reciclado de pavimentos con emulsiÓn asfÁltica …
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RECICLADO DE PAVIMENTOS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA PARA DIFERENTES DOSIFICACIONES
DE ASFALTO Y PERIODOS DE ROMPIMIENTO
Juan Gabriel Naranjo González
Asesor: Jaime Wills
Universidad de los Andes
Facultada de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Bogotá, diciembre 2016
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Agradecimientos
En primer lugar, agradezco a mis abuelos, Agustín González y Priscila Chaux, quienes me han
apoyado en todo y me han criado de la mejor manera. Igualmente, a mi tío, Luis Alberto González,
quien se interesó en mi educación y me brindó la oportunidad de estudiar en una excelente
Universidad.
En segundo lugar, agradezco a mi asesor Jaime Wills por su gran apoyo durante todo el proceso
investigativo, por su interés, generosidad y por lo mucho que aprendí con su amplio conocimiento.
Finalmente, a los estudiantes Camilo Paredes, Daniel Rodríguez y Joaquín Montalvo por su arduo
trabajo dentro y fuera del laboratorio y quienes aportaron sus conocimientos y colaboración en el
desarrollo de la investigación.
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Tabla de contenido
Agradecimientos ................................................................................................................................. 2
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 7
2. OBJETIVOS ................................................................................................................................. 10
2.1. General .............................................................................................................................. 10
2.2. Específicos ......................................................................................................................... 10
3. MATERIALES .............................................................................................................................. 11
3.1. Agregados .......................................................................................................................... 11
3.1.1. Granulometría: .......................................................................................................... 12
3.2. Emulsión Asfáltica ............................................................................................................. 13
4. ENSAYOS .................................................................................................................................... 15
4.1. Gravedad Especifica Bulk (Gmb) ....................................................................................... 15
4.2. Gravedad Teórica Máxima (Gmm) .................................................................................... 16
4.3. Marshall ............................................................................................................................. 17
5. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 19
5.1. General .............................................................................................................................. 19
5.2. Separación de Material ..................................................................................................... 19
5.3. Porcentaje de Asfalto ........................................................................................................ 20
5.4. Peso de emulsión y material para cada tamiz ................................................................... 21
5.5. Preparación de la mezcla .................................................................................................. 23
5.6. Compactación .................................................................................................................... 24
5.7. Ensayos .............................................................................................................................. 25
5.7.1. Gmb: .......................................................................................................................... 25
5.7.2. Gmm: ......................................................................................................................... 26
5.7.3. Marshall: .................................................................................................................... 27
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................ 29
6.1. Gmb 29
6.2. Gmm 30
6.3. Porcentaje de vacíos ......................................................................................................... 32
6.4. Compactador giratorio (GIROS)......................................................................................... 32
6.5. Marshall ............................................................................................................................. 33
6.5.1. Gmb: .......................................................................................................................... 33
6.5.2. Estabilidad y Flujo:..................................................................................................... 35
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................... 42
4
Bibliografía ........................................................................................................................................ 43
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Lista de ilustraciones:
Figura 1. Mezcla asfáltica común con material reciclado. ................................................................ 11
Figura 2. Granulometría. ................................................................................................................... 13
Figura 3. Representación de una emulsión anicónica y catiónica. .................................................... 14
Figura 4. Compactador giratorio. ...................................................................................................... 18
Figura 5. Serie de tamices. ................................................................................................................ 19
Figura 6. Emulsión en Bandeja 1. ...................................................................................................... 20
Figura 7. Preparación de la mezcla. Figura 8. Mezcla asfáltica. ........................................... 24
Figura 9. Compactador giratorio. Figura 10. Aplicando presión de 800 Kpa. ........................ 24
Figura 11. Probetas compactadas. .................................................................................................... 25
Figura 12. Muestra suelta. ................................................................................................................ 26
Figura 13. Muestra con agua en frasco de vacío. ............................................................................. 26
Figura 14. Falla de probeta. .............................................................................................................. 28
Figura 15. Probetas falladas.............................................................................................................. 28
Figura 16. Dosificación vs. Gmb. ....................................................................................................... 30
Figura 17. Dosificación vs. Gmm. ...................................................................................................... 31
Figura 18. Dosificación vs. Gmb. ....................................................................................................... 35
Figura 19. Dosificación vs. Estabilidad. ............................................................................................. 39
Figura 20. Dosificación vs. Flujo. ....................................................................................................... 40
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Lista de tablas:
Tabla 1. Granulometría admisible para capas estabilizadas con emulsión asfáltica. ...................... 12
Tabla 2. Cantidad de material necesario para cumplir límites. ........................................................ 12
Tabla 3. Variables definidas de las probetas. .................................................................................... 20
Tabla 4. Pesos de emulsión para cada bandeja. ............................................................................... 21
Tabla 5. Peso perdido y Porcentaje de asfalto para cada día. .......................................................... 21
Tabla 6. Pesos para las dosificaciones de 50 L/m3 y 70 L/m3........................................................... 22
Tabla 7. Pesos para las dosificaciones de 90 L/m3 y 130 L/m3 ........................................................ 22
Tabla 8. Pesos para las dosificaciones de 160 L/m3 y190 L/m3 ....................................................... 23
Tabla 9. Promedio del diámetro de las probetas. ............................................................................. 29
Tabla 10. Promedio de la altura de las probetas .............................................................................. 29
Tabla 11. Resultados Gmb. ................................................................................................................ 30
Tabla 12. Resultados Gmm................................................................................................................ 31
Tabla 13. Porcentaje de vacíos para cada dosificación. .................................................................... 32
Tabla 14. Giros para las probetas de 3 días. ..................................................................................... 32
Tabla 15. Giros para las probetas de 7 días. ..................................................................................... 33
Tabla 16. Giros para las probetas de14 días. .................................................................................... 33
Tabla 17. Datos y resultados Gmb para 3 días. ................................................................................. 33
Tabla 18. Datos y resultados Gmb para 7 días. ................................................................................. 34
Tabla 19. Datos y resultados Gmb para 14 días. ............................................................................... 34
Tabla 20. Promedio de Gmb para cada dosificación y periodo de rompimiento. ............................. 34
Tabla 21. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 3 días. ....................................... 36
Tabla 22. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 3 días. .................... 39
Tabla 23. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 7 días. ....................................... 37
Tabla 24. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 7 días. .................... 39
Tabla 25. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 14 días. ..................................... 38
Tabla 26. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 14 días. .................. 39
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1. INTRODUCCIÓN
Hoy en día, el papel del medio ambiente se ha convertido de suma importancia debido al malo
uso de recursos y actividades contaminantes. Por esto, nuevas técnicas se han desarrollado y
convertido en tendencia por el beneficio que traen al medio ambiente, una de ellas es el uso de
emulsiones asfálticas que son compuestos constituidos por una pequeña porción de asfalto,
estabilizado en una fase acuosa, agua; y un agente emulsificante (Mercado, Bracho, & Avendaño,
2008). Existen también diferentes tipos de emulsión las cuales serán abordadas en el transcurso del
texto. Estos compuestos bituminosos son usados a temperatura ambiente, por esta razón llevan el
nombre de mezclas asfálticas en frío, lo que implica que no es necesario la adición de calor. Por el
contrario, las mezclas asfálticas en caliente, al suministrarle calor, las cuales puede llegar a
temperaturas superiores a 150°C, emiten bastantes gases tóxicos que afectan el aire y a los usuarios
que lo manipulan. Por lo anterior, esta investigación es amigable con el medio ambiente debido a
que se realizara ensayos que permiten el uso de emulsión asfáltica.
Durante muchos años, investigadores han venido experimentando nuevos materiales y técnicas en
el diseño de un pavimento tanto rígido como flexible. Los pavimentos rígidos se caracterizan por
utilizar concreto hidráulico mientras que los flexibles utilizan concreto asfaltico. Estos dos materiales
tienen funciones similares, la cual es servir como ligante en la mezcla para que todas las partículas,
de diferentes tamaños, se adhieran entre si y así generar las propiedades físicas adecuadas para un
pavimento, que cumpla durabilidad y resistencia al paso de vehículos. Una estructura de pavimento
está hecha por diferentes capas que pueden contener diferentes materiales, espesores,
propiedades y modos de falla diferentes.
Las mezclas asfálticas o concreto asfaltico consisten en la mezcla de agregados, tanto gruesos como
finos, y asfalto. Estas mezclas asfálticas tienen unas propiedades específicas como resistencia a
cargas de tráfico, resistencia a condiciones climáticas, impermeabilidad, etc. Para que se logren
estas propiedades es necesario que la mezcla tenga características concretas en cuanto a porcentaje
de vacíos, porcentaje de asfalto en la mezcla, gravedad específica máxima, gravedad específica Bulk
y densidad de la mezcla asfáltica. La gravedad específica de Bulk es la relación entre el peso en aire
del volumen de agregado (incluyendo vacíos permeables e impermeables, pero no entre partículas)
y el peso en el aire de un volumen igual de agua destilada. Este procedimiento es necesario para
calcular el porcentaje de vacíos de aire y el porcentaje óptimo de asfalto en el diseño Marshall.
Mientras que la gravedad específica máxima es la relación en peso de una muestra de sólidos y de
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agua en una misma cantidad de volumen. Para el desarrollo correcto de este proyecto y el
procedimiento de laboratorio se tuvo en cuenta algunas normas que especifican ciertos procesos
que ayudan a minimizar errores tanto sistemáticos como aleatorios. Algunas de estas normas
utilizadas fueron I.N.V E 223-07, I.N.V E 735-07, I.N.V E 733-07 y I.N.V E 736-07.
Por otra parte, los agregados aportan resistencia a las mezclas asfálticas quienes poseen diferentes
orígenes, estos pueden ser extraídos de ríos o hasta pueden provenir de la reutilización de un
pavimento ya existente. Para esta investigación, se utilizará un material reciclado proveniente de la
trituración de la vía Bogotá-Villavicencio. Este material se usará como 100% agregado, es decir, que
la mezcla asfáltica solo contiene este tipo de material el cual aporta un porcentaje mínimo de asfalto
que ayuda a la emulsión para que las partículas se adhieran con mayor facilidad.
Con base al contexto anterior, se decide proponer una investigación acerca de las dosificaciones
optimas que puede tener una mezcla asfáltica en frio. Para ello, se mitigó sobre los valores más
comunes de dosificaciones dadas por el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) y expertos en el tema.
En un principio, se planteó la posibilidad de realizar probetas con dosificaciones específicas como
50, 70 y 90 Litros de emulsión por metro cubico de mezcla, pero al fallar la de 50 L/m3 en el
compactador Marshall, ésta no tuvo una compactación suficiente para que todas las partículas del
fresado se adhirieran entre sí gracias al ligante. Por ello, se decidió ensayar nuevas dosificaciones
con mayor porcentaje de asfalto para obtener una mezcla homogénea y firme, que pueda soportar
los respectivos ensayos de resistencia. Pero, al realizar las mezclas con las nuevas dosificaciones, las
cuales eran 130, 160 y 190 L/m3, se resuelve en realizar ensayos para determinar los porcentajes
de vacíos de cada una de las dosificaciones con el fin de elegir la mejor de estas y tener una
investigación con mayor profundidad.
Como se mencionó con anterioridad, no se obtuvo el resultado esperado con el compactador
Marshall, y fue por eso que se optó por compactar las mezclas con el compactador giratorio, el cual
consiste en la aplicación de carga de 800 KPa mientras que el molde, donde se encuentra la mezcla,
va girando en su mismo eje. Esta máquina tiene la ventaja de generar la probeta con el diámetro y
altura deseada, además de medir los giros requeridos para llegar a las dimensiones especificadas.
Al tener el modo de compactar las mezclas, el material fresado utilizado como agregado y las
proporciones de emulsión para cada mezcla, se procede a realizar todas las probetas con sus
respectivas dosificaciones, pero, como se trata de una emulsión que trabaja como ligante, es
necesario determinar los periodos en los cuales se van a dejar estas probetas y conocer el periodo
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en el cual la emulsión se “rompe” y alcanza sus propiedades mecánicas máximas. Para ello, se dejó
en una bandeja una cantidad de emulsión conocida y se registraba el peso para conocer el
porcentaje de agua que perdía a medida que el tiempo pasaba. Este proceso se realizó dos veces
con el fin de mitigar el error y conocer los periodos de rompimiento óptimos de la mezcla.
Finalmente, una vez obtenido todas las variables de la investigación, se realiza el ensayo Marshall
para determinar la estabilidad y flujo de las mezclas asfálticas, con el fin de seleccionar la
dosificación y periodo de rompimiento optima que maximiza estos parámetros.
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2. OBJETIVOS
2.1. General
El objetivo general de esta investigación es analizar y conocer la proporción de asfalto optima y
el periodo en el cual una emulsión alcanza sus propiedades mecánicas máximas para mezclas
asfálticas en frío.
2.2. Específicos
Los objetivos específicos para lograr el general son los siguientes:
Determinar las mejores dosificaciones con el fin de tener un mayor margen a la hora de
elegir el óptimo.
Determinar el periodo de rompimiento de la emulsión con base a su tipo (Rompimiento
Lento) y la cantidad de agua perdida al paso de los días.
Realizar ensayos que determinen porcentajes de vacíos para hallar el tipo de mezcla y
obtener las dosificaciones que menor porcentaje tengan.
Seleccionar el mejor modo de compactar las probetas y realizar las diferentes mezclas
asfálticas.
Realizar ensayos de resistencia para encontrar parámetros necesarios para la correcta
comparación de resultados.
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3. MATERIALES
Una mezcla asfáltica en frio es un compuesto el cual consiste en la unión de agregados y
emulsión asfáltica. El primero le da las propiedades mecánicas necesarias para que pueda
resistir diferentes factores que se presentan en su vida útil, mientras que el segundo, tiene como
función ser un ligante, es decir, para que todos los agregados se adhieran entre sí.
Adicionalmente, los vacíos también están presentes en las mezclas, y estos son el espacio que
no contiene emulsión ni agregados. Con el fin de entender mejor el comportamiento, la textura,
el color y el manejo del RAP, material fresado, se decidió que este sería el que se usara como
100% agregado. También, por términos ecológicos y experimentar nuevas técnicas se usó la
emulsión como ligante. A continuación, se mostrará una mezcla típica con material reciclado:
Figura 1. Mezcla asfáltica común con material reciclado
Tomado de: https://pavementengineering.blogspot.com.co/p/hma-pavements-are-classified-as.html.
Como se puede observar en la Figura 1, esta mezcla asfáltica no presenta mucho porcentaje de
vacíos por lo que contiene partículas de todos los tamaños, los cuales se pueden acomodar de
manera más efectiva dentro del volumen de la mezcla. Por otra parte, los vacíos en el agregado
mineral, VAM, se encuentran entre el 11 y 17% y son los espacios de aire que existen entre las
partículas, incluyendo los espacios que están llenos de asfalto (N. Asphalt Pavement Association,
s.f.). Para entender un poco mejor el tipo y la proveniencia de los materiales utilizados, se explicará
brevemente cada uno de ellos.
3.1. Agregados
Como se había mencionado antes, los agregados para esta investigación serán 100% material
reciclado. Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), es el material obtenido gracias a la trituración o
desintegración in situ por medio de equipos de fresado de un pavimento ya existente. El material
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utilizado en la investigación fue extraído de una obra vial encontrada en el kilómetro 4 vía Bogotá-
Villavicencio.
3.1.1. Granulometría:
Uno de las propiedades más importantes que poseen los agregados es la granulometría, y
existen límites admisibles que se debe cumplir para todo tipo de mezcla. Se usó la especificación
IDU 440-11 “Capas de material Granular estabilizado con emulsión asfáltica” debido a que los
valores de la especificación que contempla la capa con material reciclado son bastante dispersos, lo
que puede generar errores a la hora del diseño de la mezcla. La siguiente tabla presenta los valores
admisibles para capas estabilizadas con emulsión asfáltica (IDU, 2011).
Tabla 1. Granulometría admisible para capas estabilizadas con emulsión asfáltica.
TIPO DE CAPA
TAMIZ (mm / U.S. Standard)
37.5 25 12.5 9.5 4.75 2 0.425 0.075
1 1/2" 1" 1/2" 3/8" No. 4 No. 10 No. 40 No. 200
% PASA
Clase A, B ó C
Gr1 100 70-100 46-75 39-68 26-53 16-39 6-22 3-15
Gr2 - 100 54-79 45-71 29-55 17-40 6-22 3-12 Tomado de: http://app.idu.gov.co/espec_tecnicas/Capitulo_4/440-11.pdf.
El tipo Gr1 que se muestra en la tabla 1, fue el que se utilizó para que cumpliera los limites
granulométricos. Posteriormente, se supone una muestra de 2000 gr y se calcula el material que
debe estar en cada tamiz para cumplir tanto con el limite inferior como el superior.
Tabla 2. Cantidad de material necesario para cumplir límites.
Como se observa en la tabla anterior, todos los tamices cumplen con los limites inferiores y
superiores. Para ver esto con más detalle, se presentará la siguiente grafica con los limites
superiores e inferiores junto con el porcentaje que pasa del material fresado:
Tamiz Material (gr) %Retenido %Pasa Lim. Inf. Lim. Sup. ¿Cumple?
1" 55 3% 97.25% 70% 100% Si
1/2" 510 26% 71.75% 46% 75% Si
3/8" 340 17% 54.75% 39% 68% Si
No. 4 490 25% 30.25% 26% 53% Si
No. 10 275 14% 16.50% 16% 39% Si
No.40 160 8% 8.50% 6% 22% Si
No. 200 70 4% 5.000% 3% 15% Si
Fondo 100 5.000% 0.000% 0% 0% Si
TOTAL (gr) 2000 100%
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Figura 2. Granulometría.
Con base a esto, se establece los valores de estos pesos separando el material fresado por cada
tamaño del tamiz. Esto facilito el cumplimiento de los limites admisibles de la granulometría
escogida. Una vez escogida los tipos de agregados, es importante elegir el ligante más apropiado
para una correcta adherencia entre ellos.
3.2. Emulsión Asfáltica
Se puede definir una emulsión asfáltica como una dispersión fina, estabilizada de un líquido en
otro, los cuales no son miscibles entre sí, para este caso son el agua y el asfalto, y están unidos por
un emulsificante, emulsionante o emulgente (Rodríguez, Castaño, & Martínez, 2001). Como se ha
dicho en el transcurso del documento, la emulsión servirá para cubrir los agregados para que estos
puedan adherirse entre sí. También, existen diferentes tipos de emulsión que depende según la
carga del emulsificante y tiempo de estabilidad. Es importante aclarar que la emulsión utilizada para
la investigación fue una Catiónica de Rompimiento Lento, debido a que esta tiene mejor
funcionamiento para lo que se realizara. A continuación, se definirán algunos de estos tipos.
Tabla 3. Según emulsificante.
Emulsificante
Tipo Descripción
Anicónica Este tipo de emulsión, cuando el agente emulsificante reacciona con el agua, se crea una polaridad negativa, es decir, que adquieren una carga negativa.
Catiónica Este tipo de emulsión, cuando el agente emulsificante reacciona con el agua, se crea una polaridad positiva, es decir, que adquieren una carga positiva.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
% P
asa
Tamiz
Granulometría Gr1
Limite inferior
Limite superior
%Pasa
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La siguiente imagen muestra de manera más clara los tipos de emulsión según su emulsificante:
Figura 3. Representación de una emulsión anicónica y catiónica
Tomado de: http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt23.pdf
Tabla 4. Según Estabilidad
Estabilidad
Tipo Descripción
Rompimiento Rápido Este tipo comprende emulsiones que se caracterizan por el rompimiento rápido al regarse y son adecuados para tratamiento superficiales; por lo general, este tipo de emulsión no resultan adecuadas para mezclas con agregado pétreo.
Rompimiento Medio Son emulsiones con estabilidad suficiente para permitir el mezclado, antes de su ruptura, con agregados pétreos de cierta granulometría; contienen más estabilizantes que las emulsiones de rompimiento raído
Rompimiento Lento Son emulsiones con suficiente estabilidad química y mecánica para cualquier trabajo en el cual, se requiera la mezcla con material pétreo, incluyendo materiales con gran proporción de finos o materiales químicamente activos como lo es el cemento o la cal.
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4. ENSAYOS
Con el fin de realizar una investigación profunda y concisa, se realizaron diferentes ensayos con
el fin de determinar ciertos parámetros necesarios para elegir adecuadamente las dosificaciones y
periodo de rompimiento. Para ello, se explicará brevemente sus respectivos objetivos y conceptos
requeridos para el estudio de los resultados.
4.1. Gravedad Especifica Bulk (Gmb)
Los objetivos principales de este ensayo es determinar la gravedad específica de Bulk, Bulk saturada
y aparente y calcular el porcentaje de absorción de la mezcla. Mientras que, la gravedad específica
es la relación entre la masa de un volumen de sólidos y la masa de un volumen igual de agua.
𝐺𝑆 =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎
Por otro lado, la gravedad especifica de Bulk se define como la relación entre el peso en el aire del
volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables e impermeables de sus partículas, pero no
los vacíos entre partículas) a una determinada temperatura y el peso en el aire de un volumen igual
de agua destilada, libre de gas, a la misma temperatura. Esta gravedad se llama aparente cuando en
vez de usar el peso en el aire del volumen total de agregados, se tiene en cuenta solo el peso en el
aire del volumen de la porción impermeable de agregados. Finalmente, la gravedad específica de
Bulk en condición saturada tiene en cuenta en la relación el peso en el aire en condición saturada y
superficialmente seca incluyendo el peso del agua.
𝐺𝑠𝑏 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝐺𝑠𝑏𝑠𝑠𝑠 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝐺𝑠𝑎 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎
Esto quiere decir que, para sacar estas gravedades, es necesario pesar la muestra asfáltica seca,
sumergida en agua y superficialmente seca, es decir secada con una toalla después de sumergida.
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Para este informe, solamente es necesario obtener el valor de la primera gravedad específica de
Bulk, ya que ese es el valor necesario para la práctica de Marshall.
Es importante aclarar que la temperatura a la cual se deben pesar las mezclas es a 25 °C, ya que a
esta temperatura la densidad del agua es 1 kg/m3.
4.2. Gravedad Teórica Máxima (Gmm)
El objetivo principal de esta práctica es determinación la gravedad específica máxima teórica y
densidad de mezclas asfálticas en caliente para pavimentos a 25º C (77º F), sin compactar. A
continuación, se definirá algunos conceptos necesarios para realizar el estudio de esta práctica.
Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un metro cúbico de mezcla a 25° C.
Presión Residual: Es la presión que siente la mezcla asfáltica dentro de un frasco de vacío
cuando se aplica vacío hasta reducirla a 4 kPa.
Gravedad específica: Es la relación en peso de una muestra de sólidos y de agua en una
misma cantidad de volumen.
Asfalto: Sustancia que constituye la fracción más pesada del petróleo crudo y se utiliza
mezclado con arena o gravilla para pavimentar caminos. En este caso será la emulsión
asfáltica.
Agregados: Material de relleno que aporta resistencia, fresado.
Mezcla asfáltica: Es un material compuesto por asfalto y agregados minerales y es utilizada
para la construcción de pavimentos.
A continuación, se muestra la ecuación para determinar la Gravedad específica máxima teórica, esta
se puede calcular cunado se pesa en aire o en agua:
En agua:
𝐺𝑚𝑚 =𝐴
𝐴 − 𝐶
En aire:
𝐺𝑚𝑚 =𝐴
𝐴 + 𝐷 − 𝐸
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Donde:
A: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 [𝑔𝑟] C: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] D: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] E: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟]
4.3. Marshall
El objetivo principal de este ensayo es determinar el porcentaje de asfalto óptimo como el
promedio del contenido que maximice el valor de la gravedad específica de Bulk, el flujo y de la
estabilidad de la mezcla. A continuación, se definirá algunos conceptos necesarios para realizar el
estudio de esta práctica.
Estabilidad: Es la consistencia o permanencia en un estado y depende de los electrones de
valencia. Para esta práctica la estabilidad se tomará como el valor de la fuerza máxima antes
de la falla.
Flujo: Es la deformación vertical en el momento de la falla que le ocurre a la muestra cuando
es sometido a carga vertical.
Gravedad especifica Bulk: Es la relación entre el peso de la muestra seca en aire y la
diferencia entre el peso saturado superficialmente y el peso en agua
𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝐵𝑢𝑙𝑘 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑆𝑆 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎
Deformación unitaria: Medida del cambio de tamaño o longitud de la muestra.
Para esta práctica se utilizaron algunos instrumentos que se definirán a continuación
Compactador giratorio: Es un dispositivo que aplica presión (800 Kpa) a una muestra a
través de una carga operada hidráulica o mecánicamente. La carga se aplica en la parte
superior de la muestra y cubre casi toda el área superior de esta. También, posee una
inclinación de 1.25° y gira a 30 revoluciones por minuto a medida que la carga se aplica
continuamente. Esto ayuda a que las partículas puedan conseguir una orientación similar a
la obtenida en el campo usando un compactador de rodillo (Pavement Interactive, 2011).
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Figura 4. Compactador giratorio.
Prensa: Es empleado para llevar a la ruptura las probetas previamente fabricadas.
Medidor de estabilidad: Mide la resistencia de las probetas.
Deformímetro: Instrumento para medir cambio de longitud. Existes dos tipos:
Mecánico: Miden desplazamiento o deflexiones del material el cual es sometido a
carga, aunque el usuario debe calcular la deformación.
Eléctrico: Este tipo de deformímetro se adhiere al material que se deforma junto a
éste.
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5. METODOLOGÍA
5.1. General A continuación, se mostrará el procedimiento general de la investigación:
5.2. Separación de Material
En primer lugar, cuando se consiguió el material fresado, se tamizo todo y se fue separando por
tamaños de los agregados. Esto ayudo a la hora de cumplir la granulometría debido a que todas las
muestras iban a tener el mismo porcentaje de material según la dosificación.
Figura 5. Serie de tamices.
Luego, una vez separado todo el material por los tamaños de los tamices necesarios, se prosiguió a
realizar la mezcla. Para ello, se definió algunas variables requeridas para la compactación y falla de
las muestras. Estos son las dimensiones de las probetas, radio y altura, peso y finalmente se halló la
densidad con el fin de encontrar el % de emulsión y asfalto en la mezcla.
•Definir dosificaciones y periodos de rompimiento.
•Definir granulometría.
•Diseñar la mezcla.
•Preparación mezcla para diferentes dosificaciones.
•Realizar ensayo Marshall y asegurarse si las dosificaciones seleccionadas son las adecuadas.
•Elegir las 3 dosificaciones que posean los mejores resultados en estabilidad y flujo.
•Realizar los ensayos de Gmm y Gmb para determinar porcentaje de vacios de las mezclas.
•Realizar el mismo procedimiento para diferentes periodos de rompiemiento (3, 7 y 14días).
•Comparar resultados y elegir la dosificación y periodo de rompimiento optimo.
20
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
A continuación, se muestra los valores utilizados para realizar la preparación de la mezcla.
Tabla 5. Variables definidas de las probetas.
5.3. Porcentaje de Asfalto
Como se sabe, las emulsiones están compuestas por agua y asfalto, y para hallar el
porcentaje de asfalto que contenía la emulsión que se utilizara, se dejó en reposo y a temperatura
ambiente, dos bandejas de diferentes dimensiones con una cantidad conocida de emulsión. Esto se
realizó con el fin de determinar el peso perdido y el porcentaje de asfalto con el paso de los días,
hasta que la emulsión cambiara de color y se volviera sólida, en este punto es donde llega al grado
máximo de rompimiento.
Figura 6. Emulsión en Bandeja 1.
Los resultados obtenidos se muestran a continuación:
Radio 5 cm
Altura 10 cm
Volumen 785.3982 cm3
Peso 1700 gr
2.164507 gr/cm3
2164.507 kg/m3Densidad
21
Tabla 6. Pesos de emulsión para cada bandeja.
Tabla 7. Peso perdido y Porcentaje de asfalto para cada día.
Gracias a estos datos, se decidió trabajar con un contenido de asfalto en la emulsión de 58.11% ya
que este fue el valor inicial de que se encontró en la emulsión utilizada.
5.4. Peso de emulsión y material para cada tamiz
Como se había mencionado antes, en un principio se eligieron tres dosificaciones diferentes,
pero con el propósito de ampliar la investigación, también se propusieron otras tres dosificaciones
de mayor valor. Estas fueron 50, 70, 90, 130, 160 y 190 L/m3 (Litros de emulsión por metro cubico
de la mezcla) y con el valor del porcentaje de asfalto, la densidad de la mezcla y asumiendo la
densidad de la emulsión como 1 L/m3, se determinó el % de emulsión y el % de asfalto en la mezcla.
Las siguientes formulas se usaron para encontrar dichos valores:
% 𝐸𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑
𝐷𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛
% 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = % 𝐸𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 ∗ % 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛
Por otra parte, para hallar el peso del material para cada tamiz, se utilizó la tabla 2 y se encontró un
factor de conversión debido a que el peso total de los agregados es diferente al peso de la mezcla.
Con este valor, se multiplica por el peso del material de cada tamaño para encontrar el
correspondiente a 1700 gr.
Peso Bandeja (g) 651.83 Peso Bandeja+Periodi (g) 31.4
Peso Bandeja+ Emulsión (g) 1128.98 Peso Bandeja+Peri+Emulsión (g) 369.37
Peso inicial (g) 477.15 Peso inicial (g) 337.97
Contenido de asfalto 58.11% Contenido de asfalto 58.11%
Peso esperado de asfalto (g) 277.2719 Peso esperado de asfalto (g) 196.3944
BANDEJA 1 BANDEJA 2
Fecha Día Peso (g) Perdido % Asfalto Fecha Día Peso (g) Perdido % Asfalto
0 477.15 14-oct 0 337.97
11-oct 1 425.49 51.66 89.17322 16-oct 1 253.13 84.84 74.89718
12-oct 2 347.37 78.12 72.80101 17-oct 2 224.51 28.62 66.42897
13-oct 3 303.57 43.8 63.6215 18-oct 3 198.34 26.17 58.68568
14-oct 4 251.46 52.11 52.70041
BANDEJA 1 BANDEJA 2
22
Se realizó el mismo procedimiento para cada dosificación y finalmente, se encontró el peso
requerido de la emulsión y el peso de los agregados. Los resultados obtenidos se muestran en las
siguientes tablas:
Tabla 8. Pesos para las dosificaciones de 50 L/m3 y 70 L/m3
Tabla 9. Pesos para las dosificaciones de 90 L/m3 y 130 L/m3
50 70
2.31% 3.23%
1.34% 1.88%
39 55
1661 1645
0.8305 0.8225
Peso (g) Peso (g)
45.68 45.24
423.56 419.48
282.37 279.65
406.95 403.03
228.39 226.19
132.88 131.60
58.14 57.58
83.05 82.25
1661 1645TOTAL (gr)
Factor conversión
Tamiz
1"
1/2"
TOTAL (gr)
Fondo
No. 200
Fondo
3/8"
1"
No. 10
No.40
No. 4
No. 10
No.40
No. 200
No. 4
DOSIFICACIÓN 2
Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)
% Emulsión en mezcla% Emulsión en mezcla
DOSIFICACIÓN 1
Peso emulsión en mezcla (g)
Peso agregados (g)
GRANULOMETRIA
Factor conversión
Tamiz
% Asfalto en mezcla
Peso emulsión en mezcla (g)
Peso agregados (g)
GRANULOMETRIA
% Asfalto en mezcla
1/2"
3/8"
90 130
4.16% 6.01%
2.42% 3.49%
71 102
1629 1598
0.8145 0.799
Peso (g) Peso (g)
44.80 43.95
415.40 407.49
276.93 271.66
399.11 391.51
223.99 219.73
130.32 127.84
57.02 55.93
81.45 79.90
1629 1598TOTAL (gr)
No. 200
Fondo
No. 10
No.40
3/8"
No. 4
1"
1/2"
Factor conversión
Tamiz
Peso agregados (g)
GRANULOMETRIA
% Asfalto en mezcla
Peso emulsión en mezcla (g)
Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)
% Emulsión en mezcla
DOSIFICACIÓN 4
Factor conversión
Tamiz
1"
Fondo
DOSIFICACIÓN 3
Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)
TOTAL (gr)
No. 200
% Emulsión en mezcla
% Asfalto en mezcla
Peso emulsión en mezcla (g)
Peso agregados (g)
GRANULOMETRIA
1/2"
3/8"
No. 4
No. 10
No.40
23
Tabla 10. Pesos para las dosificaciones de 160 L/m3 y190 L/m3
Una vez hallado los pesos del material para cada tamiz y el de la emulsión, se prosiguió a realizar la
mezcla.
5.5. Preparación de la mezcla
Para la correcta preparación de la mezcla, se colocaba primero los agregados más gruesos y
posteriormente una porción de emulsión en un molde de tamaño suficientemente amplio para que
cupiera todo el material. Luego, se mezclaba hasta que todas las partículas quedaran cubiertas por
emulsión. Y finalmente, se adicionaba los agregados finos y el resto de la emulsión hasta que todo
se encontrara homogéneo y sin que el material estuviera de color negro.
160 190
7.39% 8.78%
4.30% 5.10%
126 149
1574 1551
0.787 0.7755
Peso (g) Peso (g)
43.29 42.65
401.37 395.51
267.58 263.67
385.63 380.00
216.43 213.26
125.92 124.08
55.09 54.29
78.70 77.55
1574 1551TOTAL (gr) TOTAL (gr)
No. 200 No. 200
Fondo Fondo
No. 10 No. 10
No.40 No.40
3/8" 3/8"
No. 4 No. 4
1" 1"
1/2" 1/2"
Factor conversión Factor conversión
Tamiz Tamiz
Peso agregados (g) Peso agregados (g)
GRANULOMETRIA GRANULOMETRIA
% Asfalto en mezcla % Asfalto en mezcla
Peso emulsión en mezcla (g) Peso emulsión en mezcla (g)
Dosificación (L/m3) o (Kg/m3) Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)
% Emulsión en mezcla % Emulsión en mezcla
DOSIFICACIÓN 5 DOSIFICACIÓN 6
24
Figura 7. Preparación de la mezcla. Figura 8. Mezcla asfáltica.
5.6. Compactación
Para esta investigación se decidió compactar las muestras en el compactador giratorio porque,
como se mencionó con anterioridad, la inclinación que presenta al aplicar presión, asemeja la
compactación en campo con el del rodillo. Esta técnica permite establecer la altura y diámetro que
uno desee, al igual que la presión aplicada, la cual fue de 800 Kpa.
Figura 9. Compactador giratorio. Figura 10. Aplicando presión de 800 Kpa.
25
Figura 11. Probetas compactadas.
5.7. Ensayos
Para poder hacer el debido procedimiento de cada uno de los ensayos, fue necesario acudir a
las normas I.N.V.E, con el objetivo de reducir o evitar errores que afecten los resultados de la
práctica. Las especificaciones y procedimiento de cada ensayo realizado se describen a continuación.
5.7.1. Gmb:
La norma “Gravedad específica y absorción de agregados gruesos” (I.N.V.E-223-07) describe el
procedimiento que se debe seguir para determinar la gravedad específica Bulk de la muestra. A
continuación, se mostrará el procedimiento de la norma I.N.V.E-735-07:
•Mezclar agregados , eliminando mediante tamizado los menores a 4.75mm y lavar.
•Secar la mezcla en un horno a 110 C y posteriormente enfriar a T ambiente durante 1-3horas.
•Sumergir la muestra en agua a temperatura ambiente durante 15-19 horas.
•Pesar la muestra sumergida en agua.
•Sacar la muestra del baño de agua y secar superficialmente rotandola sobre un paño.
•Pesar la muestra una vez secada.
•Secar la muestra en un horno a 110 C y luego enfriar a T ambiente durante 1-3 horas.
• Pesar la muestra despues de seca en el horno.
26
5.7.2. Gmm:
La norma “Gravedad específica máxima teórica (Gmm) y densidad de mezclas asfálticas para
pavimentos” (I.N.V.E-735-07) describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la
gravedad específica y densidad de la muestra. A continuación, se mostrará el procedimiento de la
norma I.N.V.E-735-07:
1) Preparar muestra de mezcla asfáltica suelta.
Figura 12. Muestra suelta.
2) No se seca al horno ya que es una mezcla en frío y simplemente se pesa.
3) Colocar la muestra en un frasco de vacío y agregar agua a una temperatura a 25° C hasta
que la muestra quede en estado sumergido.
Figura 13. Muestra con agua en frasco de vacío.
4) Aplicar vacío gradualmente hasta reducir la presión residual a 4 kPa, por un periodo de
tiempo aprox. de 15 minutos.
27
5) Se obtiene el volumen de la muestra asfáltica sumergiendo el frasco de vacío con la muestra
en un baño de agua.
6) Se mide la temperatura y el peso.
7) Calcular la gravedad específica y densidad a 25° C a partir de las mediciones obtenida.
5.7.3. Marshall:
La norma “Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato Marshall”
(I.N.V.E-748-07) describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la resistencia a la
deformación de las probetas de mezcla asfáltica, empleando el aparato Marshall. A continuación,
se mostrará el procedimiento de la norma I.N.V.E-748-07:
1) Se preparan las mezclas: A los agregados se le agrega el asfalto líquido al tiempo que se
mezcla de forma continua. Todos los agregados deben quedar recubiertos de emulsión
asfáltica.
2) Se compactan las probetas.
3) Se retira la probeta y se da vuelta para repetir el paso anterior.
4) Se registra el peso de la muestra seca en aire, saturado superficialmente y en agua.
5) Se sumergen las probetas en agua a una temperatura 60°±1°C durante 30 minutos.
6) Luego, las probetas son montadas en el segmento superior con el medidor de deformación
y el conjunto se centra en la prensa.
7) Las probetas son sometidas a carga vertical hasta que ocurra la falla.
28
Figura 14. Falla de probeta.
8) Se registra la máxima fuerza y la deformación vertical antes de la falla.
Figura 15. Probetas falladas.
29
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
En primer lugar, se determinó el porcentaje de vacíos de las muestras con el propósito de
seleccionar las dosificaciones adecuadas que hacen que las probetas contengan la menor cantidad
de vacíos. Para ello, se realizaron los ensayos de gravedad especifica Bulk (Gmb) y gravedad teórica
máxima (Gmm). También, se determinaron las dimensiones de las probetas ensayadas, estas fueron
las siguientes.
Tabla 11. Promedio del diámetro de las probetas.
Tabla 12. Promedio de la altura de las probetas
6.1. Gmb
Con el fin de encontrar los vacíos se determinó la gravedad especifica Bulk con la siguiente
formula:
𝐺𝑚𝑏 =𝐴
𝐵 − 𝐶
Donde:
𝐴: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟]. 𝐵: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟]. 𝐶: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 [𝑔𝑟].
50 70 90 130 160 190
101.36 101.38 101.12 101.45 101.15 100.79
101.14 95.08 99.88 101.56 101.82 100.25
90.18 100.18 101.59 101.32 99.32 101.29
97.56 98.88 100.86 101.44 100.76 100.78
DIÁMETRO (mm)
50 70 90 130 160 190
104.43 100.74 102.58 101.43 101.21 101.63
101.12 101.45 103.28 101.49 102.7 102.55
102.13 101.28 102.87 102.02 100.99 101.73
102.56 101.16 102.91 101.65 101.63 101.97
ALTURA (mm)
30
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Tabla 13. Resultados Gmb.
Figura 16. Dosificación vs. Gmb.
Como se puede observar en los resultados, a medida que la dosificación aumenta, la gravedad
especifica Bulk disminuye, aunque todos los valores son bastante similares. Esta similitud es debido
a que las muestras se realizaron con el mismo porcentaje de agregados para cada tamaño. Según
los resultados obtenidos, se pudo observar que la muestra con la mayor gravedad especifica de Bulk
es la que tiene una dosificación de 50 L/m3. Esto, quiere decir, que el peso de los agregados de esta
muestra en comparación con el peso de agua de un volumen igual, es mayor al de todas las demás
muestras, aunque la diferencia sea por milésimas.
6.2. Gmm
Con el mismo propósito del ensayo Gmb, se determinó la gravedad teórica máxima para
encontrar el porcentaje de vacíos que presenta cada probeta. La fórmula usada fue la siguiente.
𝐺𝑚𝑚 =𝐴
𝐴 + 𝐷 − 𝐸
Dosificación A B C Gmb
50 1551.16 1593.97 877.88 2.1661523
70 1575 1621.55 886.99 2.14414071
90 1593.48 1633.95 894.31 2.15439944
130 1557 1590.06 867.35 2.15439111
160 1566.56 1592.48 856.31 2.12798674
190 1558.52 1580.8 843.3 2.11324746
2.08
2.09
2.1
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
50 70 90 130 160 190
Gm
b
Dosificación
31
Donde:
A: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟] D: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] E: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟]
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Tabla 14. Resultados Gmm.
Figura 17. Dosificación vs. Gmm.
Al igual que el Gmb, a mayor dosficación, menor es el Gmm, aunque esta tenga un comportamiento
lineal. Esto es debido a que la proporción de los agregados disminuye cuando la dosificación
aumenta, causando un aumento en el volumen del recipiente permitiendo la entrada de menos
agua, haciendo que el valor de E disminuya de manera lineal. Además, para esta práctica dado que
los valores son lejanos a uno, se puede decir que la masa de las diferentes mezclas asfálticas es
diferente al peso del agua en el mismo volumen en estado sumergido.
Dosificación A D E Gmm
50 1578 11227 12164 2.46177847
70 1581 11227 12158 2.43230769
90 1585 11227 12147 2.38345865
130 1545 11227 12118 2.36238532
160 1530 11227 12102 2.33587786
190 1495 11227 12076 2.31424149
2.2
2.25
2.3
2.35
2.4
2.45
2.5
50 70 90 130 160 190
Gm
m
Dosificación
32
6.3. Porcentaje de vacíos
Con los valores de Gmb y Gmm, se hallaron los porcentajes de vacíos para cada una de las
dosificaciones. Para determinar este valor se utilizó la siguiente formula:
% 𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠 = (1 − (𝐺𝑚𝑏
𝐺𝑚𝑚)) ∗ 100
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Tabla 15. Porcentaje de vacíos para cada dosificación.
Como se observa en la tabla 13, los valores que contienen menos porcentaje de vacíos fueron los
de las dosificaciones más altas, por la gran cantidad de emulsión que poseen que hace que los
agregados estén cubiertos con mayor ligante y rellenando los espacios que hay entre las partículas.
Debido a que las proporciones de emulsión para estas dosificaciones son bastante altas, se decide
trabajar con 70, 90 y 130 L/m3.
6.4. Compactador giratorio (GIROS)
Por otro lado, también se registró los giros necesarios para que las mezclas se compactaran a la
altura deseada. Los resultados se muestran a continuación:
Tabla 16. Giros para las probetas de 3 días.
Dosificación %Vacíos
50 12.01
70 11.85
90 9.61
130 8.80
160 8.90
190 8.69
Dosificación
/Probeta70 90 130
1 123 85 57
2 118 82 59
3 101 69 65
Prom 114 78.67 60.33
GIROS (Grupo 3 días)
33
Tabla 17. Giros para las probetas de 7 días.
Tabla 18. Giros para las probetas de14 días.
Como se puede ver, se necesitan más giros en las dosificaciones de menor proporción ya que estas
contienen más agregados, lo que causa que la compactación sea un poco más complicada a la hora
de ejercer presión debido a que estos aportan más resistencia.
6.5. Marshall
6.5.1. Gmb:
Para este ensayo, se realizó el ensayo de gravedad especifica Bulk para encontrar la dosificación
que maximice este valor. Para ello, se repitió el procedimiento anteriormente planteado y se
obtuvieron los siguientes valores:
Tabla 19. Datos y resultados Gmb para 3 días.
Dosificación
/Probeta70 90 130
1 92 92 51
2 116 84 49
3 117 73 59
Prom 108.33 83 53
GIROS (Grupo 7 días)
Dosificación
/Probeta70 90 130
1 95 76 70
2 114 79 60
3 114 109 72
Prom 107.67 88 67.33
GIROS (Grupo 14 días)
Probeta Dosificación Diametro AlturaPeso Seco
(gr)
Peso
sumergido (gr)
Peso
Saturado (gr)Gmb
1 70 101.57 98.67 1582.88 1655.92 898.11 2.08876017
1 90 100.14 100.23 1521.38 1606.81 889.51 2.12098211
1 130 99.78 101.65 1531.44 1598.12 873.11 2.11230569
2 70 102.54 101.58 1590.75 1671.44 906.77 2.08031766
2 90 101.29 95.27 1528.94 1599.71 868.80 2.091851
2 130 101.05 100.38 1539.06 1613.16 887.36 2.12047732
3 70 98.53 101.56 1563.98 1648.98 917.50 2.1381001
3 90 99.12 101.34 1503.20936 1592.766478 881.7718111 2.11423437
3 130 100.85 96.36 1513.15 1602.32 882.92 2.10336947
3 DÍAS
34
Tabla 20. Datos y resultados Gmb para 7 días.
Tabla 21. Datos y resultados Gmb para 14 días.
Tabla 22. Promedio de Gmb para cada dosificación y periodo de rompimiento.
Probeta Dosificación Diametro AlturaPeso Seco
(gr)
Peso
sumergido (gr)
Peso
Saturado (gr)Gmb
1 70 101.12 102.64 1638.00 1731.41 967.99 2.14562462
1 90 100.45 101.32 1673.79 1773.04 985.74 2.12599355
1 130 99.54 102.33 1552.15 1581.74 864.65 2.1644869
2 70 102.08 100.94 1559.25 1625.17 877.15 2.08450389
2 90 100.32 101.65 1593.32 1645.67 893.24 2.11755905
2 130 100.41 101.48 1477.52 1543.31 823.08 2.05145661
3 70 98.76 102.79 1601.38 1659.00 898.32 2.1051762
3 90 99.65 102.49 1585.27 1641.31 904.24 2.15075975
3 130 101.2 99.08 1450.06 1538.87 845.92 2.09260032
7 DÍAS
Probeta Dosificación Diametro AlturaPeso Seco
(gr)
Peso
sumergido (gr)
Peso
Saturado (gr)Gmb
1 70 101.32 101.41 1576.58 1641.04 926.75 2.20719854
1 90 100.08 102.91 1493.94 1465.34 792.22 2.21944525
1 130 101.79 101.19 1641.02 1670.13 913.20 2.16800291
2 70 101.65 101.63 1604.93 1700.59 929.30 2.08081575
2 90 101.76 101.69 1520.80 1558.51 847.19 2.13799566
2 130 101.52 102.22 1669.99 1761.85 968.33 2.10454423
3 70 101.35 99.93 1553.50 1592.91 889.52 2.20860075
3 90 102.02 101.34 1482.60 1494.50 814.76 2.18113998
3 130 99.52 100.4 1617.23 1627.20 895.28 2.2095675
14 DÍAS
Dosificación Gmb (3) Gmb (7) Gmb (14)
70 2.10239264 2.11176824 2.16553834
90 2.10902249 2.13143745 2.17952696
130 2.11205083 2.10284794 2.16070488
35
Figura 18. Dosificación vs. Gmb.
Como se manifiesta en la tabla 20 e Figura 18, el valor de la gravedad específica Bulk es un poco
mayor en los periodos de rompimiento más extensos, como a 7 y 14 días. En los resultados de 3 días
se observa que Gmb aumento con la dosificación, siendo 130 L/m3 la dosificación que maximiza
Gmb. Mientras que los resultados de 7 y 14 días, presentan un comportamiento similar, siendo la
dosificación de 90 L/m3 que maximiza Gmb. Esto quiere decir, que el peso de los agregados de esta
muestra en comparación con el peso de agua de un volumen igual, es mayor al de todas las demás
muestras. Igualmente, se observa que las probetas que contienen una dosificación de 70 L/m3 son
las de menor gravedad especifica de Bulk para 3 días, mientras que para los demás periodos fue el
la de 130 L/m3. Finalmente, es probable que el ensayo este bien realizado, ya que los valores entre
las tres muestras por porcentaje de asfalto eran muy similares entre ellos.
Con esto último, es posible tener una idea de la dosificación optima que deben contener las mezclas
asfálticas con emulsión y material reciclado. La dosificación de 90 L/m3 se acerca al optimo ya que
los periodos de rompimiento son largos debido a la emulsión utilizada la cual es de rompimiento
lento, es decir, que los periodos que hacen que la emulsión alcance sus propiedades máximas son
maso menos 7 y 14 días según esta investigación.
6.5.2. Estabilidad y Flujo:
Ahora, se determinó la estabilidad [kgf] y flujo [mm] el cual consiste en el valor máximo de la
fuerza aplicada y la demarcación máxima presente en la muestra, respectivamente. Esto se realiza
después de restarle el primer valor en la deformación a todos los valores para mitigar el error, al
mismo tiempo que se ponen tanto los valores de fuerza como los de deformación en valor absoluto.
Estos resultados se presentan en las siguientes tablas y gráficas:
2.06
2.08
2.1
2.12
2.14
2.16
2.18
2.2
70 90 130
Gm
b
Dosificación (L/m3)
Gmb (3)
Gmb (7)
Gmb (14)
36
Tabla 23. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 3 días.
Figura 19. Probeta vs. Estabilidad para 3 días.
Figura 20. Probeta vs. Flujo para 3 días.
Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo
1 1617.7906 11.3552284 2106.8066 15.8743995 1506.2828 15.3179007
2 1690.9104 15.9351447 1715.3606 15.6256269 1456.2487 16.8402699
3 1638.5004 15.050271 1671.62 14.121909 1717.3065 16.1334972
PROM 1649.06713 14.113548 1831.2624 15.2073118 1559.946 16.0972226
3 dias
Probetas70 90 130
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Estabilidad 3 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación 130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación 130)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Flujo 3 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación 130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación 130)
37
Tabla 24. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 7 días.
Figura 21. Probeta vs. Estabilidad para 7 días.
Figura 22. Probeta vs. Flujo para 7 días.
Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo
1 2136.2832 15.7888444 1942.2993 15.7290088 2226.3701 18.6817846
2 1909.8409 16.7823224 2000.9447 14.2443493 1516.26 15.2626046
3 2090.5928 17.286336 2180.4412 16.781081 1688.8497 16.5964909
PROM 2045.5723 16.6191676 2041.2284 15.584813 1810.49327 16.84696
7 dias
Probetas70 90 130
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Estabilidad 7 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación130)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Flujo 7 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación 130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación 130)
38
Tabla 25. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 14 días.
Figura 23. Probeta vs. Estabilidad para 14 días.
Figura 24. Probeta vs. Flujo para 14 días.
Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo
1 2189.06025 15.9470948 2914.0221 22.4392684 3306.50105 23.7276105
2 2429.32085 16.3162657 2238.23665 18.053089 1606.27695 19.6291026
3 2943.673 20.769839 2768.7314 20.6404335 1731.5349 20.2909814
PROM 2520.6847 17.6777332 2640.33005 20.377597 2214.77097 21.2158982
Probetas
14 dias
70 90 130
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Estabilidad 14 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación 130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación 130)
0
5
10
15
20
25
1 2 3
Esta
bili
dad
Probeta
Probeta vs. Flujo 14 días
Dosificación 70
Dosificación 90
Dosificación 130
Lineal (Dosificación 70)
Lineal (Dosificación 90)
Lineal (Dosificación 130)
39
Tabla 26. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 3 días.
Tabla 27. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 7 días.
Tabla 28. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 14 días.
Figura 25. Dosificación vs. Estabilidad.
Dosificación Estabilidad Flujo
70 1649.06713 14.113548
90 1831.2624 15.2073118
130 1559.946 16.0972226
3 días
Dosificación Estabilidad Flujo
70 2045.5723 16.6191676
90 2041.2284 15.584813
130 1810.49327 16.84696
7 días
Dosificación Estabilidad Flujo
70 2520.6847 17.6777332
90 2640.33005 20.377597
130 2214.77097 21.2158982
14 días
y = -44.561x + 1769.2R² = 0.1038
y = -117.54x + 2200.8R² = 0.7639
y = -152.96x + 2764.5R² = 0.4857
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
70 90 130
Esta
bili
dad
Dosificación (L/m3)
Dosificación vs. Estabilidad
3 días
7 días
14 días
Lineal (3 días)
Lineal (7 días)
Lineal (14 días)
40
Figura 26. Dosificación vs. Flujo.
En primer lugar, se realizó la comparación de cada una de las probetas para las diferentes
dosificaciones y para los resultados encontrados de estabilidad y flujo. Como se observa en la figura
19 y 20, los cuales son los resultados de estabilidad y flujo para tres días respectivamente, los
resultados de la probeta 3, tienen valores bastante cercanos para las tres dosificaciones escogidas,
mientras que la probeta 1 y 2, si poseen cierta diferencia, aunque un poco más en la primera que
en la segunda. Esto puede ser un pequeño error debido a que son diferentes dosificaciones, uno
espera a que los resultados sean diferentes y no con esa semejanza que presentan.
En las figuras 21, la estabilidad de 7 días que presenta las dosificaciones de 70 y 90 L/m3 son
similares, mientras que la de 130 L/m3 si posee una diferencia alta en la probeta 1. Mientras que en
los resultados de flujo ((figura 22), las tres probetas ensayadas poseen valores cercanos entre ellos
para las tres dosificaciones, y hasta entre estas últimas tienen un cierto parecido en los resultados.
En la figura 23 y 24, que presentan los resultados de 14 días en estabilidad y flujo, respectivamente,
se observan diferentes cambios en cada probeta y dosificación. En la figura 23, la dosificación de
130 L/m3, la probeta 1 tiene un valor que duplica los valores de las probetas 2 y 3, lo que nos hace
ver la importancia de realizar diferentes muestras con las mismas especificaciones, por si ocurre un
error a la hora de fallar una de ellas y así tener otras para poder mitigar el error. Mientras que en la
figura 24, los resultados de las tres dosificaciones varían entre ellas, a excepción de la probeta 3 que
todas las dosificaciones presentan valores bastante cercanos.
En segundo lugar, como se observan los resultados de flujo, la de mayor flujo es la del periodo de
14 días, mientras que la de menor es de 3. Por otro lado, para los todos los días la dosificación que
obtuvo el mayor flujo fue el de 130 L/m3, el cual tiene bastante sentido ya que a mayor emulsión la
muestra se puede comportar de forma más plástica y así tener una deformación mayor que la que
contiene proporciones menores de emulsión. También se puede observar que el comportamiento
de 3 y 14 días son similares, se asemeja a una función lineal. Mientras que, si observamos los
resultados de estabilidad, los tres periodos escogidos tienen el mismo comportamiento, y en los
periodos de 3 y 14 días, la dosificación que maximiza la estabilidad es la de 90 L/m3, aunque en el
y = 0.9918x + 13.156R² = 0.9965
y = 0.1139x + 16.123R² = 0.0287
y = 1.7691x + 16.219R² = 0.9155
0
5
10
15
20
25
70 90 130
Flu
jo
Dosificación (L/m3)
Dosificación vs. Flujo
3 días
7 días
14 días
Lineal (3 días)
Lineal (7 días)
Lineal (14 días)
41
periodo de 7 días, la dosificación que maximiza este valor es el de 70 L/m3 por tan solo 4 unidades
de diferencia, es decir, se obtuvo valores bastante cercanos con el de 90 L/m3. En esta práctica no
se puede comparar datos con valores teóricos ya que los valores del porcentaje varían muchos
según la calidad de todos los datos, como los de carga o desplazamiento, los cuales son necesarios
para hallar los valores de estabilidad, flujo y gravedad especifica Bulk.
Existen errores que afectan los resultados en cada uno de los ensayos realizados, tanto en exactitud como en precisión, aunque es necesario que estos errores sean analizados. Algunas fuentes de error son las siguientes: La instrumentación con la cual se hizo el experimento, ya que en algunas ocasiones los instrumentos no están debidamente calibrados, la inexperiencia de los estudiantes en la preparación de mezclas también afecta los resultados obtenidos. Otra causa que pudo afectar el resultado es haber registrado erróneamente los datos de deformación, longitudes o la masa del material.
42
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se encontraron las dosificaciones más apropiadas para la investigación según el porcentaje
de vacíos que presentaban las muestras y la cantidad de emulsión que contenían. Las
dosificaciones escogidas fueron 70, 90 y 130 L/m3, siendo la de 90 L/m3 la dosificación
optima cumpliendo así uno de los puntos del objetivo principal.
De igual manera, se halló que todos los parámetros encontrados de cada uno de los ensayos,
tienen los valores más grandes a los 14 días de rompimiento.
Al compactar, se observó que la compactación con el martillo Marshall no fue la adecuada
por lo que se recomienda compactar con otro dispositivo con mayor confiabilidad en los
resultados como el compactador giratorio.
Los limites admisibles del material reciclado con emulsión asfáltica pueden variar bastante,
lo que implica un mayor error ya que los valores granulométricos están muy dispersos, por
esta razón se decide trabajar con una granulometría de material para base, que, por opinión
de expertos, es un argumento válido.
En general, las 3 probetas que se realizaron para cada dosificación y periodo de fraguado
presentaron valores similares.
La muestra que contiene la mayor gravedad especifica Bulk y teórica máxima fue la
dosificación de 50 L/m3.
También se encontró los porcentajes de asfalto de la emulsión el cual fue de un 58.11% y
con ello, el porcentaje de asfalto de la mezcla para cada dosificación.
Las muestras presentaron una gravead especifica similar.
Es importante realizar varias probetas con las mismas especificaciones si alguna de ellas
presenta algún problema a la hora de fallar o realizarla.
Al momento de realizar el ensayo, es importante tener a alguien cerca que conozca sobre
la maquinaria o materiales utilizados para no tener ninguna dificultad a la hora de
manipularlos.
Realizar una dispersión para concluir si los errores obtenidos fueron causados por el
procedimiento.
Es recomendable seguir el procedimiento según la norma I.N.V.E, para cada uno de los
ensayos realizados, ya que se puede obtener datos más confiables, con el fin de realizar el
análisis correctamente
43
Gracias a los conceptos vistos durante el pregrado, se pudo realizar la investigación de una
manera más sencilla.
Bibliografía
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http://app.idu.gov.co/espec_tecnicas/Capitulo_4/440-11.pdf
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pavimentos. Bogotá.
INVE. (2007). Gravedad específica y absorción de agregados gruesos. Bogotá.
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Bogotá.
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Mercado, R., Bracho, C., & Avendaño, J. (2008). Emulsiones asfalticas. Obtenido de
http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S365A.pdf
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https://pavementengineering.blogspot.com.co/p/hma-pavements-are-classified-as.html
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http://www.pavementinteractive.org/article/superpave-mix-design/
Rodríguez, R., Castaño, V. M., & Martínez, M. (2001). Emulsiones asfálticas. Obtenido de
http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt23.pdf