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DISEÑO MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS ADICIÓN DE DESPERDICIOS PLÁSTICOS 1

DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS MEDIANTE LA ADICIÓN DE DESPERDICIOS PLÁSTICOS

JOSÉ EDILSON FORIGUA ORJUELA

ELKIN PEDRAZA DÍAZ

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.

2014


DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS MEDIANTE LA ADICIÓN DE DESPERDICIOS PLÁSTICOS

JOSÉ EDILSON FORIGUA ORJUELA

ELKIN PEDRAZA DÍAZ

Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos

Director de la Especialización JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.

2014


Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

______________________________________ Director de Investigación

______________________________________ Asesor Métodológico

______________________________________ Jurado Bogotá D.C., diciembre de 2014


AGRADECIMIENTOS

A Dios: agradecimientos por permitirnos culminar la especialización en Ingeniería

de Pavimentos; y a nuestras familias dedicamos el presente esfuerzo por su invaluable

paciencia, comprensión y colaboración a lo largo del tiempo destinado para alcanzar

este logro.


CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 11

1. GENERALIDADES 12

1.1 Línea de investigación 12

1.2 Planteamiento del problema 12

1.2.1 Antecedentes del problema 12

1.2.2 Pregunta de Investigación 13

1.3 Justificación 14

1.4 Objetivos 14

1.4.1 Objetivo general 14

1.4.2 Objetivos específicos 15

2. MARCOS DE REFERENCIA 16

2.1 Marco conceptual 16

2.1.1 Asfaltos modificados para fabricación de mezclas asfálticas 16

2.2 Marco legal 16

3. METODOLOGÍA 23

3.1 Determinación del agregado para la mezcla 23

3.2 Determinación del porcentaje óptimo de asfalto 24

3.3 Determinación del porcentaje óptimo de desperdicio plástico 24

3.4 Procedimiento 25

3.4.1 Elaboración de briquetas 25

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 26

5. CONCLUSIONES 30

6. RECOMENDACIONES 31

BIBLIOGRAFÍA 32


LISTA DE TABLAS

pág. Tabla 1. Granulometrías típicas para mezclas densas en caliente Tabla 2. Resumen de parámetros Marshall en función del porcentaje de

desperdicio plástico


LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Efecto de los materiales plásticos al bitumen Figura 2. Susceptibilidad térmica de un betún ideal y uno convencional Figura 3. Curvas de tensión – deformación Figura 4. Estabilidad vs. porcentaje de trozos de desperdicios plásticos Figura 5. Flujo vs. trozos de desperdicios de plástico Figura 6. Peso unitario mezcla vs. trozos de desperdicios plásticos Figura 7. Módulo de rigidez vs. trozos de desperdicios plásticos


RESUMEN

Las mezclas asfálticas modificadas han demostrado mejores resultados en

cuanto a durabilidad en comparación con las mezclas asfálticas convencionales, dando

la oportunidad de adecuarlas a unas condiciones específicas de respuesta según las

necesidades del proyecto. Con este proyecto se busca diseñar una mezcla asfáltica

modificada con desperdicios plásticos, que se constituya en una aplicación para

pavimentación, que dé respuesta a la problemática de la malla vial en la ciudad de

Bogotá, y al mismo tiempo ofrezca una solución ambiental al manejo de los

desperdicios (residuos) plásticos.

Palabras clave: Mezcla Asfáltica Modificada, Durabilidad, Diseño, Ambiental,

Desperdicios Plásticos.


ABSTRACT

The modified asphalt mixtures have shown better results in durability compared to

conventional asphalt mixtures, giving the opportunity to adapt to specific conditions

responsive to the needs of the project. This project seeks to design an asphalt modified

with plastic waste, which becomes an application for paving, which answers to the

problems of the road network in the city of Bogotá, while offering an environmental

solution to managing waste (residue) plastics.

Keywords: Mix Asphalt Modified, Durability, Design, Environmental, Waste Plastics


INTRODUCCIÓN

La malla vial de Bogotá cuenta con más de 15,000 kilómetros-carril, incluyendo

las troncales. Según el Índice de Condición de Pavimento (PCI) reportado por el

Instituto de Desarrollo Urbano, 40% de la malla vial de la ciudad se encuentra en mal

estado a pesar de tener menos de 10 años de intervenidas, un 20% de la misma se

encuentra en regular estado con el mismo tiempo de haber sido intervenido, dejando

tan sólo un 30% de las vías en buen estado. Estas cifras significan que se requieren

inversiones superiores a los 7 billones de pesos para que la malla vial de la ciudad

logre un estado de calidad apropiado y consistente con su importancia y dinamismo

económico.

De acuerdo con lo anterior, se hace necesario que los pavimentos que se

ejecuten en la ciudad, presenten un mejor desempeño en sus propiedades mecánicas,

lo cual se refleja en su durabilidad y para ello las mezclas modificadas con desperdicios

plásticos, pueden ser una buena alternativa de repavimentación.

En la actualidad los asfaltos convencionales que se utilizan para acometer las

obras de infraestructura vial, presentan calidades y propiedades que son insuficientes o

no alcanzan a satisfacer las necesidades y requerimientos de las demandas de tráfico

vehicular, en virtud de lo cual se investigan alternativas de solución desde la

modificación de los asfaltos incorporando materiales de distinta naturaleza, desde

caucho, pasando por fibras de vidrio y acero, hasta desperdicios plásticos, este último

objeto del presente trabajo, tendientes a obtener mejoras en su desempeño y

comportamiento dentro de las mezclas asfálticas, de las cuales constituyen insumo

primordial para su fabricación.

Ahora bien, la generación de desechos y residuos plásticos con su consiguiente

afectación ambiental, demandan una correcta y adecuada disposición y manejo, en

orden a lo cual su reutilización y/o reciclaje, plantea alternativas para su

aprovechamiento como modificador en las mezclas asfálticas más aún cuando los

antecedentes en su utilización han evidenciado mejoras en su desempeño en sus

propiedades mecánicas.


1. GENERALIDADES

1.1 Línea de investigación

Asfaltos modificados

1.2 Planteamiento del problema

1.2.1 Antecedentes del problema

En vías pavimentadas con adición de residuos plásticos se pueden nombrar

varias construidas en Amsterdam, Holanda, en 1936, las cuales soportaron todo el

tráfico pesado de la invasión a Alemania y su posterior retirada, la cual impresionó por

su perfecto desempeño hasta el punto de crear recomendaciones para su construcción

posterior en Europa y Estados Unidos.

Los asfaltos convencionales utilizados en la construcción tienen propiedades y

características que en la actualidad no son suficientes para satisfacer las necesidades

debido al incremento de flujo vehicular, por esta razón buscamos soluciones que

ayuden a mejorar las características de los asfaltos y su comportamiento.

Durante el decimoctavo congreso mundial de vías, realizado en Sydney,

Australia, en octubre de 1983, fue presentada la utilización de látex en cada país,

debido principalmente al precio del petróleo.

Australia, Bélgica, Francia, Gran Bretaña, Portugal, Estados Unidos, España y

Alemania han desarrollado procesos de modificación de los ligantes asfálticos con la

incorporación de polímeros de manera tal que han mejorado las propiedades y

obtenido resultados más económicos.

En Francia el empleo ha sido cada vez mayor, a partir de la “Jornada de

Estudios de Asfalto Caucho” realizada en LCPC en 1964, siendo adoptadas las normas

técnicas, después de quince años de estudios sobre modificaciones más favorables

obtenidas a través de compuestos macromoleculares para el refuerzo de carreteras.


En España se usa látex en las capas asfálticas, especialmente para mejorar las

características de ligante entre los agregados y con ello aumentar la resistencia

mecánica, la susceptibilidad térmica y las condiciones reológicas generales. Varios

estudios fueron realizados en el año de 1985 en España por el ingeniero Miguel Ángel

Del Val, donde se sustituía porcentaje de betún por desperdicio plástico doméstico y

era probado en el ensayo de pista del laboratorio, con una rueda maciza de 10

centímetros de radio y 5 centímetros de ancho que aplica una carga fija sobre una

probeta prismática de 30 centímetros de ancho por 30 centímetros de largo y 5

centímetros de alto y contenida en un molde de acero. Los resultados obtenidos fueron

que la susceptibilidad a las deformaciones permanentes de la mezcla bituminosa en las

que el betún se ha sustituido parcialmente por desperdicio plástico es reducida y tanto

más cuanto mayor sea el contenido de desperdicio plástico.

En Brasil las primeras experiencias fueron realizadas por el ingeniero Jean

Claude Vogt, en Bahía, en 1968, con concreto asfáltico al introducirle látex SBR en

forma manual a un mezclador. En 1969 el mismo ingeniero, con la colaboración de

Farah, creó un tramo experimental entre dos poblaciones e introdujo el látex como

parte del betún.

En Colombia, en 1998, los ingenieros Fredy Alberto Lizcano y Óscar Javier

Reyes Ortiz, presentaron un estudio experimental sobre el porcentaje de desperdicio

plástico con respecto al peso de la briqueta del ensayo Marshall que se debe a agregar

para obtener el óptimo de mejoramiento en las propiedades mecánicas de una capa de

asfalto teniendo como base los resultados de estabilidad, flujo, peso unitario y módulo

de los ensayos Marshall (Reyes Lizcano, F. A. y Reyes Ortiz, O. J. 1998).

1.2.2 Pregunta de Investigación

¿Qué alternativa, desde la aplicación de mezclas asfálticas modificadas para

pavimentación, ofrecen respuesta a la problemática de la malla vial y al mismo tiempo

se constituyen en una opción actual al problema de manejo de los desperdicios

plásticos?


1.3 Justificación

Desde el punto de vista de la problemática académica:

Los asfaltos convencionales distan mucho de presentar un comportamiento ideal

con respecto a la susceptibilidad térmica, de ahí que se han adelantado numerosos

intentos para modificar sus propiedades mediante la incorporación de materiales de

distinta naturaleza como cauchos, fibras vidrio, fibras de acero, y desperdicios

plásticos.

Desde el punto de vista de la línea de investigación y de la elección temática:

La necesidad actual de desarrollar pavimentos con un envejecimiento menos

rápido y con una deformabilidad ante las solicitudes de tráfico menos influenciadas por

factores como los climáticos, calidad del cemento asfáltico, encarecimiento de la

energía, aumento del parque automotor, incremento de la carga por eje, etc, han

generado un impulso en el conocimiento científico de las empresas productoras y

constructoras de mezclas asfálticas, a partir de asfaltos modificados.

Desde el punto de vista del sector económico al que corresponde la propuesta

del anteproyecto:

Debido a la mejora de las propiedades mecánicas del cemento asfáltico

modificado con desperdicios plásticos, como la disminución a la susceptibilidad térmica,

a la mejora de la flexibilidad y elasticidad, al mejor comportamiento de la fatiga, y al

aumento en la resistencia al envejecimiento, aspectos que definen su durabilidad y por

ende el aumento de la vida útil del pavimento.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivo general

Diseñar mezclas asfálticas modificadas mediante la adición de desperdicios

plásticos.


1.3.2 Objetivos específicos

Determinar el porcentaje óptimo de desperdicio plástico para el diseño de la

mezcla modificada.

Determinar los parámetros Marshall de una mezcla asfáltica modificada con

desperdicios plásticos.

Confirmar la mejora en la durabilidad de la mezcla modificada con

desperdicios plásticos.


2. MARCOS DE REFERENCIA

2.1 Marco conceptual

2.1.1 Asfaltos modificados para fabricación de mezclas asfálticas

Los asfaltos modificados son el producto de la disolución o incorporación de un

aditivo modificador (polímero o no polímero), que son sustancias estables en el tiempo

y a cambios de temperatura que se le añaden al material asfáltico para modificar sus

propiedades como: susceptibilidad a la temperatura, intervalo de plasticidad, cohesión,

respuesta elástica, resistencia al agua y al envejecimiento.

Los modificadores aumentan la resistencia de las mezclas asfálticas a la

deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos como la fatiga; reducen el

agrietamiento, la susceptibilidad de las capas asfálticas a las variaciones de la

temperatura. Estos modificadores son adicionados al asfalto antes de mezclarlos con el

material pétreo. (Heshmat, 1997).

Los ligantes asfálticos tradicionales tienen limitaciones en su respuesta a las

cargas que día a día aumentan su frecuencia y su intensidad, sin olvidar la acción del

clima que en muchos proyectos han generado ondulamientos y agrietamientos

prematuros. En consecuencia es necesario buscar y desarrollar materiales más

resistentes que alarguen el periodo de servicio y disminuyan los gastos de

conservación.

Los ligantes modificados han demostrado capacidad para mejorar el

comportamiento de los tradicionales, dando la oportunidad de adecuarlos a unas

condiciones específicas de respuesta en los proyectos. (Arenas Lozano, H. L., 2011).

2.1.2 Modificador con polímeros

El consumo de materiales plásticos está en constante aumento, en 1980 el

consumo mundial fue de 90 millones de toneladas en el mundo entero. La disolución de


los materiales plásticos en el agua o en el aire es casi imposible y por eso causa

polución en el medio ambiente.

Los materiales plásticos se dividen en dos grandes grupos: los termoplásticos y

los termosets plásticos.

Los termoplásticos cambian fácilmente cuando se reblandecen al fuero, pero

estos conservan sus propiedades mecánicas, de otra parte, ellos recuperan su alta

resistencia cuando se enfrían.

Los estudios muestran que los desperdicios de material termoplásticos pueden

ser útiles en las vías pavimentadas.

La adición de materiales plásticos al bitumen puede crear tres efectos que

dependen de la naturaleza química, de la talla y de las características físicas del

material plástico, como se muestra en la figura 1.

El efecto sobre el ligante: la disolución verdadera o la dispersión del estado

fundido de material plástico en la mezcla hace aumentar la viscosidad del ligante.

El efecto de estructura: las fibras o tiras plásticas crean entre los granos del

granular uniones.

El efecto bloqueante: las tiras plásticas en los granos pueden llenar los vacíos

del esqueleto granulométrico a la hora de compactar.

Figura 1. Efecto de los materiales plásticos al bitumen.

Fuente: Arenas Lozano, H. L. (2011).


Estos tres efectos solos o juntos producen los siguientes resultados:

Susceptibilidad térmica, que es uno de los inconvenientes más importantes en

los betunes bituminosos, esto lo mejora.

Aumento de la compactación.

Aumento de le resistencia de la capa.

Disminución del consumo de energía por la fabricación de la mezcla

bituminosa.

2.1.2 Forma de utilización de polímeros como modificador

La incorporación de un polímero a un betún es un proceso complejo. Puede

decirse que en una primera etapa, el polímero se dispersa en la masa del betún pero

sin ejercer efectos importantes sobre sus propiedades. Posteriormente, las partículas

de polímero absorben aceites de los maltenos, hinchándose de una manera importante,

para dispersarse finalmente en forma molecular, siendo en esta etapa cuando

realmente tienen lugar los cambios reológicos más significativos sobre el asfalto.

La composición de los asfaltos tiene una importancia decisiva en las

propiedades de los asfaltos modificados, en forma muy especial en lo que concierne a

la aromaticidad de los maltenos y al contenido de asfaltenos.

Cuanto menor sea el contenido de asfaltenos de un asfalto, tanto más

compatible será dicho asfalto con el polímero.

La fabricación de un asfalto modificado consiste en incorporar el polímero al

asfalto a temperatura elevada, haciéndolo pasar por un molino coloidal dotado de una

gran capacidad para desarrollar altos esfuerzos de corte o de cizallamiento, durante un

tiempo determinado, que dependerá de la naturaleza y tipo de cada uno de los

componentes.

El objetivo de la modificación de los asfaltos con polímeros puede resumirse en:

1. Disminuir la susceptibilidad térmica a temperaturas elevadas.

2. Aumentar la cohesión interna.

3. Mejorar la flexibilidad y la elasticidad a bajas temperaturas.

4. Mejorar el comportamiento a la fatiga.


5. Aumentar la adhesividad árido – ligante.

6. Aumentar la resistencia al envejecimiento.

Haciendo uso de un diagrama BTDC (Bitumen Date Test Chart) desarrollado por

Heukelon, veremos cómo son los cambios en la susceptibilidad térmica de los asfaltos

convencionales cuando son modificados con polímeros del tipo SBS.

En la figura 2 puede apreciarse cómo un asfalto convencional empleado en

pavimentación presenta una variación lineal de su consistencia con la temperatura. Por

el contrario, el mismo asfalto modificado con SBS muestra un comportamiento no

lineal. Esta diferenciación en el comportamiento de estos materiales justifica las

ventajas de utilización de este tipo de productos.

Figura 2. Susceptibilidad térmica de un betún ideal y uno convencional.


Tal como se aprecia en las zonas de bajas temperaturas el asfalto modificado

presenta mejores características de flexibilidad que el asfalto convencional como lo

indican los valores más bajos de consistencia.


En el rango de temperaturas de servicio, 60-70 °C, el asfalto modificado

presenta menor susceptibilidad térmica, con consistencias elevadas, lo que asegura

una buena resistencia de las mezclas asfálticas a las deformaciones permanentes.

En la zona de temperaturas de mezclado en planta, el asfalto modificado

presenta una viscosidad algo mayor que la del asfalto convencional, pero de ninguna

manera dificulta las operaciones de preparación de las mezclas.

Una de las propiedades más importantes que le imparten los polímeros a los

asfaltos es un aumento en su cohesión. Un ensayo que pone de manifiesto este

defecto por parte de los polímeros del tipo SBS es el desarrollado por Benson,

denominado de resistencia – tenacidad (Toughness – Tenacity). El método consiste en medir el trabajo requerido para separar una semiesfera de

acero, sumergida dentro de un recipiente con el asfalto modificado.

El dispositivo que se emplea consiste en una semiesfera de acero de 1,9 cm de

diámetro, unida a un eje. La misma es introducida en un recipiente con 50 cm3 del

ligante modificado, previamente fundido. La muestra es dejada estacionar por 12 horas

a 25 °C. Al cabo de este tiempo, manteniendo el recipiente fijo, la semiesfera es

separada a una velocidad de 30 cm/min mediante un aparato de tensión Instrom o

similar, registrando automáticamente la curva tensión – deformación. Dado que el

ensayo involucra la medida de una distancia y una fuera, el resultado se expresa en

términos de un trabajo en kg/cm.

En la figura 3 se presenta la forma de las curvas tensión – deformación para un

asfalto con el agregado de polímero y sin él.


Figura 3. Curvas de tensión – deformación.


La resistencia (Toughness) es el trabajo representado por el área total bajo la

curva y la tenacidad (Tenacity), por el área limitada por la curva de deformaciones

elevadas y la proyección del pico de la curva al eje de abscisas. En realidad la

tenacidad es aquella parte del área total aportada principalmente por el polímero.

Si bien el ensayo de resistencia y tenacidad puede no llegar a tener una buena

correlación con el comportamiento de las mezclas, el mismo resulta de utilidad para

detectar la presencia de polímeros en el ligante y en cierto modo, apreciar su

concentración.

Una tenacidad mejorada significa que habrá de efectuarse más trabajo para

desprender una partícula de árido de la superficie de un pavimento por acción del

tránsito. Una mejora en la resistencia significa un aumento en la resistencia interno de

la mezcla bituminosa.

Para caracterizar las propiedades mecánicas y reológicas de los asfaltos

modificados, además de los ensayos convencionales normalmente empleados, tales

como la penetración, punto de ablandamiento, ductilidad, etc, se ha de recurrir a otros


ensayos que permitan poner en evidencia las propiedades elastoméricas que le

confieren los polímeros a los asfaltos modificados.

La mejora en la susceptibilidad térmica se puede determinar mediante ensayos

de consistencia a distintas temperaturas, ensayos de viscosidad y penetración.

El comportamiento elastomérico se puede poner en evidencia mediante el

ensayo de recuperación elástica por torsión o con ductilómetro (ductilidad modificada.)

Entre las principales aplicaciones de los asfaltos modificados en mezclas en

caliente se cuentan:

1. Mezclas resistentes a las deformaciones plásticas.

2. Mezclas drenantes.

3. Carpetas de rodamiento finas.

2.2 Marco legal

En Colombia, la construcción, rehabilitación, mejoramiento y conservación de

infraestructura vial (puentes y carreteras) está normalizada por el INVÍAS. El presente

trabajo se realizó bajo la normatividad vigente establecida por el Instituto Nacional de

Vías – INVIAS, la cual hace parte de los contratos celebrados por la entidad, a través

del documento técnico “Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras”, la

cual reglamenta las especificaciones de mezclas asfálticas en caliente (concreto

asfáltico y mezcla de alto módulo) y sus criterios de diseño de mezclas asfálticas en

caliente por el método Marshall, Artículo 450-13.


3. METODOLOGÍA

La materia prima utilizada en la ejecución del presente trabajo consistió en:

agregados pétreos, asfalto, desperdicios plásticos consistentes en trozos de bolsas. La

elaboración fue adelantada siguiendo las siguientes etapas:

3.1 Determinación del agregado para la mezcla

Se escogió una granulometría para el agregado de las muestras Marshall de las

características de la tabla 1 cuyas especificaciones granulométricas cumplen las

normas establecidas por el Instituto Nacional de Vías – INVIAS, agregados

procedentes del río Tunjuelo los cuales fueron ajustados a la gradación establecida en

la tabla mencionada.

Para el presente trabajo se tomará el diseño óptimo para una mezcla densa en

caliente tipo MDC-19, prevista por la normatividad de las especificaciones del Instituto

nacional de Vías - INVIAS 2013.


Tabla 1. Granulometrías típicas para mezclas densas en caliente.

Fuente: INVIAS (2013).

3.2 Determinación del porcentaje óptimo de asfalto Con la granulometría citada anteriormente se procedió a realizar muestras del

ensayo Marshall variando el porcentaje de asfalto que se iba a introducir con respecto

al peso de la briqueta, como lo especifica la norma del ensayo Marshall.

Con los datos obtenidos del Marshall (estabilidad y flujo) se determinó que el

porcentaje óptimo de asfalto que se iba a utilizar era del 6,73%.

Con base en el dato del porcentaje óptimo de asfalto que se iba a agregar a las

muestras del ensayo Marshall, se comenzó a realizar las muestras con la adición de

desperdicio plástico, iniciando con un porcentaje del 0,1% del peso de la muestra

aumentando este valor en 0,1% hasta encontrar el que tuviera mejores características.

3.3 Determinación del porcentaje óptimo de desperdicio plástico

Se realizaron tres probetas por cada porcentaje de desperdicio plástico, una por

cada 25, 50 y 75 golpes.


A las muestras con 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% y 0,5% de desperdicio plástico se

les realizó el ensayo Marshall, y se les calculó el peso unitario, la estabilidad, el flujo y

el módulo para determinar cuál era el porcentaje óptimo.

El desperdicio plástico fue obtenido de la molienda de plástico reciclado y

seleccionado para la elaboración de “mangos” de rodillo.

3.4 Procedimiento

Se realizaron 15 probetas para ensayos Marshall, previo a lo cual se obtuvo el

porcentaje óptimo de asfalto equivalente al 6,73%, y se inició con un porcentaje de

0,1% del peso de la muestra total como se indicó anteriormente.

3.4.1 Elaboración de briquetas

Las briquetas fueron elaboradas utilizando la dosificación cuyas características

granulométricas se ajustaron a las especificaciones granulométricas establecidas por el

INVIAS para el tipo de mezcla MDC-19 (ver tabla 1), utilizando material proveniente del

río Tunjuelo, al cual se le realizó el respectivo tamizado y clasificación, a efecto de

establecer la cantidad de agregado requerida para el porcentaje de asfalto óptimo.

Con la mezcla óptima dosificada y su contenido óptimo de asfalto, se procedió

con la adición del desperdicio plástico, el mezclado y calentamiento de la mezcla hasta

alcanzar homogeneidad, es decir que todas las partículas estuvieran totalmente

cubiertas por el ligante, y posteriormente se procedió con la compactación de acuerdo

con lo previsto en la norma de ensayo de materiales INVIAS E-748.


4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Utilizando los parámetros arrojados después de utilizar el método Marshall como

son estabilidad, flujo, peso unitario y módulo de rigidez utilizando la fórmula de Nijboer

(1957), donde se encuentra el módulo por medio de la utilización de los parámetros de

estabilidad y el flujo por una constante de las mezclas obtenida a partir de 15 ensayos

para obtener el porcentaje óptimo de desperdicio plástico que mejora las propiedades

del asfalto, y después de haber encontrado un óptimo de asfalto de 6,73%, cálculos

que no se presentan por no ser objeto del presente trabajo, se puede decir que

mediante los gráficos de los diversos parámetros Marshall encontramos los mayores

valores que se presentan en la tabla 2:

Tabla 2. Resumen de parámetros Marshall en función del porcentaje de

desperdicio plástico.

% Trozos de bolsas de plástico

Golpes Estabilidad

(Lb) Flujo

(1/100")

Peso Unitario mezcla (Ton/m3)

Módulo de Rigidez (kg/cm2)

0,1 25 375,47 13,79 2111 14,42 0,2 25 429,74 14,14 2129 103,86 0,3 25 584,65 15,94 2169 125,35 0,4 25 950,65 16,65 2202 195,12 0,5 25 699,25 15,32 2193 155,98 0,1 50 606,55 24,37 2134 85,06 0,2 50 1110,25 22,74 2173 166,85 0,3 50 1939,38 27,85 2240 237,98 0,4 50 2084,28 27,97 2245 254,66 0,5 50 1684,43 24,4 2222 235,92 0,1 75 1339,6 27,64 2188 165,63 0,2 75 1809,97 22,74 2234 272,01 0,3 75 2220,66 26,11 2255 290,66 0,4 75 2591,06 22,78 2256 388,71 0,5 75 2522,87 29,27 2238 294,56

Fuente: Elaboración propia.

Mediante la curva de estabilidad figura 4, los mejores porcentajes para cada

muestra que optimizaron sus propiedades son: 1) para muestras de 25 golpes en un

porcentaje de 0,4%, 2) para las muestras de 50 golpes un porcentaje de 0,4%, 3)


para las muestras de 75 golpes un porcentaje de 0,4%; por lo cual el porcentaje óptimo

para los tres ensayos es de 0,4% de porcentaje de trozos de desperdicios plástico con

respecto al peso de la muestra Marshall, donde su estabilidad máxima de las tres

curvas es 2591,06 Lb.

Figura 4. Estabilidad vs. porcentaje de trozos de desperdicios plásticos.


Mientras que para los resultados del flujo se realizó una regresión lineal para

cada grupo de probetas del ensayo Marshall (25, 50 y 75 golpes), se muestra que los

valores de flujo para cualquier porcentaje de desperdicio plástico es aproximadamente

constante para todas las curvas, como se observa en la figura 5, mientras que para el

peso unitario de la mezcla se observa en la figura 6, que para 75, 50 y 25 golpes es de

0,4% de trozos de desperdicios plásticos con respecto al peso de la muestra y cuyo

valor máximo es de 2256 Ton/m3.


Figura 5. Flujo vs. trozos de desperdicios de plástico.


Figura 6. Peso unitario mezcla vs. trozos de desperdicios plásticos.



En cuanto al módulo de rigidez se puede ver en la figura 7, que el módulo para

las tres gráficas presenta un máximo de 0,4% del porcentaje de trozos de desperdicios

plásticos cuyo valor máximo es 388,71 kg/cm2.

Figura 7. Módulo de rigidez vs. trozos de desperdicios plásticos.


Con los resultados anteriores de los parámetros Marshall de estabilidad, flujo,

peso unitario de la mezcla, y módulo de rigidez para los trozos de desperdicios

plásticos, se puede concluir que el porcentaje óptimo que mejora de manera

substancial las propiedades mecánicas del asfalto esta alrededor de 0,4% del

porcentaje de los trazos de desperdicios plásticos con respecto al peso de la muestra, y

sí hay que tener cuidado porque para porcentajes bajos entre el 0,1 y 0,2% de

desperdicio plástico, el efecto para las muestras compactadas con 25 y 50 golpes es

dañino ya que en vez de aumentar la estabilidad lo que hace es disminuirla en un

porcentaje bastante alto del orden del 55%, con respecto a si no se introdujera trozos

de desperdicio plástico.


5. CONCLUSIONES

De acuerdo con los resultados evidenciados de los parámetros Marshall de

estabilidad, flujo, peso unitario de la mezcla, y módulo de rigidez para los trozos de

desperdicios plásticos, se concluye que el porcentaje óptimo que mejora de manera

substancial las propiedades mecánicas del asfalto es de alrededor de 0,4% del

porcentaje de los trazos de desperdicios plásticos con respecto al peso de la muestra.

También se evidencia que en porcentajes bajos comprendidos entre el 0,1 y

0,2% de desperdicio plástico, el efecto para las muestras compactadas con 25 y 50

golpes redunda en una disminución del orden del 55% de los parámetros Marshall de la

mezcla asfáltica con respecto a si no se introdujeran trozos de desperdicio plástico,

circunstancia que también se observa para valores mayores al óptimo del orden de

0,45%.

Si bien se aprecian mejoras en las propiedades mecánicas de la mezcla, se

observa que el diseño de mezcla asfáltica con desperdicios plásticos es sensible a la

dosificación de este material en planta.

El hecho de evidenciar una mejora en las propiedades mecánicas de la mezcla

asfáltica diseñada mediante la adición de desperdicios plásticos, confirma un aumento

en la durabilidad que ya puede ser afectada por agentes externos como lo son los

atmosféricos (agua, ozono, oxígeno y humedad), la radiación solar, el calor, los

microorganismos, los agentes químicos, y desde luego la acción directa de las cargas

de tránsito. Estos cambios generados por dichos agentes dependerán del tipo de

polímero, su composición y estructura química, lo cual está por fuera del alcance del

presente trabajo.

Los resultados obtenidos en el presente trabajo evidencian lo citado por algunos

autores reconocidos, quienes afirman que los asfaltos modificados con polímeros

presentan propiedades mecánicas superiores a las de los ligantes tradicionales. Para

su evaluación se han desarrollado y adaptado una serie de ensayos tales como:

tensión – deformación, la tenacidad, fuerza – ductilidad, entre otros. (Arenas Lozano, H.

L., 2011).


6. RECOMENDACIONES

También se evidencia que en porcentajes bajos comprendidos entre el 0,1 y

0,2% de desperdicio plástico, el efecto para las muestras compactadas con 25 y 50

golpes redunda en una disminución del orden del 55% de los parámetros Marshall de la

mezcla asfáltica, con respecto a si no se introdujeran trozos de desperdicios plástico,

circunstancia que también se observa para valores mayores al óptimo del orden de

0,45%, en orden a lo cual el diseño de mezcla asfáltica con desperdicios plásticos es

sensible a la dosificación de este material en planta.

Debido a los resultados obtenidos a partir del Marshall con 25 y 50 golpes de

compactación, para los cuales se observó disminución en los parámetros Marshall para

porcentajes de adición de desperdicio de plástico que se alejan del óptimo, la

compactación dentro del proceso constructivo cobra una mayor importancia en relación

con una mezcla asfáltica del tipo convencional.

Si bien el enfoque del presente trabajo no es ambiental aunque si tiene alguna

pretensión en esta materia, las entidades que rigen este aspecto desde el Estado

deberían especificar y reglamentar la implementación y utilización de la adición de

desperdicios plásticos en las mezclas asfálticas dentro la contratación de obra pública,

para lo cual resulta necesario primero ahondar en la investigación sobre estas nuevas

tecnologías.


BIBLIOGRAFÍA

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DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS …±o... · Ahora bien, la generación de desechos y...

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