susceptibilidad al daÑo por humedad de mezclas …
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SUSCEPTIBILIDAD AL DAÑO POR HUMEDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS FINAS
CON ADICIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET).
Presentado por:
JULIÁN CAMILO ANGARITA ROJAS
ASESORA:
SILVIA CARO SPINEL, PhD
Universidad de los Andes, Colombia
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Agosto de 2020
Tabla de contenido
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 5
2. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 8
3. MATERIALES .................................................................................................................... 9
4. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 12
4.1 Diseño de las mezclas FAM ............................................................................................. 12
4.2 Fabricación de los especímenes de ensayo ....................................................................... 14
4.3 Acondicionamiento en húmedo ........................................................................................ 15
4.4 Ensayos de caracterización .......................................................................................... 16
4.4.1 Caracterización de propiedades reológicas, resistencia a la fatiga y al ahuellamiento . 16
4.4.2 Ensayos de adhesión ................................................................................................. 17
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................................................... 20
5.1 Susceptibilidad al daño por humedad de las propiedades reológicas ................................. 20
5.2 Susceptibilidad al daño por humedad en el desempeño a fatiga ........................................ 23
5.3. Susceptibilidad al daño por humedad del desempeño a deformaciones permanentes. ....... 25
5.4 Evaluación en la adhesión asfalto–agregado y asfalto-PET. .............................................. 28
6. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 33
7. BIBILIOGRAFÍA .............................................................................................................. 34
8. ANEXOS........................................................................................................................... 36
Lista de figuras
Figura 1. Plástico PET ................................................................................................................. 9 Figura 2. Especimen compactado de mezcla FAM ..................................................................... 14
Figura 3. a) Zonas de extracción de los núcleos, y b) especímenes de ensayo FAM ................... 15 Figura 4. Especímenes a ensayar. ............................................................................................... 15
Figura 5. Especimen de FAM en el reómetro de corte dinámico. ................................................ 17 Figura 6. Micrómetro utilizado para el ensayo de adhesión. ....................................................... 18
Figura 7. Montaje de adhesión sumergido en agua. .................................................................... 19 Figura 8. Curva maestra del módulo dinámico al corte para el material FAM en húmedo para
cada porcentaje de PET a una temperatura de referencia de 25°C............................................... 20 Figura 9. Impacto en la adición de PET en las propiedades viscoelásticas lineales (25°C). ......... 21
Figura 10. Impacto de la humedad en la reducción porcentual del módulo dinámico .................. 23 Figura 11. Relación de la carga aplicada y deformación. ............................................................ 25
Figura 12. Resultado del ensayo MSCR para una muestra acondicionada en húmedo con 4% de
PET. .......................................................................................................................................... 25
Figura 13. Resultados porcentaje de recuperación %R ............................................................... 27 Figura 14. creep compliance no recuperable (Jnr) ...................................................................... 28
Figura 15. Resultados de ensayos de adhesión en seco para sistemas asfalto-roca y asfalto-PET 28 Figura 16. Ejemplo de curva de carga (N) vs desplazamiento (mm) de donde es obtenido el
trabajo de fractura Wf ................................................................................................................ 30 Figura 17. Superficie de falla típica para muestras de a) Roca y b) PET con el incremento del
tiempo de acondicionamiento en agua (0, 1 y 7 días) ................................................................. 32
Lista de tablas
Tabla 1.Granulometría del material PET recibido en el laboratorio ............................................ 10 Tabla 2. Granulometría PET para la fabricación de mezclas finas tipo FAM .............................. 10
Tabla 3. Granulometría de diseño de la mezcla completa ........................................................... 10 Tabla 4. Granulometría de la mezcla asfáltica fina ..................................................................... 11
Tabla 5. Contenido de asfalto (por peso total de la mezcla) en las mezclas tipo FAM por
porcentaje de PET ..................................................................................................................... 12
Tabla 6. Gmm para diferentes porcentajes de PET. .................................................................... 13 Tabla 7. Cantidades de masa para los componentes de mezclas asfálticas tipo FAM. ................. 13 Tabla 8. Pesos de los agregados según tamaño de tamiz. ............................................................ 13
Tabla 9. Reducción del módulo (condición seca) ....................................................................... 22 Tabla 10. Reducción del módulo (condición húmeda) ................................................................ 22
Tabla 11. Resultados ensayo de fatiga para mezclas en seco ...................................................... 24 Tabla 12. Resultados ensayo de fatiga para mezclas en húmedo. ................................................ 24
Tabla 13. Resultados de %R y Jnr. (seco) ................................................................................... 26 Tabla 14. Resultados de %R y Jnr. (húmedo) .............................................................................. 26
Tabla 15. Resultados de la carga máxima de los dos sistemas adhesivos estudiados ................... 29 Tabla 16. Diferencias porcentuales entre los dos sistemas .......................................................... 29
Tabla 17. Resultados de trabajo de fractura (Wf) ....................................................................... 30 Tabla 18. Resultados del área adhesiva de falla (A%) ................................................................ 31
Tabla 19. Ajuste curva maestra mezcla de control (0% PET). .................................................... 36
Tabla 20. Ajuste curva maestra mezcla 4% PET. ....................................................................... 36 Tabla 21. Ajuste curva maestra mezcla 6% PET. ....................................................................... 37
Tabla 22. Ajuste curva maestra mezcla 10% PET. ..................................................................... 37
1. INTRODUCCIÓN
La disposición final de desechos plásticos es un tema de gran preocupación alrededor del mundo
debido a su considerable volumen y producción. Una alternativa para abatir esta problemática es
reciclar estos desechos. Esto conserva el material, la energía y proporciona una forma relativamente
simple de hacer una reducción sustancial en el volumen total de desechos sólidos (Angelone et al,
2016).
Existen diferentes tipos de plástico, uno de ellos es el PET por sus siglas en inglés “Polyethylene
Terephthalate”, usado principalmente en envases de bebidas y fibras textiles. En el campo de la
infraestructura vial se han desarrollado diferentes estudios que involucran la utilización del PET
como reemplazo de un material no plástico, evidencia de esto se ha visto en la incorporación de
PET en mezclas asfálticas. Ahmadinia et al (2011), por ejemplo, encontraron que una adición de
PET del 6% por peso de asfalto a una mezcla bituminosa en caliente tipo Stone Matrix Asphalt
(SMA), generaba un máximo nivel de estabilidad Marshall de la mezcla. En ese estudio, el PET
fue añadido a la mezcla mediante un proceso en seco (i.e., con los agregados) y en diferentes
porcentajes (2%, 4%, 6%, 8% y 10% de PET por peso de asfalto). Además, el tamaño máximo de
los trozos de plástico PET empleado en este estudio fue de 1.18mm, en promedio. Por otro lado,
Dhirar y Zaid (2014), analizaron el efecto de adicionar diferentes porcentajes de PET por peso de
asfalto (1%, 2%, 3%, 4% y 5%) a una mezcla asfáltica que fue fabricada mediante un proceso de
adición del PET por vía húmeda, en la cual se modificó el asfalto con polvo de PET (i.e., pasa
tamiz No 200), después de que éste último fue sometido a un proceso de degradación térmica
(pirolisis). Los autores encontraron que una adición (vía húmeda) del 4% de PET por peso de
asfalto incrementó la estabilidad Marshall de una mezcla asfáltica en caliente en un 36.09% con
respecto a la mezcla sin PET. Adicionalmente, este porcentaje de PET (4%) produjo una mejora
en la durabilidad y resistencia de la mezcla asfáltica al daño por humedad. Este último parámetro
fue medido mediante la retención de la resistencia a la tracción en estado húmedo y en estado seco
de la mezcla (i.e., TSR, por sus siglas en inglés “Tensile Strength Ratio”).
Sin embargo, existen otros estudios en los que se han encontrado resultados desfavorables en las
propiedades de desempeño. Un ejemplo es el estudio realizado por Almeida et al. (2018), el cual
consistió en estudiar la resistencia a la deformación permanente y a la fatiga de mezclas asfálticas
empleando 4%, 5% y 6% de PET por peso de asfalto mediante un proceso de adición del PET por
vía húmeda. Los investigadores emplearon PET micronizado, el cual se obtiene mediante una
técnica tradicional de micronización basada en fricción para reducir el tamaño de las partículas
PET a un tamaño entre 0.425 mm y 1.18 mm. Los resultados mostraron que la vida a la fatiga de
las mezclas aumentó con la adición de PET, pero, debido a una disminución en la rigidez de la
mezcla, se observó un incremento en deformaciones permanentes. Ziari et al. (2016), por su parte,
encontraron que la resistencia a deformaciones permanentes de mezclas asfálticas con PET,
modificadas por vía seca, se incrementa con la adición de este material, pero decrece con el
aumento del tamaño de las partículas del plástico.
Por otro lado, uno de los principales agentes que afectan la durabilidad de las mezclas asfálticas es
el daño por humedad, este mecanismo de daño genera degradación prematura de éstas debido a la
pérdida de adhesión entre el bitumen y la superficie del agregado o la reducción de la cohesión en
el asfalto (Kiggundu y Roberts, 1988). Es por esto que resulta primordial hacer un estudio de este
mecanismo de daño en mezclas asfálticas. En una investigación realizada por Choudhary et al.
(2018), se fabricaron mezclas asfálticas con diferentes porcentajes de PET por peso de asfalto
(2.5%, 5.0% y 7.5%), mediante un proceso de adición del PET por vía seca y dos tamaños de
partículas de PET (2.36-1.18 mm y 0.3-0.15 mm). Éstas mezclas fueron acondicionadas en agua
por medio de saturación al vacío seguido de un ciclo de congelación–descongelación. En dicho
estudio, los resultados indicaron que las mezclas modificadas con un 5.0% de PET obtuvieron
mayores valores de TSR (Tensile Strength Ratio) en comparación con la mezcla de control, para
el caso de las mezclas con partículas gruesas de PET (2.36-1.18 mm). No obstante, lo contrario
sucedió con las mezclas que tenían partículas finas de PET (0.3-0.15 mm), en las que se obtuvieron
valores de TSR menores a los obtenidos para la mezcla de control.
Estos estudios demuestran que todavía no existe claridad suficiente sobre el impacto que tiene la
adición de PET por vía seca en mezclas asfálticas. En este contexto, la presente investigación busca
cuantificar la susceptibilidad al daño por humedad de la porción fina de una mezcla asfáltica densa
en caliente de uso común en el país (i.e., MDC-19) con diferentes porcentajes de trozos de PET,
los cuales se usaron para reemplazar una porción de los agregados pétreos (0% o control, 4%, 6%
y 10% por peso de asfalto). Dicha porción fina de la mezcla, denominada FAM por sus siglas en
inglés “Fine Aggregate Matrix”, corresponde a la mezcla del ligante asfáltico y la porción de los
agregados que pasan el tamiz número 16 (i.e., tamaño 1.16 mm).
Para caracterizar el daño por humedad en mezclas asfálticas, la mayoría de los métodos de ensayo
actuales analizan el rendimiento general de la mezcla después de ser acondicionada en húmedo.
Algunos de ellos evalúan la condición final de la mezcla, mientras que otros analizan la reducción
en las propiedades mecánicas debidas al efecto por humedad (Caro, 2008). Para tal fin, las mezclas
FAM realizadas en esta investigación fueron sometidas a un proceso de acondicionamiento en
húmedo para inducir daño en ellas y posteriormente ser comparadas cuantitativamente con mezclas
FAM realizadas y ensayadas en condiciones en seco por el ingeniero Juan Gabriel Naranjo en su
trabajo de tesis de Maestría en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad
de los Andes, titulado “Impacto en la adición de tereftalato de polietileno (PET) en mezclas
asfálticas finas (FAM)”.
Las diferentes mezclas tipo FAM fueron fabricadas y ensayadas empleando la geometría para
sólidos en un reómetro (TA Instruments 2000ex). Con los ensayos de barrido de frecuencias y
temperaturas realizados para las probetas ensayadas en condición seca, se obtuvo el módulo
dinámico al corte y el ángulo de fase de las mezclas FAM acondicionadas en húmedo. Además, se
realizaron ensayos de fatiga a deformación controlada y una adaptación del ensayo Multi Stress
Creep Recovery (MSCR) para ligantes asfálticos, con el fin de determinar la susceptibilidad a la
deformación permanente de las mezclas FAM con plástico y sometidas a daño por humedad.
Luego de analizar los resultados de los ensayos de caracterización reológica, se identificó que las
probetas afectadas por daño por humedad presentaron mayores valores de módulo dinámico en
comparación con las ensayadas en seco realizados por Naranjo (2018), lo cual no corresponde con
lo esperado (i.e., reducción del módulo debido a daño por humedad). Aun no es posible establecer
una causa concreta de lo sucedido con los resultados de las probetas, no obstante, en el presente
estudio se presentan algunas hipótesis que buscan dar justificación a esta situación. Debido a esto,
no es posible comparar directamente los resultados entre las condiciones seca y húmeda, por lo que
los resultados obtenidos son analizados en este trabajo como cambios relativos entre los diferentes
tipos de mezclas (0% o control, 4%, 6% y 10% de PET por peso de asfalto), para las dos
condiciones de ensayo (seca y húmeda).
Por último, en el presente estudio se realizó un ensayo recientemente desarrollado por el grupo de
Geomateriales y Sistemas de Infraestructura (GeoSI) de la Universidad de los Andes, para
cuantificar la calidad de la adhesión que se genera entre el asfalto y el PET (i.e., sistemas asfalto-
PET) y estos resultados se compararon con los de la adhesión que se genera entre el asfalto y el
agregado (i.e., sistemas asfalto-agregado o asfalto-roca). Este análisis se realizó antes y después de
inducir daño por humedad en dichos sistemas.
Palabras clave: Tereftalato de polietileno (PET), Módulo dinámico al corte, deformación
permanente, fatiga, adhesión, FAM, daño por humedad.
2. OBJETIVOS
El objetivo principal de este trabajo es determinar el impacto del daño por humedad en las
propiedades reológicas básicas y el desempeño mecánico (fatiga y deformaciones permanentes) de
una mezcla asfáltica fina o FAM con diferentes porcentajes de plástico PET adicionados por vía
seca. Los resultados obtenidos en esta investigación fueron comparados con los obtenidos por
Naranjo (2018), donde se ensayaron los mismos tipos de mezcla en condición seca. Así mismo,
esta investigación busca estudiar la calidad y durabilidad ante los efectos adversos del agua en la
adhesión de sistemas asfalto-PET y compararlos con la adhesión de sistemas asfalto-roca.
3. MATERIALES
Las mezclas asfálticas finas empleadas en este estudio fueron fabricadas empleando agregados
pétreos provenientes de la cantera Villa Paula SAS, ubicada a las afueras de Bogotá. El asfalto
empleado es clasificado con penetración 60-70 (1/10mm), proveniente de la refinería de
Barrancabermeja y proporcionado por Humberto Quintero & CIA. Por último, el PET en trozos
fue proporcionado por Botellas PET SAS, empresa dedicada a la fabricación de artículos plásticos.
La Figura 1 ilustra el PET recibido por esta empresa, el cual fue utilizado sin ningún procesamiento
adicional en esta investigación.
Figura 1. Plástico PET
La Tabla 1 muestra la granulometría del material PET recibido en el laboratorio. En este estudio,
los trozos de PET fueron incorporados a la mezcla realizando un reemplazo por peso de los
agregados pétreos. Para determinar la granulometría de PET requerida para la fabricación de las
mezclas asfálticas finas que se estudiarán en este trabajo, se escogió el tamiz No.16 como el tamaño
máximo nominal. Es decir, se seleccionó que el 100% de las partículas de PET pasaran este tamiz,
debido a que las mezclas asfálticas contienen agregado de tamaños equivalentes. Con ello se
normalizó la granulometría para el material PET. Esto significa que se transformó la granulometría
para que el 100% de material pasara el tamiz No 16, conservando así el material fino que hará parte
de las mezclas finas tipo FAM. En la Tabla 2 se observa la granulometría del material PET
empleada para la fabricación de las mezclas FAM.
Tabla 1.Granulometría del material PET recibido en el laboratorio
Tamiz Tamaño
(mm)
Retenido
(gr)
%
Retenido
% Retenido
Acumulado
% Pasa
No. 4 5,00 7060,00 64,84% 64,84% 35,16%
No. 8 2,50 2360,00 21,67% 86,51% 13,49%
No. 10 2,00 373,15 3,43% 89,94% 10,06%
No. 16 1,18 798,15 7,33% 97,27% 2,73%
No. 20 0,85 50,15 0,46% 97,73% 2,27%
No. 40 0,425 174,15 1,60% 99,33% 0,67%
No. 80 0,18 40,15 0,37% 99,69% 0,31%
No. 200 0,075 27,15 0,25% 99,94% 0,06%
Fondo - 6,15 0,06% 100,00% 0,00%
Total 10889,05
Tabla 2. Granulometría PET para la fabricación de mezclas finas tipo FAM
Tamiz Tamaño (mm) % Retenido % Pasa
No. 16 1,18 0,00% 100,00%
No. 40 0,425 75,33% 24,67%
No. 80 0,18 13,48% 11,18%
No. 200 0,075 9,12% 2,07%
Fondo - 2,07% 0,00%
Las Tablas 3 y 4, por su parte, presentan la granulometría de diseño de la mezcla asfáltica completa
y de la mezcla asfáltica fina, respectivamente. La mezcla completa corresponde a una mezcla
MDC-19, de acuerdo con especificaciones INVIAS, la cual tiene un tamaño máximo nominal de
agregados de 12.5 mm. El diseño de la mezcla entera fue realizado mediante metodología
Superpave, dando como resultado un porcentaje óptimo de asfalto de 6.1% por peso de la mezcla
(Hernández, 2013).
Tabla 3. Granulometría de diseño de la mezcla completa
Tamiz No. Tamiz (mm)
Porcentaje
que pasa
(%)
Porcentaje
retenido
(%)
Peso (gr)
3/4" 19 100 - -
1/2" 12.5 92.5 7.5 438.75
3/8" 9.5 82 10.5 614.25
No. 4 4.75 57 25 1462.5
No. 10 2 37 20 1170
No. 16 1.18 29 7.5 438.75
No. 40 0.43 19.5 10 585
No. 80 0.18 12.5 7 409.5
No. 200 0.08 6 6.5 380.25
Fondo - - 6 351
Tabla 4. Granulometría de la mezcla asfáltica fina
Tamiz Tamaño
(mm) % retenido % que pasa
No. 16 1,18 0,0% 100%
No. 40 0,425 33,97% 66,03%
No. 80 0,18 23,70% 42,33%
No. 200 0,075 22,01% 20,32%
Fondo - 20,32% 0,0%
4. METODOLOGÍA
En esta investigación, el diseño utilizado para la fabricación las mezclas asfálticas finas de control
y con diferentes porcentajes de PET, fue el propuesto por Naranjo (2018). A continuación, se
describe el procedimiento detallado de diseño, la fabricación de los especímenes de ensayo, el
acondicionamiento en húmedo y los ensayos realizados.
4.1 Diseño de las mezclas FAM
Tal y como se observó en la Tabla 4, el tamaño del material empleado para la fabricación de una
mezcla tipo FAM es pequeño, razón por la cual el porcentaje de asfalto es mayor que en el de una
mezcla asfáltica completa. Esto se debe a que la parte fina de los agregados tiene un área específica
superficial mayor que los agregados gruesos, por lo que el área total que debe ser recubierta de
asfalto es también mayor. El diseño de la mezcla fina FAM de control correspondiente a la mezcla
completa presentada en la sección anterior, dio como resultado un porcentaje de asfalto del 11.53%
por peso total de la mezcla fina (Hernández, 2013)
No obstante, para el caso de las mezclas FAM con PET, fue necesario considerar cambios en el
contenido total de asfalto. Esto se debe a la diferencia de densidad entre los agregados y el plástico
PET, cuyos valores son aproximadamente 2,3 y 1,38 g/cm3, respectivamente, lo que genera que el
volumen de PET requerido para reemplazar un mismo porcentaje de peso de los agregados sea
mayor que el volumen correspondiente de agregados para dicho peso. Así, se estimó el asfalto
requerido para recubrir todas las superficies de los agregados finos y de los trozos de PET en sus
diferentes porcentajes de adición. La Tabla 5 muestra estos resultados, en donde se listan los
porcentajes de asfalto de diseño de las mezclas FAM de acuerdo con el porcentaje de PET
empleado.
Tabla 5. Contenido de asfalto (por peso total de la mezcla) en las mezclas tipo FAM por porcentaje de PET
% PET % Asfalto
0% (Control) 11.53%
4% 11.67%
6% 11.75%
10% 11.89%
Por otra parte, se determinó la gravedad especifica máxima teórica (Gmm) de cada una de las
muestras tipo FAM, mediante de una adaptación de la norma I.N.V.E-735-07 para morteros
asfálticos. Los valores de Gmm para las tres mezclas de FAM con PET y la de control se presentan
en la Tabla 6.
Los valores de Gmm para cada mezcla se emplearon para calcular las proporciones en peso de los
materiales requeridos para obtener especímenes de 150 mm de diámetro y 90 mm de altura,
compactados mediante el compactador giratorio a un contenido de vacíos objetivo del 10%. Este
valor de contenido de vacíos fue seleccionado de forma arbitraria, siguiendo las recomendaciones
presentadas en estudios previos (Sánchez et al. 2017). La Tabla 7 presenta esta información.
Tabla 6. Gmm para diferentes porcentajes de PET.
% PET Gmm
0% (Control) 2.194
4% 2.142
6% 2.138
10% 2.092
Tabla 7. Cantidades de masa para los componentes de mezclas asfálticas tipo FAM.
% PET Muestra (gr) % Asfalto Asfalto (gr) PET (gr) Agregados (gr)
0% (Control) 3140.35 11.53% 362.08 0.00 2778.3
4% 3066.1 11.67% 357.8 14.31 2693.9
6% 3060.5 11.75% 359.6 21.58 2679.3
10% 2993.8 11.89% 356.0 35.60 2602.3
Finalmente, la Tabla 8 muestra las cantidades de cada tamaño de agregado que se empleó para la
fabricación de las mezclas FAM de acuerdo a la cantidad de PET empleada en esta mezcla. En este
sentido, es importante recordar que parte de la masa de los agregados fue reemplazada por la masa
del plástico PET, respetando la granulometría de traía el material de PET.
Tabla 8. Pesos de los agregados según tamaño de tamiz.
Agregados (gr)
Tamiz % Retenido 0% PET 4% PET 6% PET 10% PET
No. 16 0.0% 0.00 0.00 0.00 0.00
No. 40 33.97% 943.78 915.13 910.15 883.99
No. 80 23.70% 658.45 638.46 634.99 616.74
No. 200 22.01% 611.50 592.94 589.71 572.76
Fondo 20.32% 564.54 547.41 544.43 528.78
TOTAL 100.0% 2778.27 2693.942 2679.28 2602.27
4.2 Fabricación de los especímenes de ensayo
Las mezclas asfálticas finas se fabricaron a una temperatura de 150°C. Las partículas de PET se
calentaron a 70°C y fueron introducidas cuando el agregado pétreo y el asfalto se estaban
mezclando (proceso “en seco”). Durante la fabricación de la mezcla se adicionaron inicialmente
los agregados más gruesos, seguidos de las partículas de PET y de los agregados de tamaños más
finos (No 200 y fondo).
La compactación de la mezcla se realizó empleando el compactador giratorio con un molde de 150
mm de diámetro y con un contenido de vacíos objetivo del 10%, como se explicó anteriormente.
La Figura 2 ilustra un especimen compactado de FAM.
Figura 2. Especimen compactado de mezcla FAM
Posteriormente, se procedió a extraer especímenes cilíndricos más pequeños de 12.5 mm de
diámetro del especimen compactado. Éstos fueron cortados en sus extremos y sus caras lijadas
cuidadosamente, con el objetivo de obtener una altura de 5 cm y caras paralelas. Es importante
mencionar que los especímenes extraídos son marcados según la zona de donde fueron obtenidos
(A, B, o C) como lo ilustra la Figura 3a, debido a que el grado de compactación varía radialmente
en la mezcla. La Figura 3b, por su parte, ilustra las probetas finales, las cuales constituyen las
muestras para ser ensayadas en el reómetro.
Figura 3. a) Zonas de extracción de los núcleos, y b) especímenes de ensayo FAM
4.3 Acondicionamiento en húmedo
Con el objetivo de determinar la susceptibilidad al daño por humedad de las mezclas FAM, éstas
fueron sometidas a un proceso de acondicionamiento en húmedo. El deterioro por ingreso de agua
en la mezcla se realizó sumergiendo los especímenes por una hora en agua desionizada a 25°C y
aplicando vacío en ellas.
Finalizado este proceso, los especímenes fueron secados a temperatura ambiente del laboratorio
por un periodo de 24 horas antes de ser ensayados. Concluido este período, las probetas fueron
adheridas (con soldadura epóxica) a “caps o holders” en sus extremos. Los especímenes listos para
ser ensayados se muestran en la Figura 4.
Figura 4. Especímenes a ensayar.
4.4 Ensayos de caracterización
4.4.1 Caracterización de propiedades reológicas, resistencia a la fatiga y al ahuellamiento
Con el objetivo de cuantificar las propiedades viscoelásticas lineales, la resistencia a la fatiga y la
susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas asfálticas finas con adición de PET y sometidas a
daño por humedad, se utilizó el reómetro de corte dinámico (DSR) con la geometría para materiales
sólidos.
Para las propiedades viscoelásticas de las mezclas FAM (módulo dinámico al corte (|G*|) y ángulo
de fase (δ)), se realizaron ensayos de barrido de temperatura (5°C a 65°C en intervalos de 10°C) y
frecuencia (de 1Hz a 30Hz en intervalos de 1Hz) a una deformación angular controlada de 0.001%.
A partir de esta información se realizaron las curvas maestras del módulo dinámico a una
temperatura de referencia de 25°C. El ajuste de esta curva se realizó con la ecuación de William-
Landel-Ferry (WLF), las constantes C1 y C2 se presentan en el Anexo 1 al final de este documento.
La medición de la susceptibilidad a la deformación permanente en las muestras tipo FAM con
adición de PET y sometidas a daño por humedad, se realizó mediante la adaptación del ensayo
MSCR o Multi Stress Creep Recovery, especificado en la norma AASHTO TP70-07. La
adaptación de este ensayo para material tipo FAM fue propuesta por Montañez et al. (2020) y
consiste en aplicar un esfuerzo al especimen durante un segundo, seguido de un período de
relajación sin aplicación de esfuerzo por nueve segundos, este proceso se repite 10 veces para cada
nivel de esfuerzo. Los esfuerzos seleccionados fueron 10 kPa, 25 kPa, 50 kPa y 75 kPa (Montañez
et al. 2020). Además, de acuerdo con Elnasri et al (2014), se tomó un periodo de recuperación de
cinco minutos al finalizar el décimo ciclo de carga y antes de iniciar con el siguiente valor de
esfuerzo, con el fin de eliminar efectos elásticos tardíos del material. Por último, el ensayo se
realizó a una temperatura de 40ºC.
Los resultados de este ensayo son el porcentaje de recuperación del material (%R) y el valor de
creep compliance no recuperable (Jnr), reportados como el valor promedio para los diez ciclos de
carga a un esfuerzo de 75 Kpa. El porcentaje de recuperación se relaciona con la capacidad elástica
del material y es la relación entre la deformación recuperable y la deformación total de cada ciclo
de carga. El valor de Jnr es una medida de la deformación permanente sufrida por el material, y se
define como el valor promedio de la deformación no recuperable para los diez ciclos de carga
dividido por la magnitud del esfuerzo aplicado.
Finalmente, el ensayo de fatiga se realizó bajo condiciones de deformación controlada y a una
frecuencia de 10 Hz. El nivel de deformación angular aplicado fue del 0.15%; este valor se
determinó mediante ensayos de barrido de deformación tras asegurar que no fuera lo
suficientemente alto para generar daño repentino en la etapa inicial del ensayo, ni suficientemente
bajo para evitar que la falla ocurriera durante un tiempo razonable de ensayo. A medida que
transcurre el ensayo, el especimen se comienza a fatigar y, como consecuencia, su módulo
dinámico decrece y su ángulo de fase aumenta. El número de ciclos para el cual el módulo del
material decrece en un 50% al valor inicial, denominado 𝑁𝑓50, se seleccionó como el criterio de
falla del especimen.
La Figura 5 ilustra el montaje de los especímenes de FAM en el reómetro. Esta configuración fue
empleada para realizar los tres ensayos descritos con anterioridad.
Figura 5. Especimen de FAM en el reómetro de corte dinámico.
4.4.2 Ensayos de adhesión
La calidad de la adhesión entre los agregados y el asfalto en una mezcla asfáltica se ve
significativamente afectada por la presencia de agua, en un proceso denominado daño por humedad
(Caro et al. 2008). Como se mencionó anteriormente, existe una preocupación sobre el impacto del
agua en la durabilidad de las mezclas asfálticas con PET. Por esta razón, es relevante estudiar la
calidad en la adhesión de sistemas asfalto-roca y compararlos con la adhesión de sistemas asfalto-
PET. Dicha calidad en la adhesión se evaluó en este estudio en condiciones en “seco” o condiciones
ambientales y luego de someter a los especímenes de ensayo a un proceso de acondicionamiento
en agua.
El ensayo de adhesión empleado fue propuesto por Cala et al (2019). Los especímenes de ensayo
se fabricaron empleando un micrómetro y éstos consisten en una delgada capa de asfalto de 20 µm
que se encuentra ubicada entre la superficie de un cilindro de roca o PET de 2.54 cm de diámetro
y 3 cm de altura y un martillo metálico (Figura 6). El especimen roca-asfalto-martillo o PET-
asfalto-martillo es luego sometido a un ensayo de tensión directa mediante el empleo de una prensa
de carga.
Figura 6. Micrómetro utilizado para el ensayo de adhesión.
Modificado a partir de Cala et al. (2019)
El pequeño núcleo de roca fue obtenido con la ayuda de una broca diamantada que penetra en el
pétreo y extrae núcleos de 2.54 cm de diámetro. De igual forma, el especimen de PET fue obtenido
extrayendo una muestra de PET fundido, de donde se extrajo el núcleo a ensayar con las mismas
dimensiones que los especímenes de roca. Las dos caras de los núcleos de roca y de PET fueron
rectificadas con una rueda de copa que tiene un tamaño de partícula de diamante de 40 µm, con
una máquina de corte y rectificado de alta precisión (Struers Ref: Accutom-100) (Cala et al, 2019).
Una vez se tiene la muestra cilíndrica de roca o PET lista, se sigue el procedimiento descrito a
continuación:
1. Se calientan los materiales por dos horas en el horno a 150°C (martillo, espátula, beaker
y cilindro de roca o PET).
2. Transcurridas las dos horas se calientan 1.5 gramos de asfalto en el beaker.
3. Con la ayuda de pinzas se montan en el micrómetro la muestra roca o PET y el martillo
metálico.
4. Se agrega asfalto en la interfaz de los materiales (especimen y martillo) y se ajusta el
montaje hasta que la capa de asfalto quede de 20 micrómetros.
5. El montaje se deja enfriar al menos una hora antes de ser retirado del micrómetro.
6. Transcurridas 24 horas el montaje roca-asfalto-martillo o PET-asfalto-martillo metálico
está listo para ser ensayado a tensión en la prensa digital tritest.
Una vez preparados los especímenes, el ensayo mecánico consiste en aplicar una fuerza de tensión
axial a una velocidad de 10 mm/min con una frecuencia de captura de datos de 0.1 segundos hasta
la falla del montaje. El resultado final de este ensayo es la curva de carga versus deflexión vertical,
de donde se puede obtener la máxima carga hasta la falla soportada por el sistema, el trabajo de
fractura (i.e., área bajo la curva de carga versus deflexión) y el porcentaje de área adhesiva de falla
en la superficie de la roca o PET (i.e., área en la superficie de la roca o del PET quedan sin
recubrimiento de asfalto debido a la falla local de la interface entre el asfalto y el agregado). Este
último parámetro se obtiene mediante un análisis de imágenes de fotografías tomadas a la superficie
del substrato (i.e., roca o PET), después de finalizar el ensayo.
Como se mencionó anteriormente, este ensayo fue realizado en condición seca y húmeda. Para la
segunda condición se sumergieron los montajes en agua desionizada por 1 y 7 días antes de ser
ensayados. La Figura 7 ilustra el montaje de adhesión sumergido en agua.
Figura 7. Montaje de adhesión sumergido en agua.
Modificado a partir de Cala et al. (2019)
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Como se mencionó anteriormente, las mezclas acondicionadas en húmedo en esta investigación
obtuvieron módulos dinámicos mayores que los obtenidos por las probetas ensayadas en seco. Este
resultado fue sorpresivo, debido a que se esperaba que el efecto negativo del agua debilitara la
capacidad estructural del material. Una posible explicación para esta situación es que pudieron
ocurrir procesos de envejecimiento en los especímenes antes de ser ensayados debido a que pasó
un tiempo de varias semanas entre el momento en que fue fabricada la mezcla y el momento en
que se ensayaron los especímenes. Además, a pesar de que las mezclas fueron realizadas con el
mismo procedimiento y materiales, éstas fueron realizadas en semestres diferentes y por personas
diferentes, lo cual aumenta las posibles fuentes de error en la fabricación de estas. Por lo tanto, los
resultados obtenidos en esta investigación fueron analizados como cambios relativos o
porcentuales entre los diferentes tipos de mezclas (0% o control, 4%, 6% y 10% de PET por peso
de asfalto) para las dos condiciones de ensayo (seca y húmeda). Con esto en mente, se presentan
los resultados de los diferentes ensayos realizados y su análisis correspondiente.
5.1 Susceptibilidad al daño por humedad de las propiedades reológicas
Con base en los resultados de los ensayos de DSR realizados sobre los especímenes, se realizaron
las curvas maestras de todas las muestras de FAM a una temperatura de referencia de 25°C. La
Figura 8 muestra los resultados de estas curvas y el Anexo 1 presenta los valores de los factores de
translación para cada material y cada una de las temperaturas de ensayo.
Figura 8. Curva maestra del módulo dinámico al corte para el material FAM en húmedo para cada porcentaje de PET a una
temperatura de referencia de 25°C
Los resultados muestran que, en general, el módulo dinámico a 25°C decrece a medida que aumenta
el porcentaje de PET en las mezclas de FAM, para todos los valores de frecuencia. Esta tendencia
es la misma que se había reportado para el caso de los especímenes en condición seca (Naranjo,
2018). Con el fin de observar mejor estos cambios, la Figura 9 ilustra los valores de módulo
dinámico al corte (|G*|) a 25°C a 1, 5, 10, 15, 20, 25 y 30 Hz para todas las mezclas FAM.
Figura 9. Impacto en la adición de PET en las propiedades viscoelásticas lineales (25°C).
La Figura 9 confirma que el módulo decrece a medida que aumenta el porcentaje de PET en la
mezcla. Para una frecuencia de 1 Hz, el módulo de las muestras de control (0% PET) es de 1536.4
MPa mientras que para las muestras de 4%, 6% y 10% de PET es de 609.2 MPa, 500.3 MPa y
362.0 MPa, respectivamente, lo que corresponde a la reducción del módulo del 60%, 67% y 76%,
respecto a la mezcla de control (0% PET).
Para comparar estos resultados en condición húmeda con los obtenidos en condición seca, las
Tablas 9 y 10 muestran las reducciones porcentuales de los módulos de cada tipo de mezcla a 25°C
respecto a la de control (0% PET), esto para los dos estados de acondicionamiento.
Tabla 9. Reducción del módulo (condición seca)
PET
1 Hz 10 Hz 30 Hz
|G*| (Pa) Reducción (%) |G*| (Pa) Reducción (%) |G*| (Pa) Reducción
(%)
0% 5.45x108 0.0% 1.21 x109 0.0% 1.59 x109 0.0%
4% 3.95 x108 27.5% 8.45 x108 30.1% 1.15 x109 27.9%
6% 3.07 x108 43.6% 6.61 x108 45.4% 9.04 x108 43.3%
10% 2.95 x108 45.9% 6.35 x108 47.5% 8.648 x108 45.8%
Tabla 10. Reducción del módulo (condición húmeda)
PET 1 Hz 10 Hz 30 Hz
|G*| (Pa) Reducción (%) |G*| (Pa) Reducción (%) |G*| (Pa) Reducción (%)
0% 1.54 x109 0.0% 2.28x109 0.0% 2.61 x109 0.0%
4% 6.09 x108 60.3% 1.16 x109 49.1% 1.51 x109 41.9%
6% 5.00 x108 67.4% 1.06 x109 53.4% 1.42 x109 45.4%
10% 3.62 x108 76.4% 8.03 x108 64.8% 1.09 x109 58.3%
Como se observa en las Tablas 9 y 10, la reducción porcentual del módulo de las mezclas en estado
seco es mucho menor a las reducciones obtenidas después de haber sometido las mezclas a un
acondicionamiento en húmedo. Por ejemplo, para la mezcla de 4% de PET, la reducción del módulo
a 1 Hz en estado seco respecto a la de control es de 27.5%, mientras que esta reducción en estado
húmedo aumenta a un 60.3%. algo similar ocurre con las mezclas con 6% y 10% de PET, donde
las reducciones de sus módulos respecto a la mezcla de control en estado seco fueron de 43.6% y
45.9% y en estado húmedo estos valores aumentaron a 67.4% y 76.4% respectivamente. En
general, esto refleja que el aumento en la cantidad de PET en los morteros genera una disminución
mayor de sus módulos dinámicos cuando estos han sido sometidos a un proceso de
acondicionamiento en agua.
Además de lo dicho anteriormente, es importante destacar que este impacto de la humedad en la
reducción del módulo se ve mucho más marcado a bajas frecuencias, tal como se ilustra en la Figura
10.
Figura 10. Impacto de la humedad en la reducción porcentual del módulo dinámico
En esta Figura se puede observar que los cambios en las reducciones porcentuales del módulo en
estado seco vs húmedo son más notorios a 1 Hz de frecuencia, debido a que las líneas en estado
seco y húmedo para esta frecuencia están más separadas. Caso contrario sucede a 10 Hz y 30 Hz,
donde estas líneas están mucho más unidas. Es decir, que el impacto de la humedad a estas
frecuencias es menor. Este resultado es importante ya que en campo pocas veces se tienen
frecuencias de 30 Hz; por el contrario, lo más común es encontrar frecuencias de operación de 1
Hz a 10 Hz, en las cuáles donde el daño por humedad puede ser más agresivo.
Por otra parte, aunque los resultados del ángulo de fase no se presentan en el documento por
brevedad, se observó que para una frecuencia de 1 Hz y la temperatura de referencia (25°C), la
mezcla asfáltica fina de control (0% PET) presentó un ángulo de fase promedio de 30.18° en estado
húmedo y de 34.47° en seco, mientras que la mezclas con 4%, 6% y 10% de PET por peso de
asfalto tuvieron resultados de ángulos de fase de 32.71°, 39,85° y 34.29° para el estado húmedo y
ángulos de fase de 36.97°, 32.86° y 37.87° para el estado seco, respectivamente.
5.2 Susceptibilidad al daño por humedad en el desempeño a fatiga
El ensayo de fatiga a deformación controlada permitió determinar el número de ciclos a la falla
(𝑁𝑓50) para cada una de las mezclas con diferentes porcentajes de PET acondicionadas en agua.
Los resultados obtenidos para las mezclas afectadas por daño por humedad fueron congruentes a
los obtenidos por Naranjo (2018) en estado seco, en donde la mezcla con 4% de PET obtuvo el
mayor número de ciclos antes de la falla. Estos resultados se presentan en las Tablas 11 y 12.
Tabla 11. Resultados ensayo de fatiga para mezclas en seco
PET 𝑁𝑓50 Diferencia respecto a
muestra de control (0%) Media σ COV (%)
0% 34660 12603 36.4% 0.0%
4% 43440 13797 31.8% -25.3%
6% 39300 4667 11.9% -13.4%
10% 31320 7915 25.3% 9.6%
Tabla 12. Resultados ensayo de fatiga para mezclas en húmedo.
PET 𝑁𝑓50 Diferencia respecto a
muestra de control(0%) Media σ COV (%)
0% 22276 14292 64.2 0.0%
4% 37570 3903 10.4 -68.7%
6% 11243 3224 28.7 49.5%
10% 8477 1179 13.9 61.9%
A diferencia de los resultados en estado seco, la mezcla con 4% de PET fue la única que presentó
una mayor vida a la fatiga con respecto a la de control (0% de PET) ya que, en los resultados
obtenidos en seco, la mezcla con 6% de PET también logró superar en un 13.4% la vida a fatiga.
Es importante mencionar que en los ensayos realizados en seco la mezcla con 4% de PET fue tan
solo un 25.3% más resistente que la de control, mientras que en los ensayos hechos después del
acondicionamiento en húmedo la mezcla con 4% de PET fue un 68.7% más resistente que la de
control. Otro dato a destacar es la reducción porcentual de la vida a la fatiga de mezcla con 10%
de PET, donde en el estado seco, sufrió una reducción tan solo del 9.6%, mientras que, para la
condición húmeda, esta reducción fue del 61.9% respecto a la de control. Esto significa que el agua
tiene un mayor impacto en la reducción en la vida a la fatiga con adición de PET, en comparación
con la condición en seco.
No obstante, los resultados obtenidos en seco parecen no ser estadísticamente representativos, ya
que la magnitud de las diferencias de las mezclas respecto a la de control son muy similares a la
magnitud del coeficiente de variabilidad interno entre réplicas. Caso contrario sucede con las
mezclas en húmedo, donde se podría decir que sí hay una influencia del PET en el desempeño a
fatiga de las mezclas, ya que el porcentaje reducción de la vida a la fatiga de estas mezclas respecto
a la de control es mayor al coeficiente de variabilidad interno de las mezclas. La única excepción
a esta observación es el caso de control (mezcla 0% PET), donde el coeficiente de variabilidad es
sustancialmente grande para esta condición en húmedo (64.2%). Un patrón a destacar en los dos
tipos de acondicionamientos es que la adición de PET a la mezcla de alguna forma controla esa
variabilidad interna entre mezclas, ya que como se puede observar en las Tablas 11 y 12 la mezcla
con 0% PET siempre tiene el mayor coeficiente de variabilidad.
5.3. Susceptibilidad al daño por humedad del desempeño a deformaciones permanentes.
La Figura 11 presenta gráficamente un ejemplo de la respuesta de la deformación angular para un
ciclo de carga obtenido del ensayo MSRC adaptado para para morteros asfálticos. Estos resultados
corresponden a una muestra FAM (acondicionada en húmedo) de control sometida a un escalón de
carga de 10 Kpa.
Figura 11. Relación de la carga aplicada y deformación.
De forma similar, la Figura 12 presenta un ejemplo de la deformación registrada durante la totalidad
del ensayo de un especimen de FAM (acondicionado en húmedo) con adición del 4% de PET por
peso de asfalto.
Figura 12. Resultado del ensayo MSCR para una muestra acondicionada en húmedo con 4% de PET.
Para determinar el efecto de la adición de PET sobre la susceptibilidad de las mezclas a la
deformación permanente, se compararon los porcentajes de recuperación (%R) y el creep
compliance no recuperable (Jnr) para cada porcentaje de PET (0%, 4%, 6% y 10%) obtenidos a un
esfuerzo de 75 kPa y se calcularon las reducciones de estos dos parámetros respecto a la mezcla de
control (0% PET). Es importante mencionar que para este ensayo en condiciones húmedas sólo se
pudieron realizar entre 1 y 2 réplicas por cada tipo de mezcla, debido a las restricciones de uso de
los laboratorios. Los resultados en seco y húmedo se presentan en la Tabla 13 y 14,
respectivamente.
Tabla 13. Resultados de %R y Jnr. (seco)
PET
%R Jnr
Media Reducción
(%) Media
Reducción
(%)
0% 83.5% 0.00% 6.49.E-04 0.00%
4% 81.0% 2.96% 9.91.E-04 -52.63%
6% 83.7% -0.24% 1.05.E-03 -61.37%
10% 77.6% 7.02% 1.73.E-03 -167.35%
Tabla 14. Resultados de %R y Jnr. (húmedo)
PET
%R Jnr
Media Reducción
(%) Media
Reducción
(%)
0% 82.9% 0.00% 7.83.E-04 0.00%
4% 84.8% -2.37% 6.73.E-04 14.07%
6% 82.6% 0.32% 8.07.E-04 -3.02%
10% 82.8% 0.02% 9.71.E-04 -23.93%
Como se puede observar en la Figura 13 y en las Tablas 13 y 14, el porcentaje de recuperación
(%R) posee una tendencia a disminuir conforme se aumenta la cantidad de PET en la mezcla. Sin
embargo, estas variaciones no son muy relevantes, pues para los resultados en húmedo, la mayor
reducción del %R fue del 0.32% (mezcla con 6% de PET) y para los resultados en seco, la
reducción máxima fue del 7.02% (mezcla con 10% de PET). Por lo que se puede decir que el
porcentaje de PET tanto en seco como en húmedo no tiene un impacto significativo en el porcentaje
de recuperación.
Figura 13. Resultados porcentaje de recuperación %R
Por otro lado, el creep compliance no recuperable (Jnr) obtuvo una tendencia ascendente en sus
resultados a medida que se aumentaba el porcentaje de PET en la mezcla. Esto significa que el
material se vuelve más susceptible a la deformación plástica con el aumento de PET adicionado.
Además, a diferencia de los resultados obtenidos para el %R, las variaciones en estos resultados
fueron más significativas, como se aprecia en la Figura 14 y en las Tablas 13 y 14. Para las mezclas
ensayadas en seco se obtuvo el mayor aumento del Jnr en la mezcla con 10% de PET, con un valor
que fue 167.3% mayor al registrado en la mezcla de control. Para las mezclas acondicionadas en
húmedo, este aumento también fue máximo en la mezcla con 10% de PET, pero con un impacto
menor, siendo tan solo un 23.9% mayor respecto a la mezcla con 0% de PET. Es decir, teniendo
en cuenta las reducciones porcentuales presentadas, la humedad hizo que el impacto del PET fuera
menos importante en el valor de creep compliance no recuperable (Jnr). Esto se puede deber,
parcialmente, a que la humedad pudo haber generado un nivel de daño similar al interior de los
diferentes especímenes.
Figura 14. creep compliance no recuperable (Jnr)
5.4 Evaluación en la adhesión asfalto–agregado y asfalto-PET.
La Figura 15 muestra la curva de carga versus desplazamiento del ensayo a tracción realizado en
seco para los sistemas asfalto-PET y asfalto-roca. Estos resultados corresponden a una réplica de
ensayo. En este estudio se seleccionó la carga máxima de la curva desplazamiento versus carga
como factor de comparación de la resistencia de los sistemas de adhesión. Los resultados de esta
figura muestran que el sistema de asfalto-roca presentó una carga máxima de 1374 N, mientras que
en el montaje con el plástico PET se obtuvo una carga máxima hasta la falla de 803 N, lo que
implica una disminución del 41.5% en la resistencia del sistema adhesivo por PET. Por lo tanto, la
resistencia de la adhesión en los sistemas en los que el agregado se reemplaza por PET es menor
que la que se desarrolla entre el asfalto y la roca.
Figura 15. Resultados de ensayos de adhesión en seco para sistemas asfalto-roca y asfalto-PET
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Car
ga
(N)
Desplazamiento (mm)
Asfalto-roca Asfalto-PET
Por otra parte, la Tabla 15 presenta los resultados de los dos tipos de sistemas después de que éstos
fueron sometidos a un proceso de acondicionamiento en agua por 1 y 7 días. La columna
“Reducción (%)” hace referencia a la comparación de la carga máxima con respecto al valor
reportado en estado seco.
Tabla 15. Resultados de la carga máxima de los dos sistemas adhesivos estudiados
Acondicionamiento Asfalto-roca Asfalto-PET
Carga (N) Reducción (%) Carga (N) Reducción (%)
Seco 1374 0.0% 803 0.0%
1 día 692 49.6% 624 22.3%
7 días 247 82.0% 601 25.2%
Los resultados de esta tabla muestran que el sistema asfalto-PET, a pesar de presentar una carga
máxima que es un 41.5% menor a la del sistema asfalto-roca en estado seco, posee una menor
susceptibilidad al daño por humedad. Esto se observa en que los porcentajes de reducción de carga
máxima para el sistema asfalto-PET después de estar 1 y 7 días en agua fueron del 22.3% y 25.2%,
respectivamente, con respecto a la condición seca, mientras que para el sistema asfalto-roca, estas
disminuciones fueron del 49.6% para 1 día y 82.0% para 7 días en agua.
Por otra parte, la Tabla 16 ilustra las diferencias porcentuales en la capacidad máxima de carga
reportada entre los sistemas asfalto-PET y asfalto-roca, para los diferentes estados de
acondicionamiento considerados.
Tabla 16. Diferencias porcentuales entre los dos sistemas
Acondicionamiento Asfalto-roca Asfalto-PET
Diferencia (%) Carga (N) Carga (N)
Seco 1374 803 41.5%
1 día 692 624 9.8%
7 días 247 601 -143.1%
Esta tabla muestra que el sistema asfalto-roca presenta mayores valores de carga máxima en
condiciones secas y después de 1 día de acondicionamiento en agua con respecto al sistema asfalto-
PET. No obstante, esta tendencia cambia a los 7 días de acondicionamiento en agua, en donde la
resistencia máxima soportada por el sistema asfalto-roca se ve reducida. Por el contrario, la
resistencia de la muestra de asfalto-PET no presenta mayores alteraciones, lo que resulta en una
resistencia un 143.1% mayor para el sistema asfalto-PET en comparación con el sistema asfalto-
roca. Esto sugiere que, para el material pétreo empleado en este estudio, la resistencia de la
adhesión en condición seca entre el asfalto y el PET es inferior que la del asfalto y la roca, pero
que el sistema de adhesión con PET tiene una mayor capacidad para conservar sus propiedades
ante la presencia del agua. Es de destacar, sin embargo, que esta conclusión es sólo válida para el
tipo de agregado empleado en este estudio, ya que las características de adhesión cambian
significativamente en función de la mineralogía específica de los agregados empleados en una
mezcla asfáltica (Cala et al. 2019). Esto significa que, con otros agregados, la calidad y durabilidad
de la adhesión pueden ser diferente en comparación con las de los sistemas PET-asfalto.
Adicionalmente, para cada muestra ensayada se puede obtener el trabajo de fractura (Wf [J]) que
corresponde al área bajo la curva de la gráfica de carga versus desplazamiento, como lo ilustra la
Figura 16.
Figura 16. Ejemplo de curva de carga (N) vs desplazamiento (mm) de donde es obtenido el trabajo de fractura Wf
La Tabla 17 resume los valores obtenidos de trabajo de fractura Wf para cada muestra analizada.
Los índices numéricos (0, 1 y 7) hacen referencia al número de días en que los sistemas fueron
acondicionados en agua.
Tabla 17. Resultados de trabajo de fractura (Wf)
Muestra Wf (J) Reducción (%)
Roca-0 0.50 0.0%
Roca-1 0.21 57.1%
Roca-7 0.05 89.7%
PET-0 0.30 0.0%
PET-1 0.22 27.8%
PET-7 0.09 70.7%
Como era de esperarse, a medida que se tienen los sistemas más días acondicionados en agua, su
trabajo de fractura disminuye. Al igual que con la carga máxima de falla, el trabajo de fractura en
el sistema asfalto–roca fue más susceptible al daño por humedad que el sistema asfalto–PET. Esto
se puede ver en la columna “Reducción (%)” de la Tabla 17, en donde para el sistema asfalto–roca
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.0
0
0.0
5
0.1
0
0.1
5
0.2
0
0.2
5
0.3
0
0.3
5
0.4
0
0.4
5
0.5
0
0.5
5
0.6
0
0.6
5
0.7
0
0.7
5
0.8
0
0.8
5
0.9
0
0.9
5
1.0
0
1.0
5
1.1
0
1.1
5
Car
ga
(N)
Desplazamiento (mm)
asfalto-roca
Trabajo de fractura (Wf)
la reducción (respecto al estado en seco) en su trabajo de fractura para 1 y 7 días en agua fue de
57.1% y 89.7%, mientras que para el sistema asfalto–PET fue tan solo de 27.8% y 70.7%,
respectivamente. Esto es consistente con los resultados de carga máxima ya que además de
reducirse el trabajo de fractura en función del número de días de acondicionamiento en húmedo,
las reducciones porcentuales entre las muestras estuvieron en el mismo orden de magnitud, a
excepción del sistema asfalto-PET acondicionado 7 días en agua, el cual obtuvo una reducción de
25.2% en el ensayo de carga máxima y una reducción del 70.7% en el trabajo de fractura.
Por último, la Tabla 18 presenta los resultados del área adhesiva de falla (A%), después del ensayo
de tensión directa en cada núcleo ensayado. Esta área fue medida usando el software ImageJ.
Tabla 18. Resultados del área adhesiva de falla (A%)
Muestra A%
Roca-0 0.8%
Roca-1 79.9%
Roca-7 79.2%
PET-0 0.5%
PET-1 32.8%
PET-7 20.8%
Dado que una forma de expresar el daño por humedad en los sistemas asfalto-roca y asfalto-PET,
es a través de la degradación de los enlaces adhesivos entre el asfalto y la roca/PET, el aumento en
el área adhesiva de falla de los sistemas es un indicador de su susceptibilidad al daño por humedad
(Cala et al. 2019). Esto se observa en la Figura 17, en la cual se ilustra la evolución del área de falla
adhesiva con el número de días en que las muestras fueron acondicionadas en agua. Los resultados
con respecto a la susceptibilidad al daño por humedad de estos dos sistemas empleando el indicador
A% son consistes con los resultados presentados para la carga máxima y trabajo de fractura Wf,
discutidos con anterioridad. Se puede observar de la Tabla 18 y Figura 17, que el máximo
porcentaje de área adhesiva de falla para la muestra de roca fue del 79.9%, mientras que para la
muestra con PET, éste fue tan sólo del 32.8%.
Figura 17. Superficie de falla típica para muestras de a) Roca y b) PET con el incremento del tiempo de acondicionamiento en
agua (0, 1 y 7 días)
6. CONCLUSIONES
En la presente investigación se evaluó la susceptibilidad al daño por humedad que tienen las
mezclas asfálticas finas con diferentes porcentajes de Tereftalato de Polietileno (PET) (4%, 6% y
10% por peso de asfalto), adicionados por vía seca, en sus propiedades reológicas, la resistencia a
fatiga y deformación permanente. Así mismo, se obtuvieron resultados de la calidad y durabilidad
de la adhesión ante el efecto del agua entre los sistemas asfalto-roca y asfalto-PET. Los resultados
obtenidos fueron los siguientes:
Las reducciones porcentuales del módulo dinámico al corte respecto a la mezcla de control,
son mucho mayores después de que las mezclas son acondicionadas en húmedo, pues para
mezclas de 4%, 6% y 10% de PET en estado húmedo, las reducciones (a 10 Hz) del módulo
fueron del 49.1%, 53.4% y 64.8%, mientras que en estado seco fueron del 30.1%, 45.4% y
47.5%, respectivamente.
El impacto de la humedad en la reducción del módulo es mucho más notorio a bajas
frecuencias para todos los tipos de mezclas. Por ejemplo, para la mezcla con 4% de PET,
la reducción de su módulo a 1 Hz, 10 Hz y 30 Hz fue de 60.3%, 49.1% y 41.9%,
respectivamente.
La mezcla con 4% de PET presenta una mayor resistencia a la fatiga para los dos estados
de acondicionamiento.
Para los dos casos (seco y húmedo) la mezcla con 10% de PET fue la que presentó los
peores resultados en resistencia a fatiga. Sin embargo, para la muestra en húmedo la
reducción en la vida a la fatiga fue del 61.9% mientras que para la muestra seca esta
reducción fue tan solo del 9.6%, lo que refleja el impacto de la humedad en el desempeño
esperado de las mezclas.
El porcentaje de PET en las mezclas tanto en seco como en húmedo, no tiene un impacto
significativo en el porcentaje de recuperación (%R)
La humedad hizo que el impacto del PET fuera menos importante en el valor de Creep
Compliance no recuperable (Jnr), debido a que las variaciones de este parámetro para las
mezclas en estado húmedo son mucho menores a las obtenidas en estado seco.
La carga máxima resistida por sistemas adhesivos asfalto-agregado es aproximadamente
41.5% superior a los sistemas asfalto-PET en estado seco. Sin embargo, después de un día
de acondicionamiento en agua los resultados en el ensayo de adhesión son muy similares,
siendo la carga máxima soportada por el sistema asfalto-PET solo un 15.9% menor a la
condición seca. No obstante, después de 7 días en agua, el montaje asfalto-PET supera en
un 143% la carga máxima soportada por el sistema asfalto-roca. Por lo tanto, el sistema
asfalto-roca presenta una mayor susceptibilidad al daño por humedad que el sistema asfalto-
PET. No obstante, este resultado es sólo válido para el tipo de agregado considerado en este
estudio y puede cambiar con agregados de otro origen.
7. BIBILIOGRAFÍA
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8. ANEXOS
Anexo 1
Para el cálculo de las constantes C1 y C2 se utilizó la ecuación WLF:
𝐿𝑜𝑔(𝑎𝑇) =−𝐶1(𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)
𝐶2 + 𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓
Estos cálculos se realizaron para cada tipo de mezcla realizada en la investigación, los cuales se
presentan las Tablas 19, 20, 21 y 22.
Tabla 19. Ajuste curva maestra mezcla de control (0% PET).
Control (0%)
Temperatura (°C) at log at WLF Error at fit SUM
ERROR
5 1000 6.91 7.46 0.307 1741.07 1.90695
15 50 3.91 3.57 0.119 35.42 C1
25 1 0 0 0 1 81.28
35 0.02 -3.91 -3.28 0.400 0.0376 C2
45 0.0008 -7.13 -6.30 0.683 0.00183 237.85
55 0.00009 -9.32 -9.10 0.045 0.0001112
65 0.000015 -11.11 -11.70 0.353 0.0000083
Tabla 20. Ajuste curva maestra mezcla 4% PET.
4%
Temperatura (°C) at log at WLF Error at fit
SUM
ERROR
5 600 6.40 6.74 0.1176 845.5 0.72
15 40 3.69 3.23 0.2132 25.2 C1
25 1 0 0 0 1 76.15
35 0.045 -3.10 -2.97 0.0159 0.051 C2
45 0.002 -6.21 -5.73 0.2385 0.0033 245.96
55 0.00022 -8.42 -8.28 0.0207 0.000254
65 0.000033 -10.32 -10.65 0.1105 0.0000237
Tabla 21. Ajuste curva maestra mezcla 6% PET.
6%
Temperatura (°C) at log at WLF Error at fit SUM
ERROR
5 500 6.215 6.41 0.038 608 0.63
15 20 2.996 3.08 0.007 22 C1
25 1 0 0 0 1 78.76
35 0.045 -3.101 -2.86 0.060 0.057 C2
45 0.0023 -6.075 -5.51 0.316 0.004 265.77
55 0.00027 -8.217 -7.99 0.052 0.00034
65 0.00005 -9.903 -10.30 0.160 0.000034
Tabla 22. Ajuste curva maestra mezcla 10% PET.
10%
Temperatura (°C) at log at WLF Error at fit SUM
ERROR
5 400 5.99 6.23 0.06 510 0.97
15 30 3.40 3.00 0.16 20 C1
25 1 0 0 0 1 81.18
35 0.1 -2.30 -2.80 0.24 0.06 C2
45 0.0025 -5.99 -5.40 0.34 0.0045 280.41
55 0.00031 -8.08 -7.85 0.05 0.00039
65 0.000055 -9.81 -10.13 0.11 0.0000397