemento especial para atender un caso
particular, a este se le pueden cambiar algunas propiedades agregándole un
elemento llamado aditivo.
Un aditivo es un material diferente a los normales en la composición de las
mezclas, es decir, es una sustancia que se agrega inmediatamente antes,
después o durante la realización de la mezcla con el propósito de mejorar las
propiedades de la mezcla, tales como resistencia, manejabilidad, fraguado,
durabilidad, etc. En la actualidad, muchos de estos productos los hay en estado
líquido y sólido, en polvo y pasta. Aunque sus efectos están descritos por los
fabricantes, cada uno de ellos deberá verificarse cuidadosamente antes de usarse
el producto, pues sus cualidades están aún por definirse.
Entre los aditivos más comunes empleados en la actualidad podemos decir que
son las zeolitas, son aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos que al
deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros
de poro mínimos o sea de 3 a 10 amgstroms. También se dice que una zeolita es
un aluminosilicatos cuya estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes
y moléculas de agua con gran libertad de movimiento ambos que permiten el
intercambio iónico y la deshidratación reversible.
Teniendo como resultados
Fácil de usar, no necesita inversión o modificación en la planta.
Se mezcla a 130 – 140 °C de temperatura.
Reducción en la temperatura limitada.
Mejora la trabajabilidad en la mezcla.
Mejora la resistencia.
Este tipo de tecnología en las WMA utiliza los aditivos como no dependientes de
la reducción de la formación de espuma o de viscosidad para reducción de las
temperaturas de mezcla y compactación (Rubio, 2012).menciona que en que
incluyen una combinación de agentes emulsionantes, polímeros y aditivos para
mejorar el recubrimiento, mezcla de trabajabilidad, y la compactación, así como
principales promotores de la adhesión.
La cantidad de aditivos necesarios y la reducción de la temperatura alcanzada por
esta tecnología dependen del producto utilizado. Los aditivos se mezclan con
ligantes asfalticos (bituminosos), antes de la dosificación en la mezcladora de
asfalto. Aunque los aditivos químicos son más frecuentes en los EE.UU., también
se han utilizado en países europeos.
La reducción de la temperatura al adicionarle el aditivo a la mezcla oscila
aproximadamente entre los 15 a 30 °C y 50 a75 °C según (Von Devivere, 2011).
Dado que estos productos son muy recientes, deben ser estudiados en mayor
profundidad. Sin embargo, los resultados prometedores obtenidos hasta ahora
parecen indicar que son una alternativa viable en la producción de las mezclas
asfálticas para la modificación de una mezcla en caliente.
3.4.7.1. HUSIL
Por el momento se desconoce la procedencia, funciones y aprovechamientos que
pueda tener este aditivito denominado HUSIL. Únicamente se conoce su tipo de
composición, la cual presenta similitudes con las zeolitas. Esta información es
suministrada por el grupo de investigación TOPOVIAL de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas.
3.4.8. Ensayo Marshall
La norma INV. E-748 del INVIAS describe el procedimiento que se debe seguir
para la determinación de la resistencia a la deformación plástica de briquetas
de mezclas asfálticas para pavimentación, empleando el aparato Marshall. El
procedimiento se puede emplear tanto para el proyecto de mezclas en él
laboratorio como para el control en obra de las mismas. El método es
aplicable a mezclas elaboradas con cemento asfáltico y agregados pétreos
con tamaño máximo menor o igual a 25.4 mm (1”) (INVIAS, 2013).
El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de101.6
mm (4") de diámetro y 63.5mm (2½") de altura, preparadas como se describe
en esta norma, rompiéndolas posteriormente en la prensa Marshall y
determinando su estabil idad y deformación. Si se desean conocer los
porcentajes de vacíos de las mezclas así fabricadas, se determinarán
previamente las gravedades específicas de los materiales empleados y de las
briquetas compactadas, antes del ensayo de rotura, de acuerdo con las
normas correspondientes.
El procedimiento se inicia con la preparación de las briquetas para el ensayo,
para lo cual los materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones
de granulometría y demás, fi jadas para el proyecto. Además, se deberá
determinar previamente la gravedad específica Bulk de los agregados, así
como la gravedad específica del asfalto, y se deberá efectuar un análisis de
Densidad- Vacíos de las probetas compactadas.
Para determinar el contenido óptimo de asfalto para una gradación de
agregados dada o preparada, se deberá elaborar una serie de probetas con
distintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar el diferente
valor es obtenido después de ser ensayadas, permitan determinar ese valor
"óptimo".
3.4.8.1. Equipo utilizado
Para realizar el ensayo Marshall se utilizaron los siguientes equipos y materiales.
Un dispositivo que permita moldear las probetas, consistente en un molde
cilíndrico de diámetro interior de 4” y una altura de 3”, con collar de extensión y
una base plana. Un extractor de probetas, martillo de compactación, pedestal de
compactación, sujetador para molde, mordazas y medidor de deformación, prensa,
medidor de estabilidad, horno, tanque para agua, tamices, termómetros blindados,
balanza, guantes, bandejas metálicas y espátulas.
3.4.8.2. Pruebas realizadas a las mezclas compactadas
Con el fin de conocer las propiedades volumétricas y mecánicas de una mezcla
por el método Marshall se realizan tres pruebas, determinación de la gravedad
específica, estabilidad- flujo y análisis de densidad de vacíos.
3.4.8.2.1. Determinación de la gravedad específica Bulk
Para determinar la gravedad específica Bulk de las probetas se siguieron los parámetros establecidos en la norma INVIAS E-707-07. Se informó el peso de cada probeta por separado al aire (A), se sumergió cada probeta en un baño de
agua a una temperatura de 25°C y se informó su masa bajo agua (C). Rápidamente se secó con un trapo húmedo y se pesó al aire reportando el valor obtenido (B). Para el cálculo de gravedad específica de cada espécimen se utilizó la ecuación 1.
Ecuación 1. Gravedad específica bulk.
𝑮𝑺=
𝑨𝑩−𝑪
Fuente: NORMA INVIAS E-733-07
Dado que la gravedad específica es adimensional, es necesario expresarla en
valores de densidad. Para este fin se multiplica el valor de densidad del agua por
la gravedad específica Bulk obtenida.
3.4.8.2.2. Prueba estabilidad- flujo
Cada una de las probetas a las cuales se les aplico esta prueba fue sumergida en
un baño de agua durante 30 minutos, manteniendo una temperatura de 60°C.
Previamente a retirar las probetas se alisto el equipo, manteniendo las mordazas a
una temperatura entre 21.1°C y 37.8°C para no afectar la muestra. Una vez listo el
equipo se retira y centra la probeta en la mordaza inferior, se ajusta la mordaza
superior y se centra debidamente en el aparato de carga.
Se aplica la carga sobre la probeta con la prensa manteniendo una deformación
constante de 50.8 mm (2”) por minuto, hasta que falle el espécimen. Se anota el
valor máximo de carga registrado en la máquina. El valor total en Newtons (Kgf)
necesario para generar la falla de la muestra se registra como estabilidad. El valor
a registrar de flujo, es el observado al alcanzar la carga máxima y se expresa en
mm.
3.4.8.2.3. Análisis de densidad de vacíos
A cada una de las briquetas se le realizó un análisis de sus propiedades
volumétricas mediante el procedimiento contemplado en la norma INV-E 799-072
que se describe a continuación:
En primer lugar se determina el porcentaje de ligante asfáltico y de agregado
pétreo respecto al peso total de la mezcla. Pb y Ps, respectivamente.
Una vez establecidos estos valores se separa el agregado grueso (retenido en
el tamiz de 4.75 mm) del agregado fino y la fracción de llenante mineral (pasa
2 Norma del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) para el análisis volumétrico de
mezclas asfálticas compactadas en caliente.
tamiz de 75 µm), a continuación se calcula el porcentaje de cada fracción
respecto al peso total del agregado y se reporta como P1, P2 y P3,
respectivamente.
Posteriormente, se determina la gravedad específica del ligante asfáltico
(norma INV E –707); del agregado grueso (norma INV E – 223); del agregado
fino (norma INV E – 222) y del llenante mineral (norma INV E – 128). (Gb, G1,
G2 y G3, respectivamente).
Se calcula la gravedad específica Bulk, Gsb, del agregado combinado
recuperado de la briqueta mediante la ecuación 2.
Ecuación 2 Gravedad específica bulk.
𝑮𝒔𝒃 =
𝒑𝟏+𝒑𝟐+𝒑𝟑𝒑𝟏𝑮𝟏
+𝑷𝟐𝑮𝟐
+𝑷𝟑𝑮𝟑
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se determina la gravedad específica máxima teórica de la briqueta compactada,
previa disgregación del espécimen (norma INV E – 735), y se reporta como
Gmm.
Se determina la gravedad específica Bulk del espécimen compactado (norma
INV E– 733) y se reporta como Gmb.
Se calcula la gravedad específica efectiva del agregado, Gse, mediante la
ecuación 3. Ecuación 3 Gravedad especifica del agregado (Gse).
𝑮𝒔𝒆 =
𝟏𝟎𝟎−𝑷𝒃𝟏𝟎𝟎
𝑮𝒎𝒎−
𝑷𝒃𝑮𝒃
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se calcula el asfalto absorbido, Pba, como porcentaje del peso de agregado,
mediante la ecuación 4. Ecuación 4 Asfalto absorbido (Pba)
𝑷𝒃𝒂 =
𝑮𝒃(𝑮𝒔𝒆−𝑮𝒔𝒃)𝑮𝒔𝒃𝑮𝒔𝒆
×𝟏𝟎𝟎
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se calcula el contenido de asfalto efectivo, Pbe, como porcentaje del peso de la
MAC, mediante la ecuación 5.
Ecuación 5 Contenido de asfalto efectivo.
𝑷𝒃𝒆= 𝑷𝒃−
𝑷𝒃𝒂𝑷𝒔𝑮𝒔𝒃
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se calcula el porcentaje de vacíos entre las partículas del agregado mineral
(VAM), mediante la ecuación 6.
Ecuación 6 Porcentaje de vacíos en el agregado.
𝑽𝑨𝑴 = 𝟏𝟎𝟎 −𝑮𝒎𝑷𝒔
𝟏𝟎𝟎
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se calcula el porcentaje de vacíos de aire, Va, en la MAC compactada, mediante
la ecuación 7.
Ecuación 7 Porcentaje de vacíos de aire.
𝑽𝒂 =𝑮𝒎𝒎 − 𝑮𝒎𝒃
𝑮𝒎𝒎× 𝟏𝟎𝟎
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Se calcula el porcentaje de vacíos llenos de ligante asfáltico (VFA) como una
porción de los vacíos en el agregado mineral, mediante la ecuación 8.
Ecuación 8 Porcentaje de vacíos llenos de ligante asfáltico.
𝑽𝑭𝑨 = 𝑽𝑨𝑴 − 𝑽𝒂
𝑽𝑨𝑴 × 𝟏𝟎𝟎
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Finalmente se calcula la relación de polvo, relación entre el llenante y el asfalto
efectivo, mediante la ecuación 9.
Ecuación 9. Relación de polvo.
𝑹. 𝑷. =𝑷𝟎.𝟎𝟕𝟓
𝑷𝒃𝒆
Fuente: Especificación para el diseño de carreteras, INVIAS 2013.
Dónde:
𝑃0,075= Porcentaje del agregado que pasa el tamiz No. 200
3.4.9. Niveles de transito según su calidad NT1, NT2 y NT3.
Según INVIAS (2013)los niveles de servicio según su calidad establecen los estándares de calidad con relación a la calidad de los materiales y de las mezclas para la construcción y rehabilitación de pavimentos, con las presentes especificaciones se establecen 3 tipos de diferentes niveles de transito:
NT1: Nivel de tránsito uno. Corresponde a vías en las que el tránsito de diseño de las obras por construir es inferior a 0.5 x 106 ejes equivalentes de 80 kN en el carril de diseño.
NT2: Nivel de tránsito dos. Corresponde a vías en las que el tránsito de diseño de las obras por construir oscila entre 0.5x106 y 5.0x106 ejes equivalentes de 80 kN en el carril de diseño.
NT3: Nivel de tránsito tres. Corresponde a vías en las que el tránsito de diseño de las obras por construir es superior a 5.0x106 ejes equivalentes de 80 kN en el carril de diseño.
4. METODOLOGIA
A continuación, de manera esquemática, en la figura se ilustra las etapas que se
tuvieron en cuenta para el posterior desarrollo del proyecto titulado “Evaluación
de la resistencia bajo carga monotónica de una mezcla asfáltica tibia
modificada con HUSIL y un desecho de polietileno de baja densidad (PEBD)”:
4.1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Se buscó información documentada que estuviera relacionada con temas como
mezclas asfálticas en calientes densas convencionales y modificadas, y mezclas
asfálticas tibias (WMA). Adicionalmente, se revisó literatura bibliográfica sobre el
comportamiento de las propiedades de estos tipos de mezclas al momento de ser
modificadas. La consulta se ejecutó teniendo como referencia documentos
técnicos provenientes de artículos de revistas indexadas, libros, publicaciones y
especificaciones; que son resultado de investigaciones de carácter científico y
técnico disponibles en físico e igualmente virtual, los cuales suministraron
confiabilidad y veracidad a la información que proporcionaban.
4.2 . CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES
4.2.1. Caracterización del agregado pétreo
El agregado pétreo utilizado para la ejecución del ensayo Marshall con mezclas
asfálticas densas en caliente tipo MDC-25 con desecho de polietileno de baja
densidad y con aditivo HUSIL, fue facilitado por Concretos Asfalticos de Colombia
S.A (CONCRESCOL S.A) y es procedente del rio Coello. Dicho agregado cumplió
con los requisitos de calidad dispuestos por el INVIAS 2013 ,( ver tabla 3).
Tabla 3. Ensayos de verificación para agregados pétreos en mezclas calientes.
CARACTERÍSTICA NORMA DE ENSAYO INV
NIVEL DE TRANSITO
NT1 NT2 NT3
Dureza, agregado grueso (0) Desgaste en la máquina de los ángeles, máximo (%) -Capa de :rodadura / intermedia / base , 500 revoluciones -Capa de :rodadura / intermedia / base , 100 revoluciones
E -218
25/35/- 5/7/-
25/35/35
5/7/7
25/35/35
5/7/7
Degradación por abrasión en el equipo Micro-Deval, máximo (%) -Capa de: rodadura / intermedia / base
E-238
25/30/30
20/25/25
Resistencia mecánica por el método del 10% de finos, capa de : rodadura/ intermedia/ base -valor en seco ,mínimo (kN) -Relación húmedo /seco, mínima (%)
E-224
110/90/75 75/75/75
Coeficiente de pulimiento acelerado para rodadura, mínimo E-232 0.45 0.45 0.45
Durabilidad(0)
Perdidas en ensayo de solidez en sulfato de magnesio, agregado fino y grueso, máximo (%)
E-220 18 18 18
Limpieza, agregado grueso (F)
Impurezas en agregado grueso, máximo (%) E-237 0.5 0.5 0.5
Limpieza, gradación combinada (F)
Índice de plasticidad, máximo (%) E-125 y E-126 NP NP NP
Equivalente de arena, mínimo (%) (nota1) E-133 50 50 50 valor de azul de metileno, máximo (nota 1) E-235 10 10 10
Geometría de las partículas, agregado grueso (F)
Partículas planas y alargadas, relación 5:1, máximo (%) E-240 10 10 10
Caras fracturadas mínimo (%) -Una cara: rodadura / intermedia / base -Dos caras :rodadura / intermedia / base
E-227 75/60/-
-/-/- 75/75/60
60/-/- 85/75/60
70/-/-
Geometría de las partículas, agregado fino (F)
Angularidad de la fracción fina, método A, mínimo (%) -Capa de: rodadura / intermedia / base
E-239 40/35/- 45/40/35 45/40/35
Fuente (INVIAS, INSTITUTO NACIONAL DE VIAS, 2013)
Para el desarrollo del trabajo de grado se utilizó la granulometría de una mezclas
asfáltica tipo MDC-25 del Instituto Nacional de Vías - INVIAS (2013, ver tabla 4).
Tabla 4. Granulometría del agregado pétreo según la mezcla de diseño.
TIPO DE MEZCLA
TAMIZ(mm/U.S.Standard)
37.5 25.0 19.0 12.5 9.5 4.75 2.00 0.425 0.180 0.075
1(1/2)" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N°4 N°10 N°40 N°80 N°200
%PASA
DENSA
MDC-25 100 80-95 67-85 60-77 43-59 29-45 14-25 8 --17 4—8
MDC-19 100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8—17 4—8
MDC-10 100 65-87 43-61 16-29 9—19 5—10
Fuente (INVIAS, INSTITUTO NACIONAL DE VIAS, 2013).
Ilustración 8. Clasificación de los agregados. Ilustración 9. Distribución de los agregados.
Fuente: elaboración propia Fuente: elaboración propia
4.2.2. Caracterización del cemento asfáltico
El cemento asfaltico tipo CA 60-70 fue utilizado para el desarrollo del proyecto, ya
que es el que más se emplea para la fabricación de mezclas asfálticas del tipo
denso y en caliente en Colombia. El asfalto proviene de la refinería de
ECOPETROL en Barrancabermeja. Sobre el CA se ejecutaron los ensayos de
laboratorio que se presentan en la tabla 5.
Tabla 5. Características generales del cemento asfaltico 60-70.
Fuente Manual INVIAS (2013).
Ilustración 10. Agregados con CA.
Fuente: elaboración propia
4.2.3. Caracterización del aditivo
El material que se usó fue el ya mencionado desecho de polietileno de baja
densidad (PEBD); el cual se puede conseguir en restaurantes, cafeterías y
establecimientos públicos donde las personas necesiten mezclar sus bebidas
calientes (ver ilustración 11). Sobre el aditivo se ejecutó el ensayo de gravedad
específica.
Ilustración 11. Pitillos reciclados de PEBD.
Fuente: elaboración propia
4.2.4. Caracterización del asfalto modificado
Con el fin de evaluar las propiedades del asfalto modificado, se agregó el aditivo
(desecho de PEBD) por vía húmeda en porcentajes de 5% y 7.5% con respecto a
la masa del asfalto a una temperatura de 150° C y tiempo de mezcla de 20
minutos. Estos porcentajes, tiempo y temperatura de mezclado fueron
suministrados por el grupo de investigación TOPOVIAL. Sobre los asfaltos
modificados se ejecutaron los ensayos de gravedad específica, penetración y
punto de ablandamiento.
4.3. DISEÑO DE MUESTRA DE CONTROL
4.3.1. Mezcla convencional MDC-25
Para el diseño de la mezcla de referencia tipo MDC-25 (determinación del
contenido óptimo de asfalto) se realizaron ensayos sobre cinco briquetas,
compactadas a 75 golpes por cara, para cada porcentaje de asfalto de 4.5%,
5.0%, 5.5% y 6.0% (total de briquetas: 20), con el fin de realizar el diseño Marshall
(INV. E-748-13) a una temperatura de compactación (TC) de 140 °C y a una
temperatura de mezclado (TM) de 150°C. Estos valores de mezcla y compactación
fueron tomados en base a la especificación ASTM D6925, la cual sugiere que la
viscosidad requerida para lograr las temperaturas de fabricación y de
compactación de mezclas asfálticas en caliente del tipo denso son de 85±15 SSF
(170 cP) y 140±15 SSF (280 cP) respectivamente; puesto que valores más altos
darían como resultado que el asfalto se envejezca y dificulte su proceso de
fabricación.
Ilustración 12. Mezclado de Agregados con CA. Ilustración 13. Molde Compactador.
Fuente: elaboración propia Fuente: elaboración propia
Ilustración 14. Proceso de compactación a 75 golpes. Ilustración 15. Briqueta Marshall.
Fuente: elaboración propia Fuente: elaboración propia
4.3.2. Contenido óptimo
El contenido óptimo de cemento asfáltico logrado es del 5.5% dado que, fue éste
el que presentó un valor mayor de relación estabilidad-flujo (entiéndase esta
relación como rigidez Marshall; que es un indicador indirecto que nos evidencia la
máxima resistencia mecánica bajo carga monotónica que puede soportar una
mezcla asfáltica), con respecto a los otros porcentajes utilizados (4.5, 5.0 y 6.0).
En la tabla 6 se muestra la distribución granulométrica que se obtuvo para dicho
porcentaje. Este contenido de asfalto se logró con base principalmente en los
criterios establecidos en la especificación INVIAS 2013 (ver tabla 7). La gravedad
específica de Bulk y el contenido de vacíos de las mezclas fueron medidos con
base en la especificación de ensayo ASTM D2726.
Tabla 6. Distribución de los agregados y CA.
Fuente: elaboración propia
TAMIZ Tamiz (mm) % PASA % RETENIDO 5,5% de CA
1" 25.00 100 0 0
3/4" 19.00 87.50 12.5 141.8
1/2" 12.50 76.00 11.5 130.4
3/8" 9.50 68.50 7.5 85.1
4 4.75 51.00 17.5 198.5
10 2.00 37.00 14.0 158.8
40 0.43 19.50 17.5 198.5
80 0.18 12.50 7.0 79.4
200 0.075 6.00 6.5 73.7
FONDO 0.00 6.0 68.0
100.0 1134.0
Asfalto 66.0
MEZCLA TIPO MDC-25 Central
Tabla 7. Especificaciones Marshall de una mezcla densa en caliente.
Fuente: (INVIAS, INSTITUTO NACIONAL DE VIAS, 2013)
4.3.3. Ensayos Marshall sobre mezcla asfáltica modificada con PEBD
Una vez obtenido el porcentaje óptimo de asfalto, se procedió a adicionar el
desecho de PEBD en porcentajes de PEBD/CA=5% y 7.5% con respecto a la
masa del asfalto por vía húmeda. Con el asfalto ya modificado, se continuó a
fabricar un total de 15 briquetas (5 briquetas fabricadas con el contenido óptimo de
asfalto x 3 contenidos de PEBD/CA). Sobre estas briquetas de mezcla asfáltica
modificada se ejecutó el ensayo Marshall (INV. E-748-13). Las temperaturas de
mezcla y compactación de las briquetas en esta fase fueron las mismas de las
briquetas sin modificar con el fin de compararlas con la mezcla de referencia.
Una vez se ejecutó la fase anterior, se fabricaron otras briquetas Marshall
empleando el aditivo que espuma el asfalto (denominado HUSIL por el grupo de
investigación de Pavimentos) en una relación de CA/HUSIL=1% con respecto a la
masa del asfalto. El aditivo se mezcló por vía seca sobre briquetas fabricadas con
PEBD/CA= 0.5% y 7.5% y temperaturas de mezcla de 150, 130, 120° C. En total
para esta fase del proyecto se fabricaron 60 briquetas y se ejecutaron 60 ensayos
Marshall (5 briquetas x 4 contenidos de PEBD/CA x 3 temperaturas de mezcla). A
cada una de las briquetas se le realizaron los ensayos de gravedad específica,
NT1 NT2 NT3
E - 748 50 75 75 75
E - 748 500 750 900 1500
E - 748 2 - 4. 2 - 4. 2 - 35. 3 - 14.
RODADURA 2 - 4. 5 - 9. 4 - 6. -
INTERMEDIA 4 - 8. 4 - 8. 4 - 7. 4 - 6.
BASE - 5 - 9. 5 - 8. -
MEZCLA 0 ≥13 ≥13 ≥13 -
MEZCLA 1 ≥14 ≥14 ≥14 ≥14
MEZCLA 2 ≥15 ≥15 ≥15 -
MEZCLA 3 ≥16 ≥16 ≥16 -
E - 799 1,2 - 1,4
E - 745
0,8 - 1,2
63 - 75
VALOR CRÍTICO
CATEGORÍA TRÁNSITO
MEZCLAS DENSAS MEZCLA DE
ALTO
MODULO
E - 736, E - 799
E - 799
E - 799 65 - 80. 65 - 78. -
VACÍOS CON AIRE (%)
VACÍOS EN AGREGADOS MINERALES (%)
% VACÍOS DE ASFALTO (VOLUMEN DE ASFALTO
EFECTIVO/VACÍOS EN LOS AGREGADOS
MINERALES)*100 - CAPAS DE RODADURA E
INTERMEDIA
RELACIÓN LLENANTE / ASFALTO AFECTIVO, EN PESO
CONCENTRACIÓN DE LLENANTE, VALOR MÁXIMO
COMPACTACIÓN (GOLPES POR CARA)
ESTABILIDAD MÍNIMA (kg)
FLUJO
ENSAYO
NORMA INVCARACTERÍSTICAS
análisis de densidad de vacíos con el fin de conocer su composición volumétrica y
posteriormente puestas a fallar en la prensa Marshall.
Ilustración 16. PEBD con mezcla asfáltica. Ilustración 17. Análisis de densidad.
Fuente: elaboración propia
Fuente: elaboración propia
Ilustración 18. Prensa Marshall.
Fuente: elaboración propia
4.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Una vez terminados en total los 80 ensayos sobre las briquetas con la mezcla
convencional y la mezcla modificada con el desecho de polietileno. Se procedió a
realizar los análisis de resultados basándonos en la información obtenida
mediante la caracterización de los materiales y los ensayos Marshall; aquí se
estudió la conducta y los cambios en las propiedades que tuvo la mezcla en las
distintas fases del proyecto dándole prioridad a los factores como temperatura,
relación de vacíos y densidad todo con el fin de llegar a la conclusión final de si el
aditivo aumentó o decreció las características físicas y químicas de la MDC-25.
A continuación, se enseña el resumen de los ensayos a los cuales fueron sujetos
los agregados pétreos, la mezcla asfáltica MDC-25 y sus respectivas briquetas.
Los agregados pétreos fueron determinados en el laboratorio mediante la
realización de diversos ensayos sometido a la normativa INVIAS del 2013, con
el objetivo de observar si cumplía con los patrones requeridos (ver tabla 7) para
que de esta manera puedan ser empleados en el avance del proyecto. En la
tabla 8 se percibe que el agregado pétreo satisface con las condiciones mínimas
de calidad que requiere la calificación INVIAS (2013) para la elaboración de
mezclas asfálticas.
Tabla 8. Resultado de los ensayos a los agregados pétreos.
ENSAYO MÉTODO RESULTADO
Peso específico (grueso y fino) ASTM D 854-00 2,62
Equivalente de arena ASTM D 2419-95 76 %
Caras facturadas ASTM D 5821-01 87 %
Limite liquido ASTM D 4318-00 0 %
Índice plasticidad ASTM D 4318-00 0 %
Índice de alargamiento NLT 354-91 9,50 %
Índice de aplanamiento NLT 354-91 9,50 %
Ataque en sulfato de sodio ASTM C 88-99 a 12,90 %
Microdeval ASTM D 69 28-03 22,30 %
10 % de finos (relación húmedo seco) DNER-ME 096-98 83 %
Resistencia al desgaste ASTM C 131-01 24,60 %
Máquina de los ángeles
Fuente: elaboración propia
4.4.1. Resultados cemento asfaltico.
En la caracterización del cemento asfaltico (CA) empleado en el progreso del
presente estudio se ejecutaron diversos pruebas las cuales son requeridas en las
distinciones de la normativa INVIAS 2013, permitiendo revisar el cumplimiento de
los estándares de calidad requeridos en la norma, Las soluciones comprendidas
se mostraran en la tabla 9. En esta tabla se percibe que el que el cemento
asfaltico (CA) satisface con las condiciones mínimas de calidad que requiere la
calificación INVIAS (2013) para la elaboración de mezclas asfálticas.
Tabla 9. Características del CA 60-70.
Ensayo Método Unidad CA 60-
70
Ensayos sobre el cemento asfaltico (CA) original.
Penetración (25ᵒ C,100 g, 5 s) ASTM D-5 0.1 mm 65
Índice de penetración NLT 181/81 - -0,7
Punto de ablandamiento ASTM D-36-
95 ᵒ C 52,5
Viscosidad absoluta (60ᵒ C) ASTM D-4402 Poises 1750
Gravedad especifica AASHTO T -
228-04 - 1,016
Viscosidad a 135ᵒ C ASTM T-316 Pa-s 0,36
Ductilidad (25ᵒ C, 5cm/min) ASTM D-113 Cm >105
Solubilidad en tricloroetileno ASTM D-2042 % >99
Ensayo sobre el residuo del cemento asfaltico CA luego del RTFOT
Pérdida de masa ASTM D-2872 % 0,47
Penetración (25ᵒ C, 100 g, 5 s), en porcentaje de la penetración original.
ASTM D-5
% 72
Fuente: elaboración propia
4.4.2. Porcentaje óptimo de asfalto seleccionado
El porcentaje óptimo de asfalto seleccionado, fue del 5.5 %. El anterior porcentaje
indicado satisface con los requisitos de la norma INVIAS (2013) para el diseño de
las mezcla asfálticas en caliente (ver tabla 7). La compilación de los datos
concernientes a la selección del porcentaje de asfalto anteriormente indicado se
describe en la tabla 10. Los cálculos completos del porcentaje óptimo de asfalto se
pueden consultar en el anexo.
Tabla 10. Valores arrojados por el porcentaje óptimo.
% optimo
Estabilidad (Kg)
E/F(kg/mm) Flujo (mm)
Densidad Bulk
(g/cm3)
Vacíos (%)
Vacíos en AP
(%)
5,5 1153,04 302,64 3,81 2,285 3,55 15,97
Fuente: elaboración propia
4.4.3. Mezcla convencional MDC-25
La compilación de las soluciones alcanzadas luego de llevar acabo los ensayos de
estabilidad-flujo y vacíos se presentan en la tabla 11.
Tabla 11.Resultados de ensayos para medir la estabilidad-flujo.
Ca (%)
Estabilidad (kg)
E/F (kg/mm)
Flujo (mm)
Densidad Bulk (g/cm3)
Vacíos (%)
Vacíos en AP (%)
4.5 1030,63 285,88 3,61 2,255 6,20 16,22
5.0 1204,38 320,43 3,76 2,290 4,04 15,36
5.5 1153,04 302,64 3,81 2,285 3,55 15,97
6.0 1124,59 273,29 4,11 2,285 2,88 16,42
Fuente: elaboración propia
4.4.4. Análisis de vacíos mezcla convencional MDC-25
En consecuencia los resultados aprehendidos posteriormente de la realización de
los ensayos de gravedad específica, estabilidad-flujo y densidad de vacíos,
posibilitan desarrollar la representación esquemática de cada uno de los valores
resultantes.
Ilustración 19. Comportamiento vacíos con aire vs cemento asfaltico.
0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,005,506,00
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 6,0
VA
CIO
S A
IRE
(%)
CA (%)
Fuente: elaboración propia
La grafica (Ilustración 19) explica el comportamiento de los vacíos con aire en
relación a cada porcentaje de cemento asfaltico que se utilizó. Se puede
contemplar que al incrementar el porcentaje de cemento asfaltico en la mezcla,
ésta exhibe un mínimo de vacíos con aire.
Ilustración 20. Comportamiento vacíos en agregados pétreos vs cemento asfaltico.
Fuente: elaboración propia
La grafica (Ilustración 20) explica la conducta en los vacíos del agregado pétreo en
relación a cada porcentaje de cemento asfaltico (CA) que se utilizó. Se puede
contemplar que en el transcurso de 4,5% y 5,0% los valores de vacíos en el
agregado pétreo empiezan a aumentar, en el momento en que llega al 5,0% de
cemento asfaltico, los valores de los vacíos tienden a incrementar mucho más
hasta llegar al 6,0% (valor máximo de cemento asfaltico empleado).
13,00
13,50
14,00
14,50
15,00
15,50
16,00
16,50
17,00
17,50
4,5 5,0 5,5 6,0
VA
CIO
S EN
AP
(%
)
CA (%)
Ilustración 21. Comportamiento estabilidad vs cemento asfaltico.
Fuente: elaboración propia
La grafica (Ilustración 21) explica la conducta de la estabilidad con respecto a
cada porcentaje de cemento asfaltico (CA) que se empleó. Se puede observar
que entre el intervalo 4.5% y 5.0% la estabilidad tiende a aumentar, entre el
intervalo 5.0 % hasta al 5.5 % llega a su punto máximo, sin embargo desde el 5.5
% de cemento asfaltico hasta el rango 6.0% este tiende a decrecer.
Ilustración 22. Comportamiento flujo vs cemento asfaltico.
Fuente: elaboración propia
La grafica (Ilustración 22) explica la conducta del flujo con respecto a cada
porcentaje de cemento asfaltico que se empleó. En los intervalos 4.5 % hasta el
1000,00
1050,00
1100,00
1150,00
1200,00
1250,00
1300,00
1350,00
4,5 5,0 5,5 6,0
ESTA
BIL
IDA
D
CA(%)
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
4,5 5,0 5,5 6,0
flu
jo( m
m)
CA (%)
5.5 % de cemento asfaltico se puede observar que son estables, en cambio
desde el intervalo 5.5% hasta el 6.0% aumenta en mezcla asfáltica y los valores
de flujo también tienden a incrementar.
Ilustración 23. Comportamiento relación Estabilidad/flujo vs cemento asfaltico.
Fuente: elaboración propia
La grafica (Ilustración 23) explica la conducta de la rigidez bajo carga monotónica
(relación estabilidad/flujo) con respecto a cada porcentaje de cemento asfaltico
que se empleó. A medida que aumenta el porcentaje de cemento asfaltico entre el
intervalo 4.5% y 5.0% presenta un ligero incremento, al pasar por 5.0% tiende a
decrecer siendo de esta manera menor su rigidez.
Ilustración 24. Comportamiento relación Estabilidad/flujo vs cemento asfaltico.
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
4,5 5,0 5,5 6,0
E/F
(Kg/
mm
)
CA (%)
La grafica (Ilustración 24) explica la conducta de la densidad Bulk frente a cada
porcentaje de cemento asfaltico que se empleó. A medida que aumenta el
porcentaje de cemento asfaltico en los intervalos 4.5% al 5.0 % tiende a disminuir
en la densidad con respecto en la mezcla, mientras en los intervalos 5.5 % hasta
el intervalo 6.0% la densidad tiende a comportarse estable.
4.4.5. Análisis de vacíos mezcla de diseño con PEBD y aditivo HUSIL
Posteriormente, logrando llegar a la mezcla de diseño con el porcentaje de asfalto
optimo; y habiendo cumplido con los requerimientos de calidad del INVIAS 2013.
Se procedió a adicionar el desecho de polietileno de baja densidad en relaciones
de 5% y 7.5%. Los resultados obtenidos se presentarán a continuación.
Ilustración 25. Comportamiento vacíos con aire vs temperatura de mezcla.
Fuente: elaboración propia
2,200
2,210
2,220
2,230
2,240
2,250
2,260
2,270
2,280
4,5 5,0 5,5 6,0
De
nsi
dad
Bu
lk g
/cm
3
CA (%)
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
120,0 130,0 140,0 150,0
% V
AC
IOS
TM
5% - SIN ADITIVO
7.5% - SIN ADITIVO
5% - CON ADITIVO
7.5% - CON ADITIVO
DISEÑO
MEZCLA DE DISEÑO PEBD/CA=0,HUSIL/CA=0, CA=5.5%
La gráfica (Ilustración 25) denota el comportamiento de la relación de vacíos de la
mezcla adicionándole PEBD/CA en porcentajes de 0, 5 y 7.5 con HUSIL/CA=0 Y
1%. Donde se evidencia que en cualquiera de los cuatro casos presentados (5%
PEBD-sin aditivo HUSIL, 7.5% PEBD-sin aditivo HUSIL, 5% PEBD-con aditivo
HUSIL y 7.5% PEBD-con aditivo HUSIL); al aumentar la temperatura de mezclado,
disminuye los vacíos de aire en la mezcla en un 23.08% aproximadamente. Al ver
detalladamente la gráfica se observa, que el aditivo HUSIL facilita el mezclado
entre el asfalto y el desecho de polietileno, haciendo que se presente una menor
relación de vacíos con igual temperatura de mezclado, ya que la mezcla asfáltica
se vuelve menos viscosa. Inclusive, los datos muestran que con el 5% de PEBD
con aditivo se llega a valores de vacíos muy cercados al de la mezcla de diseño.
Lo anterior nos deja en evidencia que entre menos desecho de polietileno
agreguemos al asfalto y con aditivo HUSIL, la mezcla es menos porosa; por tanto
aumenta la densidad.
Ilustración 26. Comportamiento vacíos en agregados pétreos vs temperatura de mezcla.
Fuente: elaboración propia
La gráfica (Ilustración 26) muestra en resumen; el comportamiento de vacíos en
los agregados pétreos de la mezcla modificándola con PEBD y con HUSIL. Donde
se observa que la conducta es similar a la relación de vacíos de la mezcla
analizados anteriormente en la Ilustración 25. La diferencia radica en que los
agregados pétreos arrojan valores muy altos de vacíos con aire pero con la
particularidad que con el mismo porcentaje, 5% de desecho de polietileno
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
21,00
120,0 130,0 140,0 150,0
% V
AC
IOS
AP
TM
5% - SIN ADITIVO
7.5% - SIN ADITIVO
5% - CON ADITIVO
7.5% - CON ADITIVO
DISEÑO
adicionado con HUSIL, se logra una cantidad de vacíos AP por debajo de la
mezcla de diseño; sin embargo, al encontrarse este comportamiento entre el rango
de 18% a 16% de vacíos, cumple con las especificaciones de calidad dadas por el
INVIAS 2013.
Ilustración 27. Comportamiento densidad de Bulk vs temperatura de mezcla.
.
Fuente: elaboración propia
La gráfica (Ilustración 27), describe el comportamiento de la densidad de las
mezclas frente al incremento de la temperatura. A medida que disminuye el
porcentaje de PEBD y agregando a la mezcla el aditivo HUSIL, los valores de
densidad son cada vez mayores. Encontrándose las cifras más altas de
densidades; inclusive, muy cercanas a las arrojadas por la mezcla de diseño, al
utilizar el 5% de desecho de polietileno de baja densidad y con la relación de
CA/HUSIL de 1% de aditivo.
4.4.6. Análisis estabilidad-flujo (kg/mm) mezcla de diseño con PEBD y
aditivo HUSIL
2,100
2,150
2,200
2,250
2,300
2,350
2,400
120,0 130,0 140,0 150,0
DEN
SID
AD
g/c
m3
TM
5% - SIN ADITIVO
7.5% - SIN ADITIVO
5% - CON ADITIVO
7.5% - CON ADITIVO
DISEÑO
En la tabla 12 se presentan los valores de la relación estabilidad-flujo (E/F) para la
mezcla modificada con PEBD en porcentajes de 5% y 7.5% y agregando el aditivo
HUSIL. Estos valores son representados en la ilustración 28.
Tabla 12. Resumen de ensayos estabilidad-flujo con PEBD y aditivo HUSIL.
ESTABILIDAD-FLUJO (E/F)
TEMPERATURA °C Incremento en % 120 130 150
PEBD 5% SIN ADITIVO
347.66 392.36 415.43 19.49
PEBD 7.5% SIN ADITIVO
355.93 392.74 434.22 21.99
PEBD 5% CON ADITIVO
387.18 420.34 463.32 19.66
PEBD 7.5% CON ADITIVO
432.63 455.20 523.72 21.05
Fuente: elaboración propia
Ilustración 28. Comportamiento Estabilidad/Flujo vs temperatura de mezcla.
Fuente: elaboración propia
En la gráfica (Ilustración 28) se evidencia que la mayor resistencia bajo carga
monotónica y rigidez se presenta cuando a la mezcla se le agrega el 7.5% de
desecho de polietileno (PEBD) y se le adiciona el HUSIL en relación CA/HUSIL
del 1%, donde éste mostro una conducta de aumento en la resistencia del 52.16%
con respecto a la de diseño a una temperatura de 150°C. También se puede
observar que desde el momento en que se adiciona el desecho de polietileno, se
aumenta la rigidez; aun más que la mezcla de diseño, pero a menor temperatura
de compactación (120°C). Logrando así una mezcla más porosa que la de diseño,
más resistente a deformaciones y ahuellamiento que contamina menos el medio
ambiente durante su proceso de fabricación.
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
550,00
120,0 130,0 140,0 150,0
E/F
TM
5% - SIN ADITIVO
7.5% - SIN ADITIVO
5% - CON ADITIVO
7.5% - CON ADITIVO
DISEÑO
4.5. CONCLUSIONES
Los resultados que se obtuvieron fueron satisfactorios ya que tras realizar los
ensayos de laboratorio aplicando los ensayos del diseño Marshall de la mezcla
convencional MDC-25, se identificó que el porcentaje óptimo de asfalto a utilizar
es de 5,5%. Dicho porcentaje, satisface los requerimientos de estabilidad, flujo, %
de vacíos llenos de aire, % de vacíos en el agregado y densidad contenidos en las
especificaciones del INVIAS del año 2013.
Los ensayos que se realizaron en el laboratorio arrojaron datos que
posteriormente se analizaron obteniendo las gráficas para estudiar el
comportamiento de la mezcla MDC-25 con aditivo, sin aditivo y con el desecho de
polietileno de baja densidad cada uno de estos con un porcentaje de cemento
asfaltico de 5.5%. Esto se realizó con el fin de conocer la relación de vacíos, la
densidad y la mayor resistencia bajo carga monotonica que puede tener la mezcla
MDC-25.
Los resultados que se obtuvieron de dichas graficas fueron satisfactorias ya que la
temperatura de fabricación fue menor a la temperatura exigida por el INVIAS 2013
ya que estas temperaturas de fabricación pueden ser hasta de 150°c lo cual son
temperaturas muy altas en comparación con las temperaturas obtenidas en
laboratorio con el desecho de polietileno (PBED) y el aditivo HUSIL, al disminuir la
temperatura de fabricación a 130°c con una relación de cemento asfaltico de 5.5%
la cantidad de vacíos de la mezcla disminuye significativamente pues esto hace
que la mezcla sea menos porosa y hace que sea más rígida , si disminuye la
temperatura se evidencia que la mezcla es más porosa por lo consiguiente menos
rígida y si se aumenta la temperatura disminuye los vacíos pero contaminaría mas
el medio ambiente y no se cumpliría con los objetivos del proyecto.
También se puede concluir que al tener un porcentaje óptimo de asfalto del 5.5%,
una relación de desecho de polietileno con respecto al cemento asfaltico
PEBD/CA= 7.5% y una relación de aditivo HUSIL/CA= 1%; se especula que la
mezcla asfáltica tendría un mejor comportamiento en climas de altas temperaturas
puesto que, al ser ésta la que presenta mayor rigidez, tiende a ser más resistente
a fatiga y al fenómeno de ahuellamiento. Caso contrario si se utilizara para zonas
donde el clima es de baja temperatura dado que, la mezcla asfáltica al ser tan
rígida, daría como resultado que el asfalto flecte menos y por ende se agriete
mucho más rápido. Se recomienda realizar ensayos de módulo dinámico,
deformación permanente y resistencia a fatiga para poder tener resultados que
apoyen esta hipótesis.
De la conclusión anterior se puede desglosar los beneficios que presenta el uso
del aditivo HUSIL en las mezclas asfálticas densas en caliente, debido a que al
emplear el desecho de polietileno de baja densidad (PEBD); éste hace que la
mezcla asfáltica se vuelva más viscosa, y por tanto más porosa, haciendo muy
difícil el proceso de mezclado con el asfalto. Al utilizar el aditivo HUSIL conlleva a
que el asfalto se espume, logrando así que la mezcla sea más maleable durante
el mezclado y que el desecho de polietileno se adhiera fácilmente a los agregados
pétreos. Los ensayos realizados a la mezcla modificada con el aditivo denotó un
aumento en la densidad de la mezcla a menores temperaturas de fabricación; esto
muestra otra ventaja del uso del HUSIL puesto que, el aditivo no afecta la
durabilidad ni el rendimiento de la mezcla asfáltica.
En Colombia se están desarrollando nuevas técnicas de fabricación en las
mezclas asfálticas y se espera que con este proyecto sea una iniciativa a futuro
para la continuación y ejecución del mismo .la elaboración de estas mezclas MDC-
25 generan un gran beneficio económico para las plantas de asfalto al calentar los
materiales a menor temperatura y se disminuye el desgaste de las plantas al
trabajar con rangos menores.
Los aspectos técnicos de la mezcla con desecho de polietileno de baja densidad
permiten facilitar el proceso constructivo de compactación y también disminuye el
impacto ambiental.
Con los resultados de laboratorio podemos afirmar que la propuesta de la
implementación de mezclas asfáltica modificadas con un desecho de polietileno
de baja densidad (PBDE) tienen un aporte importante medioambiental, buscando
concientizar a los profesionales de ingeniería, empresas, y entidades de
desarrollo, es un gran aporte esta nueva tecnología de mitigar el impacto
medioambiental, debido a la problemática de contaminación que presenta las
ciudades de Colombia , en cuanto a la fabricación de mezclas asfálticas en
caliente, y adicional a esto la contaminación que originan las industrias no
controladas las emisiones, los vehículos automotores de servicios públicos,
particulares, vehículos pesados, entre otros.
5. RESULTADOS
Tras contar con toda la información debidamente analizada, clasificada y
organizada se adelanta la redacción del documento final correspondiente al
proyecto de investigación de manera clara, concreta y coherente; con el fin de que
el lector y/o consultante disponga de información verídica y completa sobre la
resistencia bajo carga monotonía de una mezcla asfáltica tibia MDC-25 modificada
con HUSIL y un desecho de polietileno de baja densidad (PEBD).
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