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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN
CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE DESECHO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
REALIZADO POR: Bch. Katerine Leal TUTOR ACADÉMICO: Prof. Jesús Urdaneta
MARACAIBO, NOVIEMBRE DE 2013.
ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE
DESECHO
______________________ Leal González, Katerine Josefina
C.I. 20.377.362 AV. 60 casa 97A-48 Urb. San Rafael Maracaibo, Zulia.
0261 – 9960315 / 0414 - 6012866 [email protected]
______________________ Urdaneta Fernández, Jesús
C.I: 7.899.217 Tutor académico
DEDICATORIA
A DIOS, por la sabiduría, por sus bendiciones y por todo lo que me enseña día a
día en cada una de sus pruebas, creo en ti siempre.
A mi madre, Mercedes Ramona González Socorro, por su apoyo, por guiarme
siempre al mejor camino, por ser ejemplo de mujer luchadora. “ESTE LOGRO
TAMBIEN ES TUYO”.
A mi padre, Yohel Ricardo Leal Acosta, por su apoyo económico, por ser fuerte y
luchador, por demostrarme que todo se puede cuando te lo propones.
A mi hermana, Yoelis Alejandra, por su ayuda y apoyo en todo momento, por ser
uno de mis tesoros más preciados.
A mi hermana, Yosmery Andreina, por su ánimo, su nobleza y por ser el pedacito
de mi corazón que siempre me conmueve.
A mi hermana, Katiusca Verónica, por su ánimo, sus locuras y las sonrisas que
logra en mí siempre, pero sobre todo por ser la niña de mis ojos.
A mi hermano, Yoel Segundo, por el cariño que siempre me da, por su
inteligencia y por ser el hombre de la casa.
A mi hermano, Yowel Ricardo, por su ternura cuando me abraza, sus travesuras
cautivadoras y por ser el gordito bello de Katy.
A mis abuelas Ángela Violeta y Aura Margarita, por forjar mi camino desde el
principio, sus consejos y por cuidarme siempre. “LAS ADORO”
A mi novio, Victor Hugo Marval González, por su amor, su apoyo en todo
momento por ser una de las personas más importantes de mi vida.
KATERINE J. LEAL GONZALEZ (2013)
AGRADECIMIENTO
A la Universidad Rafael Urdaneta, por la educación tan completa que brinda y los
espacios agradables de estudio.
A mi tutor Ing. Jesús Urdaneta, por su ayuda, por su enseñanza y su atención.
Al Laboratorista Emilio Yoris, por su ayuda en la realización de ensayos, por su
enseñanza y su apoyo.
Al Sr. Guillermo y al Sr. Carlos gracias por su ayuda, su enseñanza, su tiempo, su
preocupación y su apoyo incondicional.
A la Lcda. Melvet González y al Ing. Victor Marval por su apoyo, su preocupación y
su atención para conmigo siempre les estaré agradecida.
Al Ing. Victor David Marval por su ayuda, sus ánimos y por estar siempre conmigo
cuando más lo necesite.
A todas las personas que de una u otra manera colaboraron o participaron en la
realización de esta investigación, mi más sincero agradecimiento.
Gracias.
KATERINE J. LEAL GONZALEZ.
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN
ABSTRACT pág.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 11 1. CAPÍTULO I. EL PROBLEMA .................................................................... 13 1.1. Planteamiento del problema ..................................................................... 13 1.2. Objetivos .................................................................................................. 15 1.2.1 Objetivo general ..................................................................................... 15 1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................ 15 1.3. Justificación ............................................................................................. 16 1.4. Delimitación ............................................................................................. 16 1.4.1. Delimitación espacial ............................................................................. 16 1.4.2. Delimitación temporal ............................................................................ 16 1.4.3. Delimitación científica ............................................................................ 17 2. CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO .............................................................. 18 2.1. Antecedentes ........................................................................................... 18 2.2. Fundamentos teóricos .............................................................................. 21 2.2.1 Asfalto .................................................................................................... 21 2.2.1.1 Propiedades físicas del asfalto ............................................................ 23 2.2.1.2. Características reologicas del asfalto ................................................. 23 2.2.1.3. Durabilidad del cemento asfáltico ....................................................... 24 2.2.2. Agregados ............................................................................................. 27 2.2.2.1. Clasificación de los agregados ........................................................... 27 2.2.2.2 Agregado grueso ................................................................................. 28 2.2.2.3 Agregado fino ...................................................................................... 28 2.2.2.4 Polvo mineral y filler (Material llenante ................................................ 29 2.2.3. Reciclaje (Desecho asfáltico) ................................................................ 29 2.2.3.1. Variabilidad de pavimentos de asfalto reciclado ................................. 30 2.2.3.2. Tipos de reciclaje ............................................................................... 31 2.2.3.3 Ventajas de las técnicas del reciclado ................................................. 32 2.2.3.4. Campos de aplicación de reciclaje ..................................................... 32 2.2.4. Pavimento asfáltico ............................................................................... 34 2.2.5. Mezcla asfáltica en caliente ................................................................... 34 2.2.5.1. Durabilidad de mezclas asfálticas ...................................................... 35 2.2.5.2. Propiedades de las mezclas asfálticas ............................................... 35 2.2.5.3. Mezcla asfáltica tipo II ........................................................................ 40 2.2.5.4. Diseño de mezclas asfálticas en caliente (Método Marshall) .............. 41 2.3. Definición de términos básicos ................................................................. 43 2.4. Sistema de variables e indicadores .......................................................... 45 2.4.1. Definición nominal ................................................................................. 45
2.4.2. Definición conceptual ............................................................................ 45 2.4.3. Definición operacional ........................................................................... 46 3. CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO ................................................ 48 3.1. Tipo de investigación................................................................................ 48 3.2. Diseño de investigación ........................................................................... 49 3.3. Poblacion y muestra ................................................................................. 50 3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos .................................... 51 3.5. Procedimiento metodológico .................................................................... 52 4. CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................... 55 4.1. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma COVENIN 2000-87.......................................................................................... 55 4.1.1. Caracterización física de los agregados ............................................... 55 4.1.2. Ensayos de las propiedades del cemento asfáltico ............................... 57 4.1.3. Análisis granulométrico con agregados convencionales ........................ 57 4.1.4 Diseño de mezcla tipo II ......................................................................... 58 4.2. Caracterización del material asfáltico de desecho según la norma COVENIN 12-10 ....................................................................................................... 58 4.3. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con Material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall ....................................................................................................... 60 4.4. Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall ...................... 61 4.5. Análisis de la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho en comparación con los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87 ................................... 73 CONCLUSIONES ........................................................................................... 76 RECOMENDACIONES ................................................................................... 77 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 78 ANEXOS ....................................................................................................... 79
ÍNDICE DE TABLAS
pág.
Tabla 2.1. Principales ventajas de las técnicas del reciclado ....................................... 32 Tabla 2.2 Especificaciones para mezcla asfáltica tipo II. % en peso de material pasante en los cedazos .................................................................................................. 41 Tabla 2.3. Criterios Marshall .......................................................................................... 43 Tabla 2.4. Operacionalización de la variable ................................................................. 47 Tabla 3.1. Procedimiento metodológico ......................................................................... 53 Tabla 4.1. Granulometria de los agregado convencionales .......................................... 56 Tabla 4.2. Propiedades de los agregados convencionales ........................................... 56 Tabla 4.3. Propiedades del cemento asfáltico ............................................................... 57 Tabla 4.4. Combinacion de agregados .......................................................................... 57 Tabla 4.5. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada con agregados convencionales ............................................................................................. 58 Tabla 4.6. Granulometría del material asfáltico de desecho ......................................... 59 Tabla 4.7.Propiedades del material asfáltico de desecho ............................................. 59
Tabla 4.8. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada con
material asfáltico de desecho ......................................................................................... 60 Tabla 4.9. Comparación de los Parámetros Marshall entre la mezcla patrón y la de desecho asfáltico al mismo día de elaboradas las briquetas ....................................... 74
ÍNDICE DE FIGURAS
pág.
Figura. 4.1. Estabilidad en condición de intemperie ....................................... 61 Figura. 4.2. Densidad real en condición de intemperie .................................... 61 Figura. 4.3. Flujo en condición de intemperie .................................................. 62 Figura. 4.4. Porcentaje de vacios totales en condición de intemperie ............. 62 Figura. 4.5. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de intemperie ....................................................................................................... 62 Figura. 4.6. Porcentaje de vacios llenados en condición de intemperie ........... 63 Figura. 4.7. Estabilidad en condición de lluvia ................................................ 64 Figura. 4.8. Densidad real en condición de lluvia ............................................ 64 Figura. 4.9. Flujo en condición de lluvia .......................................................... 64 Figura. 4.10. Porcentaje de vacios totales en condición de lluvia .................... 65 Figura. 4.11. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de Lluvia ....................................................................................................... 65 Figura. 4.12. Porcentaje de vacios llenados en condición de lluvia ................. 66 Figura. 4.13. Estabilidad en condición de inmersión parcial en agua ............. 66 Figura. 4.14. Densidad real en condición de inmersión parcial en agua .......... 67 Figura. 4.15. Flujo en condición de inmersión parcial en agua ........................ 67 Figura. 4.16. Porcentaje de vacios totales en condición de inmersión parcial en agua ....................................................................................................... 67 Figura. 4.17. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de inmersión parcial en agua .............................................................................. 67 Figura. 4.18. Porcentaje de vacios llenados en condición de inmersión parcial en agua ....................................................................................................... 68 Figura. 4.19. Estabilidad en condición de baja temperatura ........................... 68 Figura. 4.20. Densidad real en condición de baja temperatura ........................ 69 Figura. 4.21. Flujo en condición de baja temperatura ...................................... 69 Figura. 4.22. Porcentaje de vacios totales en condición de baja temperatura . 69 Figura. 4.23. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de baja temperatura..................................................................................................... 70 Figura. 4.24. Porcentaje de vacios llenados en condición de baja temperatura 70 Figura. 4.25. Estabilidad en condición de alta temperatura ............................ 71 Figura. 4.26. Densidad real en condición de alta temperatura......................... 71 Figura. 4.27. Flujo en condición de alta temperatura ....................................... 71 Figura. 4.28. Porcentaje de vacios totales en condición de alta temperatura .. 72 Figura. 4.29. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de alta temperatura..................................................................................................... 72 Figura. 4.30. Porcentaje de vacios llenados en condición de alta temperara .. 72
LEAL GONZÁLEZ, KATERINE JOSEFINA “ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE DESECHO”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. MARACAIBO, VENEZUELA. 2013. 82P.
RESUMEN
El objetivo de la investigación consistió en el análisis de la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente tipo II elaborados con material asfáltico de desecho procedente de la avenida Bella Vista con Doctor Portillo situado en la zona central de Maracaibo, para estos dos diseños de mezcla, patrón y con residuo en sustitución de agregado grueso para el análisis en diferentes condiciones externas, como la lluvia, baja y alta temperatura, inmersión parcial y al aire libre durante un período de 40 días para la determinación de las propiedades mecánicas y físicas de las mezclas a través de ensayos de laboratorio (Método Marshall) aplicado por las normas COVENIN 2000-87 . El tipo de investigación fue descriptiva desarrollada en doce fases. Se prepararon briquetas, cuarenta tipo mezcla convencional II y cuarenta modificadas con material asfáltico de desecho, posteriormente con el período establecido para la evaluación en cada condición externa, se determinaron los valores de densidad – vacios y estabilidad – flujo estos resultados demostraron que las condiciones de las mezclas con desecho a comparación con la patrón presentan valores equivalentes, pero con una variabilidad al transcurrir el tiempo debido al envejecimiento causado por las condiciones en ambas mezclas. Se concluye que es conveniente la utilización del material asfáltico de desecho en mezclas en caliente.
PALABRAS CLAVES: diseños de mezcla, desecho asfáltico, durabilidad en el
tiempo.
LEAL GONZÁLEZ, KATERINE JOSEFINA “ANÁLYSIS OF THE DURABILITY OF ASPHALTIC MIXTURES ON HOT TYPE II PREPARED WITH ASPHALTIC MATERIAL OF RESIDUES”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. MARACAIBO, VENEZUELA. 2013. 82P.
ABSTRACT
The objective of the investigation consisted in the analysis of the durability of asphaltic mixtures on hot type II prepared with asphaltic material of residues taken from Avenue Bella Vista with Doctor Portillo placed in the central zone of Maracaibo, preparing for this two designs of mixture, pattern and with residue in substitution of coarse aggregate for the analysis in different external conditions like the rain, low and high temperatura, inmertion partial and outdoors during a period of 40 days for determining the mechanical and physical properties of the mixtures through trials of laboratory (Marshall properties) applied by the rules COVENIN 2000-87. The type of the investigation was descriptive developed in twelve phases which complementa all the objetives. Were prepared briquetas , forty conventional mixture type II and forty modified with asphaltic material of residue, afther the period established for the evaluation in each external condition, it was determined the values of density-empties and stability-flow results obtained point that the conditions of the mixtures were satisfactory in this way fall inside the criterions of the rules. We conclude that it is advisable to use waste material in asphalt hot mix.
KEYWORDS: mix designs, waste asphalt durability over time.
INTRODUCCIÓN
En Venezuela se viene observando con gran preocupación el mal estado de las
vías de pavimento flexible debido a la poca durabilidad de estas, la construcción
de mezclas asfálticas es un proceso que se compone de etapas como
resumidamente son; evaluación de los materiales o agregados, diseño de mezcla,
producción o fabricación, colocación y finalmente la compactación dichas etapas
deben ser controladas para la obtención de un pavimento flexible de calidad y así
mismo que cumpla con el periodo de duración para el cual fue diseñado.
Sin embargo los materiales que conforman las mezclas asfálticas poseen un alto
costo específicamente el agregado grueso por su gran explotación y debido a esto
la escasez que ha representado estos últimos años en Venezuela tomando en
cuenta que dicha explotación es un impacto al medio ambiente, se ha venido
estudiando la factibilidad del uso o implementación de materiales sustitutos que
cumplan con las mismas propiedades pero que a diferencia reduzca el costo y la
explotación para un ahorro energético.
En la presente investigación se estudiará la durabilidad de las mezclas tipo II
implementando el material asfáltico de desecho como agregado grueso ya que
este material no posee una disposición final especifica y a pesar de ser un material
envejecido posee aun buena parte de sus propiedades. Y la durabilidad se evaluó
mediante una comparación representada con una mezcla realizada con agregados
convencionales según las especificaciones Marshall y la norma COVENIN 2000-
87.
Es importante resaltar que las mezclas asfálticas tipo II según COVENIN 12-10
clasifica dentro de las denominadas mezclas de granulometría densa, por tanto
son apropiadas para capas de rodamiento en donde el trafico no es muy pesado.
El estudio fue estructurado de la siguiente manera:
Capítulo I: Planteamiento del Problema, presenta la descripción de la problemática
objeto de la investigación: la formulación del problema a manera de interrogantes
12
de la cual se generan sus objetivos, general y específicos; la justificación del
estudio desde las perspectivas teórica, socioeconómica y metodológica. Por último
esta sección presenta delimitación temporal, espacial y científica del estudio.
Capítulo II: Marco Teórico, exhibe los antecedentes de mayor sustento en cuanto
a la variable objeto de estudio; expone las bases teóricas bajo las cuales se
orientó el estudio, a través de la revisión de los documentos, libros y demás
postulados teóricos de autores reconocidos en materia de pavimentos.
Finalmente, se presentan una definición de términos básicos como el sistema de
variables, con sus definiciones conceptual y operacional, aunado a su
correspondiente cuadro de operacionalización con sus respectivas dimensiones e
indicadores.
Capítulo III: Marco Metodológico, presenta los aspectos metodológicos bajo los
cuales se desarrolló el estudio; el diseño y tipo de investigación; la población y
muestra; las técnicas e instrumentos de recolección de datos; los cuales en
conjunto representan el carácter científico del estudio descrito en su
procedimiento.
Capítulo IV: Análisis de los Resultados, presenta la compilación de todos los datos
recabados por los ensayos realizados y se analizó el comportamiento tanto de las
mezclas asfálticas realizadas con desecho asfáltico como de la convencional una
vez sometidas al proceso de condiciones externas por un periodo pautado. Para
finalmente el análisis de la durabilidad en el tiempo de dichas mezclas.
Finalmente, la información obtenida en esta investigación sirvió de referencia
complementaria a otras regiones del país, donde se utilicen otros tipos de mezclas
asfálticas o con diseños diferentes al considerado en este estudio; de igual
manera los resultados alcanzados constituyeron un aporte de interés en el campo
de la construcción de pavimentos flexibles.
13
CAPITULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se expone el planteamiento del problema, objetivos, justificación y
delimitación del estudio, estableciendo de esta manera la importancia de la
investigación.
1.1. Planteamiento del problema
Los materiales naturales son considerados a nivel mundial como la base para el
desarrollo de las obras civiles, por lo cual se ha consumido gran parte de su
existencia y en la actualidad se encuentran escasos debido a su gran explotación,
siendo los granulares uno de los más utilizados debido a la resistencia estructural
que poseen. En Venezuela, específicamente lo que compete la Región Zuliana, se
ha evidenciado una modificación en las propiedades físicas de dichos materiales,
en los cuales se encuentran variaciones de calidad según la zona de extracción.
Es importante destacar que las estructuras de pavimentos son el principal medio
de comunicación a nivel nacional siendo mayormente utilizados los flexibles, los
cuales se encuentran estructurados por capas como lo son, la capa base, sub-
base y de rodamiento, dicha estructura utiliza agregados naturales y cemento
asfáltico formando una mezcla. La capa de rodamiento es parte fundamental,
capaz de soportar y transmitir las cargas impuestas por el tránsito de vehículos, es
esencial una buena mezcla asfáltica, por tanto, se debe garantizar que la calidad
de los materiales utilizados en la fabricación de dichas mezclas, cumplan con los
criterios Marshall, estos criterios son primordiales para una mezcla asfáltica
adecuada. Por esta razón se ha promovido el uso de materiales asfalticos de
desecho para su elaboración, y así tener disponibilidad, calidad, eficiencia y
economía en los procesos de elaboración de mezclas asfálticas.
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El desecho de estos materiales, produce problemas relacionados con su vertido,
resultando desfavorable desde el punto de vista técnico, ya que a pesar que están
envejecidos, conservan buena parte de sus cualidades. La reutilización del
conglomerado asfáltico permite un gran ahorro, ya que requiere sólo de un 1 a un
3% de betún adicional, mientras que un nuevo concreto asfáltico puede necesitar
más del 6%. Este aspecto, junto con el reducido costo del transporte y la escasa
energía necesaria para la producción de un firme reciclado, hacen que el ahorro
energético sea importante respecto de la construcción convencional de
pavimentos.
Hay que hacer notar que la durabilidad de un pavimento asfáltico es su habilidad
para resistir factores tales como la desintegración del agregado, cambios en las
propiedades del asfalto y separación de las películas de asfalto. Estos factores
pueden ser el resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de
ambos.
Una gradación densa de agregado firme, duro, y resistente a la separación
contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento. La gradación densa
proporciona un contacto más cercano entre las partículas de agregado, lo cual
mejora la impermeabilidad de la mezcla. El agregado firme y duro resiste la
desintegración bajo las cargas de tránsito, por tanto si es resistente a la
separación resiste la acción del agua y el tránsito, las cuales tienden a separar la
película de asfalto de las partículas de agregado, conduciendo a la desintegración
del pavimento.
Buscando evitar lo anteriormente mencionado fue necesario analizar la
durabilidad de una mezcla asfáltica en caliente elaborada con material asfáltico
de desecho, ya que de lograrse un buen resultado implementando esta técnica,
se estaría optimizando el proceso de fabricación de las mezclas asfálticas en
caliente, evitando pérdidas económicas y eliminando una fuente de
contaminación ambiental, surgiendo la necesidad de estudiar su
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comportamiento en el tiempo, lo cual lleva a la siguiente interrogante:¿Cómo es
la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente elaboradas con material
asfáltico de desecho?
1.2. Objetivos de la investigación
En la presente investigación se buscó cumplir una serie de objetivos, enunciados a
continuación:
1.2.1. Objetivo general
Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II, elaboradas con
material asfaltico de desecho, mediante la metodología Marshall.
1.2.2. Objetivos específicos
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma
COVENIN 2000-87.
Caracterizar, desde el punto de vista físico, el material asfáltico de desecho
según la norma COVENIN 12-10.
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico
de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall.
Determinar, el comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes
situaciones externas según la metodología Marshall.
Analizar la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de
desecho comparando los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las
especificaciones COVENIN 2000-87.
16
1.3. Justificación
Actualmente, la obtención de los agregados utilizados en las mezclas asfálticas en
caliente es cada día más difícil, debido a su escasez. Mientras que la mayoría de
los pavimentos envejecidos son cortados y desechados, ocasionando pérdidas de
los agregados que lo conforman y el terrible impacto ambiental que esto
representa.
El aprovechamiento de este material como materia prima para dichas mezclas
como sustituto en su totalidad de agregado grueso, simplificaría la obtención del
agregado, evitando explotaciones al medio ambiente y disminuiría los costos de
producción por su fácil obtención, ya que el agregado granular es uno de los
materiales más costosos que conforman las mezclas asfálticas.
De lograrse un buen resultado implementando esta técnica, se estaría optimizando
el proceso de fabricación de las mezclas asfálticas en caliente, evitando pérdidas
económicas y eliminando una fuente de contaminación ambiental que afecta
directamente a la Región Zuliana.
1.4 Delimitación
1.4.1 Delimitación espacial
La presente investigación se desarrolló en los laboratorios aptos para realizar los
ensayos y estudios pertinentes como lo son: Laboratorio de materiales y ensayos
de la Universidad Rafael Urdaneta, Laboratorio de Pavimento de la Universidad
del Zulia y Servicio Autónomo de Ensayo de Materiales SAEMA, y los desechos
asfálticos provienen de la Constructora Conyoleca C.A. ubicada en el Municipio
Maracaibo del Estado Zulia.
1.4.2. Delimitación temporal
La investigación se realizó durante el periodo comprendido entre Enero y Agosto
del año 2013.
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1.4.3 Delimitación científica
La presente investigación se realizó en el área de Ingeniería Civil, propiamente en
el campo de vías, lo que se refiere a pavimentos flexibles y la aplicación de la
Metodología Marshall para elaborar diseños de mezclas asfálticas en caliente tipo
II, sustituyendo el agregado por material asfáltico de desecho, logrando una
mezcla óptima comparable con las mezclas asfálticas convencionales, a través de
ensayos de laboratorio para determinar sus propiedades como lo son, estabilidad,
vacios totales, adherencia, equivalente de arena, granulometría, desgaste de los
ángeles, porcentaje de asfalto y gravedad especifica, para finalmente analizar su
comportamiento en el tiempo representando gráficamente los resultados obtenidos
de las propiedades antes mencionadas y finalmente determinar la durabilidad
según lo especificado en la norma COVENIN 2000-87.
18
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
El presente capitulo mostrará todos los aspectos teóricos de importancia para el
desarrollo de la investigación. Mediante la recopilación de información
fundamental en las fuentes consultadas, será posible alcanzar un mayor
conocimiento sobre el reciclado de mezclas asfálticas.
2.1. Antecedentes Arias, M. y Rivera, T. (2012). Comportamiento de mezclas asfálticas en caliente
diseñadas con asfalto reciclado para la rehabilitación de vías de bajo tráfico.
Trabajo especial de grado, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.
Presentando como objetivo general el análisis del comportamiento físico mecánico
de mezclas asfálticas en caliente diseñadas con asfalto reciclado para la
rehabilitación de vías de bajo tráfico, mediante la metodológica Marshall. Esta
investigación contó con una metodología que caracterizó el material asfáltico de
desecho por una recolección de muestras, clasificando el material mediante
granulometría por tamizado, contenido de humedad y contenido del ligante
asfáltico. Luego se estableció la proporción de agregados y cemento asfáltico para
la elaboración de mezclas asfálticas en caliente, mediante combinación del
material asfáltico de desecho con cemento asfáltico y agregados naturales para
finalmente determinar la correspondencia entre el comportamiento físico mecánico
de las mezclas asfálticas diseñadas con material asfáltico de desecho y las
especificaciones COVENIN vigentes, a través del método Marshall.
Una vez finalizada la investigación y considerando los materiales granulares,
asfálticos de desecho analizados, concluyeron que los materiales asfálticos de
desecho representan una alternativa viable para ser utilizados en la elaboración de
mezclas asfálticas en caliente para la rehabilitación de vías de bajo tráfico, ya que
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todas las mezclas elaboradas utilizando material asfáltico cumplieron con lo
establecido en las especificaciones vigentes en relación a las propiedades
Marshall.
La utilización del material asfáltico de desecho en la elaboración de mezclas
asfálticas en caliente genera una disminución del costo de las mismas, ya que se
logra sustituir hasta un 30% de agregados nuevos y un 30% de cemento asfáltico,
particularmente de agregados gruesos, además de reducir los costos asociados a
la explotación y transporte de los materiales nuevos y los costos de transporte
hacia las zonas de bote del material asfáltico de desecho. Es preciso destacar que
se debe añadir cierta cantidad de agregados nuevos (arena y polvillo), ya que la
granulometría del material asfáltico de desecho no satisface los límites
granulométricos establecidos en la norma COVENIN 2000-1 para mezclas
asfálticas densas tipo III.
Bracho, C. y Lugo, E. (2007). Evaluación de mezclas asfálticas en caliente tipo III
sometidas a diferentes condiciones climáticas. Trabajo especial de grado,
Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela. Esta investigación tuvo como
objetivo general, evaluar el comportamiento de las mezclas asfálticas en caliente
tipo III sometidas a diferentes condiciones climáticas, como intemperie, lluvia, altas
y bajas temperaturas, basándose en la metodología Marshall.
Específicamente en la investigación se cumplieron con los siguientes objetivos, un
diseño de mezcla asfáltica tipo III (patrón) según la norma COVENIN 2000-87. Se
determinó según el método Marshall el comportamiento mecánico y volumétrico
del concreto asfáltico sometido a condiciones climáticas. Y finalmente se
compararon los resultados obtenidos de las mezclas sometidas a condiciones con
la mezcla patrón.
El tipo de investigación fue descriptiva, debido a que, en la misma se describen las
diferentes condiciones externas a las cuales fueron sometidas las mezclas
asfálticas, en donde dichas situaciones arrojaron resultados que finalmente
expresaron el comportamiento de la mezcla.
20
Arrojando conclusiones que examinan las propiedades originadas por las
diferentes condiciones climáticas tomando en cuenta los resultados que respecta a
la durabilidad del pavimento.
El pavimento bajo la acción de intemperie se comportó de acuerdo a las
condiciones ambientales presentes en la localidad donde está en servicio, a
temperatura aproximada de 8º C no se ocasionaron variaciones en las propiedades
de las mezclas asfálticas, se observó un claro proceso de envejecimiento del
pavimento en condiciones de lluvia, mientras que a altas temperaturas se altera la
composición química y las propiedades reológicas del asfalto, lo que acelera el
envejecimiento y por ende un aumento en la estabilidad Marshall.
Las variaciones de las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en
caliente como la estabilidad y el flujo, son modificadas a través de un aumento o
una disminución de las mismas, según sea la condición climática a la cual está
expuesta, lo cual altera directamente la durabilidad del pavimento.
Osorio y Latif. (2007). Calidad de los materiales de pavimentación y su relación
con la durabilidad del concreto asfáltico. Trabajo especial de grado, Universidad
Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela. Esta investigación tuvo como objetivo
general determinar la calidad de los materiales de pavimentación y su relación con
la durabilidad del concreto asfáltico del Estado Zulia, para ello se realizaron
diseños de mezcla de concreto asfáltico, controles de mezclas de concreto
asfáltico en plantas asfálticas del estado Zulia, se detectaron las características de
las carpetas de concreto asfáltico colocadas en obras civiles y se establecieron la
relación existente entre la calidad de los materiales de pavimentación y la
durabilidad de las carpetas asfálticas.
La metodología permitió cuantificar la calidad de los materiales de pavimentación que
se utilizaron para el diseño de dicha mezcla en diferentes plantas productoras de
asfalto caliente en la zona de Maracaibo. Examinando la calidad de los mismos una
21
vez colocada como carpeta asfáltica las conclusiones referidas a este trabajo de
investigación con respecto a la durabilidad en las diferentes plantas asfálticas fueron:
Planta A con agregados procedentes del (Rio Palmar), se llego a la conclusión que
esta incumple con las especificaciones en cuanto a la granulometría (tanto en el
diseño como en las carpetas colocadas en obras civiles), así como el equivalente de
arena realizado en el diseño, y en las propiedades Marshall del diseño como las del
control de la mezcla. Lo que hace suponer que se deteriorará prematuramente las
carpetas asfálticas producidas por la planta Rio Palmar.
Planta B con agregados procedentes de (Apón), al momento de analizar los
resultados obtenidos en los ensayos y luego de variar su granulometría, se
encontró que esta cumple con las especificaciones dadas para cada una de las
fases establecidas para el estudio. Por lo cual se cree que con el uso del ligante
asfaltico adecuado, la buena colocación en sitio, y el no excederse en las cargas
para la que fue diseñada, las mezclas asfálticas provenientes de esta planta no
observen mayores problemas con respecto a la durabilidad.
Los resultados obtenidos de la planta C con agregados que provienen de (Cachiri),
se observó que la granulometría en las tres fases del estudio, el equivalente de
arena en el control de la mezcla y las propiedades Marshall en las fases en donde
fue efectuado, quedan fuera de las especificaciones, por lo que se presume que la
durabilidad de las carpetas asfálticas se verá disminuida.
2.2. Fundamentación teórica
2.2.1. Asfalto Según Reyes (2003) los asfaltos son aquellas sustancias de color oscuro que
pueden ser líquidas, semisólidas o sólidas, compuestas esencialmente de
hidrocarburos solubles en sulfuro de carbono en su mayor parte. Estos pueden
proceder de yacimientos naturales u obtenidos como residuo del tratamiento de
22
determinados crudos de petróleo, bien sea por destilación o extracción; las
cualidades aglutinantes y propiedades físicas y químicas de estos materiales los
hacen óptimos para un gran número de aplicaciones.
La gran versatilidad de los materiales bituminosos hace que los mismos sean los
más utilizados para la construcción y rehabilitación de estructuras de pavimentos
flexibles. Los principales tipos de ligantes asfálticos empleados en la elaboración
de las mezclas asfálticas son los siguientes:
Asfalto natural: según el Instituto de asfalto (1992), es el asfalto que ocurre en
la naturaleza y que ha sido derivado del petróleo por procesos naturales de
evaporación de las fracciones volátiles, dejando así las fracciones asfálticas.
Cementos asfálticos: según Reyes (2003), son asfaltos refinados o una
combinación de un asfalto refinado y aceite fluidificante (gasóleo), de una
viscosidad apropiada para los trabajos de pavimentación. Se designan,
generalmente, con las letras CA.
Asfaltos líquidos: según el Instituto del Asfalto (1992), son también
denominados asfaltos rebajados o cut- backs, pueden definirse como un material
asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que salga del campo en que se
aplica el ensayo de penetración cuyo límite máximo es 300.
Emulsiones asfálticas: según Reyes (2003), es un sistema heterogéneo de
dos fases normalmente inmiscibles, como el asfalto y el agua, al que se le
incorpora una pequeña cantidad de un agente activador de superficies, tenso
activo o emulsificante, básico o ácido, el cual mantiene en dispersión el sistema.
Crudos del petróleo: Reyes (2003) los define como materiales bituminosos
que debido a sus propiedades ligantes, alto contenido de asfalto residual y grado
de volatilización de los solventes que lo componen, se emplean por lo regular en
su forma natural.
23
2.2.1.1 Propiedades físicas del asfalto
Las principales propiedades del asfalto que influyen en el diseño, construcción y
mantenimiento de carreteras son:
Adhesión: Es la capacidad que posee el asfalto para adherirse al agregado de
la mezcla.
Cohesión: Capacidad del asfalto de mantener firmemente unidas las partículas
de agregado presentes en la mezcla.
Envejecimiento y endurecimiento: Los asfaltos tienden a endurecerse dentro
de la mezcla asfáltica, durante la construcción y más aun cuando el pavimento
está terminado, por ello para que un asfalto pueda ser usado satisfactoriamente
como ligante debe mantenerse plástico.
Según el Instituto de Asfalto (1992), el endurecimiento se debe principalmente a
un deterioro físico y químico producto de los agentes atmosféricos, produciendo el
llamado “envejecimiento atmosférico”; el envejecimiento del ligante asfáltico
origina un excesivo desgaste superficial del pavimento.
Susceptibilidad a la temperatura: Todos los asfaltos son termoplásticos, es
decir, su viscosidad varía con la temperatura. La susceptibilidad a la temperatura
es una de las propiedades más valiosas del asfalto, ya que es necesario que
posea suficiente fluidez a altas temperaturas para que pueda cubrir partículas del
agregado durante el mezclado y permitir su acomodo durante la compactación.
Luego, a temperaturas ambientales, deberá volverse suficientemente viscoso para
mantenerse unido a los agregados.
2.2.1.2. Características reológicas del asfalto La reología es una de las propiedades más importantes de los productos
asfálticos. Se refiere a la variación de las propiedades del flujo a través del tiempo
24
de la aplicación de una carga e incluye una propiedad muy importante: la
viscosidad.
La viscosidad del asfalto varia con la temperatura en mayor o menor grado
(susceptibilidad térmica) y su estudio es muy importante y de interés práctico,
porque en todas las aplicaciones del asfalto se debe modificar su viscosidad
mediante el calentamiento.
A temperaturas altas el asfalto se considera un fluido viscoso, mientras que a
temperaturas bajas de servicio se considera un material sólido con propiedades
elásticas. Con el propósito de conocer las características del flujo del asfalto a
distintas temperaturas, se utilizan actualmente monogramas y curvas que
relacionan las principales propiedades del asfalto.
2.2.1.3. Durabilidad del cemento asfáltico
Reyes, H. (2003). La durabilidad de un cemento asfáltico se define como su
capacidad para mantener las propiedades ligantes y cohesivas en la mezcla, antes
y después de envejecido. Sus cualidades deben mantenerse a lo largo de la vida
útil del pavimento con el objeto de que cumpla la misión que tiene encomendada.
A favor de esa inalterabilidad desempeña un papel importante la naturaleza del
material, constituido por hidrocarburos de distintos grados de polaridad, a favor de
esa evolución cumplen un papel clave factores internos y externos. Entre los
internos, el propio sistema coloidal muestra una cierta tendencia a evolucionar
hacia la gelificación, con el consiguiente aumento de la dureza y fragilidad,
mientras que las condiciones climáticas, la intensidad del tránsito, las
características propias de la mezcla diseñada y el proceso constructivo son
factores externos que disminuyen la durabilidad del ligante asfáltico e inciden en el
comportamiento de la estructura del pavimento.
Existen seis (6) factores que contribuyen al envejecimiento de un cemento
asfáltico durante el proceso de mezclado o servicio.
25
Oxidación: Es la reacción del oxigeno del aire con los componentes químicos
del cemento asfáltico. La velocidad y magnitud de la oxidación dependen de las
características del cemento asfáltico y de la mezcla asfáltica, así como la
temperatura del aire.
Volatilización: Es la evaporación de los solventes más livianos. No es un
factor que contribuya al envejecimiento del asfalto a largo plazo en condiciones de
servicio.
Polimerización: Es una combinación de moléculas afines para formar enlaces
débiles carbono-carbono en grandes cadenas lineales, causando un
endurecimiento progresivo del cemento asfáltico.
Tixotropía: Es el endurecimiento progresivo por la formación de una estructura
dentro del asfalto durante un periodo de tiempo, la cual puede destruirse por
recalentamiento o durante el servicio de la mezcla asfáltica. La tixotropía, que está
asociada a pavimentos que tienen poco o nulo tránsito, es función de la
composición química del cemento asfáltico.
Sinéresis: Es una reacción de oxidación mediante la cual los aceites menos
viscosos fluyen hacia la superficie de la película del ligante, por lo que el cemento
asfáltico se endurece rápidamente.
Separación: Es la remoción de los aceites, resinas y asfáltenos que
constituyen el cemento asfáltico, causada por una absorción selectiva de
agregados de alta porosidad.
El grado de envejecimiento con el tiempo puede cuantificarse en términos del
porcentaje retenido de la penetración o mediante el índice de consistencia, dados
por las siguientes expresiones:
Porcentaje retenido de penetración= (Ec.2.1)
26
Índice de envejecimiento= (Ec.2.2)
Ambos parámetros se han utilizado para evaluar el envejecimiento de diferentes
grados de cementos asfalticos y diverso origen.
Mientras haya grandes cantidades de cemento asfáltico a una temperatura
elevada en los tanques de almacenamiento, no se presentan cambios sensibles
en sus propiedades. Sin embargo, cuando se mezcla el asfalto caliente con los
agregados también calientes, extendiéndolos en películas delgadas sobre su
superficie durante el proceso de mezclado, las condiciones son muy favorables a
la pérdida de las fracciones más livianas, a la oxidación y a la absorción de ciertos
componentes por parte de los agregados.
Durante el proceso de mezclado, se expone el asfalto al aire y a la acción de
temperaturas altas durante un corto tiempo, presentándose cambios sustanciales
en su comportamiento reológico: disminuye la penetración, en tanto que aumenta
su viscosidad y su punto de ablandamiento por la oxidación causada por el aire y
la pérdida de los solventes más volátiles. El control de las temperaturas del asfalto
y de los áridos, así como la reducción al mínimo del tiempo de mezclado,
disminuyen en gran parte el riesgo de un potencial endurecimiento perjudicial.
Así mismo el proceso de envejecimiento del cemento asfáltico en el pavimento es
un proceso de larga duración. De los factores que producen este envejecimiento,
la principal causa de endurecimiento y fragilidad con el tiempo es la oxidación
atmosférica de ciertas moléculas del asfalto por la formación de grupos
funcionales que contienen oxígeno altamente polares y de fuerte interacción
química, como resultado de esto, los ligantes presentan un mayor o menor
envejecimiento. Dichas alteraciones van a modificar las propiedades de flujo y
consistencia; el cemento asfáltico va perdiendo el poder ligante, se torna frágil y
quebradizo y permite que el agua penetre a través de la película y desplace el
asfalto, con el consiguiente deterioro de la mezcla.
27
En servicio, el envejecimiento del cemento asfáltico tiene que ver con el tiempo, la
temperatura, el contenido de ligante asfáltico, la absorción del agregado, el
espesor de película alrededor de las partículas y las características propias del
ligante asfáltico.
2.2.2. Agregados
Según el Instituto de Asfalto es cualquier material duro e inerte usado, en forma de
partículas graduadas o fragmentos, como parte de un pavimento de mezclas
asfálticas en caliente. Los agregados típicos incluyen arena, grava, piedra
triturada, escoria o polvo de roca. El comportamiento de la mezcla se ve altamente
influenciado por la selección apropiada del agregado, debido a que el mismo
proporciona la mayoría de las características de capacidad portante.
En los concretos asfálticos, los agregados normalmente constituyen el 90-95% del
peso total o entre el 80 y el 85% del volumen de la mezcla. Los agregados son los
principales responsables de la capacidad de soportar las cargas de las mezclas
asfálticas; por ello se hace necesario realizar un análisis de sus propiedades para
el buen diseño y comportamiento de las mezclas asfálticas. Lynch (1980).
2.2.2.1. Clasificación de los agregados
Su clasificación es muy amplia reconociéndose por:
Su naturaleza: Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los
naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto
asfáltico se pueden clasificar en, agregado grueso, según COVENIN 12-10.07 es
aquel que queda retenido en el tamiz N°8, agregado fino, según el apartado 12-
10.08 de la norma COVENIN es la fracción del agregado que pasa por el cedazo
N° 8 y queda retenido en el N° 200, filler o polvo mineral, es la fracción de
agregado que pasa el tamiz N°200 (COVENIN 12-10.09).
28
Su densidad: Se pueden clasificar en agregados de peso específico normal
comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y
agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.
Su origen, forma y textura superficial: Por naturaleza los agregados tienen
forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras
redondeadas y angulosidades. En términos descriptivos la forma de los agregados
puede ser: angular, poca evidencia de desgaste en caras y bordes, sub angular,
evidencia de algo de desgaste en caras y bordes, sub redondeada, considerable
desgaste en caras y bordes, redondeada, bordes casi eliminados, muy
redondeada, sin caras ni bordes.
2.2.2.2 Agregado grueso Según COVENIN 2000-87 es la fracción del agregado que queda retenido en el
tamiz N° 8. Debe poseer las siguientes propiedades y características:
Debe estar limpio y no debe poseer más del 5% de su peso de trozos alargados
o planos.
El porcentaje de desgaste determinado según la norma COVENIN 267, no debe
ser mayor del 40% para las mezclas usadas como rodamiento, ni mayor al 50%
para las mezclas utilizadas como carpeta intermedia o como carpeta base.
No debe tener una pérdida de peso mayor al 15% al ser sometida al ensayo
MOP-E-114 (desgaste en sulfato de magnesio, 5 ciclos); para las mezclas usadas
como carpeta de rodamiento.
En el momento de ser mezclado, el porcentaje de caras producidas por
fracturas determinado según la norma COVENIN 1124, debe ser mayor del 60%.
2.2.2.3. Agregado fino
Es la fracción del agregado que pasa por el tamiz N°8 y queda retenido en el tamiz
N°200. Debe estar constituido por arena y/o residuos de piedra o grava sin picar,
29
en forma de granos limpios, duros y de superficie áspera. El agregado fino que se
utilice en la preparación de carpetas de rodamiento, no debe tener una pérdida de
peso mayor de 15% al ser sometido al ensayo MOP-E-114.
2.2.2.4 Polvo mineral y filler (material llenante)
El polvo mineral es la fracción de agregado que pasa el tamiz N°200. El agregado
llenante debe estar compuesto por polvillo calcáreo o cemento portland. También,
debe ser aprobado por el Ingeniero inspector y puede estar constituido por
cualquier otro polvillo mineral no plástico.
2.2.3 Reciclaje (Desecho asfáltico)
Montejo (2002), se entiende por reciclaje la reutilización, generalmente luego de
cierto tratamiento, de un material de pavimento que ha cumplido su finalidad
inicial, el cual puede emplearse para construir un refuerzo en la misma carretera o
alguna capa de una calzada nueva.
Entre los factores fundamentales que han contribuido al desarrollo de estas
técnicas merecen destacarse las siguientes:
La crisis energética causante de los significativos aumentos en los precios de
los productos derivados del petróleo.
El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de agregados pétreos de
adecuada calidad y el incremento de sus precios en canteras. A estos aspectos
deben adicionarse la influencia notable de los costos del transporte cuando los
agregados pétreos de calidad se encuentran a considerable distancia de las obras.
Factor considerado de significativo peso en los análisis de precios en las obras.
Los aspectos ecológicos y la necesidad de preservar el medio ambiente, son
factores que se les otorgan actualmente la debida atención en los países mas
30
desarrollados, razones por las cuales es notoria la tendencia hacia la reutilización
de los materiales existentes en lugar de proceder a la explotación de yacimientos y
canteras, contaminando las zonas donde se realizan estas actividades.
La critica disponibilidad de los recursos económicos destinados a proyectos
nuevos o su influencia para hacer frente a la continua y efectiva conservación,
rehabilitación y reconstrucción de los sistemas viables existentes, ha obligado a
estudiar y ampliar técnicas de mantenimientos menos costosas pero con un
comportamiento similar a las obtenciones convencionales.
2.2.3.1 Variabilidad de pavimentos de asfalto reciclado
Una de las preocupaciones que tienen varios países de Latinoamérica es sobre el
uso de reciclado de pavimento asfáltico (RAP) es la variabilidad de los materiales.
Como el RAP se retira de una antigua calzada, puede incluir los materiales del
pavimento original, además de los parches, y el mantenimiento de otros
tratamientos. La base, la sub base, y la capa de rodamiento de los antiguos
caminos pueden ser todos mezclados en el RAP. El pavimento de asfalto reciclado
de varios proyectos a veces se mezcla en una sola reserva, a pesar de que esta
mezcla no se aplica.
Debido a las preocupaciones de la variabilidad, algunos estados de EE.UU limitan
la cantidad del pavimento de asfalto reciclado que se pueden incluir en las nuevas
mezclas. Algunos de estos estados permiten el uso de un mayor porcentaje de
RAP si el material es molido de un mismo proyecto en la nueva mezcla que será
colocada en sitio, si el RAP utiliza una mezcla que incluye material de varios
proyectos la cantidad de RAP será menor. Las existencias de RAP también
pueden incluir lo que se llama “material nocivo”, este incluye todo lo que no
pertenece a la reserva como latas de aluminio, trozos de madera, cemento
portland, basura, etc. Estos materiales son indeseables en el producto terminado y
su presencia en el de almacenamiento debe ser limitado.
31
La variabilidad es una preocupación tanto para las empresas como para el ente
contratante. Si el RAP es muy variable en las propiedades, como la gradación o el
contenido de asfalto, el resultado de mezcla de asfalto en caliente puede ser
también variable.
2.2.3.2 Tipos de reciclaje
Existen tres tipos de reciclaje, cuyas denominaciones y características, son las
siguientes:
Reciclaje superficial: Consiste en el retratamiento de la superficie del
pavimento en bajos espesores, generalmente no superiores a los 2,5 centímetros,
en casos en que los deterioros del pavimento no sean atribuibles a deficiencias
estructurales. Se incluye todo procedimiento en que la superficie de fresado,
cepillado o escarificado, trituradas y adicionadas o no de un agente de reciclaje,
con o sin la incorporación de pequeños porcentajes de materiales vírgenes
reacondicionadas y re compactadas. El proceso puede adelantarse en caliente o
en frio y en este último caso el agente de reciclaje, si se requiere, se aplica en
forma de emulsión.
Reciclaje en el lugar (in-situ): conocido también como reciclaje en frio,
consiste en rehabilitar el pavimento asfáltico hasta una profundidad mayor de 2.5
cm, involucrado o no el material de la capa base. Para ello el espesor es
escarificado y el material trozado resultante es triturado hasta un tamaño
adecuado y luego, mezclado con un agente de reciclaje y eventualmente con
cierto porcentaje de agregados nuevos, todos como para cumplir con las
exigencias de la nueva mezcla.
Reciclaje en planta: denominado también reciclaje, consiste en escarificar el
espesor deseado del pavimento existente y transportar el material trozado a una
planta en la que es triturado y clasificado por su granulometría. El material también
puede obtenerse del pavimento por medio de fresado en frio. Posteriormente en
32
base del análisis de composición del material viejo, se reconstruye en caliente la
nueva mezcla a reciclar, la cual debe responder al diseño adoptado. Para ello, se
agregan materiales nuevos que comúnmente incluyen un agente de reciclaje y
agregado pétreo virgen, así como asfalto nuevo. La nueva mezcla en caliente se
lleva al sitio de origen o al que se haya elegido para su colocación, donde se
distribuye y compacta mediante métodos y equipos convencionales.
2.2.3.3 Ventajas de las técnicas del reciclado
En la tabla 2.1, se muestra las principales ventajas de las distintas técnicas de
reciclado más frecuentemente utilizadas.
Tabla 2.1. Principales ventajas de las técnicas del reciclado
Técnica Reciclado Ventajas
Reciclado superficial
Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige las deficiencias de origen superficial. Mejora el perfil geométrico de la calzada. Permite eliminar la capa de restitución galibo en refuerzos del
pavimento.
Reciclado en el lugar (in-situ)
Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige las deficiencias de origen superficial y estructural. Permite incrementar en forma limitada la resistencia estructural del
pavimento. Elimina temporalmente las fisuras reflejadas. Permite corregir las características de las mezclas asfálticas
superficiales (6 a 7cm) con deformaciones plásticas. Mejora el perfil geométrico de la calzada.
Reciclado en planta
Refuerza estructuralmente al pavimento de acuerdo con las necesidades del proyecto.
Corrige las deficiencias de origen superficial y estructural. Produce mezclas asfálticas de mejor calidad. Permite eliminar o corregir las capas intermedias de deficiente
comportamiento. Elimina las fisuras reflejas. Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige el perfil geométrico de la calzada.
2.3.3.4. Campos de aplicación de reciclaje
El reciclado de pavimentos puede emplearse en aquellos casos en que las fallas
pueden atribuirse a:
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Elevada rigidez de ligante asfáltico, como consecuencia de su envejecimiento
por acción del tiempo.
Desprendimiento de los agregados ocasionados por una falla de adherencia
con el asfalto o bien por el envejecimiento del mismo.
Deformaciones plásticas que producen ahuellamiento, ondulaciones,
corrimientos, entre otros. Esto es atribuible principalmente, a mezclas con baja
estabilidad.
Pulimentos de los agregados superficiales que disminuye la resistencia al
deslizamiento de la capa de rodamiento.
Afloramiento de asfalto, como consecuencia de una falla en el diseño de la
mezcla, que conduce también a superficies propensas al patinaje de los vehículos.
Fisuras y grietas ocasionadas por fatiga de la capa asfáltica (piel de cocodrilo) o
bien por contracción producida por efectos térmicos (fisura transversal).
2.2.4 Pavimento asfáltico
Oviedo (2007) define en un término general aplicado a cualquier pavimento que
tenga una superficie asfáltica. Normalmente consiste en una capa superficial de
agregado mineral cubierto y ligado con asfalto y una o más capas portantes, que
puedan responder a los siguientes tipos: Base de asfalto consistente en una
mezcla de agregado-asfalto, piedra triturada, escoria o grava, concreto de
cemento Portland.
2.2.5 Mezcla asfáltica en caliente
Lynch, (1980) define concreto asfáltico como “una mezcla en caliente de
agregados pétreos, bien gradados de alta calidad, con un cemento asfáltico que
34
actúa como ligante, para obtener una masa impermeable, resistente y compacta”,
la cual puede contener eventualmente aditivos.
Estas mezclas son sometidas a temperaturas altas (aproximadamente 135°C),
posteriormente son procesadas en plantas, transportadas al sitio de trabajo,
colocadas y compactadas mientras la mezcla se encuentra caliente.
2.2.5.1. Durabilidad de mezcla asfáltica
Reyes (2003). La durabilidad de una mezcla asfáltica hace referencia a la
capacidad que tiene para resistir la acción del tránsito y clima sin fisurarse,
deformarse o desintegrarse, durante la vida útil de la estructura del pavimento, y
está atada a las propiedades físico-químicas del ligantes, las que regulan a su vez
un comportamiento reológico, además de las propiedades de la mezcla.
La característica del cemento asfáltico es un factor de primordial importancia en la
durabilidad de las capas de rodadura asfálticas, si los diseños de la estructura del
pavimento y de la mezcla han sido los correctos y se ha realizado un buen control
de calidad sobre el proceso constructivo.
2.2.5.2. Propiedades de las mezclas asfálticas
Según el Instituto del Asfalto (1992), las buenas mezclas asfálticas trabajan bien
debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra
obtener las propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la
buena calidad de pavimentos, particularmente de los elaborados con mezclas
asfálticas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, durabilidad, impermeabilidad,
trabajabilidad, flexibilidad, resistencia a la fatiga y resistencia al deslizamiento. El
objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclas es el de garantizar que
la mezcla de pavimentación posea cada una de esas propiedades.
35
Estabilidad
La estabilidad de un asfalto es su capacidad para resistir desplazamiento y
deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de
mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas; un pavimento inestable
desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación), y otras señas
que indican cambios en la mezcla.
Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse después de un análisis
completo del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un
pavimento dependen del tránsito esperado. Las especificaciones de estabilidad
deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el tránsito esperado,
pero no más altas de lo que exijan las condiciones de tránsito. Valores muy altos
de estabilidad producen un pavimento demasiado rígido y, por lo tanto, menos
durable que lo deseado.
La estabilidad de una mezcla depende de la fricción y la cohesión interna. La
fricción interna en las partículas de agregado está relacionada con características
del agregado tales como forma y textura superficial. La cohesión resulta de la
capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de fricción y cohesión interna en la
mezcla, previene que las partículas de agregado se desplacen unas respecto a
otras debido a las fuerzas ejercidas por el tráfico.
En términos generales, entre mas angular sea la forma de las partículas de
agregado y más áspera sea su textura superficial, mas alta será la estabilidad de
la mezcla. Cuando no hay agregados disponibles con características de alta
fricción interna, se pueden usar mezclas más económicas, en lugares donde se
espere trafico liviano, utilizando agregados con valores menores de fricción
interna.
La fuerza ligante de la cohesión aumenta en la frecuencia por la carga (trafico).
También aumenta a medida que la viscosidad del asfalto crece, o a medida que la
36
temperatura del pavimento disminuye. Adicionalmente, y hasta cierto nivel, la
cohesión aumenta con realces en el contenido de asfalto. Cuando se sobrepasa
este nivel, los aumentos en el contenido de asfalto producen una película
demasiado gruesa sobre las partículas de agregado, lo cual resulta en pérdidas de
fricción entre partículas. Existen muchas causas y efectos asociados con una
estabilidad insuficiente en el pavimento.
Las causas se pueden deber a exceso de asfalto en la mezcla, exceso de arena
de tamaño medio de la mezcla, agregado redondeado sin, o con pocas,
superficies trituradas. Y sus consecuencias o efectos se reflejan como
ondulaciones, ahuellamiento, exudación, baja resistencia durante la compactación
y posteriormente durante un cierto tiempo; dificultad para la compactación y
ahuellamiento y canalización.
Impermeabilidad
La impermeabilidad de un pavimento asfáltico es la resistencia al paso del aire
y agua hacia su interior, o a través de él. Esta característica está relacionada
con el contenido de vacios de la mezcla compactada. Aunque este contenido es
una indicación del paso potencial de aire y agua a través de un pavimento, la
naturaleza de estos vacios es más importante que su cantidad. El grado de
impermeabilidad está determinado por el tamaño de los vacios, sin importar si
están o no conectados y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento.
Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas
compactadas, virtualmente todas las mezclas asfálticas usadas en la
construcción de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es
aceptable, siempre y cuando la permeabilidad este dentro de los limites
especificados. a continuación se presentan ciertas causas y efectos
relacionados con valores bajos de impermeabilidad para pavimentos asfálticos
de graduación densa:
37
Las causas se deben por bajo contenido de asfaltos, alto contenido de vacios en la
mezcla de diseño y a una compactación inadecuada. Al pasar del tiempo los
efectos se verán reflejados por las películas delgadas de asfalto las cuales
causarán, tempranamente, un envejecimiento y una desintegración de la mezcla,
el agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento, causando oxidación y
desintegración de la mezcla, los vacios altos en el pavimento conducirán a
infiltración de agua y baja estabilidad.
Trabajabilidad
La trabajabilidad está descrita por la facilidad con que una mezcla de
pavimentación puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena
trabajabilidad son fáciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad
son difíciles de trabajar. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los
parámetros del diseño de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometría.
Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado
grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden
ser difíciles de compactar. A través de mezclas de prueba en el laboratorio puede
ser posible adicionar agregado fino, y tal vez asfalto, a una mezcla gruesa, para
volverla más trabajable. En tal caso se deberá tener cierto cuidado para garantizar
que la mezcla modificada cumpla con los otros criterios de diseño, tales como
contenido de vacios y estabilidad.
Un contenido demasiado alto de relleno mineral también puede afectar la
trabajabilidad. Puede ocasionar que la mezcla se vuelva muy viscosa, haciendo
difícil su compactación. La trabajabilidad es especialmente importante en sitios
donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla,
como por ejemplo alrededor de tapas de alcantarillado, curvas pronunciadas y
otros obstáculos similares. Es muy importante usar mezclas trabajables en dichos
sitios.
38
Las mezclas que son fácilmente trabajables o deformables se conocen como
mezclas tiernas. Las mezclas tiernas son demasiado inestables para ser
colocadas y compactadas apropiadamente. Usualmente son el producto de una
falta de relleno mineral, demasiada arena de tamaño mediano, partículas lisas y
redondeadas de agregado, y/o demasiada humedad en la mezcla.
Aunque el asfalto no es la principal causa de los problemas de trabajabilidad, si
tiene algún efecto sobre esta propiedad. Debido a que la temperatura de la mezcla
afecta la viscosidad del asfalto, una temperatura demasiado baja hará que la
mezcla sea poco trabajable, mientras que una temperatura demasiado alta podrá
hacer que la mezcla se vuelva tierna. El grado y porcentaje de asfalto también
pueden afectar la trabajabilidad de la mezcla. Existen ciertas causas y efectos
relacionados con la trabajabilidad de mezclas de pavimentación.
El tamaño máximo de partículas grandes, demasiado agregado grueso,
temperatura muy baja de mezcla, demasiada arena de tamaño medio, bajo o alto
contenido de relleno mineral son las causas especificas que conllevan a una mala
trabajabilidad surgiendo efectos como la superficie áspera que conlleva a una
difícil colocación y compactación, el agregado sin revestir produce una mezcla
poco durable, superficie áspera y difícil compactación, otro efecto ocurre cuando la
mezcla se desplaza bajo la compactadora y permanece tierna o blanda. La mezcla
tierna es altamente permeable y la mezcla muy viscosa, suele ser difícil de
manejar y es poco durable.
Flexibilidad
Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que
se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La
flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento asfaltico debido a
que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden
(por expansión del suelo).
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Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es,
generalmente, más flexible que una mezcla densamente graduada de bajo
contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en
conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el
equilibrio de los mismos.
Resistencia a la fatiga
La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida
bajo las cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que
los vacios (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto
tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga, a medida que el
porcentaje de vacios en un pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de
compactación, la resistencia a la fatiga del pavimento (el periodo de tiempo
durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga)
disminuye.
Así mismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y
endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga. Las
características de resistencia y espesor de un pavimento y la capacidad de
soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con
la prevención del agrietamiento asociado con cargas de tránsito. Los
pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan
tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellos que se
encuentran sobre subrasantes débiles.
Sus causas pueden ser: bajo contenido de asfalto, vacios altos de diseño, falta de
compactación, espesor inadecuado de pavimento. Los efectos se visualizan en
agrietamientos por fatiga, envejecimiento temprano del asfalto, demasiada flexión
seguido por agrietamientos por fatiga.
40
Resistencia al deslizamiento
Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de
minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos,
particularmente cuando la superficie está mojada. Para obtener buena resistencia
al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las
partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie
del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al deslizamiento se mide en terreno
con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la
superficie del pavimento y a una velocidad de 65 km/hr (40mi/hr).
Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al
deslizamiento que una superficie lisa. La mejor se obtiene con un agregado de
textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de
9,5 mm (3/8 pulgadas) a 12,5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una
superficie áspera, los agregados deben resistir el pulimento (aislamiento) bajo
el tránsito. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo
de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al
deslizamiento.
Las causas que se relacionan con una mala resistencia al deslizamiento son:
exceso de asfalto, agregado mal gradado o con mala textura, agregado pulido en
la mezcla y los efectos conllevan a exudación, poca resistencia al deslizamiento
pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo y poca resistencia al deslizamiento.
2.2.5.3. Mezcla asfáltica tipo II
Es una mezcla en caliente, que se emplea en la construcción de los pavimentos
flexibles, estos poseen una superficie de rodamiento constituida por una mezcla
asfáltica y su capacidad estructural proviene de las distintas capas que los
constituyen.
41
Según COVENIN 12-10. Este tipo de mezcla clasifica dentro de las denominadas
mezclas de granulometría densa, como se observa en la tabla 2.2:
Tabla 2.2 Especificaciones para mezcla asfáltica tipo II.
% en peso de materiales que pasa los cedazos cedazo 1/2” 3/8” N° 4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200
TIPO II 100 80 - 100 50 - 75 35 - 50 18 - 29 13 - 23 8 - 16 4 – 10
COVENIN 12-10
2.2.5.4. Diseño de mezclas asfálticas en caliente (Método Marshall)
Existen varios métodos para diseños de mezclas asfálticas en caliente siendo el
método de dosificación Marshall, el más usado para la elaboración de fórmulas de
mezcla desarrollado por el Ing. Bruce Marshall. El criterio para conseguir las
propiedades adecuadas que debe tener una buena mezcla está basado en
requisitos mínimos de estabilidad, fluencia, densidad y porcentaje de vacíos, este
método determina el procedimiento para realizar los ensayos de estabilidad y
fluencia de mezclas asfálticas preparadas en caliente, utilizando el equipo
Marshall, determina características físicas de las mezclas y analiza los
parámetros que definen el contenido de asfalto. La estabilidad se determina
empleando el principio de corte en compresión semi-confinada, sometiendo a la
muestra a esfuerzos de compresión diametral a una temperatura de 60 ºC. La
aplicación de esfuerzos y la rotura de las muestras se consiguen con un
dispositivo especialmente proyectado para las pruebas de estabilidad.
El valor de estabilidad representa la resistencia estructural de la mezcla
compactada y está afectada principalmente por el contenido de asfalto, la
composición granulométrica y el tipo de agregado. El valor de estabilidad es un
índice de la calidad del agregado.
Además, la mezcla debe tener la fluidez necesaria para que pueda compactarse a
la densidad exigida y producir una textura superficial adecuada. El valor del flujo
representa la deformación producida en el sentido del diámetro del espécimen
42
antes de que se produzca su fractura. Este valor es un indicador de la tendencia
para alcanzar una condición plástica y consecuentemente de la resistencia que
ofrecerá la carpeta asfáltica a deformarse bajo la acción de las cargas que por ella
transiten.
El contenido óptimo de asfalto se determina, de acuerdo a recomendación del
Instituto del Asfalto (Manual MS - 2), a través de la media aritmética de los
porcentajes que llevan a la máxima estabilidad, la máxima densidad de la mezcla
y al volumen de vacíos de aire especificado.
Esta media debe ser verificada en relación al valor de la fluencia y a los vacíos del
agregado mineral (VAM), a fin de asegurar que la mezcla contenga un volumen de
asfalto (Vb) suficiente, sin que el volumen de vacíos de aire (Vv) sea reducido a un
valor inaceptable. Si no se cumplen las especificaciones, la granulometría del
agregado debe ser modificada.
Criterios Marshall para las mezclas de concreto asfálticos
Se deben preparar los moldes (briquetas) de 4” de diámetro y 2.5” de altura con
las mezclas a elaborar realizando el siguiente procedimiento:
Generalmente se elaboran dos (2) briquetas por cada punto de asfalto con un
peso aproximado de 1300g. El % de asfalto se incrementa en 0,5%.
Se calientan los agregados entre 135°C – 163°C, el cemento asfáltico 120°C –
140°C y la compactación debe realizarse a 110°C.
Se compactan dando el numero de golpes necesarios con el martillo
compactador. El N° de golpes será de 35 golpes/cara para trafico ligero, 50
golpes/cara para trafico mediano y 75 golpes/cara para tráfico pesado.
Se dejan enfriar las briquetas por lo menos una noche antes de ensayarlas.
En el método Marshall es importante mencionar que la estabilidad es la máxima
resistencia en libras la cual una briqueta Standard a 60°C, falla al aplicarle una
43
carga, a una velocidad de 2” por minuto. Mientras que el flujo es el movimiento o
deformación total que se produce en la mezcla entre el comienzo del ensayo y la
carga máxima durante el ensayo de estabilidad, expresando en centésimas de
pulgadas. Los criterios Marshall señalados para mezclas de concreto asfaltico son:
Tabla 2.3. Criterios Marshall
CAPA ESTABILIDAD (Lbs.)
FLUJO (1/10plg)
VACIOS MEZCLA
VACIOS LLENADOS CON
ASFALTO
Rodamiento >=1200 8 - 16 3 - 5 75 - 85
Intermedia >=1000 8 - 16 3 - 7 70 - 85
Base >=900 8 - 16 3 - 8 65 - 85
COVENIN 12-10.16
2.3. Definición de términos básicos
Briqueta
Molde o probeta utilizada en laboratorios de ensayos de pavimentos.
Compactación
Proceso mecánico mediante el cual se logra una densificación de la estructura de
pavimento por expulsión del aire de sus espacios vacios, para mejorar ciertas
características mecánicas del suelo.
Densidad
Medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado;
es la cantidad de masa por unidad de volumen.
Desechos asfálticos
Corte de vías asfálticas envejecidas. Que tiene como disposición final el uso en
reciclado de pavimentos o en el relleno de terrenos.
44
Ductilidad
Medida de cuanto puede ser estirada una muestra de asfalto antes de que se
rompa en dos partes. Se mide en centímetros
Equipo Marshall
Determina los valores de estabilidad y deformación de los pavimentos asfálticos.
Mediante la aplicación de una carga vertical cuya capacidad es de 6000 libras.
Equivalente de arena
Mide el contenido de arcilla en la fracción de agregado que pasa el tamiz n° 4 en un
cilindro y agitada para liberar los finos arcillosos presentes y adheridos al material.
Flujo
Movimiento o deformación total que se produce en la mezcla entre el comienzo del
ensayo y la carga máxima durante el ensayo de estabilidad, expresando en
centésimas de pulgadas.
Gradación
Serie de agregados ordenados gradualmente.
Granulometría
Proceso mediante el cual se separan los diferentes tamaños de los granos del
suelo.
Gravedad especifica
Sirve para la identificación y comprobación de uniformidad en los productos, así
como determinaciones de pesos y volúmenes.
45
Impermeable
Que es impenetrable al agua o a otro fluido.
Penetración
Es la distancia a la que penetra una aguja por el material asfáltico en una prueba
estándar, a una temperatura especifica.
Punto de inflamación
Temperatura más baja a la cual se separan materiales volátiles de la muestra
asfáltica y crean un destello en presencia de una llama abierta.
Viscosidad
Propiedad de los fluidos debido al frotamiento de sus moléculas que se gradúa por
la velocidad de aquellos a través de tubos capilares.
2.4. Sistema de variables e indicadores
En el presente trabajo de investigación se plantearon las siguientes variables con
sus respectivos indicadores para medirlas.
2.4.1. Definición nominal
Durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II con material asfáltico de
desecho.
2.4.2. Definición conceptual
La durabilidad de mezclas asfálticascomprende todas las características que
permiten una mayor vida de servicio del concreto asfáltico, como son, resistencia
46
del asfalto a endurecerse durante la operación de mezcla, resistencia al efecto
abrasivo del tránsito, resistencia a la acción destructiva de los agentes
atmosféricos (aire, agua, cambios de temperatura), flexibilidad suficiente para
resistir roturas por la aplicación repetida de las cargas. El tipo de mezcla
especifica que son de granulometría densa representada como mezcla tipo II.
2.4.3. Definición operacional
En el presente estudio la variable se define operacionalmente como, un análisis
comparativo de la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II convencional
con la mezcla asfáltica tipo II modificada con material asfáltico de desecho.
47
Tabla 2.4. Operacionalización de la variable
Objetivo general: Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II, elaboradas con
material asfáltico de desecho.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón), según la norma COVENIN 2000-87.
DURABILIDAD DEL
CONCRETO ASFÁLTICO TIPO II CON MATERIAL
ASFÁLTICO DE DESECHO
Diseño de la mezcla asfáltica
tipo II
Granulometría por tamizado
Equivalente de Arena.
Peso especifico.
Desgaste de los ángeles.
Caras Fracturadas.
Estabilidad.
Flujo.
Densidad real.
Vacios del agregado mineral
Densidad máxima teórica.
Caracterizar desde el punto de vista físico el material asfáltico de desecho según los parámetros Marshall.
Caracterización de material asfáltico
de desecho (agregados) según
normas covenin 12-10
Granulometría
Contenido de humedad.
Contenido de ligante asfáltico.
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según el método Marshall.
Especificaciones para el Diseño de la mezcla asfáltica
tipo II
Granulometría.
Estabilidad.
Flujo.
Densidad real
Vacios totales del agregado mineral.
Vacios llenados con asfalto
Densidad máxima teórica.
Determinar, el comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall.
Agentes Atmosféricos
Intemperie.
Simulación de lluvia.
Alta temperatura.
Baja temperatura.
Inmersión parcial.
Analizar la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho comparando los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.
48
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo presenta la manera en cómo se llevó a cabo la investigación,
su tipo y enfoque, de igual manera los sujetos estudiados, así como
los instrumentos que se utilizaron y el tamaño de muestra, todo con el fin
de lograr datos relevantes y significativos para obtener una investigación
exitosa.
3.1. Tipo de investigación
El trabajo especial de grado titulado “Análisis de la durabilidad de mezclas
asfálticas en caliente tipo II elaborada con desecho asfáltico”, se encuentra
ubicado dentro del campo descriptivo.
Rivas (1995, p. 54) señala lo siguiente:
La investigación descriptiva, trata de obtener información acerca del
fenómeno o proceso, para describir sus implicaciones. Este tipo de
investigación, no se ocupa de la verificación de la hipótesis, sino de
la descripción de hechos a partir de un criterio o modelo teórico
definido previamente. En la investigación se realiza un estudio
descriptivo que permite poner de manifiesto los conocimientos
teóricos y metodológicos del autor para darle solución al problema a
través de información obtenida de la Institución.
Se considera descriptiva la presente investigación, debido a que, en la misma
se describen las diferentes condiciones externas a las cuales están sometidas
las mezclas asfálticas, específicamente a ambientes de intemperie, lluvia,
altas y bajas temperaturas, en donde dichas situaciones arrojarán un
resultado y un comportamiento para finalmente determinar su durabilidad en
el tiempo.
49
3.2. Diseño de investigación
La precisión, profundidad, así como también el éxito de los resultados de la
investigación dependen de un diseño adecuado basado en la temporalización.
Estas consideraciones indican que la investigación se centra en un diseño no
experimental.
Kerlinger y Lee (2002) "En la investigación no experimental no es posible
manipular las variables o asignar aleatoriamente a los participantes o los
tratamientos". De hecho, no hay condiciones o estímulos planeados que se
administren a los participantes del estudio.
Según Hernández, Fernández y Baptista (2007) son "estudios que se realizan sin
la manipulación deliberada de variables y en los que los fenómenos en su
ambiente natural para después analizarlos".
En relación con lo indicado anteriormente, esta investigación se realiza sin
manipular deliberadamente la variable que en este caso sería la variable de
“durabilidad del concreto asfáltico tipo II con material asfáltico de desecho”, esta
no se transforma o modifica en forma intencional para ver su efecto sobre otras
variables, es por ello que se asigna un diseño de investigación no experimental ya
que en ella, solo se observan los fenómenos que se le aplican a las mezclas
asfálticas en caliente tipo II, tal como se dan en su contexto natural, a fin de
analizar la durabilidad de dichas mezclas.
Cabe mencionar que un diseño no experimental se clasifica según la
temporalización y recolección de datos. Por consiguiente la investigación es
orientada a un diseño no experimental transeccional que significa “recolectar datos
en un solo momento, en un tiempo único” Hernández et al. (2006).
En esta investigación se utilizó el diseño no experimental transeccional, ya que se
asistió a los laboratorios de la Universidad del Zulia y SAEMA, durante
aproximadamente tres meses, para analizar y observar las mezclas asfálticas en
50
caliente tipo II elaboradas con material asfáltico de desecho, sin la intención de
modificar o alterar el entorno y las condiciones que se le practican a los ensayos
pertinentes. Aparte de ello la información obtenida fue procesada tal y como se
recolectó en un tiempo único, describiendo la variable y analizando su incidencia
en un momento dado.
Es preciso señalar que el diseño de la investigación se refiere a la explicación del
modelo metodológico asumido siendo este descriptivo transeccional, estas
condiciones fundamentan de la misma manera un diseño de campo.
Según Sabino (2000), la investigación de campo tiene como objeto proporcionar
un modelo de verificación que permita contrastar hechos con teorías, y su forma
es la de una estrategia o plan general que determina las operaciones necesarias
para hacerla.
Es significativa la importancia que tiene el diseño de tipo campo, ya que la
presente dará respuesta a las interrogantes formuladas en la investigación que en
este caso enuncia, ¿Cómo es la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente
elaboradas con material asfáltico de desecho?, logrando esto mediante la
observación directa de ensayos y operaciones que permiten comprobar si los
hechos se sustentan con la teoría indicada y posterior a esto seguir en la
búsqueda de soluciones al problema planteado.
3.3. Población y muestra
Tamayo y Tamayo (2004, p. 176) define la población como:
Totalidad de un fenómeno de estudio, incluye la totalidad de unidades de análisis o entidades de población que integran dicho fenómeno y que debe cuantificarse para un determinado estudio integrando un conjunto N de entidades que participan de una determinada característica; y se le denomina población por constituir la totalidad del fenómeno adscrito a un estudio o investigación.
51
De tal manera se consideró que la población utilizada para el presente trabajo
especial de grado, vienen a ser todas las mezclas asfálticas en caliente, ubicando
específicamente en las normas COVENIN vigentes mezclas asfálticas (Tipo I, II,
III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X).
Dentro de los diferentes tipos de mezclas asfálticas antes mencionados es
necesario hacer notar, que la población cuenta con una muestra.
Tamayo y Tamayo (2004, p. 176) definen la muestra como:
Descansa en el principio de que las partes representan el todo por lo tanto refleja las características que definen la población de la cual fue extraída, lo cual nos indica que es representativa. Es decir, que para hacer una generalización exacta de una población es necesaria una muestra totalmente representativa y, por lo tanto, la validez de la generalización depende de la validez y tamaño de la muestra.
Dado a que la población se conformó de las mezclas asfálticas mencionando los
diferentes tipos de estas, se tomó como muestra a las mezclas asfálticas en
caliente tipo II. Y la muestra seleccionada específicamente fue 30 briquetas
proveniente de la planta CONYOLECA del estado Zulia; quince con un diseño
convencional y quince elaboradas con material asfáltico de desecho proveniente
de la av. Bella Vista con calle 78.
3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Una vez seleccionado el diseño de investigación y la muestra adecuada de
acuerdo al problema de investigación, la siguiente etapa consistió en recolectar
datos pertinentes sobre las variables involucradas en el presente trabajo especial
de grado.
Las técnicas de recolección de datos según Arias (1999) “son las distintas formas
o maneras de obtener la información” (p. 53). Por otro lado según Sabino (1992)
“Un instrumento de recolección de datos es, en principio, cualquier recurso de que
52
se vale el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos
información” (p. 149).
Como técnica se utilizó la observación directa debido a que se hizo una
elaboración y supervisión de los ensayos, se observaron los fenómenos o hechos
tal como son, en el tiempo en que ocurren, y no sobre hechos o acontecimientos
pasados. Es preciso destacar que la observación indirecta fue también manejada
ya que se utilizó una cámara fotográfica como registro, el cual permitió fijar el
espacio en que se realizan los ensayos pertinentes al agregado, cemento
asfálticas, a las mezclas asfálticas y los fenómenos y resultados que ocurren al
momento de estos.
La recopilación de los datos se realizó mediante la anotación de los diferentes
indicadores obtenidos en el laboratorio durante los procesos de ensayos. Los
valores arrojados en cada uno de los ensayos realizados, se plasmaron en una
hoja de cálculo como instrumento, la cual contenía previamente, las diferentes
ecuaciones requeridas para la medición de los parámetros de la mezcla de
acuerdo al Método Marshall siguiendo la norma COVENIN 2000-87 capitulo 12, a
través de esta consulta documental de verificación de resultados de los ensayos,
se logró analizar las características y durabilidad de ambas mezclas como lo son,
la mezcla asfáltica en caliente tipo II y la mezcla asfáltica en caliente tipo II
elaborada con desecho asfáltico.
3.5 Procedimiento metodológico
Para el desarrollo de la investigación se partió de las siguientes fases, las cuales
especifican la metodología utilizada:
53
Tabla 3.1 Procedimiento metodológico
Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma COVENIN 2000-87.
Fases Metodología
Caracterización física de los agregados
Ensayo de Granulometría (Análisis por el tamizado) según la norma, ASTM D 422 AASTHO T88
Equivalente de arena ASTM D2419 AASHTO T 176
Peso especifico y absorción del agregado grueso ASTM C 127 AASHTO T 85
Peso específico del agregado fino (arena y polvillo) con la combinación de los métodos del picnómetro y balanza hidrostática. ASTM C 128 AASHTO T 84
Caracterización física del cemento asfáltico
Penetración AASHTO T 49
Viscosidad cinemática ASTM D 2170-01 AASHTO T 201-03
Punto de ablandamiento
Punto de Inflamación
Punto de llama
Gravedad Especifica
Porcentaje de extracción del asfalto ASTM D 2172-1995 AASHTO T 164
Análisis granulométrico con agregados convencionales
Combinación de agregado grueso (piedra), agregado fino (arena) y polvillo, para el cumplimiento de los limites granulométricos indicados en las especificaciones para mezclas tipo II.
Elaboración de briquetas
Según los criterios Marshall: Peso del material aproximadamente 1200g de muestra combinada según las especificaciones, calentamiento de los agregados y cemento asfáltico, adición del cemento asfáltico en los diferentes puntos y finalmente se aplica la compactación dando 75 golpes cara a cara.
Ensayo de briquetas
Pesaje de las briquetas en aire, aire más parafina y agua más parafina
Cálculo del volumen
Densidad máxima teórica (RICE) ASTM D 2041 AASHTO T 209
Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225
Estabilidad
Densidad
Flujo
Vacios
Diseño de mezcla asfáltica tipo II
(patrón)
Diseño de mezcla como tal, mediante la unión de resultados de ensayos y metodologías antes mencionadas en esta fase para la realización de las gráficas e interpretación de los resultados para la obtención del óptimo de asfalto según el método Marshall.
Caracterización, desde el punto de vista físico, del material asfáltico de desecho según la norma COVENIN 12-10.
54
Tabla 3.1 Continuación Fases Metodología
Recolección de muestras
Ubicación del material asfáltico de desecho.
Preparación de las muestras recolectadas para proceder a separar el material para el análisis granulométrico
Ensayos del material asfáltico de desecho
Ensayo de Granulometría (Análisis por el tamizado) según la norma, ASTM D 422 AASTHO T88
Porcentaje de extracción del asfalto ASTM D 2172 AASHTO T 164
Contenido de humedad
Peso específico del desecho asfáltico por el método de la balanza hidrostática y picnómetro
Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall.
Fases Metodología
Diseño de mezcla con desecho asfáltico
Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225
Estabilidad
Densidad
Flujo
Porcentaje de vacios en los agregados minerales
Porcentaje de asfalto
Obtención del óptimo de asfalto.
Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall.
Fases Metodología
Distribución de las briquetas elaboradas en diferentes
condiciones
Briquetas a alta temperatura: Horno a 140°C.
Baja temperatura: Frízer a 0°C
Temperatura ambiente (Intemperie)
Inmersión parcial
Lluvia (Simulación con regadera)
Determinación del comportamiento volumétrico
según la metodología Marshall
Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225
Estabilidad
Flujo
Densidad
Vacios
Análisis de la durabilidad comparando los resultados obtenidos de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.
Fases Metodología
Interpretación de los resultados
Comparación de los valores Marshall por medio de representaciones gráficas.
Análisis del comportamiento de las propiedades Marshall en el tiempo para determinar su durabilidad.
55
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos, para las muestras
seleccionadas, las cuales están conformadas por muestras sometidas a diferentes
condiciones. Seguidamente se muestran los datos obtenidos en base a los
objetivos propuestos en la investigación siguiendo un orden de acuerdo a las
variables e indicadores. Dichos resultados se indican por medio de un resumen,
los cuales provienen de planillas de informes llenados de manera manual
directamente en el laboratorio. Adicionalmente se elaboraron graficas lineales de
acuerdo a los parámetros Marshall.
De igual manera se explica a modo general la metodología empleada para su
cumplimiento y esta se muestra a continuación:
4.1. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma
covenin 2000-87.
Para el logro de este objetivo fue necesario realizar diferentes análisis
fundamentales para la obtención del diseño de mezcla de acuerdo al método
Marshall. Para efectos de los resultados se presentan las tablas que indican el
comportamiento de los agregados para cada uno de los ensayos realizados, las
propiedades del cemento asfáltico y finalmente la combinación de estos que llevan
al diseño de mezcla como tal para obtener el punto óptimo de asfalto.
4.1.1 Caracterización física de los agregados
Los datos obtenidos se indican por medio de un resumen, estos se muestran en la
tabla 4.1.
56
Tabla 4.1. Granulometría de los agregados convencionales
GRANULOMETRIA (%Pasante)
MATERIAL 1 /2” 3/8” N°4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200 Pasa 200
Piedra 100 52,22 7,92 3,75 2,44 2,01 1,39 0,71 0,68
Arena 100 95,82 74,00 54,71 36,73 26,73 21,62 16,23 10,88
Polvillo 100 99,25 74,52 52,82 29,43 19,80 12,55 8,21 6,00
En este ensayo se clasificó el agregado mediante el tamizado.
Tabla 4.2. Propiedades del agregado
Agregados
Equivalente
de Arena
Peso Especifico
BULK kg/m3
Peso especifico Sat.
con S. Seca kg/m3
Peso específico Aparente Kg/m3
% de
Absorción
Piedra - 2.593,00 2.633,00 2.699,00 1.52
Arena 46 2.400,00 2.489,00 2.631,00 3.73
Polvillo 63 2.470,00 2.556,00 2.702,00 2,37
Espc. >45 > 2.4 > 2.4 > 2.4
< 3.7 para A. Grueso < 3 para A.
Fino
Para este diseño fue necesaria la realización de dos pesos específicos por la
arena y el polvillo dado que el porcentaje retenido en el tamiz N° 8 no era un valor
que representara el peso especifico de toda la muestra para ello se utilizó la
combinación de dos métodos como lo son picnómetro para el material pasante
N°8 y balanza hidrostática para el material retenido en dicho tamiz, para luego
obtener el peso especifico ponderado representativo de la muestra total.
Adicionalmente se destaca que el agregado cumple de manera satisfactoria con
las propiedades que se requieren para el diseño según la metodología Marshall y
la norma COVENIN 2000-87 capitulo 12-10, la cual permite hacer estos agregados
aptos para su utilización. Mientras que el ensayo equivalente de arena resultó con
valores bajos en el agregado fino (Arena) pero de igual manera cumple con lo
establecido en la metodología Marshall mayor de 45.
57
4.1.2. Ensayos de las propiedades del cemento asfáltico
Las propiedades del cemento asfáltico fueron corroboradas con el certificado de
calidad emitido por la refinería Bajo Grande (Anexo N°1).
En la tabla 4.3 se observan las propiedades del cemento asfáltico.
Tabla 4.3. Propiedades del cemento asfáltico
Penetración
Gravedad Especifica
Viscosidad Cinemática
A 135°C (C.S)
Punto de Ablanda-
miento (°C)
Punto de
Llama (°C)
Punto de Inflamación
(°C)
65 1.035 1000.48 52 306 274
Espec. 60<P<70 1 GE<1.06 350<V.C<3000 <48P.A<58 >232
4.1.3. Análisis granulométrico con agregados convencionales
Para el cumplimiento del objetivo fue necesaria la combinación de agregados para
una representación de mezcla tipo II según la norma COVENIN 12-10 ver tabla
2.2. En la tabla 4.4 se observan los diferentes porcentajes de los agregados
utilizados y las especificaciones de mezcla tipo II.
Tabla 4.4. Combinación de agregados
COMBINACIÓN
Tipo de Mezcla
II % Pasante tamiz
Material %
combi- nación
1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 # 30 # 50 # 100 # 200
A 30,00 100,00 100,00 100,00 52,22 7,92 3,75 2,44 2,01 1,39 0,71
B 30,00 100,00 100,00 100,00 95,82 74,00 54,71 36,73 26,73 21,62 16,23
C 40,00 100,00 100,00 100,00 99,25 74,52 52,82 29,43 19,80 12,55 8,21
Combi-nación 100,00 100,00 100,00 100,00 84,11 54,38 38,67 23,52 16,54 11,92 8,36
Límite superior 100 100 100 100 75 50 29 23 16 10
Límite inferior 100 100 100 80 50 35 18 13 8 4
58
Con la información recolectada se puede afirmar que el diseño de mezcla
realizado cumple con los límites establecidos para una combinación tipo II debido
al porcentaje utilizado de piedra, arena y polvillo. Cabe destacar que el material
retenido en los tamices de ½”, 3/4” y 1” fue descartado debido al tipo de mezcla.
4.1.4. Diseño de mezcla tipo II
Por medio de los resultados obtenidos de las características y propiedades de los
agregados y el cemento asfáltico y luego de efectuada la combinación de ambos
se realizaron quince briquetas tres por cada punto de asfalto cada 0.5 según los
criterios Marshall, obteniendo mediante las graficas del diseño de mezcla un
óptimo de asfalto de 5.3 (ver anexo N°2), mientras que en la tabla 4.5 se observa
un resumen de los resultados.
Tabla 4.5. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada
con agregados convencionales
Propiedades Marshall Unidad de Medición
Valor obtenido en el diseño
Norma COVENIN 2000-87
Peso Unitario g/cm 2,338 Ninguno
Estabilidad Lbs. 3.500 ≥ 1.200
Flujo 0.01 pulg. 12,6 8-16
Vacios Totales % 3,3 3-5
Vacios en el agregado Mineral (VAM)
% 13 ≥13
Vacios llenados con Asfalto % 76,8 75-85
Mediante esta tabla se representan los resultados de los parámetros Marshall,
finalizando con el diseño y dando cumplimiento al objetivo.
4.2. Caracterización del material asfáltico de desecho según la norma
covenin 12-10
Con respecto al presente objetivo se pudo identificar el material asfáltico de
desecho representando sus propiedades; peso especifico, contenido de ligante y
la granulometría después de la extracción.
59
Granulometría
En la tabla 4.6 se observa la granulometría efectuada por tamizado.
Tabla 4.6. Granulometría del desecho asfáltico
GRANULOMETRIA (%Pasante)
MATERIAL 1 /2” 3/8” N°4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200 Pasa 200
Desecho 100 82,38 60,99 40,41 20,67 10,94 6,69 4,90 2,29
Es importante mencionar que el material asfáltico de desecho fue sometido a un
proceso de secado en el horno para luego practicarle los ensayos pertinentes.
Los datos expresan que el análisis granulométrico del material asfáltico de
desecho cumple con la gradación adecuada para la mezcla, especificado en la
Norma COVENIN 12-10.
Propiedades del material asfáltico de desecho
Para determinar las propiedades del material asfáltico de desecho se realizaron dos
pesos específicos dado a los porcentajes pasantes en los diferentes tamices, se
utilizó la combinación de los dos métodos, picnómetro para el material pasante N°8 y
balanza hidrostática para el material retenido en dicho tamiz, para luego obtener el
peso especifico ponderado representativo de la muestra total. Ver tabla 4.7.
Tabla 4.7. Propiedades del material asfáltico de desecho
PESOS ESPECÍFICOS Contenido de
ligante
Peso Específico BULK (kg/m3) 2.614,00
3,9% Peso Específico SATURADO CON SUPERFICIE SECA (kg/m
3) 2.634,00
Peso Específico APARENTE (kg/m3) 2.681,00
% ABSORCIÓN 2,00
Ahora bien el porcentaje de absorción obtenido fue de 2.00 a diferencia del
material grueso utilizado, siendo el mismo de 1.52; mediante el cual se produjo
60
una impregnación mayor en el material de desecho, lógicamente puede afirmarse
que el contenido óptimo de cemento asfáltico será mayor.
4.3. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con
material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la
metodología Marshall
La mezcla con material asfáltico de desecho fue elaborada con los datos de la
arena y el polvillo del diseño (patrón) presentados anteriormente por consiguiente
se utilizaron los pesos específicos y la granulometría con la diferencia que el
agregado grueso fue sustituido por material de desecho.
Se determinaron las propiedades y características de los agregados, el cemento
asfáltico y la combinación de ambos para posteriormente realizar quince briquetas
tres por cada punto de asfalto cada 0.5 según los criterios Marshall (ver anexo
N°3) obteniendo así los siguientes datos para un óptimo de asfalto proyectado de
6.0 como se observa en la tabla 4.8.
Tabla 4.8. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada
con material asfáltico de desecho
Propiedades Marshall Unidad de
Medición
Valor obtenido en
el diseño
Norma COVENIN
2000-87
Peso Unitario g/cm 2,310 Ninguno
Estabilidad Lbs. 3.650 ≥ 1.200
Flujo 0.01 pulg. 12 8-16
Vacios Totales % 3,4 3-5
Vacios en el agregado Mineral
(VAM) % 14,7 ≥13
Vacios llenados con Asfalto % 75,3 75-85
Mediante esta tabla se representan los resultados de los parámetros Marshall,
finalizando con el diseño y dando cumplimiento al objetivo.
61
4.4. Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas
a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall
Luego de haber sometido las briquetas a las condiciones externas como lo son
intemperie, lluvia, inmersión parcial en agua, baja y alta temperatura se evaluaron
los parámetros Marshall a 0, 20 y 40 días de exposición representando
gráficamente su variación en el tiempo como se muestra a continuación en las
siguientes figuras:
Resultados para la condición externa intemperie
Figura 4.1. Estabilidad en condición de intemperie
Figura 4.2. Densidad real en condición de intemperie
0
1200
2400
3600
4800
0 días 20 días 40 días
Estabilidad
Patrón
Desecho
2150
2200
2250
2300
2350
0 días 20 días 40 días
Densidad real Patrón
Desecho
62
Figura. 4.3. Flujo en condición de intemperie
Figura. 4.4. Porcentaje de vacios totales en condición de intemperie
Figura. 4.5. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de
intemperie
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
0 días 20 días 40 días
Flujo
Patrón
Desecho
1
2
3
4
5
6
7
8
0 días 20 días 40 días
% Vacios totales
Patrón
Desecho
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
% Vacios en el agregado mineral
Patrón
Desecho
63
Figura. 4.6. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de intemperie
La condicion de intemperie en la mezcla patrón y de desecho presentaron valores
de estabilidad dentro de los parametros exigidos mayores a 1200 Lbs,(Figura 4.1),
para la densidad no hay un parámetro como tal que especifique un valor por lo
tanto las densidades son normales (Figura 4.2.). El flujo aumenta a los 20 días y
sigue el mismo comportamiento a los 40, lo que puede representar una
estabilización en las deformaciones (Figura 4.3.).
Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo se ve
aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.4.), los vacios en el
agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días, este
comportamiento se basa que entre más gruesa es la película de asfalto sobre el
agregado, mayor será la durabilidad. Mientras que un valor bajo como es este
caso implica una delgada película de asfalto recubriendo las partículas de
agregado y por ende una menor durabilidad de la mezclas asfálticas evaluadas
(Figura 4.5.).
Por último los vacios llenados con asfalto definen la cantidad de carga esperada
en el pavimento, entre mayor sea la carga esperada de transito, menores valores
de vacios llenos de asfalto son requeridos con el fin de regular el posible efecto de
exudación. Las briquetas evaluadas presentan un comportamiento normal
cumpliendo con los vacios llenados especificados en los criterios Marshall entre
75-85% (Figura 4.6.).
73
74
75
76
77
78
0 días 20 días 40 días
% Vacios Llenados con Asfalto
Patrón
Desecho
64
Resultados para la condición externa lluvia
Figura 4.7. Estabilidad en condición de lluvia
Figura 4.8. Densidad real en condición de lluvia
Figura 4.9. Flujo en condición de lluvia
0
1200
2400
3600
4800
0 días 20 días 40 días
Estabilidad
Patrón
Desecho
2100
2150
2200
2250
2300
2350
0 días 20 días 40 días
Densidad Real Patrón
Desecho
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
15,5
0 días 20 días 40 días
Flujo
Patrón
Desecho
65
Figura 4.10.Porcentaje de vacios totales en condición de lluvia
Figura 4.11. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de lluvia
Figura 4.12. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de lluvia
La condicion de lluvia en la mezcla patrón y de desecho presentaron valores de
estabilidad dentro de los parametros exigidos mayores a 1200 Lbs (Figura 4.7.), la
1
3
5
7
9
0 días 20 días 40 días
% Vacios totales
Patrón
Desecho
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
% Vacios en el agregado mineral
Patrón
Desecho
50
55
60
65
70
75
80
0 días 20 días 40 días
% Vacios Llenados de asfalto
Patrón
Desecho
66
densidad real observada en las dos mezclas son normales (Figura 4.8.), mientras
que el flujo presenta un comportamiento en ascenso en mezcla patrón y las de
desecho en descenso, las briquetas elaboradas con desecho presentaron mayor
deformación sin embargo estos resultados se enmarcan dentro de los parametros
Marshall entre 8 y 16 (Figura 4.9.).
Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo se ve
aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.10.). Los vacios en
el agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días
(Figura 4.11.). Por último los vacios llenados con asfalto son menores en 40 días
lo que podría causar exudación si la carga aplicada es liviana, ya que una carga
mayor requiere menos porcentaje de vacios llenados (Figura 4.12.).
Resultados para la condición externa inmersión parcial en agua
Figura 4.13. Estabilidad en inmersión parcial en agua
Figura 4.14. Densidad real en inmersión parcial en agua
0
1200
2400
3600
4800
0 días 20 días 40 días
Estabilidad
Patrón
Desecho
2000
2100
2200
2300
2400
0 días 20 días 40 días
Densidad real Patrón
Desecho
67
Figura 4.15. Flujo en inmersión parcial en agua
Figura 4.16. Porcentaje de vacios totales en inmersión parcial en agua
Figura 4.17. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en inmersión parcial en
agua
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
Flujo
Patrón
Desecho
1
2
3
4
5
6
7
0 días 20 días 40 días
% Vacios totales
Patrón
Desecho
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
% Vacios en el agregado mineral
Patrón
Desecho
68
Figura 4.18. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en inmersión parcial en
agua
Las muestras sometidas a inmersión parcial en agua en la mezcla patrón y de
desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos
mayores a 1200 Lbs (Figura 4.13.), las densidades se muestran en la (Figura
4.14.), el flujo presenta un comportamiento similar a lo largo del período (Figura
4.15.). Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo
se ve aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.16.), los
vacios en el agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de
40 días (Figura 4.17.). Por último los vacios llenados con asfalto son menores en
40 días lo que podría causar exudación si la carga aplicada es liviana, ya que una
carga mayor requiere menos porcentaje de vacios llenados (Figura 4.18.).
Cabe destacar que los parámetros Marshall son similares en las condiciones de
lluvia e inmersión parcial debido a que las dos condiciones son en agua.
Resultados para la condición externa baja temperatura
Figura 4.19. Estabilidad en condición de baja temperatura
0
50
100
0 días 20 días 40 días
% Vacios llenados con asfalto
Patrón
Desecho
0
1200
2400
3600
4800
0 días 20 días 40 días
Estabilidad
Patrón
Desecho
69
Figura 4.20. Densidad real en condición de baja temperatura
Figura 4.21. Flujo en condición de baja temperatura
Figura 4.22. Porcentaje de vacios totales en condición de baja temperatura
2100
2150
2200
2250
2300
2350
0 días 20 días 40 días
Densidad real Patrón
Desecho
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 días 20 días 40 días
Flujo
Patrón
Desecho
1
2
3
4
5
6
7
8
0 días 20 días 40 días
% Vacios totales
Patrón
Desecho
70
Figura 4.23. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de baja
temperatura
Figura 4.24. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de baja
temperatura
Las muestras sometidas a baja temperatura tanto en la mezcla patrón como la de
desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos
mayores a 1200 Lbs (Figura 4.20.), las densidades reales son normales y se
muestran en la (Figura 4.20.), el flujo presenta un comportamiento similar a lo
largo de todo el período (Figura 4.21.). Los vacios totales solo cumplen hasta los
20 días despues de ese tiempo se observa una gran diferencia entre las dos
mezclas ya que en la mezlca patrón son elevados y en la mezcla con desecho los
vacios son muy bajos (Figura 4.22.). Mientras que los vacios en el agregado
mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días (Figura 4.23.).
Por último los vacios llenados con asfalto cumplen con las especificaciones
Marshall entre 75-85%, (Figura 4.24.).
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
% Vacios en el agregado mineral
Patrón
Desecho
65
70
75
80
85
0 días 20 días 40 días
% Vacios llenados con asfalto
Patrón
Desecho
71
Resultados para la condición externa alta temperatura
Figura 4.25. Estabilidad en condición de alta temperatura
Figura 4.26. Densidad real en condición de alta temperatura
Figura 4.27. Flujo en alta temperatura
0
1200
2400
3600
4800
6000
0 días 20 días 40 días
Estabilidad
Patrón
Desecho
2150
2200
2250
2300
2350
0 días 20 días 40 días
Densidad real Patrón
Desecho
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
Flujo
Patrón
Desecho
72
Figura 4.28. Densidad real en alta temperatura
Figura 4.29. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en alta temperatura
Figura 4.30. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en alta temperatura
0
1
2
3
4
0 días 20 días 40 días
% Vacios totales
Patrón
Desecho
0
5
10
15
20
0 días 20 días 40 días
% Vacios en el agregado mineral
Patrón
Desecho
0
25
50
75
100
125
0 días 20 días 40 días
% Vacios llenados con asfalto
Patrón
Desecho
73
Las muestras sometidas a alta temperatura tanto en la mezcla patrón como la de
desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos
mayores a 1200 Lbs. observando un comportamiento atipico al ser sometidas a la
condición ya que estas presentaron una estabilidad máxima mayor a 14000Lbs. lo
que conlleva a una rigidez de las muestras (Figura 4.25.).
Las densidades reales se muestran en la (Figura 4.26.), el flujo presenta un
comportamiento normal en las muestras que no fueron sometidas a las
condiciones externas mientras que las mezclas que si fueron sometidas
presentaron un flujo minimo el cua indica que no hubo deformación alguna (Figura
4.27.).
Los vacios totales solo cumplen en las muestras que no fueron expuestas a las
condiciones, mientras que las que si fueron expuestas presentaron valores por
debajo de los parámetros normales (Figura 4.28.), lo que ocasiona un proceso
acelerado de deterioro de la carpeta asfáltica por oxidación y susceptibilidad al
daño por humedad debido a la permeabilidad.
Por estas razones los vacíos en la mezcla se relacionan con la propiedad de
durabilidad del pavimento asfáltico. Mientras que los vacios en el agregado
mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días (Figura 4.29.).
Por último los vacios llenados con asfalto cumplen con las especificaciones
Marshall entre 75-85% (Figura 4.30.).
4.5. Análisis de la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material
asfáltico de desecho en comparación con los resultados obtenidos con la
mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.
En la tabla 4.9 se muestra una comparación de las propiedades Marshall que se
obtuvieron en los diseños de mezclas tanto patrón como las elaboradas con
desecho asfáltico.
74
Tabla 4.9. Comparación de los Parámetros Marshall al mismo día de elaboradas
las briquetas.
Propiedades Marshall
Unidad de Medición
Mezcla patrón Mezcla con
desecho asfáltico
Norma COVENIN 2000-
87
Peso Unitario g/cm 2,338 2,310 Ninguno
Estabilidad Lbs. 3.500 3.650 ≥ 1.200
Flujo 0.01 pulg. 12,6 12 8-16
Vacios Totales % 3,3 3,4 3-5
Vacios en el agregado Mineral (VAM)
% 13 14,7 ≥13
Vacios llenados con Asfalto
% 76,8 75,3 75-85
Los valores arrojados afirman que una mezcla elaborada con desecho asfáltico a
comparación con una elaborada con agregados convencionales cumple con los
criterios Marshall tomando en cuenta un buen diseño de mezcla.
A continuación se presenta la comparación de las mezclas elaboradas con
material asfáltico de desecho con la mezcla (patrón), expresando la relacion entre
las condiciones externas evaluadas y su durabilidad.
A modo general la condicion de intemperie en la mezcla patrón y de desecho
presentaron valores enmarcados dentro de los parámetros exigidos hasta los 20
días, mientras que con el transcurrir del tiempo ambas muestras se ven afectadas
por la exposición de su estructura a las precipitaciones, variaciones de
temperatura y radiación solar, lo que acelera el proceso de oxidación del asfalto,
esto conlleva a un envejecimiento del pavimento, tomándose fragil y quebradizo
generando un deterioro en la mezcla a largo plazo.
Las mezclas sometidas a condiciones de lluvia cumplen con la estabilidad,
densidad, vacios llenados, vacios totales, mientras que los vacios en el agregado
son relativamente bajo lo que implica una delgada película de asfalto recubriendo
las partículas de agregado y por ende una menor durabilidad de las mezclas
asfálticas tanto patrón como las elaboradas con desecho ya que esta condición
75
afecta las características reológicas del pavimento produciendo la separación de
ambos materiales ocasionando la disgregabilidad.
Las briquetas en inmersión parcial presentaron valores bajos en los vacios
llenados en ambas mezclas, estos valores son poco representativos para variar la
durabilidad por tanto puede afirmarse que tendrá un buen comportamiento en el
tiempo, ya que este parámetro depende de la carga aplicada al pavimento es decir
su nivel de servicio.
La muestras evaluadas a baja temperatura presentaron valores dentro de las
especificaciones Marshall a lo largo del tiempo, puesto que no modifican las
propiedades del pavimento. Quimicamente el sistema no se alterará ya que no
existen descensos en la temperatura que puedan generar tensiones internas por lo
tanto su durabilidad no se verá reducida.
Las briquetas sometidas a alta temperatura especificamente 140°C presentan un
comportamiento atipico ya que su estabilidad fue muy elevada y el flujo fue muy
bajo lo que permite un comportamiento fragil y rigido, dicho comportamiento no
implica que mezcla tenga mayor durabilidad durante la operación.
76
CONCLUSIONES
En este estudio se ejecutaron los ensayos pertinentes para la determinación de las
propiedades y el comportamiento de las mezclas en las condiciones climáticas a
las que son expuestos los pavimentos normalmente, ya que son condiciones que
se presentan en la naturaleza, una vez analizados todos los parámetros Marshall
se puede concluir lo siguiente:
La utilización del material asfáltico de desecho en las mezclas asfálticas
generan un comportamiento similar al de las mezclas convencionales en todas las
condiciones evaluadas lo que conlleva a la utilización de desecho asfáltico para
pavimentar.
Las propiedades y características del material asfáltico de desecho presentaron
buenas cualidades lo que conlleva a una razón más para su reutilización en
mezclas asfálticas en caliente y por ende se disminuye el costo de la misma, factor
importante en nuestro país.
El método Marshall evalúa las propiedades tanto físicas como volumétricas de las
mezclas asfálticas, expresando mediante los parámetros de estabilidad y flujo un
indicativo del efecto producido por las condiciones externas a las que
normalmente se encuentra un pavimento, pero no determina el comportamiento en
sitio del pavimento cuando se encuentra en dichas condiciones.
77
RECOMENDACIONES
Se recomienda el estudio de la durabilidad de mezclas asfálticas en calientes
evaluadas a condiciones externas por un tiempo mayor.
Evaluar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente en contacto con
sustancias agresivas, como la gasolina y el aceite quemado de motor.
Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente aumentando el porcentaje
de desecho asfáltico.
Analizar desde el punto de vista economico, los diseños de mezclas asfálticas en
caliente con material asfáltico de desecho, comparandolos con diseños de
mezclas asfálticas en caliente elaboradas con agregados nuevos.
Analizar el impacto ambiental que generaría la utilización de estas mezclas
asfálticas en caliente elaboradas con material asfáltico de desecho, al reducirse la
necesidad de zonas de botes para disponer este material y la explotación de
canteras.
78
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Bracho, C. y Lugo, E. (2007). Evaluación de mezclas asfálticas en caliente tipo III
sometidas a diferentes condiciones climáticas. Trabajo especial de grado, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.
Osorio y Latif. (2007). Calidad de los materiales de pavimentación y su relación
con la durabilidad del concreto asfáltico. Trabajo especial de grado, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela.
Montejo, A. (2002). Ingenieria de pavimentos para carreteras. Stella Valbuena de
Fierro. Reyes, F. (2003). Diseño Racional de Pavimentos. Escuela Colombiana de
Ingenieria. Colombia. Lynch, H. (S/F). Construcción de Pavimentos. Universidad Centro Occidental
Lisandro Alvarado (UCLA). Barquisimeto, Venezuela. Asphalt Institute (1992). Principios de construccion de pavimentos de mezcla
asfáltica en caliente. Serie de manuales N°22 (MS-22), USA. Rondon, A. Reyes, F. Ariel H. (2010). Caracterización dinámica de una mezcla
asfáltica sometida a las condiciones ambientales de Bogotá. Publicacion técnica N°. 14, Scielo, Universidad Jaaveriana. Colombia.
COVENIN 2000-87. Pavimentos. Ministerio del Poder Popular para Transporte
Terrestre. Caracas. 1980. Tamayo y Tamayo, M. (1993). Proceso de la investigación. (3era ed). Limusa.
Distrito Federal. Mexico. Hernandez y Batista, P. (2000). Metodologia de la Investigación. (2da ed).
McGraw-Hill Interamericana Editores, SA. Mexico. Sabino, C. (2002). El proceso de Investigación: Una introducción teorico-practica.
Panapo. Caracas. Kerlinger, F. Lee, H. (2002). Metodos de Investigación. McGraw Hill. Mexico.
79
Anexo 1 . Certificado de calidad del CA-30
80
Anexo 2. Gráficos de los parámetros Marshall para el diseño de mezcla patrón
81
Anexo 3. Gráficos de los parámetros Marshall para el diseño de mezcla elaborada con desecho asfáltico