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COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA Y DESEMPEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON GRANULOMETRÍA 0/14 DISEÑADAS POR MEDIO DEL MÉTODO MARSHALL Y

CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE

HARRISON HERNÁN LUNA MACA JUAN PABLO QUEVEDO MEDINA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTA, D. C.

2.005

COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA Y DESEMPEÑO DE

MEZCLAS ASFÁLTICAS CON GRANULOMETRÍA 0/14 DISEÑADAS POR MEDIO DEL MÉTODO MARSHALL Y

CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE

HARRISON HERNÁN LUNA MACA

JUAN PABLO QUEVEDO

Tesis para Optar por el título de Ingeniero Civil

ASESOR INGENIERA SILVIA CARO SPINEL

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTA, D. C.

2.005

TABLA DE CONTENIDO

Pg. 1. INTRODUCCION

1.1 JUSTIFICACIÓN....................................................................... 1 1.2. ANTECEDENTES...................................................................... 2 1.3. OBJETIVO GENERAL............................................................... 3 1.4. OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................... 4 1.5. METODOLOGIA........................................................................ 4 1.6. ALCANCE.................................................................................. 6

2. MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

2.1. GENERALIDADES.................................................................... 7 2.2. MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL.......................................... 8 2.3. MÉTODO DE DISEÑO CON TECNOLOGIA SUPERPAVE...... 9 2.4. CONCLUSIONES...................................................................... 10

3. DEFINICION DE MECANISMOS DE FALLA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS DE FISURACIÓN POR FATIGA Y DEFORMACIÓN PERMANENTE (AHUELLAMIENTO)

3.1. FALLA POR FATIGA................................................................ 11 3.2. FALLA POR AHUELLAMIENTO............................................... 12 3.3. CONCLUSIONES..................................................................... 14

4. PARAMETROS DE CONTROL DEL USO DE TECNOLOGIA SUPERPAVE PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS RESISTENTES A FALLAS POR FATIGA Y AHUELLAMIENTO

4.1. GENERALIDES....................................................................... 15 4.2. ESPECIFICACIONES SUPERPAVE PARA CONTROLAR LA FISURACION POR FATIGA........................................................... 16 4.3. ESPECIFICACIONES SUPERPAVE PARA CONTROLAR LA FALLA POR DEFORMACION PERMANENTE Ó AHUELLAMIENTO....... 17 4.4. CONCLUSIONES.................................................................... 18

5. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL GRANULAR 0/14 A UTILIZAR PARA LA CARPETA DE RODADURA

5.1. GENERALIDADES……………………………………………… 19 5.2. GRANULOMETRIA SELECCIONADA……………………….. 22 5.3. AGREGADOS UTILIZADOS…………………………………… 23 5.4. DISTRIBUCCION GRANULOMETRICA OBTENIDA……….. 23 5.5. CONCLUSIONES……………………………………………….. 25

6. DATOS OBTENIDOS DEL DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA CON TECNOLOGIA SUPERPAVE ……………………………………………… 26

Pg. 7. DATOS DE DISEÑO MARSHALL

7.1. GENERALIDADES………………………………………………… 32 7.2. DISEÑO MARSHALL DEFINITIVO……………………………… 33 7.3. PROBLEMAS PRESENTADOS EN EL PRIMER DISEÑO MARSHALL…………………………………………………………….. 42 7.4. CONCLUSIONES……………………………………………….... 44

8. RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE EL ENSAYO EN EL HORNO DE LÁMINA ASFÁLTICA DELGADA EN MOVIMIENTO – RTFO………….. 45

9. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL ASFALTO BARRANCA 80/100 POR MEDIO DEL ENSAYO DE REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO (DSR)

9.1. RESULTADOS OBTENIDOS …………………………………. 49 9.2. CONCLUSIONES……………………………………………….. 51

10. ENSAYOS DE FATIGA 10.1. DEFINICIÓN DEL METODO DE ENSAYO…………………. 54 10.2. RESULTADOS OBTENIDOS………………………………… 55 10.3. CONCLUSIONES……………………………………………… 58

11. ENSAYOS DE AHUELLAMIENTO

11.1. DEFINICIÓN DEL METODO DE ENSAYO………………… 60 11.2. RESULTADOS OBTENIDOS……………………………….. 61 11.3. CONCLUSIONES…………………………………………….. 68

12. ENSAYOS MODULO DINAMICO

12.1. DEFINICIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO………………… 76 12.2. RESULTADOS OBTENIDOS ……………………………….. 78 12.3. CONCLUSIONES……………………………………………... 82

13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 13.1 CONCLUSIONES……………………………………………... 86 13.2 RECOMENDACIONES……………………………………….. 89 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………. 91

COMPARACIÓN DE LA RESISTENCIA Y DESEMPEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON GRANULOMETRÍA 0/14 DISEÑADAS POR MEDIO DEL MÉTODO MARSHALL Y CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE. ICIV200510-16/ICIV200510-23 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

1

1. INTRODUCCION

1.1. JUSTIFICACIÓN

Como país en desarrollo, para Colombia resulta necesario disponer de una

infraestructura vial óptima, que le permita alcanzar niveles adecuados de

competitividad. Esto, en última instancia, garantiza un margen de cobertura

suficiente sobre el territorio nacional.

Por esta razón, y debido al creciente número de carreteras que presentan

síntomas de falla por fatiga y ahuellamiento mucho antes del término de la vida útil

para la cual se diseñan, es apremiante la búsqueda de nuevas técnicas que

evalúen de una mejor manera las características y diseños de las mezclas

asfálticas disponibles en el país.

Con base en este argumento, se aplicará un filtro sobre los resultados obtenidos

por el programa Strategic Highway Research Program (SHRP), denominados

por el Gobierno de los Estados Unidos como Superpave (Superior Performing

Asphalt Pavements) en el año de 19931.

El presente trabajo, tiene como fin analizar si las metodologías de evaluación de

las propiedades de las mezclas asfálticas exigidas en el país son las adecuadas, o

1 Estas especificaciones tienen como objetivo propender por la durabilidad y seguridad de las

carreteras norteamericanas.

Estas normativas pretenden mejorar el desempeño de los materiales ante la fatiga y el

ahuellamiento, que coinciden con las causas por las que los pavimentos colombianos fallan

prematuramente.


2

si sería pertinente la consideración de diseños de mezcla empleando técnicas

foráneas, como las desarrolladas por el SHRP.

1.2. ANTECEDENTES

En la Universidad de Los Andes se han llevado a cabo dos proyectos de grado

para Maestría en Ingeniería Civil en los años 2000 y 2003, cuyo propósito radicaba

en la caracterización de mezclas asfálticas diseñadas con asfaltos colombianos y

tecnología Superpave.

El documento realizado en el año 2001 fue el inicio de un proceso de investigación

acerca de la conveniencia de la implantación de la metodología Superpave para el

diseño de mezclas en Colombia. El trabajo consistió en la caracterización de una

mezcla asfáltica para rodadura en caliente, utilizando ligante producido en el país

y un análisis de su comportamiento (Oliveros, 2001).

Para el caso de la tesis del año 2003, el resultado fue la caracterización

Superpave de los ligantes asfálticos utilizados en la actualidad en el país; esto a

partir de una comparación entre los asfaltos provenientes de los complejos

petroleros de Barranca, y los provenientes de Apiay (Suárez, 2003).

Adicionalmente, se realizó un diseño de mezcla tipo INVIAS, para una Mezcla

Densa en Caliente tipo 2 (MDC-2), para cada ligante caracterizado. Estas mezclas

se sometieron a un ensayo de ahuellamiento, para obtener un parámetro de

comparación del comportamiento de cada ligante.

El propósito final de la presente investigación es la complementación de los dos

estudios anteriores. Esto se logrará mediante la comparación de un diseño de


3

mezcla hecho por la metodología INVIAS2 y, por otro lado, la utilización de

tecnología Superpave bajo las mismas características de ligantes y agregados.

Con base en los resultados obtenidos, se espera llegar a una conclusión acerca

de la conveniencia de continuar con la metodología actual de diseño en Colombia;

o si realmente es necesario comenzar a realizar algún tipo de cambio en la forma

de diseñar nuestras mezclas asfálticas, inclusive mediante la aplicación de

cambios parciales.

1.3. OBJETIVO GENERAL

El objetivo del presente estudio está enfocado hacia la comparación del

desempeño de dos mezclas asfálticas para una granulometría tipo 0/14, diseñadas

por medio de la metodología Marshall, y por medio de la implementación de

tecnología Superpave.

Para poder cumplir con este objetivo, se procederá a realizar un trabajo de

laboratorio. Esto permitirá la recolección de resultados suficientes, que indiquen la

conveniencia de utilizar nueva tecnología para mejorar la calidad de las mezclas

asfálticas en Colombia.

Por lo tanto, la intención de este estudio es comparar cual de los dos métodos de

diseño a realizar presenta mejores características de comportamiento, ante el

efecto causado por la fatiga y el ahuellamiento.

2 Que se basa en el método Marshall (Norma INVE-748)


4

1.4. OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Recopilar los puntos concluyentes de estudios realizados sobre el tema, para

poder hacer de éstos una herramienta útil en el desarrollo de mezclas

asfálticas en el país.

• Preparar muestras asfálticas, tradicionales y con nuevas tecnologías, con

asfaltos colombianos nuevos y envejecidos, y llevar a cabo los ensayos

pertinentes que permitan obtener puntos de comparación.

• Analizar, con base en los resultados obtenidos, las características más

relevantes que se presentan en los ligantes asfálticos provenientes del

complejo de Barrancabermeja.

• Concluir cuál de las dos metodologías se acomoda más a las características de

nuestros ligantes asfálticos, y determinar si es pertinente cambiar total o

parcialmente la metodología actual de diseño, (metodología Marshall).

Adicionalmente, si el diagnóstico de cambio logrará la obtención de resultados

que garanticen un mejor comportamiento de las mezclas asfálticas utilizadas

actualmente en nuestro país.

1.5. METODOLOGÍA

Dentro del desarrollo de las actividades a realizar, se incluyó una parte

experimental, donde inicialmente se desarrolló el diseño de una capa de rodadura

0/14, con tecnología Superpave, y un diseño bajo la metodología Marshall.


5

A continuación, se procedió al envejecimiento del ligante asfáltico y a la

caracterización del ligante de penetración 80/100 (1/10 mm), proveniente del

complejo petrolero de Barrancabermeja. El primer procedimiento se realizó

mediante el ensayo en el Horno de Lámina Asfáltica Delgada en Movimiento

(Rolling Thin Film Oven, RTFO), y el segundo, por medio del ensayo de Reómetro

de Corte Dinámico (Direct Shear Rheometer, DSR), según la norma ASSHTO

TP5-98.

Finalmente, se realizaron ensayos de fatiga, ahuellamiento y módulos dinámicos.

A continuación se describen las actividades realizadas durante la ejecución de

este proyecto:

• Diseño de mezcla empleando el aparato Marshall y diseño de mezcla

empleando tecnología Superpave para una mezcla de rodadura 0/14, con

asfalto Barranca 80/100.

• Envejecimiento del asfalto proveniente del complejo petrolero de

Barrancabermeja, por medio del ensayo de RTFO.

• Caracterización de una muestra de ligante Barranca 80/100 envejecido y

nuevo, por medio del ensayo de reómetro DSR.

• Preparación de las mezclas pertinentes para los ensayos de fatiga y

ahuellamiento, los cuales se realizaron con asfalto nuevo y envejecido.


6

• Desarrollo de dos probetas de cada diseño, realizadas con asfalto nuevo y

envejecido, para la ejecución del ensayo de módulo dinámico.

• Análisis y comparación de los resultados obtenidos en los diferentes ensayos.

1.6. ALCANCE

Este proyecto pretende determinar las principales diferencias con respecto del

desempeño de mezclas asfálticas diseñadas con tecnología Superpave, y bajo la

metodología Marshall. Con esto se espera determinar cuál de las dos

metodologías de diseño es la más adecuada para las características propias de

nuestro territorio.


7

2. MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

A continuación, se presenta una breve descripción acerca de las principales

características que presentan el método Marshall y el método Superpave, para

diseño de mezclas asfálticas. Esto a manera de introducción al concepto general

enmarcado dentro de los principales estudios realizados en las últimas décadas,

motivados por la búsqueda de nuevas y mejores mezclas asfálticas.

2.1. GENERALIDADES

Los métodos de diseño de mezclas asfálticas son el resultado de estudios y

experimentaciones de muchos años en la búsqueda por obtener pavimentos de

mejor calidad, con lo cual se han logrado grandes avances, pero en la mayoría de

los casos su uso se ve limitado solamente a países desarrollados que son los que

disponen de los recursos e infraestructura necesaria para poderlos ejecutar.

En nuestro país, el método de diseño de mezclas asfálticas más utilizado en las

últimas décadas ha sido el diseño Marshall, no obstante el desarrollo constante de

nuevas técnicas ha llevado a que nuevos parámetros de control y nuevos métodos

se pongan en consideración. Este es el caso del método Superpave, desarrollado

e implementado por Estados Unidos. Para un país en desarrollo como el nuestro,

es necesario reconsiderar y comparar que método brinda la mayor confiabilidad

sobre el desempeño de los diseños de las mezclas asfálticas que se emplean en

las estructuras de pavimentos.

A continuación se presentan las principales características, parámetros y

restricciones que se tiene sobre cada método utilizado en el presente estudio:


8

2.2. MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL Los conceptos generales para el diseño de mezclas asfálticas del método Marshall

fueron en un principio formulados por Bruce Marshall (1939) en conjunto con el

Mississippi State Deparment. Luego el U.S. Corps of Engineers (1943) mejoró

aspectos del procedimiento de ensayo. Estas mejoras buscaron en un principio

simular las condiciones reales que presentaban en las pistas de aterrizaje

utilizadas en la segunda guerra mundial (Instituto del Asfalto de EE.UU., 1985).

Vale recalcar que las dos variables que más influyen en el comportamiento del

diseño final de la mezcla bituminosa mediante el diseño Marshall, son el ensayo

de estabilidad-fluencia y el de densidad de vacíos del asfalto, todo esto simulado

bajo carga de tráfico. Además es importante considerar que el método de diseño

Marshall fue realizado dentro de ciertos límites, como el tamaño nominal de

granulares, el cual debe ser máximo de 25 mm (1”) (Instituto del Asfalto de

EE.UU., 1985).

Finalmente, y de manera muy sencilla se resume a continuación el procedimiento

para la obtención del porcentaje óptimo de asfalto de la mezcla, que es el objetivo

principal del diseño Marshall:

1. Preparación de muestras

2. Determinación del peso específico bruto

3. Ensayos de estabilidad y flujo

4. Análisis de densidad y de relación de vacíos

5. Obtención del contenido óptimo de asfalto


9

2.3. MÉTODO DE DISEÑO CON TECNOLOGIA SUPERPAVE

Con el paso del tiempo los diseños con los que se habían construido muchas

mezclas asfálticas estaban siendo obsoletos debido, entre otras razones, al

crecimiento de la capacidad de carga de muchos medios de transporte.

Para la década de los 80´s empezó a aparecer la necesidad de un nuevo método

que pudiera ser usado para el diseño de mezclas asfálticas y que cumpliera con

características esenciales como la capacidad de soportar los volúmenes de tráfico

y el ambiente al cual estaría expuesto el material durante la vida de servicio.

También se deseaba que este nuevo método de diseño de mezclas asfálticas

brindara modelos para predecir las fallas que más se presentan en los pavimentos

flexibles, como son el ahuellamiento, fatiga (piel de cocodrilo) y fallas por

temperatura.

Es así como surge la metodología Superpave, que es el resultado del estudio

realizado en los EEUU por el SHRP, finalizado en el año de 1993. Sin embargo, el

método Superpave continúa en investigación ya que con la experiencia

recolectada en los últimos 12 años, se han cuestionado y verificado diversos

aspectos de esta metodología. Desde sus inicios, el objetivo primordial de esta

investigación fue evaluar y mejorar el funcionamiento de los agregados y el ligante

asfáltico en conjunto como mezcla asfáltica. Como es bien sabido los agregados

forman parte esencial de la mezcla y por eso se realizaron recomendaciones, que

fueron denominadas de consenso, que pueden ser utilizadas a la hora de escoger

los materiales para la mezcla asfáltica, teniendo encuenta el nivel de tráfico para el

cual se diseña (Instituto Panamericano de carreteras IPC, 1995).


10

De esta manera el SHRP centró los objetivos de Superpave en el desarrollo de los

siguientes aspectos:

• Selección de agregados evaluando propiedades de consenso.

• Nuevo procedimiento para el diseño de mezclas asfálticas.

• Nuevos ensayos para la obtención del grado de desempeño (PG) de

ligantes asfálticos.

• Análisis de la predicción del desempeño de la mezcla asfáltica en el

lugar de servicio.

2.4. CONCLUSIONES

Las diferentes características que cada método presenta, y la manera que fueron

desarrollados a través del tiempo, instan a que exista un gran interés en poder

comparar sus resultados, de manera en que se pueda concluir cuál de los dos

brinda mejores, y más optimas garantías para el diseño de mezclas asfálticas.

De este modo, los dos métodos presentados anteriormente son la base de trabajo

para la obtención de las mezclas asfálticas, que brindaran un punto de

comparación, cuyo parámetro será el desempeño individual presentado. Por esta

razón, y por el rol principal que cumplen en el presente estudio, resulta importante

introducir los mecanismos de falla y reconocer cuáles son sus principales causas;

todo enfocado hacia la conclusión derivada de los resultados obtenidos con las

mezclas asfálticas realizadas.


11

3. DEFINICION DE MECANISMOS DE FALLA DE MEZCLAS

ASFÁLTICAS DE FISURACIÓN POR FATIGA Y DEFORMACIÓN PERMANENTE (AHUELLAMIENTO) A continuación, se presentan los fundamentos teóricos de los principales

mecanismos de falla para las mezclas asfálticas, principalmente, las presentadas

por las fallas de fatiga y ahuellamiento. 3.1. FALLA POR FATIGA

La falla que más se presenta en mezclas bituminosas es la denominada falla por

fatiga que es consecuencia del paso repetido de tráfico de vehículos pesados en

carreteras. La fatiga se puede definir como la pérdida de resistencia del material

debido a la aplicación repetida de cargas sobre la superficie de los pavimentos. En

el caso de capas de pavimento constituidas por mezclas asfálticas, la fatiga se

evidencia en la pérdida de resistencia a la tensión en la parte inferior de la capa, la

cual finalmente resulta en la aparición de fisuras que se propagan hacia la

superficie. Una vez las fisuras alcanzan la superficie, éstas continúan su

propagación y desarrollo, dando a la superficie el aspecto de “mallado de fisuras”

que finalmente termina en “piel de cocodrilo” (U.S. Department of Transportation,

2003).

Es de gran importancia mencionar que la simulación de la falla de fatiga en el

laboratorio no evalúa de una manera adecuada las condiciones reales de carga y

no tiene encuenta otros factores de deterioro que ocurren en el tiempo, como los

causados por la exposición climática. Las fallas por fatiga de las mezclas asfálticas

se consideran estructurales y disminuyen sustancialmente el nivel de servicio de la


12

vía. La reparación o rehabilitación de pavimentos que presentan fisuramiento por

fatiga implica importantes intervenciones constructivas y altos costos financieros.

La aparición de la falla de fatiga puede ser clasificada en varias etapas

dependiendo del nivel de deterioro. A continuación se clasifican las principales

etapas de falla según el U.S. Department of Transportation, 2003.

• Grietas Longitudinales

Quiebre longitudinal paralelo al eje de la carretera, con abertura mayor de 3 mm.

• Grietas Transversales

Quiebre transversal perpendicular al eje de la carretera, con abertura mayor de 3

mm.

• Fisuras Solas o en Retícula (malla) Fractura transversal o longitudinal, con abertura menor de 3 mm, y separación

mayor que 15 cm.

• Piel de Cocodrilo (malla cerrada)

Quiebres transversales y longitudinales, con separación menor de 15 cm, y con

abertura creciente según avanza el deterioro. En la mayoría de las veces se

presenta hundimiento del área afectada.

3.2. FALLA POR AHUELLAMIENTO

Uno de los fenómenos que más afecta el desempeño de las mezclas asfálticas es

la denominada deformación permanente ó ahuellamiento. Este tipo de falla es


13

causada en los pavimentos por el movimiento progresivo de materiales que están

sometidos a las cargas repetidas producidas por los vehículos.

Existen dos causas frecuentes que producen fallas de ahuellamiento en las

estructuras de pavimento. La primera es causada por el fenómeno de

consolidación, el cual a menudo se produce en las capas inferiores del pavimento,

siendo poco probable su desarrollo en las capas con contenido asfáltico. El

fenómeno de consolidación en las estructuras de pavimento es el resultado de un

proceso de compactación mal realizado dejando una relación de vacíos mayor a la

estipulada en el diseño y permitiendo que con el paso del tráfico en la vía se

presente reacomodación de las partículas y por lo tanto una deformación que se

refleja en la superficie (Lavin, 2003).

La otra causa de las fallas de ahuellamiento y que con mayor frecuencia se

presenta en las mezclas asfálticas, se debe a un flujo de tipo plástico lateral,

causado por el uso excesivo de asfalto, el uso de asfaltos deficientes y/o a altas

exigencias externas como son altas temperaturas y grandes cargas aplicadas a

bajas frecuencias. Estos factores propician una disminución de la fricción interna

entre las partículas de agregado, dejando que el asfalto asuma la mayor parte de

las cargas que se aplican produciéndose de esta manera el fenómeno de

deformación permanente (Swami, Mehta & Bose, 2004).

Algunas prácticas a la hora de elegir la mezcla, como el usar agregados de mayor

tamaño que posean características de textura angular y áspera, como también la

presencia de agregados finos o asfaltos modificados, hacen que la falla de

Ahuellamiento pueda ser minimizada. Las características del asfalto como la

viscosidad y la penetración influyen muy poco, si los agregados son los

apropiados, aunque se recomienda que el asfalto posea una viscosidad alta y un


14

índice de penetración bajo para su mejor desempeño (Swami, Mehta & Bose,

2004).

3.3. CONCLUSIONES

De lo anteriormente dicho, se puede evidenciar la gran preocupación por la

manera como se diseñan las mezclas asfálticas. El uso de una u otra metodología

determinará, en última instancia, el grado de desempeño de la mezcla asfáltica a

fallas de fatiga o ahuellamiento. Sin embargo, este parámetro es resultado de

investigaciones profundas que, como la hecha por SHRP, brindan nuevas formas

de evaluar las mezclas asfálticas y de obtener nuevos parámetros comparativos,

sobre el posible comportamiento de la mezcla asfáltica a fallas de fatiga y

ahuellamiento.


15

4. PARAMETROS DE CONTROL DEL USO DE TECNOLOGIA

SUPERPAVE PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS RESISTENTES A FALLAS POR FATIGA Y AHUELLAMIENTO El principal objetivo del presente capítulo es presentar al lector los nuevos

parámetros de control, que la metodología Superpave tiene en cuenta para

evaluar el desempeño de mezclas asfálticas a fallas de fatiga y ahuellamiento.

Derivados de esta exposición, se definirán los nuevos ensayos que brindan

información sobre dichas fallas.

4.1. GENERALIDADES

En la búsqueda de brindar un modelo con el cual se pudieran predecir las fallas

que más se presentan en las mezclas asfálticas, las nuevas especificaciones de

Superpave están basadas en controlar el desarrollo de fallas de ahuellamiento,

fatiga (piel de cocodrilo) y fallas por temperatura, como ya se ha mencionado.

Para el presente estudio no se desarrolló completamente el diseño Superpave,

sino que se utilizaron los procesos de compactación por medio del Compactador

Giratorio Superpave (SGC) y se utilizó parte del análisis establecido por el diseño

Marshall y por la norma francesa NF P 98-130 para la obtención del contenido

óptimo de asfalto. Adicionalmente se realizó la caracterización del ligante asfáltico

por medio del ensayo del Reómetro de Corte Directo (DSR) según la norma

ASSHTO TP5-98 y el proceso de envejecimiento del ligante por medio del ensayo

en el Horno de Lamina Asfáltica Delgada en Movimiento (RTFO) según la norma

INVE-720.


16

De este modo, una mejor explicación de cómo se obtienen los parámetros de

control a evaluar, se basa en analizar los agregados y el ligante como un solo

sistema. Sin embargo en el enfoque de las nuevas especificaciones Superpave se

evalúan aspectos independientes para el ligante asfáltico y los agregados, como

por ejemplo las temperaturas a las cuales el ligante cumple con ciertas

propiedades físicas que son función del clima para el cual se está diseñando.

4.2. ESPECIFICACIONES SUPERPAVE PARA CONTROLAR LA FISURACIÓN

POR FATIGA

Las especificaciones que la metodología Superpave exige para prevenir la

fisuración por fatiga en las mezclas asfálticas, se basan en los valores que pueda

tomar el módulo de corte complejo (G*) y el ángulo de fase (δ ) cuando se

caracteriza el comportamiento viscoso y elástico del ligante asfáltico a utilizar (IPC,

1995).

Como bien se sabe, los valores de G* y δ en los ligantes asfálticos dependen de

la frecuencia de carga y temperatura, siendo G* la medida con la cual se obtiene

la resistencia total del ligante a la deformación cuando éste es sometido a corte.

De este mismo modo δ brinda información del significado de G*, en el sentido en

que podemos saber si la deformación que se presenta es de carácter viscoso o

elástico (IPC, 1995).

De esta manera, las nuevas especificaciones Superpave propusieron un factor de

control de agrietamiento por fatiga, definido como G* x Sen(δ ), cuyo valor

máximo permitido es de 5000 kPa. El objetivo principal de este parámetro es

garantizar que el material es capaz de recuperarse de la deformación por las


17

cargas y que al mismo tiempo el material tenga un comportamiento elástico blando

(IPC, 1995).

4.3. ESPECIFICACIONES SUPERPAVE PARA CONTROLAR LA FALLA POR DEFORMACIÓN PERMANENTE Ó AHUELLAMIENTO

Para la falla por deformación permanente ó ahuellamiento, la metodología

Superpave implementó un factor de deformación permanente, el cual fue definido

como el módulo complejo G*, dividido el Seno del ángulo fase δ , (G*/SEN (δ )). Con este factor se representa el componente viscoso de la rigidez que el ligante

tiene en su totalidad cuando está sometido a altas temperaturas, que hacen que el

ligante asfáltico se comporte como un líquido (IPC, 1995).

Para la metodología Superpave el mínimo factor de ahuellamiento que se puede

presentar en el ligante, sin considerar ningún proceso de envejecimiento, es 1.0 kPa y para el ligante que ha sufrido envejecimiento en el RTFO, el mínimo valor es

de 2.2 kPa (IPC, 1995)..

El objetivo final de la combinación entre el valor del módulo complejo G* y el valor

del ángulo de fase (δ ), es que el primero tienda aumentar y el segundo a

disminuir, con lo que se garantizaría que la tendencia de la mezcla a deformarse

permanentemente sería mucho menor (IPC, 1995).

4.4. CONCLUSIONES

Del estudio acerca de la metodología Superpave, se puede evidenciar el

desarrollo de ensayos que permiten la obtención de salidas cuantitativas,


18

enfocadas hacia el registro del comportamiento de los diferentes ligantes

asfálticos, a diferentes temperaturas y frecuencias. Con esto, se puede pensar en

una mejora al posible desempeño de la mezcla asfáltica, cuando ésta se

encuentre en uso.

Los parámetros presentados por la metodología Superpave, módulo complejo G* y

ángulo de fase (δ ), son dos nuevos factores que se obtienen por medio del

ensayo del Reómetro de Corte Directo (DSR), que caracterizan directamente el

ligante asfáltico, y se convierten en parámetros de comparación del desempeño a

fallas de fatiga y ahuellamiento.


19

5. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL GRANULAR 0/14 A UTILIZAR PARA LA CARPETA DE RODADURA Otro de los factores de vital importancia, para evaluar el desempeño de una

mezcla asfáltica, es la granulometría que se utiliza en su fabricación y diseño.

A continuación, se exponen las características que los materiales granulares

deben cumplir, acordes con normas nacionales e internacionales para el diseño de

la mezcla asfáltica.

5.1. GENERALIDADES

La granulometría a utilizar para el presente estudio, es la denominada como 0/14

continuo, que proviene de la norma francesa NF P 98-130 y la cual también se

encuentra normalizada por el reglamento del IDU del 2002, donde se estipulan los

requisitos técnicos que se deben cumplir para este tipo de mezclas en la ciudad de

Bogotá D.C.

En la norma francesa NF P 98-130 se especifican mezclas asfálticas en caliente

con dos tipos de granulometrías, que son las BBSG 0/10 y BBSG 0/14. Los

parámetros de empleo de este tipo de mezclas dependen principalmente de las

condiciones de incremento de tráfico para las cuales se esté diseñando, ya que

dependiendo del sector donde se realice la colocación de la mezcla asfáltica se

debe valorar si su riesgo al deterioro es alto o bajo, para de esta manera obtener

el espesor recomendado, como se observa en la siguiente tabla.


20

TABLA 5.1- SELECCIÓN DEL ESPESOR DE LA CAPA DE RODADURA, REGLAMENTO IDU 2002

Es así que para el diseño de la mezcla asfáltica que se evaluó en este proyecto,

se optó por tomar una mezcla tipo 4, con la cual se tiene un espesor de 10 a 12cm

y con la que se define la granulometría a utilizar para este tipo de mezcla asfáltica.

Así mismo, los parámetros que debe cumplir la mezcla asfáltica se estipulan en el

Reglamento-2002-IDU, en la cual se define el número de giros a aplicar en el SGC

para la utilización de la tecnología Superpave. De igual manera, en la norma se

encuentra la relación de vacíos recomendada para este tipo de mezclas asfálticas

diseñadas con granulometría tipo 0/14 contínuo como se observa a continuación:


21

TABLA 5.2-PROPIEDADES MÍNIMAS REQUERIDAS PARA MEZCLA ASFÁLTICA 0/14, REGLAMENTO IDU 2002

Al valorar los mecanismos de desempeño de la mezcla asfáltica 0/14 del

reglamento del IDU-2002, también se encuentran parámetros de desempeño que

se deben cumplir y que son de especial atención para el presente estudio (Tabla

5.3).

TABLA 5.3 - ESPECIFICACIONES DE FALLA PARA MEZCLA ASFÁLTICA 0/14, REGLAMENTO IDU 2002


22

GRAFICO DE GRADACIÓN 0/14

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010. 1110100

DIAMETRO DE PARTICULAS(mm)

POR

CEN

TA

JE Q

UE

PASA

media in ferio r superior

3/3/4 1/ 4 1 4 8 20

5.2. GRANULOMETRÍA SELECCIONADA La granulometría seleccionada para el proyecto se especifica en el título C del

reglamento del IDU 2002 y posee los siguientes límites superiores e inferiores:

TABLA 5.4 -LIMITES GRANULOMÉTRICO PARA MEZCLA ASFÁLTICA 0/14, REGLAMENTO IDU 2002

FIGURA.5.1-LIMITES GRANULOMÉTRICO PARA MEZCLA ASFÁLTICA 0/14, REGLAMENTO IDU 2002


23

5.3. AGREGADOS UTILIZADOS Los agregados utilizados provienen de la empresa de pavimentos, triturados y

agregados PATRIA S.A., los cuales están distribuidos en 4 fracciones de la

siguiente manera: grava de ½ de la cantera de Vista Hermosa, grava de 3/8 de la

cantera de Vista Hermosa, Arena de trituración de la cantera de Vista Hermosa y

arena de Coello, proveniente del río que lleva el mismo nombre y que está ubicado

en el departamento del Tolima.

Para la granulometría de diseño es necesario mezclar los agregados en las

proporciones establecidas, de manera que se cumpla la norma 0/14 del INVIAS e

IDU para la construcción de obras de infraestructura vial. Las proporciones para la

mezcla de los agregados del presente proyecto quedan establecidas en los

siguientes porcentajes en peso sobre el total de los agregados: grava de ½ (40%),

grava de 3/8 (20%), arena de trituración (30%) y arena de Coello (10%).

5.4. DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA OBTENIDA La distribución granulométrica obtenida por medio de los materiales que provienen

de PATRIA S.A. produce un arreglo de acuerdo a la normatividad colombiana, tal

como se observa a continuación:


24

FIGURA.5.2-GRANULOMETRÍA OBTENIDA CON AGRAGADOS VISTAHERMOSA

En las tablas 5.5 y 5.6 se ven los datos de la granulometría obtenida para los

materiales brindados por PATRIA S.A. correspondientes a la figura 5.5 en la que

se comparan los valores de la norma y los obtenidos por medio de los ensayos de

laboratorio.

TABLA 5.5-GRANULOMETRÍA OBTENIDA CON AGREGADOS DE VISTA HERMOSA

Tamiz Tamiz Peso Tamiz Tamiz + Suelo Peso Suelo(mm) (gr) (gr) (gr)

0,5 in 12.7 571.43 683.73 112.300,37 in 9.5 670.96 1091.15 420.190,25 in 6.3 638.30 989.99 351.69

# 4 4.75 724.56 871.31 146.75# 8 2.36 539.79 772.68 232.89

# 10 2 478.81 561.51 82.70# 16 1.18 489.32 674.96 185.64# 50 0.3 416.84 616.46 199.62

# 200 0.074 299.18 417.42 118.24tapa tapa 301.36 447.58 146.22

1996.23PESO TOTAL MUESTRA


25

Tamiz Tamiz % Retenido % Acumulado % Pasa(mm)

0,5 in 12.7 5.6% 5.6% 94.4%0,37 in 9.5 21.0% 26.7% 73.3%0,25 in 6.3 17.6% 44.3% 55.7%

# 4 4.75 7.4% 51.6% 48.4%# 8 2.36 11.7% 63.3% 36.7%

# 10 2 4.1% 67.5% 32.5%# 16 1.18 9.3% 76.8% 23.2%# 50 0.3 10.0% 86.8% 13.2%

# 200 0.074 5.9% 92.7% 7.3%tapa tapa 7.3% 100.0% 0.0%

100.0%

TABLA 5.6-GRANULOMETRÍA OBTENIDA CON AGREGADOS DE VISTA HERMOSA

5.5. CONCLUSIONES De las tablas anteriores, se puede observar que la granulometría seleccionada

cumple tanto con los porcentajes mínimos exigidos por el reglamento del IDU-

2002, como con los requeridos por la norma francesa NF P 98-130. Esto garantiza

que se tiene un punto de referencia para las características de la mezcla 0/14.

Este capítulo permite dimensionar el papel primordial que los requerimientos

mínimos de desempeño de la mezcla asfáltica, cumplen a la hora de realizar las

comparaciones finales, en donde se evalúa si los resultados obtenidos se

encuentran dentro de un rango adecuado.

Consecuentemente, se presentaran los diseños realizados por medio de cada

metodología de una manera secuencial que garantice el entendimiento del

procedimiento realizado para cada diseño.


26

6. DATOS OBTENIDOS DEL DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA

CON TECNOLOGIA SUPERPAVE Para obtener el contenido óptimo de asfalto para la mezcla se utilizó el SGC. Esta

máquina constituye uno de los desarrollos más importantes por el SHRP, ya que

permite compactar las muestras asfálticas simulando de forma apropiada las

condiciones de carga y clima a los que se somete el pavimento (IPC, 1995).

FIGURA 6.1- COMPACTADOR GIRATORIO UTLIZADO EN EL DESARROLLO DEL DISEÑO, CITEC

Debido a que en la actualidad el SGC se encontraba fuera de servicio por

dificultades técnicas, fue necesario emplear el diseño de la mezcla asfáltica con

tecnología Superpave realizado por la Universidad de Los Andes para el Instituto

de Desarrollo Urbano IDU bajo el número de contrato 306 de 2003 y cuyo objeto

fue el de “Segunda Fase del Estudio de las Mejoras Mecánicas de Mezclas


27

Asfálticas con Desechos de Llantas – Pista de prueba”. Por lo tanto todos los

datos del presente capítulo son resultados del estudio mencionado.

A continuación, se describe el proceso adelantado por la Universidad para la

realización del diseño de la mezcla asfáltica3 Para este diseño con tecnología

Superpave, se elaboraron cuatro probetas que fueron sometidas a una presión de

compactación de 600 kPa, con un ángulo de giro 1.25º+/-0.02º y un volumen

correspondiente aproximado de 4500 g para la aplicación final de 80 giros durante

la compactación (IPC, 1995).

FIGURA 6.2- ELABORACIÓN DE PROBETAS PARA COMPACTACIÓN EN EL SGC.

Para el contenido óptimo de asfalto se utilizó la relación que se encuentra en la

norma francesa NF P 98-130 de diciembre de 1991, donde se define el contenido

de asfalto como:

5 135123.225.0% fsSGLigante +++⋅⋅= ακ (1) 3 Dicho proceso fue facil itado para ser uti l izado en el presente estudio


28

Siendo K el modulo de richesse que según la recomendación de la norma

francesa, su valor inicial debe ser 3.3, siendo la sumatoria en la formula 1 la

superficie específica de la granulometría a utilizar, la que se calcula tal y como se

puede observar en la fórmula 3.

Para este caso, la relación de vacíos se debía encontrar en un rango entre el 4% y

8% como lo exige la norma del IDU, así como también el valor del modulo

dinámico a 10hz y 15Cº debe ser superior a 46.000 Kg/cm2.

A continuación el parámetro de corrección de masa de la formula 1 (α ) se

calculó como:

165.265.265.2 ===

ρα

agragados (2)

Finalmente, para obtener el valor de la sumatoria, la norma francesa define lo

siguiente:

fsSG 135123.225.0 +++ (3)

Esta fórmula depende de la granulometría de los agregados que se utilicen para el

diseño de la mezcla, que en este caso fueron los provenientes de PATRIA S.A, y

de donde se definen los parámetros de la siguiente manera:

• G = Porcentaje en peso de agregados que tienen un diámetro mayor a

6.3mm.


29

• S = Porcentaje en peso de agregados que tienen un tamaño entre 6.3mm y

0.315mm.

• s = Porcentaje en peso de agregados que tienen un tamaño entre 0.315mm y

0.08mm.

• f = Porcentaje en peso de agregados que tienen un tamaño menor a 0.08

mm.

Después de la compactación de las cuatro probetas en el SGC se realizó el

análisis del desempeño de éstas mediante los ensayos de Módulo Dinámico a 10

Hz y 15°C (según la norma INVE-754), y del Peso Específico Aparente y Peso

Unitario de las muestras (según la norma ASTM-2726).

A continuación se muestran los datos obtenidos como resultado de los ensayos

que se realizaron a cada probeta con diferente contenido de asfalto, el cual fue

producto de la variación de los valores del parámetro K en la fórmula (1) (IDU &

UNIANDES, 2005). También vale recalcar que cada probeta fue dividida en dos y

solo a una de estas partes se le realizaron los ensayos de la norma ASTM-2726.

TABLA 6.1- PESO ESPECÍFICO APARENTE Y PESO ESPECÍFICO UNITARIO DE LAS PROBETAS PARA VALORES DE K DE 3.3 Y 3.6


30

TABLA 6.2- PESO ESPECÍFICO APARENTE Y PESO ESPECÍFICO UNITARIO DE LAS PROBETAS PARA VALORES DE K DE 3.9 Y 4.2

* A= PESO MUESTRA SECA EN EL AIRE, B= PESO RECIPIENTE + AGUA A 25°C, C= PESO RECIPIENTE + AGUA A 25°C+ MUESTRA

TABLA 6.3- PESO ESPECÍFICO BULK Y PESO ESPECÍFICO DE LAS PROBETAS PARA VALORES DE K DE 3.3, 3.6, 3.9 Y 4.2

Módulo DinámicoKg/cm2

5.41 3.3 2.13 8.80 95919

Barranca 80/100 5.91 3.6 2.14 6.60 120719

6.4 3.9 2.16 5.96 112642

6.89 4.2 2.13 6.54 168779

% VacíosAsfalto % Asfalto KPeso especí fico Bulk

(g/cm3)

TABLA 6.4- DESEMPEÑO DE CADA MUESTRA PARA HALLAR EL CONTENIDO ÓPTIMO DE ASFALTO.


31

• CONCLUSIONES

Para el diseño realizado se utilizaron procedimientos de ensayo de la norma

francesa NF P 98 -130, de la norma INVE -748, y procedimientos de

compactación por medio del SGC. Aquí, los resultados del ensayo de Módulo

Dinámico y Peso Especifico Bulk son considerados como esenciales, pues

determinan la selección óptima del contenido de asfalto. Para este caso particular,

este contenido correspondió a la probeta que mostró el mejor desempeño (6.89%).

Para efectos de la evaluación de estos resultados, dentro del presente estudio,

resultó necesario el establecimiento de un punto de comparación, que a

continuación se realizó mediante la elaboración de un diseño Marshall con las

mismas características granulométricas.


32

7. DATOS DE DISEÑO MARSHALL

Con la granulometría especificada, se realizó un diseño Marshall de acuerdo con

la normatividad INVIAS y según el ensayo INVE – 748 (Resistencia de Mezclas

Bituminosas Empleando el Aparato Marshall) cuyos procedimientos y resultados

obtenidos se presentan aquí.

7.1. GENERALIDADES

La mezcla se realizó con 5 contenidos de asfalto diferentes, los cuales se

especificaron como porcentaje en peso del total de la mezcla. Los contenidos de

asfalto utilizados fueron 5%, 5.5%, 6%, 6.5% y 7%, y para cada uno de ellos se

desarrollaron 3 muestras de prueba en los moldes especificados por la norma, los

cuales son de diámetro interior 101.6 mm (4 pulg), y altura de 76.2 mm (3 pulg).

La compactación de los moldes se realizó de acuerdo al artículo 450 – 02 del

INVIAS y el IDU, el cual dice que se deben compactar con 75 golpes por cada

cara, además de cumplir con otras especificaciones que son de suma importancia

y que se muestran en la siguiente tabla, proveniente de las especificaciones

anteriormente mencionadas.


33

TABLA 7.1- ESPECIFICACIONES INVIAS PARA DISEÑO MARSHALL SEGÚN ARTÍCULO 450-02

Es importante recalcar que para poder llevar a cabo la parte práctica de laboratorio

para el diseño Marshall, fue necesario hacer dos diseños, ya que en el primer

intento no se obtuvieron resultados satisfactorios. Por lo tanto, a continuación se

presenta el diseño Marshall definitivo con todas las explicaciones del

procedimiento y luego se presentarán los resultados del primer diseño realizado

para mostrar que no fueron confiables.

7.2. DISEÑO MARSHALL DEFINITIVO

La finalidad de los ensayos realizados en el diseño Marshall es encontrar los

parámetros esenciales para la construcción de las gráficas que permiten llegar a la


34

obtención final del porcentaje de asfalto óptimo para la granulometría de diseño

especificada.

Las gráficas necesarias para este punto del procedimiento se refieren al

porcentaje de asfalto (que en este caso serían 5%, 5.5%, 6%, 6.5% y 7%), contra

Estabilidad, Flujo, Peso Unitario de la Muestra Compactada, Porcentaje de Vacíos

en la mezcla y Porcentaje de Vacíos en Agregados Minerales.

La normatividad colombiana contempla estos ensayos en las normas para

construcción de carreteras del Instituto Nacional de Vías (INVIAS). De esta

manera se consideró importante realizar una breve descripción del procedimiento

realizado bajo estas normas para la obtención de los parámetros de este numeral

como se encuentra a continuación:

La Norma INVE – 733 (Peso Específico Aparente y Peso Unitario de Mezclas

Asfálticas Compactadas Empleando Especimenes Saturados con Superficie Seca)

sirve para encontrar el peso unitario de la mezcla compacta. Para llevar a cabo el

procedimiento se tomó la muestra compactada, seca y se pesó en la balanza

(peso A), luego se sumergió la muestra en un baño de agua a 25 °C, se pesó

(peso C) y se secó ligeramente y luego de secarla se volvió a pesar (peso B). La

diferencia de los pesos B y C es el peso de un volumen de agua igual al de la

muestra. El peso unitario es la multiplicación del peso específico del espécimen y

el peso unitario del agua.

Peso Específico Aparente = A/(B-C) (4)

Para encontrar el Peso Específico Teórico Máximo de la mezcla asfáltica, el cual

es pieza fundamental en el diseño Marshall, es importante tener en cuenta las


35

exigencias de la Norma INVE – 735 (Peso Específico Teórico Máximo de Mezclas

Asfálticas para Pavimentos). Para llevar a cabo el procedimiento, primero se

calentó la muestra en el horno el tiempo necesario para poder disgregarla

mediante una espátula, luego se pesó en la balanza (peso A). Luego se colocó el

material dentro de un recipiente adecuado, que en este caso era de vidrio, y

durante 15 minutos se sometió el material a vacío mediante la ayuda de una

bomba con agua hasta el nivel medio del recipiente. Cada dos minutos se agitó el

recipiente fuertemente para retirar el aire contenido en la muestra.

Cuando se removió el aire atrapado se procedió a llenar el recipiente con agua a

25 °C y a pesarlo en la balanza (peso C).

Peso Específico=A/(A+B-C) (5)

Donde:

A=Peso muestra seca en el aire

B=Peso del recipiente lleno con agua a 25 °C

C=Peso del recipiente lleno con agua a 25 °C y muestra.

Finalmente, la Norma INVE – 736 (Porcentaje de Vacíos con Aire en Mezclas

Asfálticas Compactadas Densas y Abiertas) busca determinar el porcentaje de

vacíos con aire en mezclas asfálticas compactadas. Los vacíos con aire son las

bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de agregado cubiertas con

asfalto en una mezcla asfáltica compactada.

Para este ensayo se tuvo que determinar previamente el peso específico aparente

de la mezcla compactada según Norma INVE – 733 o 734 y el peso específico

teórico máximo según Norma INVE – 735.


36

Los cálculos realizados son:

% Vacíos con Aire = 100*(1- (peso específico aparente / peso específico teórico

máximo) (6)

A continuación se presentan los resultados que se obtuvieron en el ensayo de

laboratorio para las 15 muestras:

Promedio Estabilidad (Lb)

Promedio F lujo (1/100 pulg)

Peso Unitario (gr/cm3)

Peso Unitario Promedio (gr/cm3)

% Vacios en Agregados Minerales

Peso Especifico

Máximo promedio

% Vacíos mezcla

2.112.102.11

2.102.122.13

2.122.172.122.15

2.152.15

2.182.172.17

6.5%

16.67

14.674963.60

5.74

2.28

4066.02 15.33

7.0% 2.171

2.107

6.0% 2.137

2.40

2.30

24.03%

23.80%

24.48%

2.3524.21% 9.05

5084.29

13.00

2.153 5.52

5.0% 12.30

2.116 24.55% 2.37 10.855.5% 4878.87 14.00

5231.33

TABLA 7.2- RESULTADOS DISEÑO MARSHALL DEFINITIVO

Otro de los procedimientos que se realizaron corresponde al ensayo de

Estabilidad y Flujo, el cual está contemplado en la norma INVE – 748 (Resistencia

de Mezclas Bituminosas Empleando el Aparato Marshall). Este ensayo se basa en

fallar las muestras que previamente han sido compactadas mediante el aparato de


37

compactación Marshall. La falla de las muestras se realizó por medio de una

prensa mecánica con velocidad uniforme de desplazamiento de 50.8 mm / min. En

el momento de la falla se utilizó un medidor de deformación basado en un

deformímetro de lectura final fija y dividido en centésimas de milímetro, el cual

sirve para medir el flujo o deformación de la muestra hasta el momento de la falla.

Estos datos son importantes para elaborar las gráficas de contenido de asfalto

contra estabilidad y flujo, las cuales son imprescindibles para encontrar el

contenido óptimo de asfalto para una gradación dada. Los datos obtenidos en el

diseño para la granulometría 0/14 utilizada para el presente trabajo son:

TABLA 7.3 -ESTABILIDAD Y FLUJO DE CADA PROBETA

El paso siguiente en la metodología de diseño fue encontrar el porcentaje óptimo

de asfalto. En la elección de este porcentaje se procedió a tomar un valor del


38

porcentaje de vacíos de aire en la mezcla, el cual, según la normatividad del IDU

del 2002 se encuentra en el intervalo entre 4% y 8%. Con este valor se ingresó a

la gráfica de porcentaje de vacíos en la mezcla contra porcentaje de asfalto e

interpolando se halló el porcentaje de asfalto que corresponde al porcentaje de

vacíos de la mezcla que se supuso inicialmente. Con el porcentaje de asfalto

obtenido se debía comprobar que se cumpliera con las demás propiedades como

son las de flujo, estabilidad, peso unitario de la mezcla y porcentaje de vacíos en

agregados minerales, según las especificaciones mínimas requeridas en la tabla

7.1.

% Vacios en la Mezcla Vs % Asfalto

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0%

Porcentaje de Asfalto

% V

acio

s en

la M

ezcl

a

FIGURA 7.1- % VACÍOS EN LA MEZCLA Vs % ASFALTO

Para el diseño Marshall definitivo, el porcentaje de vacíos con el cual se cumplió

con los requerimientos mínimos exigidos fue del 6%. Con este valor se hizo la

interpolación en la figura 7.1 para encontrar el porcentaje de asfalto óptimo, el cual


39

para este caso dio un valor de 6.42%. Con el porcentaje de asfalto obtenido se

ingresó a cada una de las gráficas de estabilidad, flujo, peso unitario de la mezcla

compacta y porcentaje de vacíos en agregados minerales contra porcentaje de

asfalto y se interpoló obteniendo los siguientes resultados como se presenta a

continuación en las siguientes figuras:

Estabilidad Vs Porcentaje de Asfalto

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0%


Esta

bilid

ad (L

b)

FIGURA 7.2 - ESTABILIDAD Vs % ASFALTO


40

Flujo Vs Porcentaje de Asfalto

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0%


Fluj

o (1

/100

pul

g)

FIGURA 7.3 - FLUJO Vs % ASFALTO

Peso Unitario Mezcla Compacta Vs Porcentaje de Asfalto

1.80

1.90

2.00

2.10

2.20

2.30

2.40

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0%


Peso

Uni

tario

Mez

cla

(gr/

cm³)

FIGURA 7.4 - PESO UNITARIO MEZCLA COMPACTA Vs % ASFALTO


41

% Vacios en Agregados Minerales Vs % Asfalto

23.00

23.50

24.00

24.50

25.00

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0% 7.5%


% V

acio

s en

Agr

egad

os M

iner

ales

FIGURA 7.5 - % VACÍOS AGREGADOS MINERALES Vs % ASFALTO

De cada una de las gráficas anteriores se obtuvieron como resultado los

siguientes parámetros del diseño definitivo los cuales cumplen con las

especificaciones mínimas requeridas por las normas colombianas (Tabla 7.1).

6.4 %5017.4 Lb

14.4 1/100 pulg2.15 gr/cm³24.066 %6.0 %

Flujo Peso Unitario de la MezclaVacios en Agregados Vacios Mezcla

Asfalto OptimoEstabilidad Mínima

TABLA 7.4 - RESULTADOS DISEÑO MARSHALL


42

7.3. PROBLEMAS PRESENTADOS EN EL PRIMER DISEÑO MARSHALL

Durante el transcurso de la mezcla y compactación de los primeros 15

especimenes ocurrió un evento imprevisto referente a un daño mecánico ocurrido

en la máquina Marshall para compactación de muestras, lo cual obligó a realizar la

compactación de forma manual, con la consecuente introducción de errores y falta

de homogeneidad en los datos obtenidos, lo cual hizo imposible su valoración y

procesamiento. A continuación se muestran los datos obtenidos en el primer

diseño Marshall realizado:

Estabilidad (Lb)

Flujo (1/100 pulg)

Promedio Estabilidad (Lb)

Promedio Flujo (1/100 pulg)

Peso Unitario (gr/cm3)

Peso Unitario Promedio (gr/cm3)

% Vacios en Agregados Minerales

Peso Especifico

Má ximo prome dio

% Vacíos mezcla

3377 18.0 2.09

3463 15.0 2.093746 11.0 2.11

4570 15.0 2.124888 11.0 2.145859 13.0 2.12

4162 15.0 2.124347 10.0 2.144268 10.0 2.12

3476 11.0 2.10

5340 14.0 2.154757 12.0 2.15

3354 13.0 2.14

2627 33.0 2.144670 13.0 2.16

6.566.5%

19.67

12 .334524.38

4.84

2.28

3528.56 14 .67

7.0% 2.145

2.099

6.0% 2.129

3550.24

2.20

2.25

22.34%

22.37%

22.42%

11.67 2.2122.15%

2.135

2.129 21.73% 2.28 6.53

3.78

5.5% 5105.65 13 .00

4259.15

5.0% 4.55

TABLA 7.5 - RESULTADOS PRIMER DISEÑO MARSHALL

Como se observa de la tabla 7.5, el comportamiento del flujo y de la estabilidad no

cumple ningún tipo de parámetro de comportamiento, presentándose datos

incoherentes. A pesar de esto se realizaron los análisis completos y al observar el

porcentaje de vacíos en el método gráfico no se observó un comportamiento


43

característico que permitiera garantizar un resultado óptimo. Esto se puede ver en

la figura 7.6.

% Vacios en la Mezcla Vs % Asfalto

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 7.0%

Porcentaje de As falto

% V

acio

s en

la M

ezcl

a

FIGURA 7.6 - RESULTADOS PRIMER DISEÑO MARSHALL

Del procedimiento realizado con la figura 7.6 se obtuvo un valor del porcentaje de

asfalto deseado, con el cual se ingresó a las gráficas de estabilidad y de

porcentaje de Vacíos en Agregados Minerales contra porcentaje de Asfalto para

obtener estos valores por medio de extrapolación, observando que las líneas de

tendencia no se acercaban de una forma adecuada a los resultados obtenidos y

confirmando que los datos presentados en la tabla 7.5 no eran los más

adecuados, por lo cual se decidió definitivamente que no se tendrían en cuenta

estos resultados para obtener el diseño definitivo.


44

7.4. CONCLUSIONES

A través de los resultados obtenidos por diseño Marshall, se puede concluir que, a

pesar de ser uno de los métodos más utilizados alrededor del mundo, se configura

como un modelo de sensibilidad considerable, que exhibe variaciones ante

cualquier eventualidad que pueda presentarse durante su preparación. Esto, en la

práctica significa que al realizar dos diseños con las mismas características y

procedimientos, es muy probable que los resultados tengan variaciones

apreciables.

Si se comparan los resultados obtenidos del porcentaje de asfalto de los dos

diseños Marshall encontramos una diferencia del 11%, lo cual presenta una

divergencia importante para las características propias de la mezcla.

También se observa que existe una diferencia del 6.82%, entre el diseño Marshall

y el realizado con tecnología Superpave, en términos del contenido óptimo de

asfalto. Sin embargo, este es un valor mínimo que no permitirá grandes

diferencias en los resultados de los posteriores ensayos de desempeño.


45

8. RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE EL ENSAYO EN EL HORNO DE LÁMINA ASFÁLTICA DELGADA EN MOVIMIENTO - RTFO Para lograr obtener resultados que garanticen el comportamiento de los diseños

bajo condiciones reales, se hace necesario tener en cuenta los efectos que sufre

el ligante asfaltico debido al proceso de envejecimiento. Además, en la

metodología Superpave, es de vital importancia simular estos efectos para lograr

obtener parámetros que brinden información acerca del desempeño de la mezcla

asfáltica a futuro.

Para llevar a cabo el proceso de envejecimiento se utilizó la norma AASHTO

T240, Ensayo de Horno de Lámina Asfáltica Delgada en Movimiento (RTFO). Para

realizar el ensayo se procedió inicialmente a calentar el asfalto Barranca 80/100

de manera que adquiriera un estado líquido teniendo la precaución de no

sobrepasar 150Cº cumpliendo con las recomendaciones la norma. Este proceso

es necesario para poder verter el ligante en los ocho recipientes diseñados para el

ensayo como se observa a continuación:


46

FIGURA 8.1 LLENADO DE RECIPIENTES CON LIGANTE ASFÁLTICO PARA SIMULACION DE ENVEJECIMIENTO POR MEDIO DE LA MAQUINA RFTO.

A cada recipiente se le agregaron 35 +/- 0.5 g de ligante Barranca 80/100, para

luego ser colocado en el horno RTFO a una temperatura de 160 C º, durante un

tiempo de 85 minutos.

Durante el procedimiento fue necesario obtener los siguientes pesos: El peso del

recipiente seco, sin ningún contenido de ligante (peso 1), luego el peso con el

asfalto sin envejecer (peso 2) y finalmente, después de realizado el envejecimiento

y de haber dejado enfriar hasta temperatura ambiente los recipientes, se registró

un último peso en el cual se tuvo en cuenta el recipiente más el ligante (peso 3).

Con estos datos se calculó la pérdida de material en masa, producto del proceso

de envejecimiento del asfalto.

Es de aclarar que al realizar este ensayo de RTFO al ligante Barranca 80/100 la

simulación de la oxidación que sufre el ligante solo cubre la etapa de mezclado y

construcción según el IPC. En las siguientes tablas se observa el porcentaje de

perdida de ligante para solamente tres ensayos realizados, dado que no se

consideró necesario poner el total de resultados que sirven sólo como

comprobación para poder ser utilizados en los posteriores ensayos de resistencia

de las mezclas.


47

TABLA 8.1 RESULTADOS ENSAYO 1 RTFO - PORCENTAJE DE PERDIDA EN MASA LIGANTE BARRANCA 80/100

TABLA 8.2 - RESULTADOS ENSAYO 2 RTFO - PORCENTAJE DE PERDIDA EN MASA LIGANTE BARRANCA 80/100

TABLA 8.3 - RESULTADOS ENSAYO 3 RTFO - PORCENTAJE DE PERDIDA EN MASA LIGANTE BARRANCA 80/100


48

• CONCLUSIONES

Por medio de los datos obtenidos, se observa que ninguna de las muestras

presenta una pérdida en masa superior al 1%, valor máximo permitido según la

norma AASHTO T-240. Esto verifica entonces que el ligante Barranca 80/100, se

encuentra dentro de los rangos permitidos por las especificaciones Superpave.

Adicionalmente, los resultados de la pérdida de masa del ligante después del

envejecimiento, permiten llegar a la conclusión de que hay, efectivamente, un

proceso de oxidación del asfalto, debido al contacto permanente con el aire y las

altas temperaturas.

El siguiente procedimiento fue la valoración del ligante envejecido, por medio de

las demás pruebas de desempeño seleccionadas para el presente estudio.


49

9. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL ASFALTO BARRANCA 80/100 POR MEDIO DEL ENSAYO DE REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO (DSR) En esta sección se presenta la caracterización del ligante asfaltico Barranca

80/100, realizada por medio del ensayo DSR según la norma ASSHTO TP5-98.

Con este ensayo se obtienen los valores del módulo de corte complejo (G*) y del

ángulo de fase (δ ), parámetros cuantitativos que brindan información acerca del

posible desempeño ante fallas de fatiga y ahuellamiento que el ligante va a tener

durante su vida útil como se mencionó anteriormente.

9.1. RESULTADOS OBTENIDOS • ASFALTO NUEVO En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos del ensayo DSR

realizado a la muestra de asfalto nuevo con un barrido de temperaturas de 52, 58

y 64 °C obteniendo el módulo de corte complejo (G*) en Pascales y el ángulo de

fase (δ ) en grados para cada una de las temperaturas.

Temperatura Tiempoang.

Frecuencia osc. stress % strain G*/sin(delta) G*xsin(delta) G* deltaDeg Cº s rad/sec Pa kPa kPa Pa degrees

52 63.6 9.987 504.3 12.224 4.140 4.120 4130 85.9658 63.33 9.987 208.2 11.938 1.748 1.744 1746 87.2464 63.54 9.987 90.9 11.877 0.7662 0.765 765.7 88.06

BARRANCA ORIGINAL 80-100

TABLA 9.1 - RESULTADOS ENSAYO DSR ASFALTO BARRANCA 80/100 Posteriormente se grafico el cambio que el valor del módulo de corte complejo

(G*) sufrió durante el ensayo como consecuencia del cambio de temperatura.


50

COMPORTAMIENTO G* BARRANCA NUEVO 80-100

0

1000

2000

3000

4000

5000

52 58 64

Temperatura (Cº)

G* (

Pa)

FIGURA 9.1 - MÓDULO DE CORTE COMPLEJO G* Vs TEMPERATURA

• ASFALTO ENVEJECIDO RFTO

De igual manera que se procedió para la muestra de asfalto nuevo se muestran a

continuación los resultados obtenidos de la caracterización del asfalto envejecido

por medio del ensayo DSR.

Temperatura Tiempoang.

Frecuencia osc. stress % strain G*/sin(delta) G*xsin(delta) G* deltaDeg Cº s rad/sec Pa kPa kPa Pa degrees

52 63.36 9.987 643.8 10.03 6.462 6.388 6425 83.8658 63.56 9.987 269.8 10.044 2.699 2.683 2691 85.5864 48.01 9.987 118 9.9703 1.187 1.183 1185 86.91

BARRANCA RFTO 80-100

TABLA 9.2 - RESULTADOS ENSAYO DSR ASFALTO ENVEJECIDO BARRANCA 80/100


51

COMPORTAMIENTO G* BARRANCA RFTO 80-100

01000

20003000

400050006000

7000

52 58 64

Temperatura (Cº)

G* (

Pa)

FIGURA 9.2 MÓDULO DE CORTE COMPLEJO G* Vs TEMPERATURA

9.2. CONCLUSIONES

Al caracterizar el ligante Barranca 80/100 se obtuvieron los valores de modulo

complejo G* y el ángulo de fase δ para tres temperaturas de barrido de 52Cº,

58Cº y 64Cº, verificando de esta manera los parámetros mínimos de control para

el desempeño del ligante a las fallas de ahuellamiento (G*/Sen(δ ) >1.0kPa para

asfalto nuevo y >2.2kPa para asfalto envejecido) y fatiga (G*xSen(δ )<5.0kPa)

exigidos por la metodología Superpave. Observando que a una temperatura de

58Cº el ligante presentó su mejor desempeño y cumplió de esta manera con los

requerimientos solicitados por la norma AASHTO TP5.

En las figuras 9.3 y 9.4 se puede ver la posible predicción del comportamiento del

ligante (nuevo y envejecido) ante las fallas de ahuellamiento y de fatiga.


52

En cuanto a la resistencia que ofrece el material de estudio a la falla de

ahuellamiento, se puede ver en la figura 9.3 que su comportamiento según la

teoría, está gobernado por la relación G*/Sen (δ ). Para la explicación de está

gráfica se puede observar que el material presenta un comportamiento más

cercano al de un sólido elástico después de haber realizado el proceso de

envejecimiento. Esto se comprueba ya que el valor de la relación G*/Sen (δ ) es

más alto para el ligante envejecido obteniéndose una diferencia del 34% para una

temperatura de ensayo de 58°C, por lo cual se espera que este ligante ofrezca

una mayor resistencia al ahuellamiento que el material nuevo.

COMPORTAMIENTO A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

52 58 64Temperatura (Cº)

G*/S

EN(d

elta)

(kPa

)

BARRANCARTFO 80-100

BARRANCAORIGINAL80-100

FIGURA 9.3 FACTOR DE CONTROL DE FALLA DE AHUELLAMIENTO PARA ASFALTO NUEVO Y ASFALTO

ENVEJECIDO.

En el caso de la falla de fatiga, la ecuación que gobierna el fenómeno es G* x Sen

(δ ). Teniendo en cuenta los datos de las tablas 9.1, 9.2 y de la figura 9.4 se

observa que las componentes viscosas y elásticas son menores en el ligante

nuevo en un 35% comparado con el ligante envejecido a la temperatura de 58°C,

por lo tanto es muy probable que este presente una menor resistencia a la falla por

fatiga.


53

COMPORTAMIENTO A LA FISURACIÓN POR FATIGA

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

52 58 64Temperatura (Cº)

G*XS

EN(d

elta)

(kPa

)

BARRANCARTFO 80-100

BARRANCAORIGINAL80-100

FIGURA 9.4 FACTOR DE CONTROL DE FALLA DE FATIGA PARA ASFALTO NUEVO Y ASFALTO ENVEJECIDO


54

10. ENSAYOS DE FATIGA

Después de haber realizado los ensayos de DSR para el ligante asfáltico, el paso

a seguir fue la caracterización de las mezclas asfálticas. Para esto se procedió a la

práctica de ensayos de fatiga, los cuales se muestran a continuación.

10.1 DEFINICIÓN DEL METODO DE ENSAYO Para la elaboración de las probetas necesarias para este ensayo se realizaron

panelas para el diseño Marshall y para el diseño con tecnología Superpave con

asfalto nuevo y asfalto envejecido.

Las dimensiones de cada panela fueron de 30cm*30cm*3cm y la mezcla se

elaboró a una temperatura de 160Cº para garantizar un compactación uniforme.

FIGURA 10.1 - ELABORACIÓN PROBETAS PARA EL ENSAYO DE FATIGA

La realización de las probetas y la posterior caracterización del comportamiento a

fatiga de los diseños del presente estudio se rigió según la norma francesa NF

P98-261, donde el parámetro de falla de cada probeta es determinado por la


55

disminución de su fuerza de reacción a la mitad. Los ensayos se realizaron a una

temperatura de 21°C y una frecuencia de 10 Hz.

FIGURA 10.2 - FALLA DE PROBETAS EN LA MAQUINA DE FATIGA 10.2. RESULTADOS OBTENIDOS

A continuación se presentan los resultados obtenidos del ensayo de fatiga

realizado a las doce probetas elaboradas con asfalto nuevo para cada diseño,

donde se observa la deformación constante y el tiempo durante el cual cada

probeta permaneció sin presentar falla durante el ensayo. Con estos valores se

obtiene el número de ciclos de carga que resistió cada una de las probetas hasta

el momento de falla y posteriormente se grafica la deformación (ετ ) Vs numero de

ciclos (N) para finalmente poder obtener el valor de la deformación unitaria (ε6 ) a

un millón de ciclos y así confirmar si el comportamiento cumple con los valores

mínimos que se exigen en las normas.


56

• DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO NUEVO

Probeta Nº Minutos Segundos N εt120 7200 72000 220E-6

1680 100800 1008000 90E-65760 345600 3456000 66E-6116 6960 69600 220E-6

1710 102600 1026000 90E-65820 349200 3492000 66E-6108 6480 64800 220E-6

1650 99000 990000 90E-66130 367800 3678000 66E-6112 6720 67200 220E-6

1690 101400 1014000 90E-65980 358800 3588000 66E-6

1

2

3

4

ε6 95.2E-6b -0.3090α 3.24

TABLA 10.1 RESULTADOS ENSAYO DE FATIGA DISEÑO MARSHALL

FIGURA 10.3 - CURVA DE FATIGA DISEÑO MARSHALL

Curva de Fatiga

y = 0.0068x-0.309

10E-6

100E-6

1E-3

10000 100000 1000000 10000000N

εt


57

• TECNOLOGIA SUPERPAVE CON ASFALTO NUEVO

Probeta Nº Minutos Segundos N εt87 5220 52200 220E-6

1760 105600 1056000 90E-69870 592200 5922000 66E-6

62 3720 37200 220E-61680 100800 1008000 90E-69640 578400 5784000 66E-6

65 3900 39000 220E-61615 96900 969000 90E-610420 625200 6252000 66E-6

84 5040 50400 220E-61710 102600 1026000 90E-610340 620400 6204000 66E-6

1

2

3

4

ε6 99.4E-6b -0.2490α 4.02

TABLA 10.2- RESULTADOS ENSAYO DE FATIGA DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE

Curva de Fatiga

y = 0.0031x-0.249

10E-6

100E-6

1E-3

10000 100000 1000000 10000000N

εt

FIGURA 10.4 - CURVA DE FATIGA DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE


58

10.3. CONCLUSIONES

Es importante aclarar que no se presentan los resultados de los ensayos de fatiga

para las mezclas con asfalto envejecido debido a que no fueron coherentes ni

comparables a los valores mínimos exigidos por las normas colombianas (Tabla

5.3).

FIGURA 10.6 - CURVAS DE FATIGA DISEÑOS CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE Y MARSHALL CON LIGANTE NUEVO

De acuerdo a los datos obtenidos de los ensayos de fatiga realizados con asfalto

nuevo, la mezcla asfáltica que presentó mayor resistencia a la deformación

unitaria ε6 para un millón de ciclos N, fue la mezcla realizada con tecnología

Superpave presentando una diferencia del 4.2% en valor. De la figura 10.6 se

Curva de Fatiga

10E-6

100E-6

1E-3

10000 100000 1000000 10000000N

εt

DISEÑO MARSHALL DISEÑO CON T ECNOLOGÍA SUPERPAVEPotencial (DISEÑO MARSHALL) Potencial (DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE)


59

puede observar que el comportamiento del diseño con tecnología Superpave con

asfalto nuevo a bajas deformaciones es mejor que el presentado por el diseño

Marshall, debido a que con un N=5.000.000 la deformación unitaria ε6 se

diferencia en un 13.2%; mientras que a deformaciones altas N=40.000 el

comportamiento que presenta el diseño Marshall es mejor en un 16.2% que el

presentado por el diseño con tecnología Superpave.

Dado este comportamiento las pendientes de los dos ensayos realizados son

diferentes haciendo que las curvas de fatiga se crucen en N= 485.000, con lo que

se obtiene una deformación unitaria de ε6=119∗10−6.


60

11. ENSAYOS DE AHUELLAMIENTO

Según la metodología planteada para el estudio, posterior a los ensayos de fatiga,

se procedió a la realización de ensayos de ahuellamiento para los cuatro tipos de

mezclas con asfalto nuevo y envejecido.

11.1. DEFINICIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO Para la realización de los ensayos de ahuellamiento se utilizó la norma INVE-756,

Resistencia a la Deformación Plástica de las Mezclas Asfálticas Mediante la Pista

de Ensayo de Laboratorio. Para tal fin se construyeron cuatro panelas, una para

cada tipo de mezcla: Marshall con asfalto nuevo, Marshall con asfalto envejecido,

tecnología Superpave con asfalto nuevo y tecnología Superpave con asfalto

envejecido. Las dimensiones de cada panela fueron de 30cm*30cm*4cm y la

mezcla se elaboró a una temperatura de 160 °C para garantizar una compactación

uniforme.

Después de haber elaborado la panela, está se colocó dentro de un horno a 60 °C

por 4 horas, luego se ubicó dentro de la máquina de ensayo de ahuellamiento, la

cual también se encontraba precalentada a la temperatura de 60°C. Luego

mediante una rueda que va pasando de lado a lado de la muestra se aplicó una

presión de contacto de 900 KN/m2 y se midieron las deformaciones producidas en

la muestra durante un periodo de tiempo de 120 mín.


61

11.2. RESULTADOS OBTENIDOS

En esta sección, se presentan los resultados para cada uno de los ensayos de

ahuellamiento realizados con asfalto nuevo y envejecido, mostrando la

deformación final que cada probeta sufrió a causa de la carga aplicada. Esta

deformación se evidencia mediante fotografías, registros de deformación

acumulada y velocidad de deformación, y su graficación para cada intervalo de

tiempo.


FIGURA 11.1 - MEZCLA DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO NUEVO DESPUÉS DEL ENSAYO DE AHUELLAMIENTO


62

T IEMPO (min) DEFORMACION (mm) TIEMPO (min) DEFORMACION (mm)

0 0.000 30 7.6401 1.800 35 8.470

3 3.700 40 8.6105 3.880 45 9.67010 5.980 60 10.69015 5.760 75 10.78020 6.580 90 11.32025 7.820 105 11.520

120 12.080 TABLAS 11.1 - DEFORMACIONES ACUMULADAS EN INTERVALOS DE TIEMPO PARA DISEÑO MARSHALL CON

ASFALTO NUEVO

30-4575-90

105-120

135.33 9.67

mmDEFORMACION ACUMULADA

11.3212.08

36.00

INTERVALO

37.33

VELOCIDAD DE DEFORMACION�m/min

TABLAS 11.2 - VELOCIDADES DE DEFORMACIÓN PARA DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO NUEVO

PISTA DE ENSAYO

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120

T iempo (min)

Defo

rmac

ión

(mm

)

FIGURA 11.2 - DEFORMACIONES ACUMULADAS Vs TIEMPO


63

• DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO ENVEJECIDO

FIGURA 11.3 - MEZCLA DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO ENVEJECIDO DESPUÉS DEL ENSAYO DE AHUELLAMIENTO

TIEMPO (min) DEFORMACION (mm) TIEMPO (min) DEFORMACION (mm)

0 0.000 30 3.400

1 0.900 35 3.900

3 1.240 40 4.0205 1.320 45 4.280

10 2.600 60 4.880

15 2.650 75 5.70020 2.710 90 5.950

25 3.100 105 6.150

120 6.750

TABLAS 11.3 DEFORMACIONES ACUMULADAS EN INTERVALOS DE TIEMPO


64

30-4575-90

105-12016.67

INTERVALO

40.00

VELOCIDAD DE DEFORMACIONµm/min

5.956.75

58.67 4.28


TABLAS 11.4 VELOCIDADES DE DEFORMACIÓN

PISTA DE ENSAYO

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120Tiempo (min)

Defo

rmac

ión

(mm

)

FIGURA 11.4 DEFORMACIONES ACUMULADAS Vs TIEMPO


65

• TECNOLOGIA SUPERPAVE CON ASFALTO NUEVO

FIGURA 11.5 MEZCLA DISEÑO TECNOLOGÍA SUPERPAVE DESPUÉS DE AHUELLAMIENTO CON ASFALTO NUEVO

TABLAS 11.5 DEFORMACIONES ACUMULADAS EN INTERVALOS DE TIEMPO

TIEMPO (min) DEFORMACION (mm) TIEMPO (min) DEFORMACION (mm)

0 0.00 30 8.761 3.36 35 9.44

3 3.66 40 9.745 3.74 45 10.1010 5.40 60 10.7815 7.37 75 11.7020 8.28 90 12.1025 8.35 105 12.60

120 13.14


66

30-4575-90

105-12026.67

INTERVALO

36.00


12.1013.14

89.33 10.10


TABLAS 11.6 VELOCIDADES DE DEFORMACION

PISTA DE ENSAYO

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (min)

Defo

rmac

ión

(mm

)

FIGURA 11.6 DEFORMACIONES ACUMULADAS Vs TIEMPO


67

• TECNOLOGIA SUPERPAVE ASFALTO ENVEJECIDO

FIGURA 11.7 - MEZCLA DISEÑO TECNOLOGÍA SUPERPAVE DESPUÉS DE AHUELLAMIENTO CON ASFALTO ENVEJECIDO

T IEMPO (min) DEFORMACION (mm) TIEMPO (min) DEFORMACION (mm)

0 0.00 30 5.411 1.41 35 5.93

3 2.25 40 6.155 2.18 45 6.7010 2.01 60 8.1615 3.94 75 8.7920 4.83 90 9.4725 4.95 105 10.02

120 10.73

TABLA 11.7 - DEFORMACIONES ACUMULADAS EN INTERVALOS DE TIEMPO


68

30-4575-90

105-120

86.00 6.70mm

DEFORMACION ACUMULADA

9.4710.73

45.33

INTERVALO

47.33


TABLA 11.8 - VELOCIDADES DE DEFORMACION

PISTA DE ENSAYO

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m)

FIGURA 11.8 - DEFORMACIONES ACUMULADAS Vs TIEMPO

11.3. CONCLUSIONES

Para los ensayos de ahuellamiento realizados es preciso hacer cuatro tipos de

comparaciones.

La primera resulta de comparar las mezclas de Marshall y tecnología superpave

con asfalto nuevo y la segunda, con asfalto envejecido.


69

En el caso de las dos últimas comparaciones, es preciso verificar el cambio de las

características de la mezcla cuando se realiza el envejecimiento del asfalto. Esto

quiere decir que se comparan las mezclas de Marshall y tecnología Superpave

realizadas con asfalto nuevo, con sus homólogas que se obtuvieron a partir de

asfalto envejecido.

Gracias a estas comparaciones, se pudo concluir que la mezcla realizada por

medio del diseño marshall y las realizadas con asfalto envejecido, presentaron un

mejor comportamiento ante la falla por ahuellamiento. Esto se puede observar a

continuación.

• Marshall Vs Superpave con Asfalto Nuevo:

De los ensayos realizados para el diseño Marshall y con tecnología Superpave

con asfalto nuevo se pudieron observar los siguientes comportamientos:


70

COMPARACIÓN PISTA DE ENSAYO

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m

SUPERPAVE ASFALTO NUEVO MARSHALL ASFALTO NUEVO FIGURA 11.9 – COMPARACION DEFORMACIONES ACUMULADAS ENTRE SUPERPAVE Y MARSHALL CON

ASFALTO NUEVO - En el intervalo de 0 a 30 min la velocidad de deformación de la mezcla Marshall

fue menor en un 13% que la presentada por la mezcla con tecnología Superpave.

En este sector es donde se hace más notoria la diferencia de comportamiento

entre las dos mezclas.

- En el intervalo de 30 a 120 min la velocidad de deformación de la mezcla con

tecnología Superpave se hace menor que la de Marshall mostrando una diferencia

del 30% entre el intervalo de tiempo de 30 a 90 min y luego se reduce a una

diferencia del 3% entre los 90 y los 120 min.

- Si se observa la deformación acumulada, en todo momento la mezcla con

tecnología Superpave estuvo por encima de la realizada por el método Marshall.

Esto significa que la mezcla con diseño Marshall aparentemente es más resistente

al ahuellamiento. Es importante aclarar que la diferencia en mm de ahuellamiento


71

entre las dos mezclas al final de la prueba es tan solo de 1 mm, lo cual deja dudas

acerca de una verdadera diferencia en el desempeño de las mezclas ante la falla

de ahuellamiento.

• Marshall Vs Superpave con Asfalto Envejecido:

De los ensayos realizados para el diseño Marshall y con tecnología Superpave

con asfalto envejecido se pudieron observar los siguientes comportamientos:


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120Tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m

MARSHALL ASFALTO VIEJO SUPERPAVE ASFALTO VIEJO FIGURA 11.10 – COMPARACION DEFORMACIONES ACUMULADAS ENTRE SUPERPAVE Y MARSHALL CON

ASFALTO ENVEJECIDO


tecnología Superpave es mayor que la presentada por la mezcla con diseño

Marshall en un 37%. En este sector es donde se hace más notoria la diferencia en

el comportamiento de las dos mezclas, ya que después de los 30 min las dos

tienen un comportamiento similar a pesar de tener valores diferentes.


72

- En el intervalo de 30 a 120 min las condiciones permanecen como al principio y

la velocidad de deformación de la mezcla con tecnología Superpave es mayor que

la de Marshall, presentándose una diferencia del 45% en el intervalo entre los 30 y

90 min, y en el intervalo entre los 90 y 120 min la diferencia se reduce al 15%.

- En cuanto a la deformación acumulada, en todo momento la mezcla con

tecnología Superpave tuvo sus valores de deformación por encima de la realizada

por el método Marshall. Por lo tanto, la mezcla Marshall volvió a demostrar que

aparentemente es más resistente al ahuellamiento, pero en esta ocasión la

diferencia de mm en el resultado final de deformación se hace más notoria y es de

4 mm.

• Marshall con Asfalto Nuevo Vs Marshall con Asfalto Envejecido:

De los ensayos realizados para el diseño Marshall con asfalto Nuevo y envejecido

se pudieron observar los siguientes comportamientos:


73


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120Tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m

MARSHALL ASFALTO NUEVO MARSHALL ASFALTO VIEJO FIGURA 11.11 – COMPARACION DEFORMACIONES ACUMULADAS ENTRE MARSHALL CON ASFALTO ENVEJECIDO

Y MARSHALL CON ASFALTO NUEVO


asfalto nuevo fue mayor que la presentada por la mezcla con asfalto envejecido en

un 56%.

- En el intervalo de 30 a 120 min las condiciones permanecen como al principio y

la velocidad de deformación de la mezcla con asfalto nuevo es mayor a la vez que

sus valores de deformación también sobrepasan a los del asfalto envejecido en

una proporción del doble. A pesar de esto, el comportamiento en esta fase del

ensayo es similar para las dos mezclas a pesar de tener valores diferentes.

- Si se observa en las gráficas, la mezcla con asfalto nuevo se estabilizó en 40

minutos, mientras que la mezcla con asfalto envejecido lo hizo a los 15 mín de lo

cual puede decir que debido al proceso de envejecimiento del ligante, la mezcla


74

pudo sufrir algún tipo de aumento en su rigidez lo cual hace que sea más

resistente a la falla por ahuellamiento.

• Tecnología Superpave con Asfalto Nuevo Vs Tecnología Superpave con Asfalto Envejecido:

De los ensayos realizados para el diseño con tecnología Superpave con asfalto

Nuevo y envejecido se pudieron observar los siguientes comportamientos:


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

0 20 40 60 80 100 120Tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m

SUPERPAVE ASFALTO NUEVO SUPERPAVE ASFALTO VIEJO FIGURA 11.12 – COMPARACION DEFORMACIONES ACUMULADAS ENTRE SUPERPAVE CON ASFALTO

ENVEJECIDO Y SUPERPAVE CON ASFALTO NUEVO


asfalto nuevo fue mayor que la presentada por la mezcla con asfalto envejecido en

un 38%.


75

- En el intervalo de 30 a 120 min la velocidad de deformación es mayor en un 20%

en casi todo momento para la mezcla con asfalto envejecido. Sin embargo, los

valores de la deformación acumulada son mayores en un 36% para la mezcla con

asfalto nuevo.

- Si se observa en las gráficas, las dos mezclas se estabilizaron aproximadamente

a los 23 minutos. En todo momento las dos mezclas tuvieron un comportamiento

bastante similar.


76

12. ENSAYOS MÓDULO DINAMICO

A lo largo de este estudio, se ha venido hablando de los ensayos de ahuellamiento

y fatiga como medios de evaluación del desempeño de las mezclas asfálticas

realizadas. Sin embargo, existen otras herramientas de gran utilidad que brindan

información adicional como el ensayo de Módulo Dinámico, que tiene en cuenta la

deformación unitaria de la mezcla ante la aplicación de cargas axiales a diferentes

frecuencias y temperaturas. Por esta razón, se consideró importante realizar los

siguientes ensayos.

12.1. DEFINICIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO

Para la elaboración de este ensayo se empleó la norma INVE-754 de INVIAS,

realizándolo a temperaturas de 5Cº, 25Cº y 40Cº con frecuencias de carga de

1Hz, 4Hz, 10Hz y 16Hz en cada temperatura. De esta manera se pudo obtener

información específica de las propiedades elásticas de la mezcla midiendo su

respuesta recuperable a la deformación axial.

En las figuras siguientes se presenta el proceso de elaboración y falla de las

muestras en el ensayo de módulo dinámico encontrándose en la figura 12.1 la

compactación de la probeta y el horno donde se estabiliza la temperatura de las

probetas a la cual se quiere realizar el ensayo. Posteriormente se presentan en la

figura 12.2 las probetas cuando se somete a la aplicación de carga para poder

medir su deformación unitaria.


77

FIGURA. 12.1 - PROCESOS PARA EL ENSAYO DE MODULO DINÁMICO

FIGURA.12.2 - APLICACIÓN DE DEFORMACIÓN AXIAL PROBETAS MODULO DINAMICO


78

12.2. RESULTADOS OBTENIDOS

La especificación de los resultados obtenidos de las cuatro muestras sometidas al

ensayo de Módulo Dinámico se presenta a continuación. Para cada probeta se

presentan temperatura, frecuencia, amplitud de carga, deformación unitaria y el

valor del módulo dinámico. También se presenta la gráfica de valores de modulo

dinámico Vs frecuencia de aplicación, en la cual se diferencia tres curvas,

correspondientes a las temperaturas de ensayo.


Temperatura de Ensayo Frecuencia Amplitud de

CargaDeformación

UnitariaModulo

Dinámico[ ºC ] [ Hz ] [ Kg ] [ mm/mm ] [ Kg/cm2 ]

1 182 0.000025 913544 148 0.000019 10021310 148 0.000017 10816616 179 0.000021 1100801 188 0.000096 248974 141 0.000052 3451010 146 0.000042 4469916 171 0.000045 480811 185 0.000209 112744 146 0.000116 1603210 146 0.000091 2039216 184 0.000105 22373

5

25

40

TABLA 12.1 - RESULTADOS OBTENIDOS MODULO DINÁMICO DISEÑO MARSHALL


79

Módulo Dinámico

91354

100213108166 110080

24897

34510

4469948081

1127416032

20392 22373

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

1 10 100

Frecuencia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2]

5º 25º 40º

FIGURA.12.3 - GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO DISEÑO MARSHALL

• DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO ENVEJECIDO

Temperatura de Ensayo

Frecuencia Amplitud de Carga

Deformación Unitaria

Modulo Dinámico

[ ºC ] [ Hz ] [ Kg ] [ mm/mm ] [ Kg/cm2 ]1 184 0.000023 1024334 145 0.000016 11329910 152 0.000016 12296816 182 0.000018 1254421 180 0.000106 215214 153 0.000056 3451810 150 0.000042 4488216 178 0.000046 488681 183 0.000268 87314 146 0.000151 1236210 147 0.000116 1607116 180 0.000128 17942

40

5

25

TABLA.12.2 - RESULTADOS OBTENIDOS MODULO DINÁMICO DISEÑO MARSHALL CON ASFÁLTO ENVEJECIDO RFTO


80

Módulo Dinámico

21521

34518

4488248868

102433

113299

122968 125442

873112362

16071 17942

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1 10 100

Fre cuencia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2

25º 5º 40º

FIGURA.12.4 - GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO DISEÑO MARSHALL CON ASFALTO ENVEJECIDO RFTO

• TECNOLOGÍA SUPERPAVE CON ASFALTO NUEVO

Temperatura de

Ensayo Frecuencia Amplitud de Carga

Deformación Unitaria Modulo Dinámico

[ ºC ] [ Hz ] [ Kg ] [ mm/mm ] [ Kg/cm2 ]1 184 0.000020 1164644 153 0.000015 13100110 146 0.000013 14291816 184 0.000016 1441001 189 0.000110 218774 148 0.000054 3476810 153 0.000041 4694416 188 0.000047 506671 189 0.000275 87554 148 0.000151 1254010 150 0.000114 1665516 183 0.000123 18990

40

5

25

TABLA.12.3 - RESULTADOS OBTENIDOS MODULO DINÁMICO DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE


81

Módulo Dinámico

21877

34768

46944 50667

116464

131001

142918 144100

8755 12540 16655 18990

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1 10 100

Fre cuencia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2

25º 5º 40º

FIGURA.12.5 - GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE

• TECNOLOGIA SUPERPAVE ASFALTO ENVEJECIDO

Temperatura de Ensayo Frecuencia Amplitud de

CargaDeformación

Unitaria Modulo Dinámico

[ ºC ] [ Hz ] [ Kg ] [ mm/mm ] [ Kg/cm2 ]1 183 0.000022 1085824 148 0.000015 12226710 148 0.000014 13693916 175 0.000016 1393111 181 0.000116 198564 150 0.000058 3307110 150 0.000044 4319916 182 0.000052 447051 180 0.000263 86994 150 0.000140 1367010 155 0.000112 1758416 186 0.000121 19678

40

5

25

TABLA.12.4 RESULTADOS OBTENIDOS MODULO DINÁMICO DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE ASFALTO ENVEJECIDO


82

Módulo Dinámico

19856

33071

43199 44705

108582

122267

136939 139311

869913670 17584 19678

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1 10 100

Frecue ncia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2

25º 5º 40º

FIGURA.12.6 GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO DISEÑO CON TECNOLOGÍA SUPERPAVE ASFALTO ENVEJECIDO

12.3. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos del ensayo de módulo dinámico a bajas temperaturas y

asfalto nuevo, muestran que el módulo más alto se presentó en el diseño con

tecnología Superpave, mientras que el módulo dinámico más bajo se presentó en

el diseño Marshall, con una diferencia promedio del 22%. Esto evidencia el

carácter significativo de la diferencia de los valores de módulo dinámico para el

diseño Marshall con asfalto nuevo y el diseño con tecnología Superpave y asfalto

nuevo.

En los módulos dinámicos obtenidos, para los diseños con Tecnología Superpave

y Marshall con asfaltos envejecidos, se observa que los valores del diseño con

tecnología Superpave fueron mayores en un 8%, aunque la diferencia entre los

resultados fue menor a la presentada por las mezclas con asfalto sin envejecer.


83

Las mezclas Superpave siempre tuvieron valores de los módulos dinámicos

superiores a los presentados por las mezclas del diseño Marshall, lo que puede

ser atribuido a la mayor cantidad de asfalto, sin importar la temperatura.

Módulo Dinámic o a 5ºC

102433

113299

122968125442

91354

100213

108166 110080

116464

131001

142918 144100

108582

122267

136939139311

80000

100000

120000

140000

160000

1 10 100

Frecuencia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2]

MARSHALL ENVEJECIDO MARSHALL NUEVO SUPERPAVE NUEVO SUPERPAVE ENVEJECIDO

FIGURA.12.7 - GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO A 5ºC

Con los módulos obtenidos con asfalto nuevo para temperaturas de trabajo medio

se presentó un mayor valor con el diseño con tecnología Superpave,

presentándose una diferencia en promedio del 5%. Sin embargo, es necesario

aclarar que se encontraron puntos de excepción para los cuales los valores para

Marshall eran mayores que para la tecnología Superpave: el punto obtenido con la

frecuencia de 1hz fue mayor en el diseño Marshall en un 13.8% mientras que, la

diferencia entre los valores de las frecuencias de 4, 10, 16 Hz fue tan solo del 2%.

Para los módulos con asfalto envejecido se presentaron mayores valores en el

diseño Marshall comparados con los del diseño Superpave. Para todas las


84

frecuencias evaluadas, la diferencia entre estos valores fue de tan solo el 6%.

De lo anterior se puede concluir que, al aumentar la temperatura, los valores de

los módulos no presentaron variaciones considerables entre los diferentes

diseños. Esto tendría como posible consecuencia la variación de la resistencia a

los esfuerzos del ligante a mayor temperatura y la pérdida de su relevancia dentro

de la mezcla, con lo cual el agregado mineral, que es igual para los dos diseños,

asume la mayor parte de la carga del ensayo y hace que los resultados sean

similares.

Módulo Dinámico a 25ºC

21521

34518

4488248868

24897

34510

4469948081

21877

34768

4694450667

19856

33071

43199 44705

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 10 100

Frecue ncia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2]

MARSHALL ENVEJECIDO MARSHALL NUEVO SUPERPAVE NUEVO SUPERPAVE ENVEJECIDO

FIGURA.12.8 GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO A 25ºC

En los resultados obtenidos a la temperatura de 40ºC y mezclas realizadas con

asfalto nuevo, los valores del módulo del diseño Marshall fueron mayores que los

presentados por el diseño con tecnología Superpave, con diferencias promedio del

21%. Por el contrario, para las mezclas con asfalto envejecido, el diseño con

tecnología Superpave presentó valores mayores con las frecuencias de 4, 10 y

16Hz con una diferencia del 9%, siendo la frecuencia de 1Hz mayor en el diseño


85

Marshall y conservando una diferencia mínima del 0.4% entre los valores de los

módulos obtenidos.

Módulo Dinámico a 40ºC

8731

12362

1607117942

11274

16032

2039222373

8755

12540

16655

18990

8699

13670

17584

19678

0

5000

10000

15000

20000

25000

1 10 100

Fre cue ncia [Hz]

Mod

ulo

[Kg/

cm2]

MARSHALL ENVEJECIDO MARSHALL NUEVO SUPERPAVE NUEVO SUPERPAVE ENVEJECIDO FIGURA.12.9 - GRAFICA DEL MODULO DINÁMICO A 40ºC

Se puede observar a partir de los resultados obtenidos de los módulos dinámicos,

que los valores a temperaturas bajas presentan una diferencia considerable entre

un diseño y el otro de más del 20%, tanto con asfaltos nuevos como envejecidos.

Estos últimos registran una diferencia promedio del 8%, hecho que se identifica

como consecuencia de los cambios que se realizaron con la implementación de la

tecnología Superpave, y que produjo un mejor desempeño de la mezcla bajo estas

características.

Los valores de los módulos obtenidos a temperaturas de 25ºC y 40ºC no indican

que el comportamiento de alguna de las dos mezclas sea mejor que el de la otra,

debido a que su diferencia no fue mayor al 3%, valor que indicaría la

significatividad del evento contrario.


86

13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

13.1 CONCLUSIONES

Como conclusión general del presente estudio se puede decir que ninguna de las

4 mezclas evaluadas fue superior en desempeño para todas las pruebas

realizadas. Esto pudo ser debido a que los dos diseños evaluados fueron bastante

semejantes, lo cual no permitió observar grandes diferencias.

Otra posible causa es que cada diseño presentó un mejor comportamiento bajo

ciertas características específicas, como temperatura y frecuencia de aplicación de

carga, a partir de lo cual no es posible concluir que alguna de estás mezclas sea

mejor que las demás.

Al analizar los resultados obtenidos de los ensayos de fatiga, se puede concluir

que el diseño realizado por medio de la tecnología Superpave, presentó un mejor

comportamiento a bajas deformaciones unitarias comparado con el diseño

Marshall.

De la caracterización del desempeño de estas mezclas, se encontró que valores

mínimos que se tenían que cumplir en ciertos parámetros, tales como la velocidad

de deformación en los ahuellamientos4, no se cumplieron. Así mismo, la

deformación unitaria ε6 en el ensayo de fatiga5, tampoco se encontró dentro del

rango requerido. Una posible causa de este comportamiento puede ser el uso de

asfaltos no modificados, como también que algunos procedimientos del ensayo 4 La condición es que el resultado del ensayo de ahuellamiento para la velocidad de deformación en el intervalo 90-120 mín debe ser menor a 20 �m/min según la norma francesa y el reglamento IDU-2002 5 Según los requerimientos debe tener un valor mínimo de 100*10-6


87

pueden afectar de manera directa el desempeño de las probetas. Sin embargo,

esto último no es de fácil observación, y por tanto se puede llegar a incurrir en

resultados erróneos. Un ejemplo claro de esta condición, es la forma en que se

pegan las probetas a la máquina de falla.

En los resultados arrojados por el ensayo de ahuellamiento, se observó que todas

las mezclas durante el periodo comprendido entre los 0 y los 30 minutos sufren

una falla con velocidad inicial de deformación rápida que posteriormente a los 30

minutos decrece y muestra una tendencia de estabilización. Una posible

explicación para este fenómeno, es el proceso de reacomodación de partículas

por una alta relación de vacíos, un alto porcentaje de asfalto o, en su defecto, la

fractura de las partículas de agregado. Después de esta primera fase, la mezcla

empezó a trabajar homogéneamente, distribuyendo la carga de una mejor manera

entre el asfalto y el agregado; por lo cual la velocidad de deformación tendió a

mantenerse casi constante.

De acuerdo a lo anterior, y con los resultados obtenidos, la mezcla realizada con

tecnología Superpave presenta una mayor reacomodación de sus componentes

en el principio, que se cumple tanto para las mezclas con asfalto nuevo, como

para las que tienen asfalto envejecido. Esto puede ser debido a que la cantidad de

asfalto en la mezcla con Tecnología Superpave es mayor que la utilizada para el

diseño Marshall.

Aunque los resultados obtenidos en la comparación de las mezclas realizadas con

tecnología Superpave y por medio del método Marshall, no difieren mucho en sus

valores, el presente estudio permite concluir que la mezcla hecha con el diseño

Marshall tiene una mayor resistencia a la falla de ahuellamiento con respecto de la


88

mezcla con tecnología Superpave, como consecuencia de su menor contenido de

asfalto.

Los resultados de las muestras con asfalto envejecido, muestran que la pendiente

inicial de la curva de deformación permanente contra tiempo decrece con respecto

de la encontrada en las mezclas con asfalto nuevo aproximadamente en un 50%.

De acuerdo al razonamiento que se ha venido siguiendo, esto lleva a la conclusión

de que, al envejecerse el asfalto, se puede rigidizar o estabilizar ligeramente, y por

tanto, la mezcla también puede presentar estas condiciones. En la fase inicial del

ensayo para mezclas con asfaltos envejecidos se puede obtener una menor

reacomodación de las partículas y del asfalto entre sí, por lo que el

comportamiento de la mezcla se estabiliza un poco. Esto confirma los resultados

obtenidos de la caracterización del ligante Barranca 80/100, por medio del ensayo

de DSR; de acuerdo al cual se esperaba que el ligante envejecido ofreciera mayor

resistencia al ahuellamiento.

El grado de temperatura máximo (Performance Grade - PG) que se obtuvo, de la

caracterización del ligante Barranca 80/100, fue 58°C. Siendo esta temperatura la

máxima recomendada a la cual la mezcla asfáltica puede estar en servicio.

Del desempeño presentado por las mezclas evaluadas por medio del módulo

dinámico, se puede concluir que el diseño con tecnología Superpave presenta su

mejor comportamiento a bajas temperaturas comparado con el diseño Marshall ya

que el valor del módulo se diferencia en promedio un 22%. Para medias y altas

temperaturas, sin embargo, su desempeño es menos eficiente, partiendo de la

observación de que los valores del diseño Marshall presentaron mejor

comportamiento a estas temperaturas con una diferencia de valores del 21% para

40°C y del 3% para 25°C. Esto puede ser a causa del contenido de asfalto, el cual


89

es mayor en las mezclas con tecnología Superpave y debido a que conforme el

ligante aumenta la temperatura, el comportamiento se asemeja más al de un

líquido, haciendo que la mezcla pierda capacidad de soporte, y los valores del

módulo dinámico sean menores.

De las mezclas envejecidas se pudo observar que los valores de los módulos

dinámicos presentaron la tendencia a disminuir con respecto de los valores

obtenidos con asfalto nuevo en un promedio del 10%. Esto se puede interpretar

como un cambio de las propiedades elásticas del ligante, debido a la oxidación

inducida por el ensayo de RTFO; haciendo que las propiedades del ligante no

permanezcan constantes y que el desempeño presentado por las mezclas,

disminuya considerablemente.

Finalmente, con base en los resultados obtenidos, se puede decir que un diseño

realizado por medio de tecnología Superpave, mejora en ciertos aspectos las

características de desempeño de la mezcla asfáltica. Esto confirma el hecho de

que, comenzar a implantar la metodología de una forma parcial, puede traer

beneficios sobre la forma como se evalúan las mezclas asfálticas en nuestro país.

Des esta manera, se estaría dando el primer paso a posibles y futuras

investigaciones.

13.2 RECOMENDACIONES

Es importante notar que el uso de la tecnología Superpave para el presente

estudio se ve limitado a un solo tipo de mezcla asfáltica, produciendo resultados

insuficientes, o poco representativos de la población, para garantizar que el

desempeño de todas las mezclas, especialmente las más utilizadas en nuestro

país, presenten las mismas características. Se hace necesaria la continuación de


90

posteriores estudios, que ayuden a complementar los resultados aquí

encontrados, como por ejemplo trabajos que realicen comparaciones con mezclas

asfálticas tipo INVIAS (MDC-2) Vs mezclas tipo IDU (0/14).

Se recomienda, para futuros estudios, la no estandarización del ensayo de

ahuellamiento como base para la comparación entre dos mezclas que posean la

misma granulometría; ya que el grado de precisión en los resultados no es

satisfactorio, y no permite establecer diferencias significativas y confiables.

También se recomienda que si se vuelve a realizar algún tipo de estudio en el que

se tenga en cuenta la utilización de la granulometría 0/14, se utilicen ligantes

modificados ya que es lo que recomienda la bibliografía.

Finalmente, se puede decir que la implementación de nueva tecnología, así sea de

una forma parcial, ayuda a mejorar el desempeño de las mezclas asfálticas. Por

esta razón, se debe promover el uso de este tipo de metodologías para que, en

países en desarrollo como el nuestro, sean económicamente viables.


91

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