EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MDC–2 CON AGREGADOS PÉTREOS, ESCORIA...

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EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MDC–2 CON AGREGADOS PÉTREOS, ESCORIA GRANULADA, ALQUITRÁN Y

CEMENTO PORTLAND

SIERVO ANDRÉS AGUIRRE BENAVIDES RUBÉN DARÍO GÜISA VELANDIA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA

2012

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EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MDC–2 CON AGREGADOS PÉTREOS, ESCORIA GRANULADA, ALQUITRÁN Y

CEMENTO PORTLAND

SIERVO ANDRÉS AGUIRRE BENAVIDES RUBÉN DARÍO GÜISA VELANDIA

Trabajo de grado para optar al título de INGENIERO EN TRANSPORTE Y VÍAS

DIRECTOR ING. MSC. GONZALO PÉREZ BUITRAGO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA

2012

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Nota de aceptación:

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Firma del presidente del jurado

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Firma del jurado

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Firma del jurado

Tunja, 05 de junio de 2012

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La autoridad científica de la facultad de ingeniería reside en ella misma, por tanto no responde por las opiniones expresadas en éste proyecto de investigación.

Se autoriza su uso y reproducción indicando su origen.

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DEDICATORIA

A Dios por darnos la oportunidad de cumplir nuestro sueño de ser profesionales, a nuestros padres, hermanos y hermanas por su amor y apoyo incondicional y a todas aquellas personas que fueron participes en el desarrollo de este proyecto.

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco principalmente a Dios ya que gracias a él he logrado no solo terminar este proyecto y la carrera universitaria sino también todas las metas que me he impuesto a nivel personal y profesional. A mis padres por acompañarme y enseñarme a luchar por las metas propuestas, motivándome a seguir adelante por medio de sus consejos y comprensión, pero sobre todo el por apoyo incondicional que me brindaron a lo largo de la ejecución de este proyecto. A mis hermanos por la confianza que han depositado en mí a lo largo de este proceso, por acompañarme en mi crecimiento como persona y profesional. A nuestro director de tesis el Ingeniero Gonzalo Pérez Buitrago por guiarnos en el desarrollo, evolución y culminación de este proyecto y por todos los conocimientos impartidos durante este proceso. A mi compañero de tesis y amigo Rubén Darío Güisa Velandia con el que sacamos adelante con esfuerzo no solo el proyecto sino muchas experiencias estudiantiles, durante la estadía en la universidad. A mis compañeros de universidad y amigos Edinson Antonio Torres Segura, Wilmer Orlando Galvis Pinzón, William Orlando Pabón Cachope, Audy Alexander Nieves, Jaime Enrique Monroy Garavito y demás compañeros que hicieron parte de este proceso estudiantil y con los cuales pasamos buenos momentos, compartiendo muchas ilusiones, expectativas, creciendo como persona, amigo, profesional y ser humano. Por último doy inmensos agradecimientos y la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, por permitirme hacer parte de la familia upetecista, brindándome los conocimientos y las herramientas necesarias, el cual por medio de cada uno sus docentes fueron participes en mi formación académica para ser una excelente profesional y llevar en alto el nombre de la universidad. Gracias a todos. SIERVO ANDRES AGUIRRE BENAVIDES

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Como sé que los sueños son mentiras que algún día dejaran de serlo, hoy tengo que decir gracias DIOS por dejarme soñar, gracias por brindarme salud y vida, por guiarme e iluminar cada paso que doy. A mis padres, a mi hermano y su linda familia, agradezco y dedico este triunfo por su incondicional apoyo en todo momento, por sus ejemplos de perseverancia y constancia, por sus consejos y enseñanzas y por su amor, cariño, amistad y confianza, que sin condición alguna se preocupan cada día porque yo sea el mejor, con todo el amor pues en ellos encontré el verdadero significado de amistad y familia. A ADRIANA FLOREZ y su familia, porque sin ella no un hubiese sido posible lograr esta victoria, ya que me abrió las puertas de su casa y su corazón, encontrando amor, confianza, compañía y motivación para llegar al fin de esta meta, compartiendo buenos y malos momentos. A mi amigo y compañero SIERVO ANDRES, con el cual desarrolle este proyecto y que gracias a su firmeza hoy puedo decir se cumplieron los objetivos de nuestro proyecto de grado. Por último a mis familiares, amigos y compañeros, CESAR LEONARDO, EDINSON ANTONIO, GEOVANNY, JAIME ENRIQUE, LESLY CAROLINA, WILMER ORLANDO, WILLIAM RICARDO, YEISON ANDRES, YEISON ALEXANDER, YULI VIVIANA, que ayudaron a que me formara como amigo, profesional y ser humano para ver y vivir la vida con alegría y felicidad. RUBEN DARIO GÜISA VELANDIA

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RESUMEN

En este trabajo se presenta un análisis comparativo entre el comportamiento de mezclas asfálticas tipo MCD-2 con materiales convencionales y no convencionales en la composición y elaboración de mezclas bituminosas; con el objeto de evaluar este comportamiento se desarrollaron las metodologías MARSHALL y RAMCODES para obtener puntos de comparación en cuanto al comportamiento mecánico de las mezclas y especificaciones de las propiedades volumétricas obtenidos por cada uno de las metodologías. Se utilizó en el diseño experimental materiales no convencionales como es la escoria, utilizado como agregado fino, este material es producido en plantas de siderúrgica siendo un subproducto derivado de la fabricación del arrabio (materia prima para la elaboración del acero), además se utilizó alquitrán de hulla como ligante bituminoso, estos alquitranes son productos bituminosos semisólidos o líquidos que se obtienen como residuo de la destilación de sustancias orgánicas que posean materias volátiles como la hulla, conjuntamente se consideró la incorporación de cemento como material de fíller para así obtener un conjunto de materiales que al ser ensayados cumplan con las respectivas especificaciones de carreteras. Se caracterizó la escoria y el agregado tradicional (arena y grava) con el fin de diseñar una combinación de agregados para cada nivel de la curva granulométrica MCD-2 ya sea FINO, MEDIO o GRUESO, empleando escoria para tres niveles de la curva y por otra parte remplazando para los mismos tres niveles el agregado fino por arena, dando como resultado la elaboración de seis ensayos MARSHALL uno por cada nivel de la curva y cada tipo de material fino utilizado. Las combinaciones utilizadas para cada nivel son grava como agregado grueso, escoria como agregado fino y cemento como fíller, de la misma manera se utilizó la misma combinación de agregados pero remplazando el agregado fino (escoria) por arena para los tres niveles de la curva, de esta forma se analizó el comportamiento mecánico de las mezclas con la incorporación de alquitrán como ligante bituminoso. Utilizando parámetros del diseño MARSHALL se realizó de la misma forma para cada nivel de la curva MCD-2 la metodología RAMCODES el cual por medio de un desarrollo experimental con tres briquetas modifica el MARSHALL tradicional acelerándolo por medio de parámetros matemáticos y estadísticos, obteniendo una región máxima donde se cumplan simultáneamente todas las especificaciones de vacíos por medio de su aplicación polígono de vacíos, este polígono se obtuvo por medio de la aplicación RAMSOFT de RAMCODES el cual depende en gran parte del programa pilar en el análisis de mapas de CONTORNO llamado ORIGIN, también utilizado para realizar el análisis técnico donde se estableció una serie de parámetros que permitieron evaluar el comportamiento mecánico de mezclas.

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Por último se desarrolló un análisis técnico - económico entre cada una de las metodologías utilizadas, donde se determinó cuál de las dos alternativas de diseño es factiblemente económica en cuanto a su diseño experimental, permitiendo establecer ventajas y desventajas tanto técnicas como económicas y de esta manera definir la mezcla de mejor comportamiento y verificando el cumplimiento de especificaciones del Instituto Nacional de Vías de Colombia (INVÍAS).

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CONTENIDO

pág. INTRODUCCIÓN 22 1.MARCO TEÓRICO 24 1.1. GENERALIDADES DE MEZCLA BITUMINOSA 24 1.2. COMPOSICIÓN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS 24 1.2.1.Agregados pétreos 24 1.2.2.Asfalto 25 1.2.3.Vacíos de Aire 25 1.2.4.Características de las mezclas asfálticas 26 1.2.5.Propiedades de la mezcla asfáltica 26 1.2.6.Cualidades funcionales en las mezclas asfálticas en la capa de rodadura 27 1.3. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL ALQUITRÁN DE HULLA 28 1.3.1.Generalidades del alquitrán 28 1.3.2.Propiedades del alquitrán 29 1.3.3.Características del alquitrán 29 1.3.4.Antecedentes del alquitrán 30 1.4. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LA ESCORIA 30 1.4.1.Definición de la escoria 30 1.4.2.Tipos de escorias 31 1.4.3.Ventajas y desventajas del uso de escoria en proyectos viales 33

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1.5. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL FILLER 33 1.5.1.Definición del fíller 33 1.5.2.Características deseables o de mayor interés acerca del polvo mineral (fíller) 34 1.5.3.Propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas 35 1.5.4.Mezclas asfálticas adicionadas con cal hidratada y cemento 36 1.5.5.Elección de fillers 36 1.5.6.Beneficios del cemento en la mezcla 36 1.5.7.Como afecta el cemento el rendimiento a largo plazo del pavimento 37 1.6. MÉTODO MARSHALL 37 1.6.1.Metodología 37 1.6.2.Propósito 38 1.6.3.Importancia 38 1.6.4.Variables 38 1.6.5.El procedimiento del método de diseño 39 1.6.6.Especificaciones de la metodología 49 1.7. MÉTODO RAMCODES 50 1.7.1.Definición de RAMCODES 50 1.7.2.RAMCODES en mezclas asfálticas 50 1.7.3.Aplicaciones de la metodología 51 1.7.3.1.El polígono de vacíos 51 1.8. MARSHALL ACELERADO POR RAMCODES 53 1.8.1.Generalidades 53

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1.8.2.Propiedades del ligante asfáltico 54 1.8.3.Propiedades del agregado pétreo 55 1.8.4.Propiedades de la mezcla asfáltica 55

2.CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES 62 2.1. CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 62 2.2. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO 64 2.3. ANÁLISIS QUÍMICO DE LA ESCORIA 66 2.4. ANÁLISIS DEL ALQUITRÁN DE HULLA 66

3.EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS 68 3.1. DISEÑO EXPERIMENTAL 68 3.2. RESULTADOS 76 3.2.1.Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla 76

3.2.2.Análisis para la obtención de rangos de contenidos aceptables de bitumen en la mezcla 80

3.2.3.Resultados y análisis obtenidos por las metodologías RAMCODES y MARSHALL 82

3.2.4.Análisis por medio de los mapas de respuesta para estabilidad y flujo de las mezclas 85 3.2.5.Criterios de diseño y control 89

4.COMPARACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS METODOLOGÍAS EN ANÁLISIS 94 4.1. COMPARACIÓN TÉCNICA 94 4.1.1.Análisis técnico 95

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4.2. COMPARACIÓN ECONÓMICA 97 4.3. COMPARACIÓN ESTADÍSTICA 98

5.CONCLUSIONES 101

6.RECOMENDACIONES 104

7.BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA 105

ANEXOS 108

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LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Criterios de diseño de la mezcla asfáltica en caliente por el método MARSHALL 49

Cuadro 2. Resultados del Gmm para los porcentajes de asfalto correspondientes 56

Cuadro 3. Valores de Gmb para vacíos de aire de 0%, 3% y 5%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 21) 57

Cuadro 4. Valores de Gmb para vacíos en el agregado mineral de 15% y 17%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 22) 58

Cuadro 5. Valores de Gmb para vacíos llenados con asfalto de 65% y 80%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 24) 59

Cuadro 6. Caracterización de los agregados 62

Cuadro 7. Análisis químico de la escoria granulada de alto horno 66

Cuadro 8. Caracterización del alquitrán de hulla de Belencito 67

Cuadro 9. Propiedades físico – químicas del alquitrán Acerías Paz del Rio S.A. 67

Cuadro 10. Factores variables en el diseño de mezclas asfálticas 69

Cuadro 11. Resultados de las mezclas diseñadas con arena 94

Cuadro 12. Comparación de los resultados con las especificaciones 94

Cuadro 13. Resultados de las mezclas diseñadas con escoria 95

Cuadro 14. Comparación de los resultados con las especificaciones 95

Cuadro 15. Análisis de precios unitarios para la fabricación de una briqueta con arena y escoria y alquitrán 97

Cuadro 16. Costo total por metodología para las mezclas diseñadas con arena o escoria y alquitrán 97

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Cuadro 17. Análisis estadístico para mezclas con arena (M1A, M2A y M3A) 98

Cuadro 18. Análisis estadístico para mezclas con escoria (M1E, M2E y M3E) 98

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LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Diagramas de fases ensayo MARSHALL tradicional 46

Figura 2. Diagramas de fases ensayo MARSHALL actualizado según INVÍAS 46

Figura 3. Representación de los vacíos de aire en la mezcla (Va) 57

Figura 4. Representación de los vacíos en el agregado mineral (VMA). 58

Figura 5. Representacion de los vacíos llenos de asfalto (VFA) 59

Figura 6. Representación de las líneas superpuestas de vacíos: %VAM, %VAF y %Va y obtención del polígono de vacíos 60

Figura 7. Representación del polígono de vacíos RAMCODES 60

Figura 8. Curva de gradación del agregado grueso (grava) 64

Figura 9. Curva de gradación del agregado fino (arena) 65

Figura 10. Curva de gradación del agregado fino (escoria) 65

Figura 11. Tamizado del material empleado en el proyecto 70

Figura 12. Material utilizado para la elaboración de las briquetas 70

Figura 13. Proceso de calentamiento de los agregados y de ligante bituminoso 71

Figura 14. Control de temperatura sobre la mezcla bituminosa 71

Figura 15. Preparación de los moldes empleados para la fabricación de las briquetas 72

Figura 16. Compactación de la mezcla bituminosa 72

Figura 17. Preparación de briquetas para la posterior realización de los ensayos 73

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Figura 18. Toma de dimensiones a las briquetas 73

Figura 19. Peso de las briquetas para el ensayo de densidad 74

Figura 20. Ensayo James Rice 74

Figura 21. Briquetas en el baño María para la realización del ensayo de estabilidad y flujo 74

Figura 22. Ensayo de estabilidad Y flujo en la prensa MARSHALL 75

Figura 23. Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes granulometrías (mezclas diseñadas con arena) (franja fina: M1A, franja media: M2A y franja gruesa: M3A) 76

Figura 24. Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes granulometrías (mezclas diseñadas con escoria) (franja Fina: M1E, franja media: M2E y franja gruesa: M3E) 78

Figura 25. Influencia de los agregados en los parámetros volumétricos de las mezclas mediante la metodología RAMCODES 79

Figura 26. Obtención de rangos de contenido aceptables en la mezcla según las especificaciones MDC – 2 para el diseño MARSHALL (Ejemplo) 81

Figura 27. Determinación grafica de rangos óptimos de bitumen mediante diseño MARSHALL 82

Figura 28. Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas diseñadas con arena (M1A, M2A Y M3A) 83

Figura 29. Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas diseñadas con escoria (M1E, M2E Y M3E) 84

Figura 30. Mapa de contorno para estabilidad y flujo, mezcla diseñada con arena 86

Figura 31. Mapa de contorno para estabilidad y flujo, mezcla diseñada con escoria 87

Figura 32. Comparación de los resultados obtenidos en laboratorio con respecto a los mapas de respuesta para las mezclas diseñadas con arena 88

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Figura 33. Comparación de los resultados obtenidos en laboratorio con respecto a los mapas de respuesta para las mezclas diseñadas con escoria 89

Figura 34. Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas arena 90

Figura 35. Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas escoria 92

Figura 36. Comportamiento de los datos por diagramas de cajas 99

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LISTA DE ANEXOS

pág. ANEXO A. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES 109

1.Granulometría del agregado grueso (grava) 109

2.Granulometría del agregado fino (arena) 110

3.Granulometría del agregado fino (escoria) 111

4.Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado fino (arena) 112

5.Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado fino (escoria) 113

6.Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado grueso (grava) 114

7.Índice de alargamiento 115

8.Índice de aplanamiento 116

9.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja media) 117

10.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja gruesa) 118

11.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja fina) 119

12.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja media) 120

13.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja gruesa) 121

14.Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja fina) 122

15.Cálculo del gravedad especifica de la combinación de agregados Gsb (arena) 123

16.Cálculo del gravedad especifica de la combinación de agregados Gsb (escoria) 124

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17.Porcentaje de caras fracturadas 125

18.Desgaste en la máquina de los ángeles (grava) 126

19.Equivalente de arena 127

ANEXO B. TABLAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL 128

1.MARSHALL N° 1 (M1A) 128



4.MARSHALL N° 4 (M1E) 131



ANEXO C. GRÁFICAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL 134







ANEXO D. ENSAYO RAMCODES 140

1.RAMCODES N° 1 (R1A) 140



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4.RAMCODES N° 4 (R1E) 141



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INTRODUCCIÓN Hoy en día, nuestro país cuenta con una infraestructura vial que no presenta las mejores condiciones de calidad, haciendo que el comportamiento y durabilidad de carreteras no sea el adecuado, y por consiguiente trae consecuencias como la reducción del nivel de servicio y costos elevados que se derivan de las malas condiciones que presentan las vías de comunicación, y quizá las causas de estos inconvenientes son la falta de inversión de recursos financieros y la topografía que presenta el territorio nacional. En la actualidad está claro que las vías de comunicación cumplen un papel preponderante para el desarrollo económico y social de un país sin importar su clasificación, debido que a través de las carreteras se realiza el transporte de todo tipo de mercancías y personas, contribuyendo a la evolución comercial, social y económica del país. En los últimos períodos en Colombia se ha presentado un aumento de la tasa de vehículos y además las exigencias de los usuarios sobre los patrones de comodidad y seguridad se han elevado, y de esta manera es necesario que las carreteras presenten mayor vida útil, menores intervenciones de mantenimiento o rehabilitación y desde luego que la inversión realizada para la construcción de la infraestructura sea la adecuada a las exigencias. Por tal motivo es importante que el Estado realice una seria inversión económica y ejerza los controles necesarios en la construcción de las carreteras, que de tal manera brinden la calidad correspondiente En vista de lo actual, este proyecto de investigación se direccionó a evaluar las mezclas bituminosas a través de procesos experimentales con materiales no convencionales: alquitrán de hulla de Belencito como ligante bituminoso y la escoria granulada (residuos de la materia prima empleada en la producción siderúrgica y que están generando un impacto al medio ambiente), como complemento de la mezcla bituminosa se empleó el cemento Portland, grava como agregado grueso y arena como agregado fino, materiales que generan mayor resistencia a la mezcla, permitiendo la fácil combinación y manejo con otros materiales nada convencionales a los estipulados en las especificaciones de construcción del INVÍAS, cumpliendo con las condiciones y criterios de calidad, exigencias del tránsito y pueden ser empleadas en las diferentes regiones y topografías de nuestro país, contribuyendo a la evolución en materia económica, social y aumentando el turismo en toda la red nacional. Además, el presente proyecto tiene como objetivo evaluar el comportamiento y los beneficios que se tienen de una mezcla bituminosa al emplear materiales no convencionales (escoria y alquitrán de hulla), con relación a las especificaciones exigidas por el INVÍAS.

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En el primer capítulo se presenta información acerca del diseño de mezclas bituminosas, su composición, sus características y propiedades; luego se tienen los materiales empleados para la ejecución del proyecto (materiales granulares, alquitrán de hulla, escoria granulada y el fíller) con su correspondiente descripción, características, propiedades, antecedentes, usos, ventajas y desventajas de estos materiales empleados; a continuación se describen los métodos manejados para la ejecución de la investigación (método MARSHALL, RAMCODES y el MARSHALL acelerado por RAMCODES) los objetivos, propiedades y aspectos más relevantes para cada método. En el segundo capítulo se ilustran los resultados obtenidos de los ensayos para la caracterización de cada uno de los materiales empleados en las mezclas bituminosas según las normas de ensayos para materiales de carreteras del INVÍAS 2007. El tercer capítulo contiene el desarrollo experimental y los resultados con su respectivo análisis de las mezclas bituminosas, obtenidas por los métodos MARSHALL y RAMCODES, utilizando las aplicaciones para el análisis, con el uso del módulo de descripción del marco analítico de RAMCODES “ARIZADA” y la utilización del RAMSOTF para la obtención del área máxima donde se cumplen las especificaciones, teniendo en cuenta las normas de ensayo y las especificaciones establecidas por el Instituto Nacional de Vías INVÍAS. En este capítulo también se introducen los mapas de contorno logrados con el software ORIGIN para facilitar el análisis de los resultados. En el capítulo cuarto se presenta la comparación técnica y económica de las metodologías manejadas y por último se presentan las conclusiones y recomendaciones.

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1. MARCO TEÓRICO 1.1. GENERALIDADES DE MEZCLA BITUMINOSA1 Las mezclas bituminosas, también denominadas aglomerados bituminosos, constituyen el principal componente de los pavimentos flexibles de carretera. Estas mezclas están formadas por una combinación de áridos y un ligante hidrocarbonado que, junto con las partículas más finas, denominadas fíller o polvo mineral, constituyen el mástico que aglomera y cohesiona al conjunto. De este modo, las partículas que forman los áridos quedan cubiertas por una película continua de fíller y betún, formando la mezcla bituminosa con unas características funcionales y estructurales adecuadas para su empleo como unidad de obra en los pavimentos de carretera. 1.2. COMPOSICIÓN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS 1.2.1. Agregados pétreos

Definición de agregados pétreos: Es una mezcla, natural o no, de piedra o gravas trituradas, escorias, arenas finas, arenas gruesas y llenante mineral. Puede contener todos o algunos de estos materiales. Los agregados deben ser limpios, duros y durables. Los agregados son los responsables de la capacidad de carga o resistencia de la mezcla y constituyen entre el 90% y 95% en peso de la mezcla y entre el 75% y 85% en volumen de la misma.

Propiedades de los agregados pétreos2: Agregados pétreos MDF – 1 a MDF – 3; MDC – 1 a MDC – 3, empleados para la ejecución de cualquier mezcla bituminosa, deberán poseer una naturaleza tal, que al aplicarle una capa de material asfáltico por utilizar en el trabajo, éste no se desprenda por la acción del agua y del tránsito. Solo se admitirá el empleo de agregados con características hidrófilas, si se añade algún aditivo de comprobada eficacia para proporcionar una buena adhesividad. El agregado grueso deberá proceder de la trituración de roca o grava o por una combinación de ambas; sus fragmentos deberán ser limpios resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o

1 MARTÍN S, Alejandro. Tesis. Efecto de la concentración volumétrica fíller /betún en la cohesión y adhesividad del mástico. Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. 2007. 2 HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos de carreteras. Principios fundamentales, el tránsito, factores climáticos y geotecnia vial Volumen I. 1 ed. Tunja. 2010. ISBN 978 – 958 – 660 – 149 – 8

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desintegrables. Estará exento de polvo, tierra, terrones de arcilla u otras sustancias objetables que puedan impedir la adhesión completa del asfalto. El agregado fino está constituido por arena de la trituración o una mezcla de ella con arena natural. La proporción admisible de esta última dentro del conjunto se encuentra definida en la respectiva especificación (artículo 450 – 07). Los granos del agregado fino deberán ser duros, limpios y de superficie rugosa y angular. El material deberá estar libre de cualquier sustancia que impida la adhesión del asfalto, uno de los criterios que deberá tenerse en cuenta es el espesor de la capa compactada por colocar. 1.2.2. Asfalto3: Es un material cementante de color café a negro, con consistencia sólida, semisólida o líquida, procedente de yacimientos o lagunas asfálticas o de la destilación del petróleo. El asfalto es útil al ingeniero porque es un cementante altamente impermeable y durable. Es resistente a la acción de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. También es altamente viscoso a temperatura ambiente y puede licuarse aplicando calor, un disolvente o emulsificándolo en agua. El uso del asfalto en vías puede tener dos campos de aplicación, el diseño de mezclas asfálticas y la elaboración y colocación de las mismas. Francis N. Hveem clasificó las propiedades de los materiales asfálticos de acuerdo con:

La Consistencia (fluidez, viscosidad o plasticidad).

La Durabilidad o resistencia al envejecimiento.

La Velocidad de Curado.

La Resistencia a la acción del agua. Así mismo, el asfalto debe ser puro y se deben tener las precauciones de seguridad adecuadas para su manejo. 1.2.3. Vacíos de Aire: Vacíos de aire son importantes en el comportamiento de la mezcla ya que permiten absorber los cambios volumétricos producidos por el clima o el tránsito. Para mezclas asfálticas en caliente se recomienda un porcentaje entre 3% y 5% de vacíos y para mezclas en frío se sugiere un valor mayor. Un alto contenido de vacíos puede producir deformaciones permanentes y un bajo contenido de los mismos, exudación.

3 RAMÍREZ L, David. Tesis. Variabilidad del módulo resiliente de una mezcla asfáltica mdc-2 dentro de la

ventana de diseño propuesta por M. Witczak. Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Colombia. 2008.

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1.2.4. Características de las mezclas asfálticas4

Estabilidad: Es la capacidad para resistir la deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento inestable presenta ahuellamientos, corrugaciones y otras señas que indican cambios en la mezcla.

Durabilidad: Es la capacidad para resistir la acción de los agentes climáticos y del tránsito, que se observa en desintegración del agregado, cambios en las propiedades del asfalto y separación de las películas de asfalto.

Impermeabilidad: Es la resistencia al paso de aire y agua hacia el interior del pavimento.

Flexibilidad: Es la capacidad del pavimento para acomodarse sin agrietamientos, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante.

Resistencia a la fatiga: Es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito. Expresa la capacidad de la mezcla a deformarse repetidamente sin fracturarse.

Resistencia al deslizamiento: Capacidad de proveer suficiente fricción para minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la superficie está mojada. 1.2.5. Propiedades de la mezcla asfáltica

Densidad de la mezcla: Es el peso de un volumen específico de mezcla. La densidad obtenida en el laboratorio es la densidad patrón y la densidad obtenida in-situ se expresa como un porcentaje de la misma. Una densidad alta en el pavimento terminado se traduce en una mayor durabilidad.

Contenido de asfalto: Es el componente más importante. Debe ser determinado en laboratorio y controlado en obra. Mientras más gruesa sea la película de asfalto que cubre las partículas de agregado, más durable será la mezcla.

Envejecimiento de mezclas asfálticas: Existe otra característica especial de los asfaltos. Debido a que los componen moléculas orgánicas, reaccionan con

4 QUINTERO F, Juan David. GARCIA M, Helber. Tesis. Comportamiento mecánico de mezclas asfálticas tipo

MDC – 2 sometidas al efecto del envejecimiento adicionadas con cal y/o cemento. Universidad de Medellín. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Colombia. 2007.

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el oxígeno del medio ambiente. Esta reacción se llama oxidación y cambia la estructura y composición de las moléculas del asfalto; puede provocar que se haga más duro o frágil, dando origen al término “endurecimiento por oxidación” o “endurecimiento por envejecimiento”. Este fenómeno ocurre en el pavimento a una velocidad relativamente baja, si bien es mucho más rápido en un clima cálido que en uno frío. Así, el endurecimiento por oxidación es estacional, siendo más marcado en el verano que en el invierno. Debido a este tipo de endurecimiento, los pavimentos asfálticos nuevos pueden ser propensos a este fenómeno si no se compactan adecuadamente. En este caso, la falta de compactación origina un alto contenido de vacíos en la mezcla, lo que facilita el ingreso de una mayor cantidad de aire a la mezcla asfáltica, e incrementar el endurecimiento por oxidación. La oxidación se produce más rápidamente a altas temperaturas. Es por ello que parte del endurecimiento ocurre durante el proceso de producción, cuando es necesario calentar el cemento asfáltico para permitir el mezclado y compactación. Volatilización es otro tipo de endurecimiento que ocurre durante el mezclado en caliente y construcción. A altas temperaturas los componentes volátiles del asfalto se evaporan. Estos componentes volátiles - livianos del tipo aceites ablandarían al asfalto, de permanecer dentro de él. El componente de envejecimiento a corto plazo ocurre durante la fase de la construcción, mientras que la mezcla se mantiene caliente, es causado principalmente por la volatización. 1.2.6. Cualidades funcionales en las mezclas asfálticas en la capa de rodadura5: Estas inciden fundamentalmente en su superficie, en su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como:

La adherencia del neumático a la capa de rodadura.

El desgaste de los neumáticos.

El ruido en el exterior y en el interior del vehículo.

La comodidad y estabilidad en marcha.

Las cargas dinámicas del tráfico.

La resistencia a la rodadura (consumo de carburante).

El envejecimiento de los vehículos.

Las propiedades ópticas.

5 PADILLA R, Alejandro. Tesis. Análisis de la resistencia de las mezclas bituminosas densas de la normatividad

mexicana mediante el ensayo de pista. Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. 2004.

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Estos aspectos funcionales de la capa de rodadura están principalmente asociados con la textura y la regularidad superficial del pavimento.

1.3. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL ALQUITRÁN DE HULLA

1.3.1. Generalidades del alquitrán6: Los alquitranes son productos bituminosos semisólidos o líquidos que se obtienen como residuo de la destilación, en ausencia de aire, de sustancias orgánicas que posean materias volátiles, fundamentalmente, hulla, lignito o madera. Las breas son productos bituminosos fusibles sólidos o semisólidos preparados a partir de la evaporación parcial o destilación fraccionada de alquitrán o de sus derivados. La palabra brea debe ir seguida del nombre del alquitrán de origen. El alquitrán más empleado en construcción es el de hulla obtenida como subproducto en las fábricas de gas ciudad y en los hornos de coque metalúrgico. El carbón de hulla se calienta en cámaras cerradas a temperaturas superiores a los 800 °C extrayéndose las materias volátiles ricas en hidrocarburos, parte de las cuales se extraen directamente, mientras que otras se llevan a un condensador y a un extractor. El alquitrán se obtiene en una gran parte en los conductos y en cantidad más reducida en el condensador y en el extractor. La cantidad de alquitrán obtenida depende de la composición del carbón de hulla y del proceso seguido de obtención, no siendo por consiguiente la misma en el caso de proceder de las plantas de coque o de las de gas ciudad es así como (la proporción que se obtiene de este subproducto es del orden de una tonelada de crudo por 20 toneladas de carbón). Por razones de tipo económico, los alquitranes encuentran amplio empleo en países que no poseen petróleo y sin embargo tienen minas de carbón. El problema que presentan los alquitranes es el del envejecimiento o endurecimiento de los mismos cuando están expuestos a las condiciones atmosféricas. Para uso en pavimentos flexibles se utilizan los alquitranes producidos de altas temperaturas, que son los que adquieren las propiedades adhesivas y cohesivas requeridas para mezclas bituminosas. Cuando los alquitranes se han obtenido por procesos a altas temperaturas, como ocurre en los hornos de coque, el envejecimiento se produce principalmente por

6 MIRO R, Jorge Rodrigo. Tesis. Metodología para la caracterización de ligantes asfálticos mediante el

empleo del ensayo cántabro. Universidad Politécnica de Cataluña. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona - España. 1994.

29

oxidación, mientras que si se ha obtenido por procesos a temperaturas bajas, como ocurre en las retortas verticales, se produce el endurecimiento por evaporación de los aceites ligeros que contienen. Cualquiera que sea el origen del envejecimiento, éste se manifiesta en un endurecimiento superficial, no quedando afectado el material situado debajo de la capa superficial salvo en el caso en que ésta se agriete por falta de flexibilidad o desaparezca debido a su fragilización. Los alquitranes pueden mejorarse polimerizándolos con algunas resinas sintéticas tales como el cloruro de polivinilo, resinas epoxi, resinas de poliéster, etc. De esta forma pueden conseguirse mezclas con un mejor comportamiento reológico, y mayor resistencia al envejecimiento. 1.3.2. Propiedades del alquitrán: Sus propiedades más características son las siguientes:

Viscosidad

Cohesión

Adherencia

Durabilidad

Susceptibilidad 1.3.3. Características del alquitrán7: Los alquitranes como los betunes son más o menos viscosos dotados de cohesión de origen coloidal y adhesividad a los áridos. Ambos productos están compuestos por hidrocarburos cíclicos, pero con la diferencia de que en el betún predominan los hidrocarburos saturados y los alquitranes los no saturados. Esta circunstancia determina una mayor actividad química en los alquitranes y una mayor estabilidad en los betunes, lo cual se traduce en una mayor adhesividad de los alquitranes a los áridos y la estabilidad de los betunes hace resistir mejor a los efectos de la evaporación y la oxidación por lo cual en el betún es mucho menor el fenómeno de envejecimiento. En la fabricación del alquitrán hay tres factores determinantes: el crudo de base, el tratamiento térmico y los aceites plastificantes que se añaden en sustitución de los destilados. Con estos factores se pueden obtener tipos muy diferentes de alquitranes para responder a la amplia gama de productos utilizados en carreteras desde las imprimaciones, estabilizaciones de suelos y mezclas asfálticas.

7 LLAMAZARES G, Olegario. Empleo del alquitrán en los pavimentos de carretera. En: Características

generales del alquitrán. Noviembre de 1963.

30

Con el tratamiento térmico se consigue un efecto estabilizante, eliminando los aceites que retrasan el curado y no evitan el envejecimiento llegando a la destilación de la brea, aumentado la vida del ligante. 1.3.4. Antecedentes del alquitrán8: El alquitrán empleado en capas de rodadura se modifica en contacto con el aire y desaparece la película de cubrición del árido, exponiendo la superficie rugosa al contacto con el neumático y dan origen a pavimentos no deslizantes en días de lluvia, por el cual es aconsejable la utilización de agregado de alto coeficiente de pulido. El alquitrán se emplea actualmente en todas las capas que integran la sección estructural del pavimento según se indica a continuación:

Tratamientos superficiales en vías de tráfico ligero o medio.

Riegos de imprimación previos al tratamiento superficial sobre bases de granulometría continúa.

Aglomerados de alquitrán para bases de granulometría abierta en las vías de trafico medio y granulometría cerrada en tráfico pesado.

El mismo empleo para capas intermedias y de rodadura con especificaciones criticas de granulometría según el tráfico.

Tratamientos de regeneración de pavimentos desgastados y corrección de tramos deslizantes.

1.4. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LA ESCORIA 1.4.1. Definición de la escoria9: En particular la mayoría de las personas interpretan el término “escoria” como material de desecho, excedente, cuya manipulación genera costos, en fin un gran problema. Los excelentes resultados obtenidos en las diversas aplicaciones para las escorias de acería, han proporcionado a la industria siderúrgica una nueva fuente de ingresos y además una disminución de los espacios destinados al almacenamiento de este material considerado un pasivo ambiental. La escoria es un material no metálico consistente de una mezcla de óxidos y silicatos fundidos. La ASTM la describe como: un agregado rugoso de origen mineral que se compone de silicatos de calcio y ferritas, combinados con óxidos

8 LLAMAZARES G, Olegario. El alquitrán, ligante hidrocarbonado para firmes de carreteras. En:

Generalidades. Noviembre de 1968. 9 9 BASTARDO H, Gustavo E, FERNANDEZ O, Juan B. Tesis. Diseño de mezcla, utilizando la escoria de acería

como agregado grueso. Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui. Departamento de Ingeniería Civil. Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Barcelona – Venezuela. 2009.

31

fundidos de hierro, aluminio, calcio y magnesio. Una de las observaciones frecuentes que hacen los que por primera vez conocen de las escorias, es que “se pueden oxidar”, quizás por considerar que este material proviene del proceso de producción de acero. La escoria tiene una serie de cualidades muy interesantes para su empleo en capas de rodadura, las propiedades hidráulicas le dan rigidez a las capas, la forma aristada de sus elementos, su limpieza por estar exentas de materia orgánica o terrosa, su buena adhesividad a los ligantes bituminosos y la rugosidad permanente son propiedades que se destacan de interés para técnicas de afirmado10. La escoria se pueden utilizar en capas de base y pavimento, presentando una serie de propiedades favorables para su empleo en mezclas bituminosas como las siguientes: homogeneidad y limpieza, rozamiento interno, rugosidad superficial y facilidad de extensión y cilindrado. 1.4.2. Tipos de escorias11: Conforme al origen y condiciones en que se generan las escorias siderúrgicas pueden ser:

Escoria de altos hornos: Se produce cuando se reduce los óxidos de hierro para convertirlos en arrabio líquido. Son de rápido enfriamiento y forma vítrea; utilizada comúnmente en la fabricación de cemento, y no tiene aplicación directa en obras de vialidad. Solidificada lentamente, esta escoria es cristalina y se usa sobretodo en la construcción gracias a sus resaltantes propiedades de aislamiento y su alta estabilidad.

Escoria de acería: Es un subproducto del proceso siderúrgico en que el arrabio y/o la chatarra se refinan para producir acero. Este material, cuando está en estado sólido es un excelente agregado para la construcción de carreteras y vías férreas. Las escorias de acería presentan a veces marcadas diferencias entre sí, debidas a la naturaleza del proceso (ácido, básico), del tipo de carga (chatarra, pre-reducidos, entre otros) inclusive del tipo de acero producido.

Características físicas de la escoria de acería: La escoria de acerías tiene superficialmente una textura rugosa, forma cúbica y angular. Internamente cada partícula es de naturaleza vesicular, con muchas celdas no intercomunicadas. La estructura celular se forma por los gases atrapados en la

10

LLAMAZARES G, Olegario. Utilización de la escoria de alto horno en los firmes de carretera. En: Utilización de las escorias en capas de base y pavimento. Noviembre de 1967. 11

BASTARDO H, Gustavo E, FERNANDEZ O, Juan B. Tesis. Diseño de mezcla, utilizando la escoria de acería como agregado grueso. Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui. Departamento de Ingeniería Civil. Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Barcelona – Venezuela. 2009.

32

escoria caliente en el momento de enfriado y solidificación. Como las celdas no forman pasajes interconectados, el término “celular y Vesicular” es más aplicable a la escoria que el término “poroso”. Cuando la escoria liquida es sometida al proceso de “trituración por agua” se forman fragmentos cúbicos con muy pocas partículas alargadas. Esta angularidad, combinada con su textura rugosa y peso hace la escoria de acería de un material ideal para balasto de vías férreas, bases granulares de carreteras, pavimentos asfálticos, tratamientos superficiales y sellos.

Propiedades mecánicas de la escoria de acería: La escoria de acería posee propiedades mecánicas muy favorables para su uso como agregado, entre ellas tenemos: una excelente resistencia a la abrasión, dureza y resistencia.

Propiedades térmicas de la escoria de acería: Debido a su alta capacidad calórica, se han observado en los agregados siderúrgicos capacidad para retener calor en períodos de tiempo más largos que los agregados naturales convencionales. Las características de retención de calor de la escoria resultan ventajosas en la mezcla de asfalto, conservando la temperatura por mayor tiempo.

Usos de la escoria de acería12: El uso de la escoria en obras civiles es una práctica antigua, está incluida en las especificaciones de construcción vial de varios países, y en su manejo son aplicables los equipos de construcción que se utilizan para cualquier agregado. En el Reino Unido se ha utilizado en capas de bases y pavimentos asfálticos, las calles del norte de Londres y áreas alrededor de Coventry y Birmingham han sido pavimentadas con escoria durante más de 50 años. En Estados Unidos la experiencia supera los cuarenta años, cabe citar que debido a los buenos resultados con el uso del agregado, las autoridades aeronáuticas, hace varios años autorizaron la utilización de 750,000 toneladas de escoria de acería para la base de la pista de aterrizaje del aeropuerto internacional de Pittsburg, el que ha cumplido su función desde entonces. Son también utilizadas frecuentemente en Australia, Japón, India, México, Brasil, Chile y algunos países europeos. En Brasil la pavimentación de la nueva ciudad de Mogi das Cruces, Sao Paulo, se hizo enteramente con escoria de acería, con excelentes resultados. La Br381, una de las carreteras más transitadas del país, fue asfaltada en gran parte con escoria. En el sur de Chile, carreteras que tienen que soportar el gran peso por eje de camiones que sirven a la industria maderera, están usando escoria en las bases.

12

PÉREZ S, Edgar G. Tesis. Evaluación de la escoria de horno como agregado en mezclas asfálticas. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Guatemala. 2008.

33

Además del uso en mezclas asfálticas, la escoria se aplica extensamente como riego de sello en obras de tratamiento superficial. 1.4.3. Ventajas y desventajas del uso de escoria en proyectos viales: El uso de escoria en mezclas asfálticas brinda a los pavimentos características que mejoran su desempeño con respecto a los elaborados con materiales tradicionales, algunas de estas características son las siguientes:

Ventajas 1. Alta resistencia al deslizamiento a lo largo de su vida de servicio 2. Permanencia en color de la mezcla a través del tiempo lo cual garantiza mejor

visibilidad de la señalización horizontal 3. Mayor retención de temperatura de la mezcla, significa que pueden lograrse

menores mezclas con temperatura inicial en el caso de grandes distancias de acarreo. Esta propiedad también ayuda a la trabajabilidad de la mezcla durante su colocación, ya que alarga los períodos de compactación

4. Estabilidad MARSHALL elevada, presentando menores posibilidades fallas por ahuellamientos

5. Excelentes propiedades de afinidad con el cemento asfáltico, lo cual significa muy poca “denudación de la mezcla” ante los efectos del clima y tráfico.

6. El bajo costo de la escoria la hace competitiva ante las mezclas convencionales, aun cuando su mayor peso unitario actúa en su contra.

Desventajas 1. Su alto valor de peso unitario en estado suelto y al ser compactada como

mezcla asfáltica pueden incidir en el costo adicional en el transporte y en el valor de mezcla asfáltica por m².

2. Algunos contratistas han esgrimido que por provenir del acero, ocasiona un desgaste más rápido de los elementos de trabajo, ésto no ha sido tomado en cuenta ya que no se ha registrado esta diferencia.

1.5. GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL FILLER 1.5.1. Definición del fíller13: Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como polvo mineral, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #200 (0.075 mm) y que se obtiene por el tratamiento de los materiales de los

13

REYES N, Carlos Alberto. Tesis. Estudio del comportamiento del mástico asfáltico con diferentes tipos de fíller de la región de Morelia, cal y cemento, mediante el método UCL. Universidad Michoacana de San Nicolás De Hidalgo. Facultad de Ingeniería Civil. Morelia, México. 2011.

34

que provienen. Según la normativa Europea UNEEN 933-2., se define como polvo mineral, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz 0.063 mm. En general los filleres son sustancias finamente divididas, las cuales son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en él, como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. El fíller o polvo mineral de aportación es un producto comercial de naturaleza pulverulenta (cemento normalmente o cenizas volantes de central térmica) o un polvo en general calizo, especialmente preparado para utilizarlo en el mástico para mezclas asfálticas. Cuando se trata de un producto comercial, se garantiza perfectamente su control y se conocen sus propiedades tanto físicas como químicas y su futuro comportamiento en la mezcla. Cuando se utiliza el otro tipo de fíller, (de recuperación), que es aquel que se obtiene de las plantas asfálticas, no se sabe exactamente cuáles son sus componentes y en ocasiones varía su composición con el tiempo y puede estar o no, dentro de las normativas, debido a que es un residuo. 1.5.2. Características deseables o de mayor interés acerca del polvo mineral

(fíller)

Finura: Al ocupar parcialmente los espacios libres dejados por la estructura granular compactada y conformada por las partículas mayores, reduce el volumen de vacíos de la mezcla evitando un aumento pronunciado de la cantidad de ligante asfáltico. El polvo mineral consigue cumplir con su función rellenadora, dependiendo del volumen de vacíos existente una vez que se haya compactado la estructura granular y en función de la granulometría y de las partículas de mayor tamaño.

Modificación del comportamiento reológico: El empleo del polvo mineral, incrementa la magnitud de la resistencia a la deformación de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del ligante, originando como consecuencia un aumento de la resistencia al corte de las mezclas asfálticas.

Acción estabilizante frente al agua: Se incrementa la durabilidad de las mezclas asfálticas frente a la acción del agua debido a que se reduce parcialmente la porosidad de la estructura granular evitando el acceso del agua al interior, y por otro lado debido a que algunos polvos minerales presentan una mayor afinidad con el ligante asfáltico, mejoran la resistencia a la acción de desplazamiento que ejerce el agua sobre el ligante asfáltico. Las características de finura y comportamiento reológico están vinculadas al tamaño y forma de las partículas. La acción estabilizante frente al agua depende además del tamaño y forma de las partículas, de la composición química del llenante mineral. Las

35

funciones del polvo mineral no pueden apartarse del contenido y consistencia del ligante asfáltico en la mezcla. 1.5.3. Propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas: En la interface fíller-asfalto y en el comportamiento de la mezcla asfáltica, tienen que ver las propiedades físicas y químicas tanto como las características geométricas, propiedades de superficie, adsorción, adhesión, etc. La irregularidad geométrica (forma, angulosidad y textura de superficie), es uno de los aspectos más importantes en el papel del fíller dentro de la mezcla. La irregularidad geométrica afecta directamente el contenido óptimo de asfalto en la mezcla, a las características de interface del mástico y a su comportamiento reológico. Todos estos aspectos influyen directamente en el comportamiento estructural y mecánico de las mezclas. En el comportamiento y durabilidad de las mezclas asfálticas, el factor más significativo es la intensidad de adsorción. En los sistemas fíller–asfalto, existe adsorción entre un sólido y una fase viscosa, los factores que influyen más en el mecanismo de adsorción son la composición del asfalto y las propiedades del fíller, es decir, su composición mineralógica, sus características estructurales, la textura superficial y la superficie específica, el tipo de adsorción depende del tipo de fíller principalmente. El efecto que se logra en un pavimento a partir de la utilización de un fíller activo en la dosificación de la mezcla asfáltica, es que aumenta considerablemente su durabilidad. Existen filleres activos como cal hidratada y dolomítica que suelen mantener su resistencia en períodos de tiempo largos de tiempo en condiciones de contenido óptimo de asfalto, mientras que los filleres no activos como basaltos y areniscas suelen deteriorarse rápidamente, también bajo condiciones de contenido óptimo de asfalto. El contenido de asfalto tiene sus repercusiones en la durabilidad de una mezcla, se sabe que un incremento en el contenido de asfalto tiene un efecto favorable significativo en la durabilidad de los pavimentos, este efecto se debe principalmente, a que las capas de asfalto que recubren los agregados son más gruesas y a la reducción en el volumen de huecos, que hace disminuir la penetración del agua a las capas. La mejora en la durabilidad con el incremento de contenido de asfalto no es uniforme debido a que depende del tipo de fíller involucrado en la mezcla. Las propiedades de los filleres tienen un efecto muy importante en la durabilidad potencial de las mezclas asfálticas, el efecto del fíller suele manifestarse, si es activo suele mantener resistencia por más tiempo que si no es activo.

36

La durabilidad potencial de la mezcla asfáltica suele mejorar con un incremento en el contenido de asfalto por encima del óptimo básico, es decir las condiciones óptimas de durabilidad se obtienen para contenidos de asfalto superiores al óptimo convencional, en este caso las muestras con filleres no activos resultan ser más sensibles al contenido de asfalto que en aquellas que contienen filleres activos. 1.5.4. Mezclas asfálticas adicionadas con cal hidratada y cemento14: Los fillers son sustancias finamente divididas las cuales son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en él, como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. Típicos fillers minerales: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible pulverizada, talco, sílice, etc. El efecto general de la adicción de fillers es endurecer el asfalto. En términos prácticos significa que existirá una reducción en su deformación o fluencia producida por una carga, un incremento en su punto de ablandamiento, una reducción de su penetración y un incremento en el stiffness. La propiedad de endurecimiento o stiffness depende de la cantidad de fíller agregado o del tamaño de la partícula así como de la forma de la misma. Para fillers normales, el efecto del fíller sobre la penetración y el punto de ablandamiento del asfalto son proporcionales a la concentración del fíller para concentraciones de hasta un 40% del fíller/asfalto. Mezclas de asfalto/fíller deben mantenerse en proceso de mezcla inmediatamente de su utilización para prevenir la sedimentación del fíller. 1.5.5. Elección de fillers: Los siguientes factores deben ser considerados:

Fillers de asbestos no son adecuados para aplicaciones en la cual la mezcla es utilizada como un sellante o un protector en continuo contacto con un líquido, debido a que las fibras de asbesto pueden transportar el líquido a través del asfalto.

Fillers que pueden absorber agua no deben ser utilizados cuando el asfalto está en contacto con el agua.

Si el asfalto va a ser utilizado como un protectivo resistente a los ácidos, los fillers deben ser sílices.

El uso de cal como fíller mejora la adhesión del asfalto a las superficies minerales (piedra, vidrio, etc.) en presencia de agua.

1.5.6. Beneficios del cemento en la mezcla

14

QUINTERO F, Juan David, GARCÍA M, Helber. Tesis. Comportamiento mecánico de mezclas asfálticas tipo mdc-2 sometidas al efecto del envejecimiento adicionadas con cal y/o cemento. universidad de Medellín. Facultad de Ingenierías. Medellín, Colombia. 2007.

37

Reduce el daño por humedad y stripping debido a la sensibilidad a la humedad de los agregados pétreos.

Reduce el contenido de asfalto de diseño u óptimo.

Tiene un mayor poder espesante, particularmente importante para obtener un elevado cuerpo de película de ligante y para mejorar de adherencia.

Mejora la rugosidad y la resistencia a la fatiga a bajas temperaturas.

Reduce el envejecimiento del ligante asfáltico.

Incrementa la estabilidad y la durabilidad de la mezcla. 1.5.7. Como afecta el cemento el rendimiento a largo plazo del pavimento: Los principales tipos de daños en pavimentos asfálticos relacionados con las propiedades reológicas del ligante asfáltico son: stripping, ahuellamiento y fisuramiento. El cemento es muy efectivo en la prevención de los daños por humedad y el stripping, además de reducir la cantidad y severidad del fisuramiento y ahuellamiento. Este material incrementa la resistencia al ahuellamiento porque produce una mezcla bastante fuerte, demostrado por su alto módulo dinámico. Las mezclas que poseen altos módulos dinámicos se deformarán menos, por lo tanto existirá una menor deformación en las capas asfálticas, reducirá la deformación no recuperable en la fundación de las capas por reducción de los esfuerzos verticales, dando como resultado también la disminución del ahuellamiento de la parte inferior de las capas. 1.6. MÉTODO MARSHALL 1.6.1. Metodología15: Es aplicable a mezclas asfálticas en caliente para pavimentación que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm (1”) o menor. El método modificado se desarrolló para tamaños máximo arriba de 38 mm (1.5”). Está pensado para diseño en laboratorio y control de campo de mezclas asfálticas en caliente con graduación densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estándar. El método MARSHALL utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de asfalto – agregado.

15 GARNICA ANGUAS, Paul, et al. Aspectos del diseño volumétrico de mezclas asfálticas. Método de diseño

MARSHALL. Publicación Técnica: 246 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2004. ISSN 0188-7297.

38

(INV E – 748.07). Los dos aspectos principales del método de diseño son, la densidad-análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes compactados. 1.6.2. Propósito16: El diseño de mezclas asfálticas de pavimentación consiste, en gran parte en seleccionar y proporcionar materiales para obtener las propiedades deseadas, en el pavimento terminado. El objetivo general del procedimiento de diseño consiste en determinar una combinación y graduación económica de agregados (dentro de los límites de las especificaciones del proyecto) y asfalto que produzca una mezcla con:

Suficiente asfalto para garantizar un pavimento durable.

Adecuada estabilidad para que satisfaga las demandas de tránsito sin producir deformación o desplazamiento.

Un contenido de vacíos lo suficiente alto para permitir una ligera cantidad de compactación adicional bajo las cargas de tránsito, sin que se produzca exudación o pérdida de estabilidad, y todavía lo suficientemente bajo para no dejar penetrar los efectos dañinos del aire y el agua.

Suficiente trabajabilidad para permitir una colocación eficiente sin segregación. 1.6.3. Importancia17: El contenido de asfalto en un concreto asfáltico, tiene una influencia determinante en la estabilidad y durabilidad de los pavimentos. El diseño sirve para garantizar una suficiente estabilidad para satisfacer las exigencias del servicio sin deslizamientos o distorsiones. En el diseño de mezclas asfálticas se debe de determinar la cantidad necesaria y suficiente de asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que resulte del descubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada. 1.6.4. Variables

Estabilidad o resistencia mecánica

Deformación o flujo

Densidad (peso específico bulk)

Porcentaje de vacíos en la mezcla

16

PÉREZ S, Edgar Gustavo. Tesis. Evaluación de la escoria de horno como agregado en mezclas asfálticas. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Guatemala. 2008. 17

PÉREZ BUITRAGO, Gonzalo. Materiales para ingeniería. Apuntes de clase. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Transporte y Vías, 2008

39

Porcentaje de vacíos en los agregados minerales

Porcentaje de vacíos llenos de asfalto 1.6.5. El procedimiento del método de diseño: El ingeniero Gonzalo Pérez (UPTC 2008), fórmula el método MARSHALL en diez pasos consecutivos, los cuales se muestran a continuación, además como el alquitrán es un producto bituminoso de bajo punto de llama se tuvo que utilizar el método modificado por la universidad de ILLINOIS: 1. Preparación del equipo para el ensayo: Consiste en la adecuación de cada uno de los implementos utilizados en el desarrollo del método. Algunos de ellos son: Hornos, Equipo compactador y extractor de muestras, Prensa MARSHALL, entre otros. 2. Análisis de los materiales a emplear: Es la caracterización geotécnica de los materiales a emplear en la mezcla asfáltica. Se determina mediante los siguientes ensayos de laboratorio: 2.1. Para los Agregados

Granulometría (Norma INV E-213-07) (ASTM C-136 – 01)

Índice de alargamiento (Norma INV E-230-07)

Índice de aplanamiento (Norma INV E-230-07)

Pulimento acelerado (Norma INV E-232-07) (UNE 146130 : 2000)

Limpieza superficial (Norma INV E-237-07) (UNE 14613 : 2000)

Plasticidad (Norma INV E-126-07) (ASTM D 4318-00)

Desgaste (Norma INV E-219-07) (ASTM C 535 – 01)

Peso Específico (Norma INV E-217-07) (ASTM C 29/C 29M – 97)

Equivalente de arena (Norma INV E-133-07) (ASTM D 2419 – 95)

Caras fracturadas (Norma INV E-227-07) (ASTM D 5821 – 01)

Sanidad y Solidez (Norma INV E-220-07) (ASTM C 88 – 99ª) 2.2. Para el Asfalto

Penetración (Norma INV E-706-07) (ASTM D 5 – 97)

Viscosidad (Norma INV E-714-07) (ASTM D 88 – 94 (1999))

Solubilidad (Norma INV E-713-07) (ASTM D 2042 – 01)

Curva Reológica (Norma INV E-750-07)

Pruebas Envejecimiento (Norma INV E-751-07) (AASHTO R 28 – 02

Peso Específico (Norma INV E-707-07) (ASTM D 70 – 03)

Solubilidad (Norma INV E-713-07) (ASTM D 2042 – 01)

Ductilidad (Norma INV E-702-07) (ASTM D 113)

40

Punto de ignición y Punto de llama (Norma INV E-709-07) (ASTM D 92 – 02b)

Índice de Penetración (Norma INV E-724-07) (UNE EN 12591 – 1999) Cada uno de los ensayos mencionados previamente, se rigen por las normas de ensayo para los materiales de laboratorio del INVÍAS (2007). 3. Estudio granulométrico de los agregados: Consiste en determinar si la gradación de los materiales pétreos empleados en el método, se ajustan a la especificación INV-C-450-2007 del INVÍAS. El rango de gradación de la especificación varía de acuerdo al tipo de mezcla asfáltica a diseñar. 4. Fabricación de las briquetas: Se deben elaborar briquetas de 2½ pulgadas de altura por 4 pulgadas de diámetro. El método propone la elaboración de 3 briquetas para cada uno de los 5 contenidos de asfalto, realizando el siguiente procedimiento:

Separación de los agregados por los diferentes tamices o en el número de acopios de agregados disponibles en la planta asfáltica.

Determinación del peso de los agregados separados.

Elevación de la temperatura de los agregados entre 40ºC y 50ºC.

Elevación de la temperatura del cemento asfáltico a la obtenida en la curva reológica, para este caso a 50°c.

Mezcla de los agregados y del cemento asfáltico con una temperatura media de mezclado entre 40°C a 50°C.

Calentamiento de los moldes, en los cuales va a colocar la mezcla.

Colocación de papel parafinado en el molde.

Colocación de la mezcla dentro del molde.

Acomodación de la mezcla dentro del molde mediante un punzón.

Aplicación de golpes por cara a cada mezcla. El número de golpes a aplicar, va en función del tipo de tráfico que se desea simular en la mezcla, para éste caso 75 golpes por cara.

Reposo de la mezclas en su respectivo molde.

Identificación de las briquetas (Enumeración).

Medición de los espesores de las briquetas. 5. Determinación de la Densidad bulk (Gmb): El peso específico “bulk” de una briqueta compactada, es la relación entre su peso al aire y su volumen, incluyendo los vacíos permeables. Se puede determinar así:

Si se utilizan briquetas parafinadas (briquetas con textura abierta)

41

Ecuación 1

(

)

Si las briquetas tienen textura superficial cerrada no es necesario parafina Ecuación 2

Dónde: Wa =Peso del aire de la probeta sin parafina. Wap =Peso del aire de la probeta parafinada. Wwp =Peso en el agua de la probeta parafinada. Gp =Peso específico de la parafina. (0.92 gr/cm3) Ww =Peso de la probeta en el agua. Wsss =Peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca. 6. Medición de la estabilidad y el flujo: Para realizar el procedimiento de determinación de estabilidad y flujo de una mezcla asfáltica, es necesario sumergir durante 30 – 40 minutos los especímenes en un baño de agua a 25º C, posteriormente se montan en el aparato o pedestal MARSHALL y se procede a aplicar la carga. La estabilidad de la probeta de ensayo es la carga máxima en que ésta alcanza a 25°C y el flujo es la deformación, en milímetros, que ocurre desde el instante que se aplica la carga hasta lograr la falla de la probeta. 7. Determinación del peso específico máximo teórico Gmm (INV-E-735-07): Se debe aplicar el siguiente procedimiento:

Pesar mezcla asfáltica suelta.

Pesar matraz a utilizar.

Pesar matraz con agua destilada hasta la marca de aforo.

Pesar mezcla asfáltica en el matraz con agua.

Realizar la extracción manual o mecánica de los vacíos de la mezcla.

Tomar la temperatura de la mezcla dentro del matraz con agua. Por cada % de asfalto se realiza un ensayo de Gmm de una mezcla sin vacíos con aire (sin compactar). Este valor se requiere para conocer el volumen de asfalto

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absorbido por los agregados y el volumen real de vacíos que tendrá la mezcla una vez compactada. Se puede determinar así: Ecuación 3

( )

Dónde: A =Peso mezcla asfáltica suelta. B =Peso del matraz + mezcla asfáltica + agua hasta la marca de aforo. C =Peso del matraz + agua hasta la marca de aforo. 8. Análisis de densidad y vacíos: Cálculos a realizar:

Pesos específicos bulk de los materiales: a. Peso específico bulk del agregado grueso GG : Ecuación 4

b. Peso específico aparente del agregado grueso Gag Ecuación 5

Dónde: A =Peso en el aire de la muestra seca [(peso del platón + muestra seca) –

(peso del platón)]. B =Peso de la muestra saturada superficialmente seca. C =Peso en el agua de la muestra [(peso de la canastilla + material) – (peso

canastilla)]. c. Peso específico bulk del agregado fino Gf :

43

Ecuación 6

d. Peso específico aparente del agregado fino Gaf Ecuación 7

Dónde: A = Peso al aire de la muestra seca. B = Peso del picnómetro aforado lleno de agua. C = Peso del picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua. S =Peso de la muestra saturada superficialmente seca. e. Peso específico bulk de la combinación de agregados: Ecuación 8

*

+

Dónde: Ai =Porcentaje del agregado i según dosificación. Gi = Peso específico bulk del agregado i. f. Peso Específico Máximo Teórico: en el MARSHALL tradicional se realiza un ensayo de Gmm para cada porcentaje de asfalto y se aplica el método de James Rice Ecuación 9

*

+

Dónde:

=Porcentaje de agregados en la mezcla.

=Peso específico efectivo de los agregados en la mezcla.

44

Pb =Porcentaje del cemento asfáltico en la mezcla. Gb =Peso específico del cemento asfáltico en la mezcla. g. Peso específico del cemento asfáltico: Ecuación 10

( )

Dónde: A =Peso al aire de la muestra de asfalto B =Peso del lastre sumergido C =Peso del lastre con la muestra de asfalto sumergida

Porosidad de los agregados en la mezcla asfáltica: a. Gravedad específica efectiva de los agregados Ecuación 11

Dónde: Gmm =Peso específico máximo teórico Gb =Gravedad específica del asfalto Pb =Porcentaje de asfalto Nota: Desde el punto de vista práctico para el diseño MARSHALL la gravedad especifica efectiva (Gse), basada en la gravedad especifica máxima medida (Rice- Gmm) de la mezcla, puede considerarse constante ya que le variación del contenido de asfalto en la mezcla no hace variar significativamente el porcentaje de absorción del asfalto, dentro del rango de un diseño de mezcla (± 2%Pb). Considerando que se obtiene la mejor exactitud con mezclas cercanas al contenido óptimo de asfalto. Entonces la gravedad específica efectiva obtenida se usa para determinar la gravedad específica máxima teórica de las mezclas para diferentes contenidos de asfalto con el uso de la ecuación 7.18

18

GARBER, Nicholas y HOEL Lester. Ingeniería de Transito y Carreteras, 3 ed. México D.F THOMSON, 2002.

45

b. Asfalto absorbido como porcentaje del peso de agregado: Ecuación 12

( )

c. % de volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la briqueta: Ecuación 13

d. % de volumen de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta: Ecuación 14

[

]

e. Volumen de asfalto efectivo cómo % del volumen total de la probeta: Ecuación 15

( )

f. % de vacíos minerales en la mezcla compacta: Ecuación 16

g. Contenido de asfalto efectivo con respecto al peso de la mezcla: Ecuación 17

( )

Dónde: Aa= Volumen de vacíos con aire en la mezcla

46

Muchas de las expresiones mostradas anteriormente, fueron deducidas a partir de diagramas de fases (Figura 1 y 2). Figura 1. Diagramas de fases ensayo MARSHALL tradicional

NOTA: Se supone que todos los poros permeables se llenan de asfalto Figura 2. Diagramas de fases ensayo MARSHALL actualizado según INVÍAS (INV.E 799 – 07)

Fuente: Apuntes de la asignatura Materiales para Ingeniería, Ingeniero Gonzalo Pérez Buitrago 2008.

Fuente: Apuntes de la asignatura Materiales para Ingeniería, Ingeniero Gonzalo Pérez Buitrago 2008.

47

NOTA: Se supone que no todos los poros permeables se llenan de asfalto. De las figuras anteriores se definen los siguientes parámetros

Definiciones de volumen: Vmb =Volumen total de la muestra Va =Volumen de aire Vb =Volumen de asfalto Vsb =Volumen del agregado y asfalto absorbido Vse =Volumen efectivo de los agregados Vba =Volumen absorbido de asfalto Vbe =Volumen efectivo de asfalto Vpna =Volumen de los poros no llenos de asfalto

Definiciones de peso: Pmb =Peso total de la muestra Pa =Peso del Aire (Despreciable) Pb =Peso del asfalto Ps =Peso del agregado Pbe =Peso efectivo de asfalto Pba =Peso absorbido de asfalto

9. Determinación del porcentaje óptimo de asfalto: Los datos de los resultados de ensayos y de los cálculos de análisis de densidad y vacíos se deben registrar en el formato respectivo. A partir de allí, se grafican los valores de % de asfalto ensayados con cada uno de los valores promedios obtenidos de las variables de diseño:

Densidad bulk

Estabilidad

Flujo

% Vacíos con aire

% Vacíos en los agregados minerales

% Vacíos llenos de asfalto Inicialmente se calcula el promedio de los siguientes valores: 1. El que corresponda a la máxima densidad bulk. 2. El que corresponda a la estabilidad máxima. 3. El que corresponda al valor medio del % de vacíos con aire permitido por las especificaciones.

48

Con el valor promedio de % de asfalto, verificar que se cumplen las especificaciones para los valores correspondientes de flujo, estabilidad y vacíos en los agregados minerales (INV – C – 450 - 07). En el caso que no sea así se deben hacer los ajustes correspondientes. 10. Definición de la fórmula de trabajo: En dicha fórmula se consigna la granulometría de cada uno de los agregados pétreos y las proporciones en ellos que deben mezclarse, junto con el llenante mineral, para obtener la gradación aprobada. En el caso de mezclas y lechadas asfálticas deben indicarse, el porcentaje de ligante bituminoso en relación con el peso de la mezcla, y el porcentaje de aditivo, respecto al peso del ligante asfáltico (si éste último es necesario). En el caso de mezclas en caliente también deben señalarse:

Los tiempos requeridos para la mezcla de agregados en seco y para la mezcla de los agregados con el ligante bituminoso.

Las temperaturas máximas y mínimas de calentamiento previo de la mezcla entre agregados y ligante. No se debe introducir en el mezclador agregados pétreos a una temperatura que sea superior a la del ligante en más de quince grados Celsius (15ºC).

Las temperaturas máximas y mínimas al salir del mezclador. La temperatura máxima no deberá exceder de cincuenta grados Celsius (50ºC) para el caso de mezclas bituminosas con alquitrán.

La temperatura mínima de la mezcla en la descarga de los elementos de transporte.

La temperatura mínima de la mezcla al inicio y terminación de la compactación. De acuerdo al criterio de diseño MARSHALL del Instituto del Asfalto (USA), la determinación del contenido de asfalto óptimo se basa principalmente en los vacíos de la mezcla. El contenido óptimo de asfalto debe ser tal que los vacíos en la mezcla compactada sean de 3 % a 5 %, basados en numerosas investigaciones que muestran el desempeño de la mezcla, y que cumplen condiciones específicas según el tipo de tránsito con respecto a:

Estabilidad y flujo, para asegurar que la mezcla no sufrirá deformación.

Vacíos en el agregado mineral, para asegurar suficiente espacio en el agregado para almacenar asfalto.

Vacíos llenos de asfalto, para asegurar la durabilidad de la mezcla. El proceso de densificación de la mezcla depende del tipo de cemento asfáltico usado, nivel de tránsito, condiciones climáticas, granulometría y propiedades del agregado.

49

La tasa de densificación decrece con el tiempo, ya que a medida que la mezcla se compacta se va haciendo más difícil aumentar la densidad, por lo tanto, el contenido inicial de vacíos en la mezcla (mezcla recién compactada) debe estar alrededor del 4%. El contenido de éstos en las mezclas se deben controlar debido a que vacíos llenos de aire en la mezcla inferiores al 3 % tienden a producir inestabilidad y exudación, mientras que mayores al 5 % producen mezclas permeables al aire y agua, por lo que son propensas a sufrir envejecimiento prematuro y posterior desintegración. 1.6.6. Especificaciones de la metodología Cuadro 1. Criterios de diseño de la mezcla asfáltica en caliente por el método MARSHALL

Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, INVÍAS. Especificaciones de construcción de carreteras. Bogotá: 2007. INV-C-450-07

50

1.7. MÉTODO RAMCODES19 1.7.1. Definición de RAMCODES: El método RAMCODES, acrónimo de RAtional Methodology for COmpacted geomaterial’s DEnsification and Strenght analysis desarrollada por F.J. Sánchez-Leal, es una metodología basada en experimentos factoriales y en la experiencia práctica de diseño y control, para análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados. El objetivo de RAMCODES es el de establecer un puente confiable entre la teoría y la práctica en el proceso de diseño y control de colocación de geomateriales compactados. RAMCODES también ha demostrado tener aplicación exitosa en el control de la variación en el diseño, producción y colocación de mezclas asfálticas. 1.7.2. RAMCODES en mezclas asfálticas: En primer lugar, en el diseño de la mezcla asfáltica, el análisis de vacíos, ésto es, vacíos de aire (Vv), vacíos en el agregado mineral (VMA), y los vacíos llenados con asfalto (VFA), ha sido relacionado con el comportamiento de la mezcla compactada. Por ejemplo, una mezcla compactada con alto Vv podría acelerar la oxidación y el envejecimiento del ligante; una mezcla compactada con VMA por abajo o por encima de los límites de especificación hace al material más propenso a las deformaciones por ahuellamientos o roderas; una mezcla compactada con alto VFA podría producir exudación del ligante, y si quedara con bajo VFA no se garantizaría un adecuado recubrimiento de los agregados. A parte de los requisitos de vacíos, la mezcla asfáltica es también exigida a cumplir requisitos de propiedades mecánicas tales como la estabilidad y el flujo (i.e. diseño MARSHALL) en especímenes elaborados con métodos de compactación dinámica, o tales como estabilidad retenida (i.e. SHRP, Superpave) en especímenes preparados bajo energía de compactación por amasado giratorio, la cual se ha referido como la más representativa de las condiciones reales de colocación de campo. El procedimiento de diseño de mezclas resulta en el establecimiento de un contenido de asfalto óptimo (%Pb Opt), que es la parte fundamental de la “fórmula de trabajo”, con la que se proporciona en planta, y sirve como parámetro de referencia de control. Los rangos típicos de variación aceptables para Pb Opt han sido establecidos en ±0.30% y ±0.45%. Los siguientes son los dos criterios más comunes para el control de calidad de compactación. Criterio A: el nivel de densidad mínimo permitido es 97% de la

19

SANCHEZ LEAL, Freddy J, et al. RAMCODES: Metodología racional para el análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados. Descripción de la metodología y campo de aplicación. Publicación Técnica 200 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2002. ISSN 0188-7297.

51

densidad de laboratorio. Criterio B: el nivel mínimo de densidad permitido es del 92% de la densidad máxima teórica (i.e. RICE). Sánchez-Leal, F.J. (2002c), sin embargo, ha afirmado que los criterios de diseño y de control de campo explicados arriba están divorciados entre sí, y que esta incoherencia podría conducir a aceptar estados en la mezcla compactada en campo que no cumplen con el diseño de mezclas, lo cual podría disminuir la vida útil de la mezcla compactada, o lo que es más, podría provocar su falla. RAMCODES no sólo demuestra esta incoherencia y permite cuantificar el significado de la misma en términos de análisis de vacíos y propiedades mecánicas, sino que también previene contra esta situación y sus consecuencias. En la experiencia práctica, RAMCODES ha demostrado ser una poderosa herramienta para el diseño, control y análisis de mezclas asfálticas compactadas dado que permite entrelazar la teoría y la práctica de una manera sencilla y eficiente. 1.7.3. Aplicaciones de la metodología20: RAMCODES está basado en un experimento factorial de dos niveles o factores, a saber: el contenido de asfalto (CA) y la gravedad específica neta o bulk de la mezcla asfáltica (Gmb). Como geomaterial, el comportamiento de resistencia y deformabilidad de una mezcla asfáltica puede ser estudiado bajo la concepción de Coulomb de cohesión y fricción. La gravedad específica neta de la mezcla asfáltica, Gmb es una medida directa de la fricción o trabazón entre partículas; y CA es una medida de la cohesión. Esta concepción permite una ventaja práctica dado que CA y Gmb son variables comúnmente utilizadas en el control de compactación de campo. 1.7.3.1. El polígono de vacíos: RAMCODES liga racionalmente las especificaciones de diseño con los criterios de control en campo mediante la implementación de un “polígono de vacíos” que define un área donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos (Va, VAM, VFA). Los vacíos son función del %Pb y del Gmb y se representan en mapas como isolíneas para los valores permitidos, la intersección de estas líneas produce una construcción gráfica en el espacio %Pb-Gmb, que da lugar al polígono, al igual se deben conocer los valores de Gmm, Gmb de la mezcla y Gse, Gsb de los agregados, definiendo las ecuaciones de Gmb en función del peso específico, parámetros de vacíos y porcentaje de bitumen. De esta forma RAMCODES demuestra que teóricamente se puede obtener un porcentaje de bitumen de la mezcla para que cumplan requisitos de vacíos si se conocen las gravedades específicas de los agregados y la mezcla, luego se fabrican las briquetas para verificar estabilidad y flujo.

20 DELGADO ALAMILLA, Horacio, et al. Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la

mezcla asfáltica. Metodología RAMCODES en las mezclas asfálticas. Publicación Técnica 299 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2006. ISSN 0188-7297.

52

Las expresiones que se emplean para el trazo de las isolíneas en el espacio Gmb-CA se muestran a continuación: Ecuación 18

(

)

Ecuación 19

( )

Ecuación 20

( )

Despejando el Gmb de las ecuaciones 18 y 19, se tiene: Ecuación 21

(

) ( )

Ecuación 22

(

) ( )

Sustituyendo las ecuaciones 18 y 19 en la ecuación 20, se tiene: Ecuación 23

(

)

( )

Despejando Gmb de la ecuación 23, obtenemos

53

Ecuación 24

( )

Dónde: CA =Porcentaje de cemento asfáltico con respecto a la mezcla total Gmb =Gravedad específica neta o bulk de la mezcla asfáltica compactada Va =Porcentaje de vacíos de aire VAM =Vacíos de aire en el agregado mineral VAF =Vacíos de aire llenos de asfalto Gmm =Gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica Gsb =Gravedad específica bulk del agregado 1.8. MARSHALL ACELERADO POR RAMCODES 1.8.1. Generalidades: El MARSHALL acelerado por RAMCODES es una aplicación elaborada para el diseño rápido del procedimiento MARSHALL tradicional el cual liga racionalmente las especificaciones de diseño con los criterios de control en campo mediante la implementación de un “polígono de vacíos” que define un área donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos (VAM, %VAF y % VA). Los vacíos están en función del contenido de asfalto (%Pb) y densidad bulk (Gmb) y se representan en mapas como isolíneas, para los valores permitidos, la intersección de estas líneas produce una construcción gráfica en el espacio %Pb - Gmb, que da lugar al polígono el cual por medio de su centroide es posible matemáticamente la obtención de un contenido de asfalto que cumplan a la vez todas las especificaciones de vacíos de la mezcla21. Los siguientes pasos han sido propuestos para modificar o acelerar el procedimiento de diseño MARSHALL original22: 1. Determine la gravedad específica efectiva (Gse), la gravedad específica bulk

de la combinación de agregados (Gsb), y la gravedad específica aparente o nominal (Gsa) de la combinación de agregados seleccionada. Verifique que

21 DELGADO ALAMILLA, Horacio, et al. Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la

mezcla asfáltica. Metodología RAMCODES en las mezclas asfálticas. Publicación Técnica 299 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2006. ISSN 0188-7297. Citado SÁNCHEZ-LEAL, F. J. Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela: Solestudios C.A. 2008. 22

SÁNCHEZ-LEAL, F. J. Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela: Solestudios C.A. 2008.

54

Gsa>Gse>Gsb según las definiciones teóricas. Si no verifica, revise los ensayos correspondientes.

2. Obtenga matemáticamente del polígono de vacíos el contenido óptimo de

asfalto, tomando en cuenta las especificaciones y las gravedades específicas de la combinación de agregados. Para determinar el centroide del polígono de vacíos pueden ser fácilmente automatizados en una hoja electrónica convencional EXCEL o bien, se puede utilizar RAMSOFT.

3. Siguiendo las disposiciones del ensayo MARSHALL, mezcle la combinación de

agregados con el contenido óptimo de asfalto y compacte tres especímenes bajo la energía de compactación seleccionada. Determinar la estabilidad y el flujo. Promedie los resultados.

4. Verifique si el promedio de estabilidad y flujo de los especímenes cumplen con

las especificaciones. Si no verifica, entonces el intento falló. Seleccione otra combinación de agregados y vaya al paso 1.

Para poder determinar el polígono de vacíos de un material cualquiera se deben conocer los Parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica según especificaciones. El fin de los análisis volumétricos es la estimación del contenido de asfalto de la mezcla objeto del diseño: a) Estimación del contenido de vacíos de aire (Va) en la mezcla b) Estimación del contenido de vacíos en el agregado mineral (VAM) c) Estimación del contenido de vacíos llenos de asfalto (VFA) d) Relación polvo / asfalto efectivo. e) Estimación del contenido efectivo de asfalto de la mezcla. 1.8.2. Propiedades del ligante asfáltico

Gravedad específica del ligante asfáltico (Gb): Es la relación entre la masa de un volumen dado de ligante asfáltico y el peso de igual volumen de agua (INV.E - 707 – 07). Generalmente los valores se especifican entre 1.015 y 1.05.

55

1.8.3. Propiedades del agregado pétreo

Gravedad específica bulk (Gsb): Se determina midiendo la masa seca y el volumen neto de una muestra de agregados (INV.E – 222 y 223 – 07). El volumen bruto incluye el volumen del sólido del agregado más el volumen de poros permeables superficiales. El volumen neto se mide para la condición del agregado saturado y superficialmente seco (SSS).

Gravedad específica aparente (Gsa): Se obtiene midiendo la masa seca y el volumen aparente de la muestra del agregado (INV.E – 222 y 223 – 07). El volumen aparente sólo incluye el volumen del sólido del agregado y no incluye el volumen de los poros de la superficie. 1.8.4. Propiedades de la mezcla asfáltica

Gravedad específica efectiva (Gse): Se calcula usando la masa seca y volumen efectivo del agregado. El volumen efectivo incluye el volumen de los sólidos del agregado y el volumen de los poros permeables no llenos de asfalto. La gravedad específica efectiva del agregado no se mide directamente, a diferencia de las gravedades específicas neta y aparente. Esta se calcula conociendo la gravedad específica teórica máxima de la mezcla (Gmm) y el contenido de asfalto (Pb).

Gravedad específica bulk (Gmb): Como el modelo está compuesto de distintos materiales, la gravedad específica de la muestra compactada se llama gravedad específica bulk y corresponde a la densidad de la mezcla asfáltica compactada (INV.E – 733 y 734 – 07)

Gravedad específica teórica máxima (Gmm): Para un dado contenido de asfalto, la gravedad específica teórica máxima (Gmm) es la masa del agregado más asfalto dividido por el volumen de ambos componentes, sin incluir el volumen de los vacíos de aire. La gravedad específica teórica máxima es una propiedad muy útil porque se emplea como referencia para calcular otras importantes propiedades como el contenido de vacíos de aire (Va). El ensayo para determinar la Gmm se realiza a la mezcla asfáltica en su estado más suelto (INV.E – 735 – 07).

Contenido de asfalto (Pb): El contenido de asfalto es la concentración de masa de ligante asfáltico. Se expresa como porcentaje de la masa total de la mezcla o como porcentaje de la masa total de agregado. El contenido óptimo de asfalto en una mezcla depende en gran medida de las características del agregado como, la graduación y la absorción.

56

% AC Gmm

5.5 2.251

6.0 2.239

6.5 2.227

7.0 2.215

7.5 2.203

Las expresiones que se emplean para el trazo de las isolíneas en el espacio Gmb - %Pb para la obtención del polígono de vacíos son las siguientes:

Gravedad específica neta de la mezcla asfáltica compactada. (Ecuación 8)

Gravedad específica máxima teórica de la mezcla asfáltica en estado suelto (Gmm). (Ecuación 9)

Gravedad específica efectiva de los agregados. (Ecuación 11)

Líneas de vacíos de aire (Va) (Ecuación 21)

Líneas de vacíos en el agregado mineral (VAM) (Ecuación 22)

Líneas de vacíos llenados con asfalto (VFA) (Ecuación 24) Para efectos de representar gráficamente el polígono de vacíos primero se deben tomar en cuenta las especificaciones del diseño volumétrico de mezclas asfálticas. Adicionalmente se debe contar con los valores de Gsb (gravedad específica bulk de la mezcla de agregados), Gse (gravedad específica efectiva de la mezcla de agregados) para cada granulometría utilizada y Gb (gravedad especifica del ligante bituminoso). Para siguiente ejemplo se tomaron los datos correspondientes al diseño MARSHALL para la franja media (M2A) para este caso los datos son las siguientes: % Va: entre 3% - 5% % VFA: entre 65% - 80 % % VMA: entre 15% - 17% Gb =1.12 Gsb =2.358 Gse =2.391 Cuadro 2. Resultados del Gmm para los porcentajes de asfalto correspondientes (ecuación 9)

Fuente: Elaboración propia

57

% Pb VA% = 3 VA% = 5 VA% = 0

5,5 2,183 2,138 2,251

6 2,171 2,127 2,239

6,5 2,160 2,115 2,227

7 2,149 2,104 2,215

7,5 2,137 2,093 2,203

ESTIMACIÓN DE LAS LÍNEAS DE VACÍOS DE AIRE

Cuadro 3. Valores de Gmb para vacíos de aire de 0%, 3% y 5%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 21)

Figura 3. Representación de los vacíos de aire en la mezcla (Va)



58

% Pb VAM% = 15 VAM% = 17

5,5 2,121 2,071

6 2,132 2,082

6,5 2,144 2,093

7 2,155 2,104

7,5 2,167 2,116

ESTIMACIÓN DE LÍNEAS DE VAM

Cuadro 4. Valores de Gmb para vacíos en el agregado mineral de 15% y 17%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 22)

Figura 4. Representación de los vacíos en el agregado mineral (VMA).



59

% Pb VAF% = 65 VAF% = 80

5,5 2,138 2,197

6 2,116 2,180

6,5 2,095 2,163

7 2,074 2,147

7,5 2,053 2,131

ESTIMACIÓN DE LÍNEAS DE VAF

Cuadro 5. Valores de Gmb para vacíos llenados con asfalto de 65% y 80%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 24)

Figura 5. Representacion de los vacíos llenos de asfalto (VFA)



60

Figura 6. Representación de las líneas superpuestas de vacíos: %VAM, %VAF y %VA y obtención del polígono de vacíos

Figura 7. Representación del polígono de vacíos RAMCODES



61

Para encontrar las coordenadas del centroide del polígono de vacíos se haya el promedio de los porcentajes de asfaltos obtenidos para cada punto en las abscisas y el promedio de las gravedades específicas bulk de la mezcla obtenida para cada punto en las ordenadas con las siguientes expresiones: Ecuación 25

∑ ( )

Ecuación 26

∑ ( )

Dónde: Pb =Proporción del asfalto de cada vértice Gmb =Peso específico bulk de la muestra de cada vértice n =Número de datos De esta forma la construcción del polígono de vacíos es una herramienta poderosa para el control de ensayos debido a varios aspectos fundamentales como es el encontrar la fórmula de trabajo apropiada dentro de un rango óptimo cumpliendo con los criterios de control de campo para las especificaciones establecidas. En lo referente al rango óptimo de asfalto se puede determinar cuál es la variación de asfalto para ciertas características de las mezclas y no realizar pruebas con un valor fijo el cual en la mayoría de los casos cambia de acuerdo con las variaciones que presenta la granulometría en la dosificación de cada material.

62

NORMA ENSAYO

INV E-133-07Equivalente de arena

(ARENA)

INV E-218-07Desgaste en la máquina de

los ángeles (GRAVA)

INV E-227-07

Porcentaje de caras

fracturadas (2 caras)

(GRAVA)

INV E-230-07Índice de alargamiento

(GRAVA)

INV E-230-07Índice de aplanamiento

(GRAVA)

100% 60 % mín.

17.62%

23,92%

RESULTADO ESPECIFICACION

70%

16,64% 25 % máx.

2. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES Los materiales que constituyen una mezcla bituminosa deben ser sometidos a estudios rigurosos en los cuales se puedan establecer la aceptación y uso del material, por esta razón y debido a los diversos comportamientos de las mezclas bituminosas en condiciones de servicio es necesario saber la naturaleza así como el comportamiento físico de los agregados, de esta forma dentro de nuestro trabajo experimental se realizaron los procesos de laboratorio correspondientes a cada una de los agregados utilizados en el experimento, obteniendo valiosa información de las características físicas de los materiales, para analizar la influencia que estos producen al ser integrados en la mezcla bituminosa. De manera general el material de grava utilizado fue extraído de la cantera vía Sáchica (Boyacá), la escoria así como el alquitrán de hulla fueron suministrados por la Planta Siderúrgica de Acerías Paz del Rio S.A de Belencito (Boyacá) para su posterior utilización en el proyecto y siguiendo los criterios de control de calidad en laboratorio. 2.1. CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS En el cuadro 6, se ilustran los resultados de los ensayos realizados a los materiales granulares usados en el proyecto, los cuales fueron: agregado grueso (grava), agregado fino (arena y escoria) y como llenante mineral (cemento Portland), estos ensayos se hicieron teniendo en cuenta las normas de ensayo para materiales de carreteras del INVÍAS 2007, de manera que estos cumplieran las especificaciones de construcción del INVÍAS 2007. Cuadro 6. Caracterización de los agregados

63

NORMA ENSAYO

INV E-222-07 ESCORIA (Gsb)

INV E-222-07 ESCORIA (Gsb-sss)

INV E-222-07 ESCORIA (Gsa)

INV E-222-07 ARENA (Gsb)

INV E-222-07 ARENA (Gsb-sss)

INV E-222-07 ARENA (Gsa)

INV E-223-07 GRAVA (Gsb)

INV E-223-07 GRAVA (Gsb-sss)

INV E-223-07 GRAVA (Gsa)

INV E 307-07Densidad del Cemento

Portland

2.32%

6,94%

1.36%

1.36%

ABSORCIÓN

1.36%

2.53

2.23

2.26

2.30

2.44

3.1

2.32%

2.32%2.59

2.50

2.16

2.30

6,94%

6,94%

GRAVEDAD

ESPECÍFICA

RESULTADO

Continuación cuadro 6 NOTA: En el anexo A se enseñan los formatos correspondientes a la caracterización física de los materiales granulares.


64

19 12,5 9,5 4,75 2 0,43 0,18 0,0750,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,060,66

% P

ASA

TAMIZ (mm)

GRADACIÓN DE GRAVA% PASA Max Min

2.2. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Al observar el comportamiento de la curva granulométrica del agregado grueso, se determinó, que la gradación del material utilizado presenta algún porcentaje de partículas gruesas, comprendidas en la especificación exigida para una mezcla MDC – 2. De esta misma forma se comprobó que el coeficiente de uniformidad (Cu = 2.1) se encuentra por debajo de 4 establecido y el coeficiente de concavidad (Cc = 1.1) cumple con el requerimiento para las gravas (1 – 3), sin embargo se deben cumplir los dos criterios para ser considerado como material bien gradado, por esta razón se considera que este material es mal gradado debido a que existe uniformidad de tamaños. En cuanto al análisis granulométrico de la arena se define que es un material mal gradado, debido a que se lograron valores de Cu = 2.8 y Cc = 0.93, que no cumplen con los requerimientos exigidos para el agregado fino (Cu > 6 y Cc = 1 a 3), de tal manera se define que el agregado fino (arena) al igual que el agregado grueso presenta uniformidad de tamaños, considerándose como mal gradado. Por último, referente al análisis granulométrico de la escoria, se determinó que es un material mal gradado y a la vez es un material donde existe una gradación uniforme de tamaños, debido a que no cumple con uno de los criterios de uniformidad y concavidad para el agregado fino (Cu > 6 y Cc = 1 a 3) con valores de Cu = 4.1 y Cc = 1.27 respectivamente. Figura 8. Curva de gradación del agregado grueso (GRAVA)


65

19 12,5 9,5 4,75 2 0,43 0,18 0,0750,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,060,66

% P

ASA

TAMIZ (mm)

GRADACIÓN DE AGREGADO FINO ( ARENA )

% PASA Max Min

19 12,5 9,5 4,75 2 0,43 0,18 0,0750,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

% P

ASA

TAMIZ (mm)

GRADACIÓN DE AGREGADO FINO ( ESCORIA )% PASA Max Min

Figura 9. Curva de gradación del agregado fino (ARENA) Figura 10. Curva de gradación del agregado fino (ESCORIA)



66

COMPUESTO RESULTADO %

Al2 O2 14.84

CaO 42.48

Fe2O3 0.90

K2O 0.75

MgO 1.58

MnO 2.74

Na2O 0.24

S 0.75

SiO2 35.19

Zn 0.01

Basicidad 0.88

2.3. ANÁLISIS QUÍMICO DE LA ESCORIA En el cuadro 7 se resalta el análisis químico realizado a la escoria de Belencito, resultados suministrados por los laboratorios propios de la empresa siderúrgica Acerías Paz del Rio S.A. Es necesario hacer un análisis e interpretación más rigurosa a la escoria de tal forma que se puedan identificar los compuestos inestables y causantes de cambios volumétricos. Cuadro 7. Análisis químico de la escoria granulada de alto horno

2.4. ANÁLISIS DEL ALQUITRÁN DE HULLA El alquitrán de hulla empleado en el proyecto proviene de la planta siderúrgica de Acerías Paz del Rio S.A de Belencito - Nobsa, la cual se encarga de la producción de este subproducto, a través de la destilación de sustancias orgánicas. En el cuadro 8 se referencian los resultados del alquitrán, acorde a los ensayos exigidos para un material bituminoso por las especificaciones de construcción de carreteras del INVÍAS 2007, los cuales fueron tomados del proyecto de grado “Evaluación del comportamiento de mezclas bituminosas con alquitrán de hulla y escoria de Belencito” ejecutado por los estudiantes: Yahir Steven Pacheco Rojas y Yonny Daniel Duitama Iguera en el presente año, debido a que en este proyecto

Fuente: Departamento Laboratorios Acerías Paz del Río S.A.

67

NORMA ENSAYO

INV E-707-07

Gravedad específica de

materiales asfalticos sólidos y

semisólidos (Método del

picnómetro)

INV E-709-07

Punto de ignición y de llama

mediante la copa abierta de

Cleveland

INV E 714- 07 Viscosidad saybolt furol

INV E-723-07 Destilación de asfaltos líquidos

200 seg

2.2%

RESULTADO

1.12

70 - 80 °C

PROMEDIO

Humedad total % 2.88

Cenizas % 0.10

Insolubles en quinoleína % 2.00

Insolubles en tolueno % 3.00

Densidad a 15.5°c (gr/cm3) 1.20

ALQUITRÁN TANQUES COQUERÍA

ANÁLISIS

FISICOQUÍMICO

PARÁMETRO ANALIZADO

se empleó el mismo tipo de material bituminoso, proporcionado por la misma planta siderúrgica de Acerías Paz del Rio S.A. Cuadro 8. Caracterización del alquitrán de hulla de Belencito

En el cuadro 9 se muestran las propiedades físico – químicas del alquitrán de hulla de Belencito, al igual que la escoria, este resultados fueron proporcionados por la empresa siderúrgica de Acerías Paz del Rio. Cuadro 9. Propiedades físico – químicas del alquitrán Acerías Paz del Rio S.A.

Fuente: Proyecto de investigación: “Evaluación del comportamiento de mezclas bituminosas con alquitrán de hulla y escoria de Belencito”

Fuente: Departamento Laboratorios Acerías Paz del Río S.A.

68

3. EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS A continuación se presentan los resultados obtenidos mediante procesos de laboratorio en el diseño de las mezclas bituminosas, planteado para cada una de las metodologías establecidas en el diseño experimental (MARSHALL y RAMCODES), de esta manera se realizó un estudio comparativo enfocados en la eficiencia y calidad de ambas metodologías, examinando las ventajas y desventajas de cada una de ellas, al igual que su incidencia en la elaboración y comportamiento de las mezclas diseñadas. 3.1. DISEÑO EXPERIMENTAL A continuación se muestran resultados de las seis (6) distribuciones granulométricas con sus respectivas dosificaciones, de acuerdo a la ubicación en la banda granulométrica especificada, en este caso la MDC-2, escogida para el proceso en los ensayos de laboratorio, paralelamente se realizó una caracterización individual de los materiales gruesos y finos ya sea arena o escoria de acerías para luego realizar diferentes alternativas con varias combinaciones de materiales para ajustar la gradación combinada y la posterior aplicación de las metodologías MARSHALL y RAMCODES, basando su desarrollo en tres etapas. En la primera, se realizaron 6 diseños MARSHALL para el desarrollo experimental, con una compactación constante de 75 golpes por cada cara, realizando un experimento factorial variando dos factores, el contenido de asfalto variable en 0.5% para cada mezcla y la gradación variable de acuerdo a la ubicación en la franja granulométrica, lo anterior con el objeto de encontrar la fórmula de trabajo para el diseño MARSHALL, seguido del proceso de compactación y toma de resultados del comportamiento mecánico de las mezclas. En la segunda parte se elaboraron 6 RAMCODES con porcentajes de asfalto constantes para cada granulometría y con una compactación constante de 75 golpes por cada cara, estos porcentajes se lograron de acuerdo a la utilización del RAMSOFT, programa pilar de la metodología RAMCODES el cual arrojó la fórmula de trabajo (porcentaje óptimo de bitumen) para cada mezcla, seguido del proceso de compactación y toma de resultados de estabilidad y flujo de las mezclas. En la tercera etapa se estudió del comportamiento mecánico de las mezclas ensayadas, comparadas por medio del uso de ARIZADA, dentro del marco matemático y estadístico de análisis de RAMCODES, estudiando las variables más influyentes de cada una de las mezclas, de acuerdo al diseño experimental, definiéndose este como: “un ensayo o serie de ensayos en el cual se realizan

69

deliberados cambios en las variables de entrada de un proceso de manera que se puedan observar e identificar los cambios correspondientes en la respuesta de salida” (según Montgomery Douglas)23. Se consideraron aquellas variables controlables e incontrolables dentro del control de aceptación, con las que se obtuvo respuestas aceptables en cuanto al comportamiento mecánico de las mezclas y así proponer las adecuadas fórmulas de trabajo mediante los criterios de control de las mezclas bituminosas. Cuadro 10. Factores variables en el diseño de mezclas asfálticas

23

MONTGOMERY, Douglas C. Introduction to Statistical Quality Control. 3rd Edition, Wiley. 1997. Citado por Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela: Solestudios C.A. 2008.


70

Las probetas de ensayo son preparadas logrando que cada una tenga una ligera cantidad de porcentaje de bitumen. Este porcentaje de bitumen está determinado con base en el análisis previo de los agregados de la mezclas. Este margen da a los ensayos de laboratorio un punto de partida para determinar la fórmula de trabajo o porcentaje óptimo de bitumen de la mezcla final, además las proporciones de las mezclas se encuentran formuladas por los resultados del análisis granulométrico. A continuación se describe el procedimiento para la preparación de las muestras: 1. El agregado fue tamizado según las cantidades calculadas, para las dos

metodologías empleadas

Figura 11. Tamizado del material empleado en el proyecto

Figura 12. Material utilizado para la elaboración de las briquetas


Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia

71

2. El agregado y el bitumen se calientan a una temperatura entre 40°C y 45°C, para mezclar completamente hasta que las partículas del agregado estén revestidas en su totalidad. Esto simula los procesos de calentamiento y mezclado que ocurren en planta.

Figura 13. Proceso de calentamiento de los agregados y del ligante bituminoso

Figura 14. Control de temperatura sobre la mezcla bituminosa



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3. La mezcla asfáltica caliente se coloca en los moldes precalentados para el diseño MARSHALL, como preparación para la compactación, donde se utiliza el martillo MARSHALL de compactación, el cual también es calentado para que no enfrié la superficie de la mezcla al golpearla.

Figura 15. Preparación de los moldes empleados para la fabricación de las briquetas

4. Las briquetas son compactadas con el martillo MARSHALL de compactación,

el número de golpes depende del nivel de tránsito para el cual se diseña la mezcla, en este caso, para un nivel de transito dos (NT2). Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo número de golpes. Así, una probeta MARSHALL de 75 golpes recibe, realmente un total de 140 golpes. Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes.

Figura 16. Compactación de la mezcla bituminosa



73

5. Después de haber sido compactadas las briquetas, estas se dejan enfriar de 10 a 15 minutos, antes de sacarlas del molde, una vez las probetas están fuera del molde se procede, a dejarlas curar a temperatura ambiente de tal manera que se liberen los solventes de la mezcla, antes de ensayarlas en la máquina de estabilidad MARSHALL.

Figura 17. Preparación de briquetas para la posterior realización de los ensayos

6. Es necesario registrar 3 lecturas del diámetro, altura y peso, de cada briqueta,

para realizar el cálculo del peso específico bulk (Gbulk). Figura 18. Toma de dimensiones a las briquetas



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Figura 19. Peso de las briquetas para el ensayo de densidad

7. Este ensayo se fundamenta en el cálculo del peso específico máximo teórico

(Gmm) de cada una de las briquetas Figura 20. Ensayo James Rice

8. Las briquetas son calentadas en un baño de agua (baño María) de 25 a 30 ºC

Esta temperatura representa, normalmente la temperatura más caliente que un pavimento en servicio va a experimentar en este caso debido a que el alquitrán reacciona notablemente a altas temperaturas.



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Figura 21. Briquetas en el baño María para la realización del ensayo de estabilidad y flujo

9. Cada briqueta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el

aparato MARSHALL. El aparato consiste de un dispositivo que aplica una carga sobre la briqueta, y de un medidor de carga y deformación. La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante hasta que la muestra falle. La falla está definida como la carga máxima que la briqueta puede resistir. La carga de falla se registra como el valor de estabilidad MARSHALL y la lectura del medidor de fluencia se registra como flujo.

Figura 22. Ensayo de estabilidad y flujo en la prensa MARSHALL



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3.2. RESULTADOS 3.2.1. Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla: En las figuras 23 y 24 se presentan los resultados de la influencia de la granulometría por tipo de material y gradación correspondiente a cada mezcla. El diseño volumétrico corresponde a materiales que cumplen con las especificaciones establecidas por el INVÍAS; este análisis se realizó tomando en consideración cuatro parámetros Volumétricos; Vacíos de aire (Va), Vacíos en el agregado mineral (VAM), Vacío llenados con asfalto (VFA) y gravedad específica neta de la mezcla asfáltica (Gmb). Además se tomando los contenidos de bitumen con incrementos de 0,5% para cada gradación y tipo de material utilizado. Figura 23. Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes granulometrías (mezclas diseñadas con arena). (Franja fina: M1A, franja media: M2A y franja gruesa: M3A)


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En la figura 23 se observa que para los valores de Va, las tres (3) mezclas presentan un comportamiento similar, además no tienen desviaciones significativas con respecto a las especificaciones, igualmente si se analiza el comportamiento de las mezclas M1A y M3A podemos afirmar que a raíz del tipo de gradación utilizado existe menos porcentaje de vacíos en la mezcla tres M1A debido a que existe mayor área superficial en las partículas en la mezcla. En este orden de ideas la mezcla M2A presenta un comportamiento más aceptable ya que su gradación juega un papel importante, generando menos porcentajes de vacíos con aire en la mezcla a causa de la distribución de sus agregados, esto se traduce en que se necesita utilizar menos asfalto para cumplir con los rangos de diseño. Por otra parte suponiendo que el contenido final de asfalto es menor al 6% para las tres mezclas estas presentarían fallas en la capa de rodadura como: pavimentos quebradizos, agrietamientos prematuros, desgaste y desprendimiento a causa que el porcentaje de asfalto no es el ideal para lograr cubrir en su totalidad el agregado y por ende los vacíos con aire (Va). De otro modo para las densidades observadas, estas presentan una tendencia similar, siendo evidente que en la mezcla M2A los valores de densificación son mayores a partir de 6.5 % de asfalto traduciéndose en menores volúmenes de vacíos con aire, respondiendo a la distribución de sus agregados. En el caso de los VAM, para cada una de las mezclas se recomienda evitar los valores de contenidos de asfalto ubicados en la parte derecha de la curva, debido a que el VAM aumenta con el incremento del contenido de bitumen porque el material más denso (agregado) es desplazado por el material que presenta menos densidad (alquitrán), esto se traduce en obtener mezclas con exudación o flujo plástico consecuencias no deseables para una mezcla. Asimismo se observa que las mezclas M2A Y M3A cumplen con la especificación (> 15%), presentándose menores vacíos inter granulares en la mezcla M2A, esto se convierte en un mejor desempeño de la mezcla, minimizando la cantidad de ligante bituminoso necesario para lograr cumplir con las especificaciones. Finalmente para los valores encontrados de VFA en cada una de las mezclas se puede observar, que este tipo de curvas reflejan las demás propiedades volumétricas de la mezcla, lo anterior se demuestra cuando al encontrarse valores altos en las densidades en las pastillas (briquetas) se disminuyen los vacíos inter granulares de la mezcla y por ende para contenidos de bitumen específicos existen menores grados de saturación o VFA, como se presenta en la mezcla M2A, esta muestra un mejor desempeño en cuanto al cumplimiento de las especificaciones y propiedades volumétricas.

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Figura 24. Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes granulometrías (mezclas diseñadas con escoria). (Franja fina: M1E, franja media: M2E y franja gruesa: M3E)

De igual forma que el análisis realizado para las mezclas diseñadas con arena en la figura 24 se observa que para los valores de Va, el comportamiento para las tres (3) mezclas es similar sin tener desviaciones significativas con respecto a las especificaciones, en este orden de ideas si se examina el comportamiento de las mezclas en este caso se hace más notable la respuesta de la gradación utilizada en cada una, debido a que la mezcla M3E presenta menor porcentaje de vacíos con aire, ésto puede generar inestabilidad asociada con el flujo plástico después de dar apertura al tránsito, estos vacíos insuficientes indican que se requiere una cantidad mayor de asfalto para obtener mayor durabilidad en la mezcla. Ahora si se supone que el contenido final de asfalto es menor al 6.5% para las tres mezclas, estas presentarían los mismos problemas ya mencionados anteriormente, por la misma causa debido a que el porcentaje de asfalto no es el


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ideal para lograr cubrir en su totalidad el agregado y por ende los vacíos con aire (VA). El comportamiento de las densidades observadas responde a la misma tendencia, sin embargo las mezclas M2E y M3E tienen valores de densidad altos con respecto a la mezcla M1E, pero existe uniformidad en la mezcla M2E al incrementar el porcentaje de bitumen produciendo una mayor densidad, lo cual se traduce en menores volúmenes de vacíos con aire, respondiendo a la distribución de sus agregados. De la misma forma para el caso de los porcentajes de VAM se sugiere evitar los valores para contenidos de asfalto, ubicados en la parte derecha de la curva, debido a las mismas consecuencias explicadas anteriormente en análisis de la granulometría de las mezclas diseñadas con arena. De igual modo se observa que todas las mezclas cumplen con la especificación (> 15%), presentándose menores vacíos inter granulares en la mezcla M1E pero mayor uniformidad en la mezcla M2E, esto se convierte en un mejor desempeño de la mezcla cumpliendo eficientemente con las especificaciones. Para finalizar se contemplan los valores de VFA en cada una de las mezclas ensayadas, demostrando que al encontrarse valores altos en las densidades de las pastillas (briquetas) se disminuyen los vacíos inter granulares de la mezcla y por ende para contenidos de bitumen específicos existen menores grados de saturación o VFA, como se presenta en las tres (3) mezclas. Específicamente en la mezcla M3E. A continuación se presentan los polígonos de vacíos para las mezclas diseñadas con arena y escoria de acerías obtenidas mediante la metodología RAMCODES, en el cual se analizó la influencia de los agregados en los parámetros volumétricos de las mezclas. Figura 25. Influencia de los agregados en los parámetros volumétricos de las mezclas mediante la metodología RAMCODES


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En la figura 25 se observan los polígonos de vacíos por tipo de gradación correspondiente a las mezclas diseñadas con arena y escoria de acerías, se puede apreciar la cercanía de los polígonos lo cual podría indicar que la estructura de los agregados pétreos no influyen demasiado en el comportamiento de las propiedades volumétricas de cada mezcla, es decir que en su estructura física no se representan variaciones significativas, sin embargo, si en los procesos de compactación de las mezclas debido a que existen cambios considerables en las densificaciones por procesos experimentales, debido a la utilización de gradaciones diferentes en cada una de las mezclas. Igualmente se observa que para todas las mezclas se cumplen especificaciones volumétricas ya que los polígonos corresponden a las características finales de las pastillas (briquetas). Este análisis confirma que los espacios o zonas de restricción obtenidas por la metodología MARSHALL corresponden de alguna manera a los generados por RAMCODES. En consideración, si se encuentra como respuesta en las mezclas ensayadas una distribución de los polígonos con variaciones significativas o muy dispersas es debido a que la granulometría de las mezclas tiene un efecto significativo en las propiedades volumétricas como en las características de compactación. Lo cual indica que el tipo de material es inadecuado para la utilización en mezclas asfálticas, de esa forma se evidencia el comportamiento inapropiado de algunos materiales en las zonas restringidas de las metodologías y que posteriormente pueden presentar problemas. 3.2.2. Análisis para la obtención de rangos de contenidos aceptables de bitumen en la mezcla: Se presenta en las figuras 26 y 27 a modo de ejemplo los rangos de contenidos aceptables en el diseño MARSHALL para la obtención de la fórmula de trabajo, expuesto como otra alternativa de análisis involucrando aquellos parámetros esenciales en la mezcla bituminosa. Se muestra gráficamente el proceso de obtención de la región donde los contenidos de bitumen son aceptables y en donde se cumplen especificaciones volumétricas mediante la metodología MARSHALL, igualmente con este método grafico se puede verificar los resultados logrados mediante el diseño MARSHALL, por medio del comportamiento de las líneas de vacíos de la mezcla y las especificaciones exigidas para la obtención del porcentaje optimo o fórmula de trabajo. Estas comparaciones se pueden realizar para conocer cuál es el grado de desviación entre el porcentaje de bitumen obtenido por la metodología NAPA, aplicada en el diseño MARSHALL tradicional y la metodología grafica (figura 27). Debido que el porcentaje obtenido con el 4% de vacíos con aire (%Va) es un óptimo probable de bitumen, ya que es necesario comparar las otras propiedades

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de la mezcla contra la exigencia de la norma del instituto nacional de vías INVÍAS 2007 NOTA: Se utilizó el procedimiento actualizado para la determinación del porcentaje óptimo de asfalto recomendado por el Instituto del Asfalto Americano (IDA) y la Asociación Americana de Pavimentadores (NAPA) el cual ha sido adoptado en la mayoría de los países, el procedimiento es el siguiente: Se entra en la curva de Vacíos totales (Vv) vs contenido de ligante (%Pb) con el 4% de Vv y se traza una perpendicular al eje de las ordenadas, hasta cortar la curva de mejor ajuste de los Vv. En el punto de corte con esta curva se traza una perpendicular al eje de las abscisas; el punto de intersección en este eje corresponde al “óptimo probable de asfalto”. Para conseguir los resultados de la figura 27 se utilizan tres nomenclaturas de colores las cuales identifican el cumplimiento con las propiedades volumétricas establecidas en la figura 26. El color rojo identifica los contenidos de asfalto para los cuales no se cumple las propiedades volumétricas, el color azul para los contenidos de asfalto que cumplen y las líneas diagonales de color blanco para los contenidos de asfalto que se encuentran en el rango óptimo y se cumplen especificaciones para el diseño MARSHALL. Figura 26. Obtención de rangos de contenido aceptables en la mezcla según las especificaciones MDC – 2 para el diseño MARSHALL (Ejemplo)


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Figura 27. Determinación grafica de rangos óptimos de bitumen mediante diseño MARSHALL

En conclusión si observamos el resultado obtenido por la metodología NAPA para el diseño MARSHALL el cual fue de 6.5 % no varía significativamente con el obtenido mediante este método gráfico el cual resulto un porcentaje óptimo de 6.56%, lo cual nos indica que si no hay fluctuaciones considerables entre ambas metodologías se puede utilizar cualquiera de los dos métodos. 3.2.3. Resultados y análisis obtenidos por las metodologías RAMCODES y MARSHALL: Se realizó un estudio de sensibilidad basado en las técnicas estadísticas de análisis de experimento factoriales según RAMCODES, en el cual se estudia el comportamiento de los dos factores más influyentes en la mezcla asfáltica (Gmb y % Pb), este tipo de análisis tiene una gran ventaja en el control de calidad en mezclas compactadas. A parte de los requisitos de vacíos, la mezcla bituminosa es también exigida a cumplir requerimientos de propiedades mecánicas tales como la estabilidad y el flujo, por esta razón la representación gráfica de los valores de respuesta en el marco Gmb - %Pb generan una gráfica de contorno que viene a ser una imagen de la superficie de respuesta para el parámetro mecánico seleccionado, lo anterior debido a que RAMCODES basado en un experimento factorial de dos niveles o factores, el contenido de bitumen (%Pb) y el peso específico bulk (Gmb), utiliza los mapas, permitiendo una visión de la variación de las propiedades mecánicas dentro del área donde se cumplen las especificaciones de vacíos. En la figuras 28 y 29 se observa claramente el comportamiento de la estabilidad y el flujo bajo los parámetros más influyentes de la mezcla (Gmb y %Pb) para las mezclas diseñadas con arena y escoria respectivamente, donde se pueden establecer rangos o espacios, en el cual la mezcla puede tener alto o bajo desempeño.


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Figura 28. Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas diseñadas con arena (M1A, M2A y M3A)


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Figura 29. Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas diseñadas con escoria (M1E, M2E y M3E)


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3.2.4. Análisis por medio de los mapas de respuesta para estabilidad y flujo de las mezclas: El sistema estadístico toma en cuenta el nivel de riesgo en obra y protege contra errores típicos de aceptación de las mezclas, es decir la aceptación de una mezcla defectuosa o el rechazo de mezclas aceptables; esta respuesta se obtiene superponiendo el polígono de vacíos sobre las superficies de respuesta (mapas de contorno) obtenidas mediante el paquete estadístico Origin, lo anterior con el fin de incrementar notablemente la cantidad y calidad de información para establecer diseños realistas, estos resultados basados en experimentos factoriales son de gran ayuda para evaluar el grado de variación de las propiedades mecánicas de la mezcla, dentro del área o rango donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos. En las figuras 30 y 31 se muestra el comportamiento mecánico que presentaron las mezclas elaboradas con arena y escoria respectivamente, estudiadas mediante el análisis estadístico, realizado por medio de las superficies de respuesta y los resultados de laboratorio para las dos metodologías, obsérvese que se presentan grados de desviación considerables ya que los resultados obtenidos en laboratorio para el diseño MARSHALL no coinciden relativamente a la respuesta dada por el mapa de contorno el cual estadísticamente sugiere una respuesta más acertada para estabilidad y flujo de cada una de las mezclas (ver figuras 32 y 33). Sin embargo se aprecia que los resultados obtenidos en laboratorio para el diseño MARSHALL para cada mezcla se encuentran entre la región aceptable para el polígono de RAMCODES, esto nos indica, por ejemplo, para el diseño MARSHALL M1A, compactando dentro del polígono de vacíos (para cumplir con las especificaciones respectivas) se tendrá una estabilidad de 765 kg y un flujo de 3.935 mm aproximadamente, en comparación de los resultados obtenidos de estabilidad y flujo mediante el diseño MARSHALL y RAMCODES en laboratorio (M1A: estabilidad: 734 kg, flujo:4.130 mm; R1A: estabilidad: 793 kg, flujo:4.028 mm), esto muestra una respuesta más acertada, haciendo que sea muy sencillo realizar decisiones de aceptación o rechazo de las mezclas. De la misma forma este análisis corresponde para las demás mezclas estudiadas con arena y escoria con sus respectivos resultados. La superposición del polígono en estos mapas de respuesta devuelve una visión de la variación de las propiedades mecánicas dentro del área donde se cumplen las especificaciones de vacíos. Para el ejemplo analizado, de la mezcla M1A, obsérvese que dentro del polígono de vacíos, la estabilidad varía entre 690 y 790 kg y el flujo entre 3.6 y 4.2 mm aproximadamente. Estos valores cumplen con las especificaciones establecidas para estas propiedades mecánicas. De esta manera, el polígono de vacíos se convierte en una región de control de calidad para la aceptación de mezcla compactada.

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Figura 30. Mapa de contorno para estabilidad y flujo, mezcla diseñada con arena


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Figura 31. Mapa de contorno para estabilidad y flujo, mezcla diseñada con escoria


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En las figuras 32 y 33, se muestra la comparación entre los resultados obtenidos por los, mapas de respuesta, diseño MARSHALL y RAMCODES, lo cual nos da un indicativo de la convergencia que existe entre los resultados logrados por las distintas metodologías, ya sea mediante un marco practico o teórico, de esta forma se garantiza una mejor interpretación y claridad de los resultados obtenidos mediante los mapas de respuesta. Figura 32. Comparación de los resultados obtenidos en laboratorio con respecto a los mapas de respuesta para las mezclas diseñadas con arena


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Figura 33. Comparación de los resultados obtenidos en laboratorio con respecto a los mapas de respuesta para las mezclas diseñadas con escoria

3.2.5. Criterios de diseño y control: Con el fin de ilustrar el grado de desviación entre el control de calidad y el diseño de las mezclas, se presentan en las figuras 34 y 35 los criterios de diseño (polígono de vacíos) y los criterios de control de calidad, representando las regiones de control aceptables en el espacio establecido entre %Pb y Gmb para las mezclas diseñadas con arena y escoria, el cual se puede observar un amplio margen de estados para la aceptación de las mezclas estudiadas, se aprecian estados que violan las especificaciones de diseño. Evidenciando la separación completa de los criterios tradicionales de


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diseño y control de campo. La metodología RAMCODES, presenta un nuevo enfoque para el diseño y control de compactación, que permite realizar de una manera práctica y a la vez consistente un estudio detallado de la mencionada relación (diseño y control). Este procedimiento es posible superponiendo el polígono de control sobre las superficies de respuesta y el polígono de vacíos, formado por los dos criterios más comunes para el control de calidad de compactación. El primero está basado en el nivel de densidad mínimo permitido 97% de la densidad de laboratorio, y es segundo es el nivel mínimo de densidad permitido el cual es del 92% de la densidad máxima teórica (RICE %Vv = 0). Además los rangos típicos de variación aceptables para % Pb Opt, han sido establecidos en ±0.30% y ±0.45%. De esta manera se observan para cada mezcla los estados en el cual las mesclas son aceptables para el diseño y control, además se muestra el amplio margen de rangos tolerables dentro del polígono de control y las regiones máximas donde se cumplen especificaciones para la aceptación de las mezclas.. Figura 34. Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas ARENA

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Figura 35. Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas ESCORIA

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ESPECIFICACION RESULTADOS % ACEPTACION

CARACTERISTICA NT - 2 - -

Compactación (golpes/cara) 75 75,00 OK

Estabilidad mínima (Kg) 750,00 792,00 OK

Flujo (mm) 2 - 4 3,88 OK

Vacios con aire (% Vv) Rodadura 3 - 5 4,00 OK

Vacios en los agregados minerales (%

VAM) MDC - 2≥ 15 15,22 OK

Vacios llenos de asfalto (VFA) 65 - 78 73,9 OK

MEZCLAS DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS

% ALQUITRÁN 7,40 7,13 6,50 6,87 6,42 6,63

Gmb gr/cm³ 2,132 2,141 2,139 2,132 2,130 2,128

ESTABILIDAD (Kg) 734 793,3 792 755,1 668,7 688,5

FLUJO mm 4,130 4,028 3,880 4,133 4,260 4,220

% Vv 4,000 3,866 4,000 3,881 4,000 3,884

%VAM 16,37 15,784 15,22 15,796 15,53 15,809

%VFA 75,7 75,507 73,9 75,430 74,3 75,432

MEZCLAS DISEÑADAS CON ARENA

PARÁMETRO M2A R2A M3A R3AM1A R1A

FRANJA FINA FRANJA MEDIA FRANJA GRUESA

4. COMPARACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS METODOLOGÍAS EN ANÁLISIS

4.1. COMPARACIÓN TÉCNICA Cuadro 11. Resultados de las mezclas diseñadas con arena

Según los resultados obtenidos y teniendo en cuenta las especificaciones y las metodologías analizadas, se determinó que las tres mezclas elaboradas cumplen con las especificaciones, a excepción del flujo ya que se encuentra por fuera de la especificación en la franja media y superior para un nivel de tránsito bajo (NT – 1), y de igual forma se definió, de acuerdo a las exigencias para un nivel de tránsito medio (NT – 2), que la franja central (cuadro 12) se acopla de una mejor manera a estas, cumpliendo en un 100% las especificaciones, a la vez, se puede recomendar la franja superior para un nivel de tránsito medio (NT – 2), debido a que presenta un comportamiento mecánico aceptable, ya que el análisis que se hizo por medio de los mapas de respuesta arrojó una estabilidad de 765 kg y un flujo de 3,935 mm aproximadamente, siendo aceptada para un nivel de transito 2, de acuerdo al comportamiento de la mezcla y no por aproximaciones a la mezcla. Además las propiedades volumétricas de las mezclas responden a las exigidas por el INVÍAS. Cuadro 12. Comparación de los resultados con las especificaciones



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ESPECIFICACION RESULTADOS % ACEPTACION

CARACTERISTICA NT - 2 - -

Compactación (golpes/cara) 75 75,00 OK

Estabilidad mínima (Kg) 750,00 748,40 OK

Flujo (mm) 2 - 4 4,22 OK

Vacios con aire (% Vv) Rodadura 3 - 5 4,00 OK

Vacios en los agregados minerales (%

VAM) MDC - 2≥ 15 15,8 OK

Vacios llenos de asfalto (VFA) 65 - 78 74,7 OK

MEZCLAS DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS

PARÁMETRO M1E R1E M2E R2E M3E R3E

% ALQUITRÁN 7,35 7,64 7,28 7,34 7,07 7,11

Gmb gr/cm³ 2,105 2,101 2,103 2,105 2,101 2,103

ESTABILIDAD (Kg) 681,3 711,2 748,4 720,4 608,6 645,4

FLUJO mm 4,260 4,340 4,220 4,446 4,360 4,545

% Vv 4,000 3,895 4,000 3,871 4,000 3,875

%VAM 15,39 15,814 15,8 15,782 15,85 15,798

%VFA 73,9 75,37 74,7 75,472 74,7 75,472

FRANJA FINA FRANJA MEDIA FRANJA GRUESA

MEZCLAS DISEÑADAS CON ESCORIA

Cuadro 13. Resultados de las mezclas diseñadas con escoria

Según los resultados obtenidos y teniendo en cuenta las especificaciones y las metodologías analizadas se determinó que las tres mezclas elaboradas cumplen con las especificaciones a excepción del flujo que está por fuera de los parámetros establecidos para un nivel de tránsito bajo (NT – 1), y de igual forma se definió, de acuerdo a las exigencias para un nivel de tránsito medio (NT – 2), que la franja central (cuadro 14) se acopla de una mejor manera a éstas, para un nivel de tránsito medio (NT – 2), debido a que presenta un comportamiento mecánico aceptable con un alto grado de acercamiento a la especificación. Además las propiedades volumétricas de las mezclas responden a las exigidas requeridas por el INVÍAS. Cuadro 14. Comparación de los resultados con las especificaciones

4.1.1. Análisis técnico: Basados en que la metodología RAMCODES utiliza parámetros y fórmulas extraídas del diseño MARSHALL, se espera obtener resultados iguales, esto fue constatado con los resultados logrados en el proyecto, donde se consiguieron respuestas semejantes empleando las dos metodologías con relación a las propiedades volumétricas y mecánicas de la mezcla.



96

Existen varios beneficios al utilizar la metodología RAMCODES, ahorro de tiempo recursos y dinero, ésto se obtiene, debido a que esta técnica logra diseñar con la fórmula de trabajo obtenida a través de su herramienta “polígono de vacíos”, compactándolos bajo una energía seleccionada y ensayándolos para obtener sus propiedades MARSHALL con tan solo tres especímenes, en comparación a las 15 desarrolladas por el diseño MARSHALL, y de esta manera se garantiza calidad. Cuando se comparan RAMCODES y el método de diseño MARSHALL, RAM declara aceptable la utilización de mapas de contorno, si la curva de compactación se encuentra dentro del polígono de vacíos, entonces, la fórmula de trabajo del diseño MARSHALL podría cumplir con las especificaciones de vacíos, dado que el polígono de vacíos es el área máxima donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos. Por otro lado, si la curva de compactación cae fuera del polígono de vacíos, se dice que el ensayo no cumple especificaciones. RAMCODES se basa en una técnica estadística de análisis (experimento factorial) que estudia la influencia de dos factores (Gmb y %Pb) en el comportamiento de la mezcla asfáltica por medio de mapas de respuesta. Este enfoque, que utiliza la metodología resulta de gran utilidad en la acciones de control de calidad para la mezcla asfáltica compactada. El método tradicional MARSHALL para el diseño de mezclas asfálticas en caliente determina por medio de gráficas la fórmula de trabajo, donde participan dos factores (%Vv y %Pb), definiendo la mezcla final de acuerdo a determinadas especificaciones, sin permitir controlar todos los parámetros importantes de la mezcla, por el contrario RAMCODES utiliza el análisis de densificación y resistencia de los materiales compactados. Una de las grades comparaciones técnicas, resulta del análisis encontrado en el espacio de respuesta definido por RAMCODES (polígono de vacíos), debido a que el diseño MARSHALL presenta un espacio muy reducido en el cual la fórmula de trabajo encontrada presenta mínimas fluctuaciones cumpliendo especificaciones de diseño, en cuanto al diseño RAMCODES por medio del análisis de densidades nos muestra un rango más amplio donde las variaciones para la fórmula de trabajo (%Pb Opt) son mayores para el cumplimiento de especificaciones. Los valores encontrados en los diseños MARSHALL Y RANCODES muestran cambios mínimos, pero aceptables, ésto debido a que el diseño MARSHALL tradicional maneja un amplio margen de posibles errores por lo extenso en el desarrollo del diseño para encontrar la fórmula de trabajo, mientras que el diseño realizados por RAMCODES se obtiene la fórmula de trabajo mediante la vía matemática en el cual no incorpora posibles errores en lo que se comete en los procesos de elaboración de las especímenes de ensayo.

97

Item Unidad Valor unitario Cantidad Valor Valor unitario Cantidad Valor

Agregados kg 18 1,15 20,7 15 1,15 17,25

Alquitrán kg 162 0,05 8,1 162 0,05 8,1

Mano de obra gi 20000 1 20000 20000 1 20000

Total ($/briqueta) 20028,80 20025,35

ESCORIAARENA

Ensayo Nº BriquetasValor unitario

($/briqueta)Total ($)

Valor unitario

($/briqueta)Total ($)

Marshall 15 20028,80 300432,00 20025,35 300380,25

Ramcodes 3 20028,80 60086,40 20025,35 60076,05

ESCORIAARENA

Item Unidad Valor unitario Cantidad Valor Valor unitario Cantidad Valor

Agregados kg 18 1,15 20,7 15 1,15 17,25

Asfalto kg 1434 0,05 71,7 1434 0,05 71,7

Mano de obra gi 20000 1 20000 20000 1 20000

Total ($/briqueta) 20092,40 20088,95

ARENA ESCORIA

4.2. COMPARACIÓN ECONÓMICA En el cuadro 15 se presenta el análisis de precios unitarios de una briqueta fabricada con arena o escoria y alquitrán o asfalto, donde se determinó que las briquetas elaboradas con escoria tienen un menor costo con relación a las producidas con arena. Con respecto al ligante empleado, se concluye que las briquetas elaboradas con alquitrán producen menores costos que las obtenidas con el ligante convencional, debido al costo del asfalto. Cuadro 15. Análisis de precios unitarios para la fabricación de una briqueta con arena y escoria y alquitrán

En el cuadro 16 se ilustra la comparación de precios entre las metodologías MARSHALL y RAMCODES, en el que es evidente el bajo costo para determinar la fórmula de trabajo por medio de la metodología RAMCODES, esto se debe a la diferencia que hay entre el número de briquetas a fabricar entre los dos métodos, donde se emplea un porcentaje menor de material para el desarrollo de esta. Cuadro 16. Costo total por metodología para las mezclas diseñadas con arena o escoria y alquitrán

Fuente: Elaboración Propia

98

Marshall Ramcodes Marshall Ramcodes

Pb % Pb% Media 6.77 6.88

1 6.42 6.63 Mediana 6.5 6.87

2 6.50 6.87 Varianza 0.296 0.063

3 7.40 7.13 Desviacion estandar 0.544 0.250

Coeficiente de variacion % 8.034 3.64

Mezclas

MEZCLAS DISEÑADAS CON ARENA

Marshall Ramcodes Marshall Ramcodes

Pb % Pb% Media 7.23 7.36

1 7.07 7.11 Mediana 7.28 7.34

2 7.28 7.34 Varianza 0.021 0.071

3 7.35 7.64 Desviacion estandar 0.146 0.266

Coeficiente de variacion % 2.015 3.61

MEZCLAS DISEÑADAS CON ESCORIA

Mezclas

4.3. COMPARACIÓN ESTADÍSTICA Para llegar a un buen entendimiento sobre el comportamiento de los resultados por ambas metodologías, se realizó un análisis estadístico por medio de la estadística descriptiva, con el fin de observar la variación de los resultados entre las metodologías, se analizó su coeficiente de variación de tal forma que se asegure la simetría y la tendencia de cada una de las metodologías por medio de un diagrama de cajas, el cual nos muestra el comportamiento de las medidas de tendencia central además de observar la distribución de los datos analizando de una forma más clara con respecto a las grados de variación existente entre cada uno de los resultados derivados de cada gradación. Se realizó el análisis para los porcentajes óptimos encontrados en cada diseño de acuerdo al material utilizado, obteniendo los siguientes resultados: Cuadro 17. Análisis estadístico para mezclas con arena (M1A, M2A y M3A)

Cuadro 18. Análisis estadístico para mezclas con escoria (M1E, M2E y M3E)

Debido a que no se observó un comportamiento similar en la obtención de resultados en las mezclas diseñadas con arena, se representó gráficamente la tendencia de los datos con respecto a la curva normal de distribución de tal forma que se pueda evidencia el grado de dispersión de los resultados encontrados por cada metodología.



99

Los datos obtenidos para las mezclas diseñadas con arena y escoria presentan variaciones porcentuales mínimas en cuanto a las medidas de tendencia central, ésto nos muestra la proximidad en los resultados de ambas metodologías, sin embargo si analizamos el comportamiento de la varianza y su desviación estándar para las mezclas diseñadas con arena se observa menor dispersión de los valores utilizados mediante la metodología RAMCODES, en cuanto a las mezclas diseñadas con escoria en ambas metodologías se presentan simetrías semejantes lo que se observa más fácilmente en los diagramas de caja (figura 36), aun así la respuesta del coeficiente de variación el cual indica de una mejor manera la desviación de los datos para cada métodos, nos demuestra la dispersión de las muestras diseñadas con arena que no se encuentran próximas una metodología de la otra, lo que se puede observar en las diseñadas con escoria, su coeficiente de variación demuestra la simetría en la dispersión de los datos. Igual se puede concluir que de acuerdo a los resultados obtenidos mediante el experimento y estadísticamente existe una dispersión muy baja comparando una metodología de la otra lo cual se afirma que tanto el diseño MARSHALL como RAMCODES producen similares respuestas. Figura 36. Comportamiento de los datos por diagramas de cajas

Se analizó la variación existente entre los resultados obtenidos de las mezclas diseñadas con arena y escoria independientemente debido a que cumplieron con el 90% aproximadamente de la especificación MDC – 2, se realizó una prueba de hipótesis para observar si la media y la desviación estándar de los resultados tiene diferencia significativas y poder concluir si los resultados del diseño MARSHALL son equivalentes a los resultados del diseño RAMCODES


100

Prueba de hipótesis para cada material utilizado:

⁄

(

)

√[(( )

) (

( )

)]

Z calculado para mezclas diseñadas con arena

( )

√[(( )

) (

( )

)]

Z calculado para mezclas diseñadas con escoria

( )

√[(( )

) (

( )

)]

La hipótesis rechaza H1 debido a que Z calculado para los dos tipos de material no son mayores que se

⁄, de donde se concluye que la diferencia entre los

resultados obtenidos por las dos metodologías no son significativos estadísticamente, debido a que la hipótesis nula H0 se encuentran en el área de aceptación de la curva normal de distribución, de esta manera los métodos se pueden aceptar como semejantes, sin tener en cuenta la dispersión de los datos en cada metodología.

101

5. CONCLUSIONES 1. Al finalizar el proyecto se define que las mezclas diseñadas con materiales

convencionales y no convencionales son aceptadas para su utilización en niveles de transito uno y dos debido a que las propiedades de las mezclas responden a las exigencias establecidas por las especificaciones del INVÍAS.

2. RAMCODES es una metodología de gran utilidad para el diseño, producción y control de calidad de mezclas asfálticas ya que garantiza el cumplimiento de los parámetros volumétricos exigidos en las especificaciones de construcción, a través del “polígono de vacíos”.

3. De acuerdo a las metodologías empleadas, se puede concluir que las mezclas

bituminosas diseñadas con arena, para el limite central de las especificaciones, van a presentar un mejor desempeño a lo largo de su vida útil debido a que tiene una relación más cercana a las especificaciones de construcción de carreteras del INVÍAS 2007 para un nivel de tránsito 1 y 2.

4. Según las metodologías empleadas, se puede concluir que las mezclas

bituminosas diseñadas con escoria, para el limite central de las especificaciones, van a presentar un mejor desempeño a lo largo de su vida útil debido a que tiene una relación más cercana a las especificaciones de construcción de carreteras del INVÍAS 2007 exigidas para un nivel de tránsito 1, mientras que para un nivel de tránsito 2 los valores encontrados para las propiedades mecánicas se encuentra por fuera de los límites con respecto a las especificaciones, pero éstos se podrían optimizar al incluir unos aditivos que contribuyan a mejorar la calidad de la mezcla.

5. Con respecto al flujo para el porcentaje óptimo de bitumen encontrado en la

franja central diseñada con arena y escoria, fue 3.88 mm y 4,22 mm respectivamente, valores que se encuentra dentro y fuera del rango exigido por la especificación (2 – 4), esto nos indica, que en el momento en que la vía presente elevados niveles de tránsito, tráfico pesado y/o lento, y altas temperaturas de servicio el pavimento presentará un posible ahuellamiento.

6. Los mapas de respuesta como resultado del experimento factorial se basó en

fundamentos estadísticos el cual evaluó la respuesta de los parámetros que más influyen en la mezcla, espacio comprendido entre Gmb y %Pb representando cualquier estado físicamente posible en la mezcla, siendo una guía para relacionar eficientemente los parámetros que se miden en campo con las expectativas contempladas en el diseño.

102

7. Entre las observaciones encontradas en el desarrollo del trabajo, RAMCODES demostró por medio de sus aplicaciones ser una herramienta útil en la interpretación de las respuestas de los suelos compactados basados en el comportamiento de los vacíos y las trayectorias del incremento de bitumen en la mezcla.

8. A pesar que las especificaciones de vacíos Vv, VAM y VFA para cumplimiento

de las propiedades mecánicas de la mezcla están fundamentadas en profundas investigaciones sobre el comportamiento de los materiales compactados, estos criterios estadísticos suelen ser últimamente obsoletos conduciendo a sobre-diseños o bien a fallas, el diseño MARSHALL no permite controlar los parámetros directamente por el cual se generan posibles errores en los procesos de preparación de especímenes, dando como resultado fluctuaciones muchas veces significativas con respecto al diseño RAMCODES, el cual basa su desarrollo en criterios matemáticos y estadísticos generando respuestas aceptables, controlando todos los parámetros de especificación.

9. Dentro del enfoque propuesto por la metodología RAMCODES por medio de su

herramienta polígono de vacíos incorpora en un solo grafico las especificaciones respectivas generando una región de aceptación que asegura el enlace del control de campo con los criterios del diseño, basado en el espacio %Pb - Gmb , constituyendo un eficiente marco referencial para estudiar la influencia de estas variables controladoras del comportamiento de la mezcla, entrelazando la teoría y la práctica por medio de conocimientos matemáticos y estadísticos.

10. Luego de realizado los diseños MARSHALL y RAMCODES, y teniendo en

cuenta el valor mínimo de estabilidad especificado por el INVÍAS para mezclas MDC – 2 (500 kg) para un nivel de tránsito NT – 1, se obtuvo resultados satisfactorios por encima de este valor para todas las mezclas realizadas, lo cual indica que las mezclas después de realizada adquiere un comportamiento aceptable, ésto debido a que el agregado pétreo cumplió requerimientos de calidad exigidos en las normas para la elaboración de mezclas asfálticas en caliente MDC – 2.

11. En el desarrollo del proyecto la incorporación de fíller (cemento) jugó un papel

importante en comportamiento de las mezclas debido a que mejoró las propiedades del ligante bituminoso, mejorando la adherencia con los agregados y logrando un mayor espesor en el recubrimiento de los áridos permitiendo mejores respuestas en el comportamiento de la estabilidad y el flujo.

12. De acuerdo análisis económico de las dos metodologías se hace sencillo

apreciar dentro del proceso de fabricación de especímenes, la metodología

103

RAMCODES ha demostrado mayor eficiente en procesos constructivos, motivo por el cual la incorporación de notables herramientas matemáticas y estadísticas juegan un papel importante ya que no se involucran los posibles errores a los que se somete el proceso de elaboración en el diseño MARSHALL generando menos costos y aprovechamiento de los recursos.

13. Con relación a la utilización de la escoria de acerías como agregado fino en la

elaboración de mezclas asfálticas, se concluye que es aceptable el uso de este material debido al cumplimiento de especificaciones y siguiendo los lineamientos de una única norma para Colombia para suelos finos, sin embargo es necesario una investigación más profunda para identificar los compuestos inestables y causantes de cambios volumétricos bajo la incorporación de nuevos aditivos y así conseguir mejores respuestas a la aplicación de las cagas. De este modo el material cumple satisfactoriamente los requerimientos del instituto nacional de vías INVÍAS.

104

6. RECOMENDACIONES 1. Usar cemento como fíller en una mezcla bituminosa es importante, debido a

que con éste se controla o se maneja la calidad de las mezcla, y con ésto se garantiza que los resultados cumplan con las especificaciones.

2. Se recomienda continuar con investigaciones respecto a las mezclas

bituminosas con aquellos materiales no convencionales, que generan contaminación, de tal manera que se logre reducir el apilamiento de éstos, mitigando los impactos que han de generar y que pueden presentar una gran utilidad en el diseño de mezclas asfálticas.

3. Se recomienda el uso del software Ramsotf en ensayos de mezclas asfálticas

empleando su aplicación MARSHALL Acelerado por RAMCODES, debido a que se garantiza la calidad de la mezcla y un óptimo manejo de recursos (tiempo y dinero).

4. Se recomienda dar seguimiento a este proyecto de investigación, incluyendo

nuevos materiales que mejoren el comportamiento de las propiedades volumétricas y mecánicas de la mezcla.

5. Para el desarrollo de futuros proyectos de investigación es recomendable que

se adecuen y calibren los equipos de laboratorio, buscando que el desarrollo investigativo suministre mejores respuestas.

105

7. BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA 1. BASTARDO H, Gustavo E, FERNANDEZ O, Juan B. Tesis. Diseño de mezcla,

utilizando la escoria de acería como agregado grueso. Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui. Departamento de Ingeniería Civil. Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Barcelona – Venezuela. 2009.

2. DELGADO ALAMILLA, Horacio, et al. Influencia de la granulometría en las

propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica. Metodología RAMCODES, RAMCODES en las mezclas asfálticas. Publicación Técnica 299 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2006. ISSN 0188-7297.

3. GARNICA ANGUAS, Paul, et al. Aspectos del diseño volumétrico de mezclas

asfálticas. Método de diseño MARSHALL. Publicación Técnica: 246 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2004. ISSN 0188-7297

4. GARBER, Nicholas y HOEL Lester. Ingeniería de Transito y Carreteras, 3 ed.

México D.F THOMSON, 2002. 5. GÓMEZ G, Yilberth Leandro. CHAVES R, Ronald Mauricio. Tesis.

Planteamiento de la metodología RAMCODES en especificaciones colombianas para diseño de mezclas asfálticas en caliente. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Transporte y Vías. Tunja. 2011.

6. HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos de carreteras. Principios fundamentales, el tránsito, factores climáticos y geotecnia vial Volumen I. 1 ed. Tunja. 2010. ISBN 978 – 958 – 660 – 149 – 8

7. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, INVÍAS. Especificaciones de construcción

de carreteras. Bogotá: 2007. 8. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, INVÍAS. Normas de ensayo para materiales.

Bogotá: 2007. 9. LLAMAZARES G, Olegario. El alquitrán, ligante hidrocarbonado para

pavimentos de carreteras. En: Generalidades. Noviembre de 1968. --------. Empleo del alquitrán en los pavimentos de carretera. En: Características generales del alquitrán. Noviembre de 1963.

106

--------. Utilización de la escoria de alto horno en los firmes de carretera. En: Utilización de las escorias en capas de base y pavimento. Noviembre de 1967. 10. MARTÍN S, Alejandro. Tesis. Efecto de la concentración volumétrica fíller

/betún en la cohesión y adhesividad del mástico. Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. 2007.

11. MIRO R, Jorge Rodrigo. Tesis. Metodología para la caracterización de ligantes

asfálticos mediante el empleo del ensayo cántabro. Universidad Politécnica de Cataluña. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona - España. 1994.

12. PADILLA R, Alejandro. Tesis. Análisis de la resistencia de las mezclas

bituminosas densas de la normatividad mexicana mediante el ensayo de pista. Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. 2004.

13. PÉREZ S, Edgar G. Tesis. Evaluación de la escoria de horno como agregado

en mezclas asfálticas. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Guatemala. 2008.

14. PÉREZ BUITRAGO, Gonzalo. Materiales para ingeniería. Apuntes de clase.

Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Transporte y Vías, 2008

15. QUINTERO F, Juan David. GARCIA M, Helber. Tesis. Comportamiento

mecánico de mezclas asfálticas tipo MDC – 2 sometidas al efecto del envejecimiento adicionadas con cal y/o cemento. Universidad de Medellín. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil. Colombia. 2007

16. RAMÍREZ L, David. Tesis. Variabilidad del módulo resiliente de una mezcla

asfáltica mdc-2 dentro de la ventana de diseño propuesta por M. Witczak. Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Colombia. 2008.

17. REYES N, Carlos Alberto. Tesis. Estudio del comportamiento del mástico

asfáltico con diferentes tipos de fíller de la región de Morelia, cal y cemento, mediante el método UCL. Universidad Michoacana de San Nicolás De Hidalgo. Facultad de Ingeniería Civil. Morelia, México. 2011.

18. SÁNCHEZ-LEAL, F. J. Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela:

Solestudios C.A. 2008.

107

--------. Guía de uso del software RAMCODES. RAMSOFT. Venezuela: Solestudios C.A., 2009. --------. RAMCODES: Metodología racional para el análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados. Descripción de la metodología y campo de aplicación. Publicación Técnica 200 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2002. ISSN 0188-7297. 19. http://freddysanchez-leal.com/blogfs/ 20. http://www.RAMCODES.com 21. http://www.solestudios.com 22. http://www.asphaltpavement.org/ 23. http://www.asphaltinstitute.org/

http://freddysanchez-leal.com/blogfs/

http://www.ramcodes.com/

http://www.asphaltpavement.org/

http://www.asphaltinstitute.org/

108

ANEXOS

109

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS



DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL:

Laboratorista: Revisó:

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA

DE COLOM BIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

OBRA:

MUESTRA Nº:

Fondo 31,0 0,51 100,00 0,00

∑ 6.021,0

Observaciones:

No. 80 0,2 62,0 1,03 98,77 1,23

No. 200 0,1 43,0 0,71 99,49 0,51

No. 10 2,0 155,0 2,57 96,30 3,70

No. 40 0,4 87,0 1,44 97,74 2,26

3/8" 9,5 2395,0 39,78 58,43 41,57

No. 4 4,8 2125,0 35,29 93,72 6,28

3/4" 19,0 0,0 0,00 0,00 100,00

1/2" 12,5 1123,0 18,65 18,65 81,35

TAMIZ PESO % RETENIDO

% RETENIDO% PASA

Pulgadas mm RETENIDO (gr) ACUMULADO

OBRA: FECHA: FEBRERO DE 2012

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: AGREGADO GRUESO (GRAVA)

TESIS EVALUACION DE M EZCLAS BITUM INOSAS

M ATERIALES

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ANÁLISIS GRANULOM ÉTRICO

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS

FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV E - 213 - 07

CORRESPONDENCIAS

ASTM C136-07 AASTHO T29-99 NLT 150

ANEXO A. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES 1. Granulometría del agregado grueso (Grava)

110


M ATERIALES



No. 80 0,2 972,0 48,31 89,71 10,29

No. 200 0,1 183,0 9,10 98,81 1,19

No. 10 2,0 39,0


Fondo 24,0 1,19 100,00 0,00

∑ 2.012,0

Observaciones:

1,94 2,34 97,66

No. 40 0,4 786,0 39,07 41,40 58,60

3/8" 9,5 0,0 0,00 0,00 100,00

No. 4 4,8 8,0 0,40 0,40 99,60

3/4" 19,0 0,0 0,00 0,00 100,00

1/2" 12,5 0,0 0,00 0,00 100,00

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: AGREGADO FINO (ARENA)


% RETENIDO% PASA


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ANÁLISIS GRANULOM ÉTRICO

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS


CORRESPONDENCIAS

ASTM C136-07 AASTHO T29-99 NLT 150


MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO: CARACTERIZACION DE



MUESTRA Nº:

DE COLOM BIA




OBRA:

2. Granulometría del agregado fino (Arena)

111


M ATERIALES


% RETENIDO% PASA


3/4" 19,0 0,0 0,00 0,00 100,00

1/2" 12,5 0,0 0,00 0,00 100,00

3/8" 9,5 0,0 0,00 0,00 100,00

No. 4 4,8 33,0 1,52 1,52 98,48

No. 10 2,0 436,0 20,14 21,66 78,34

No. 40 0,4 1451,0 67,02 88,68 11,32

0,2 139,0 6,42 95,10 4,90

No. 200 0,1 48,0 2,22 97,32 2,68

AGREGADO FINO (ESCORIA)

NORM A INV E - 213 - 07FACULTAD DE INGENIERÍA



CARACTERIZACION DE PROPÓSITO:1MUESTRA Nº:

Fondo 58,0 2,68 100,00 0,00

∑ 2.165,0

Observaciones:

No. 80

DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOSDE COLOM BIA

ANÁLISIS GRANULOM ÉTRICO UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA


ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS CORRESPONDENCIAS

FEBRERO DE 2012FECHA:OBRA:

NLT 150AASTHO T29-99ASTM C136-07

3. Granulometría del agregado fino (Escoria)

112

A:

B:

C:

S:

OBRA:

MUESTRA Nº:


DE COLOM BIA






MUESTRA Nº: 1 y 2 PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS FINOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-128-97AASHTO T-84-00 04 NTL 154 - 92


% Absorción =S - A

x 100B + S - C B + S - C B + A - C A

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: AGREGADO FINO (ARENA)

Gsb =A

Gsb sss =S

Gsa =A

M ATERIALES

Masa en el aire de la muestra seca, en gramos

Masa del picnómetro aforado lleno de agua, en gramos

Masa total de picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua, en gramos

Masa al aire de la muestra saturada y superficial mente seca, en gramos

Muestra A B C S Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

No. 1 509,00 658,00 958,04 516,00 2,36 2,39 2,44 1,38%

Observaciones:


2,10 2,12 2,16 1,35%

Promedio 2,23 2,26 2,30 1,36%

No. 2 517,00 658,00 935,29 524,00

4. Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado fino (Arena)

113

A:

B:

C:

S:




DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS FINOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-128-97AASHTO T-84-00 04 NTL 154 - 92


% Absorción =S - A

x 100B + S - C B + S - C B + A - C A

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: AGREGADO FINO (ESCORIA)

Gsb =A

Gsb sss =S

Gsa =A

M ATERIALES


Masa del picnómetro aforado lleno de agua, en gramos

Masa total de picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua, en gramos

Masa al aire de la muestra saturada y superficial mente seca, en gramos

Muestra A B C S Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

No. 1 475,50 658,50 955,70 505,00 2,29 2,43 2,67 6,20%

Observaciones:


2,02 2,18 2,40 7,68%

Promedio 2,16 2,30 2,53 6,94%

No. 2 488,50 657,70 942,30 526,00

5. Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado fino (Escoria)

114

A:

B:

C:

M ATERIALES






DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-127-01 AASHTO T 85-91 - 04

% Absorción =B - A

x 100B - C B - C A - C A

AGsb =

AGsb sss =

BGsa =


Masa en el aire de la muestra saturada con superficie seca, en gramos

Masa sumergida en agua de la muestra saturada, en gramos

Muestra A B C Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

2,531 2,616 2,12%

No. 2 2.812,00 2.883,00 1.716,00 2,410 2,470 2,566 2,52%

No.1 2.872,00 2.933,00 1.774,00 2,478

Observaciones:


Promedio 2,444 2,501 2,591 2,32%

6. Gravedad específica bulk, aparente y porcentaje de absorción del agregado grueso (Grava)

115

- ( + )

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ÍNDICE DE APLANAM IENTO Y DE ALARGAM IENTO

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS PARA CARRETERAS




UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91

CORRESPONDENCIAS

MUESTRA Nº: 1


PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE



M ATERIALES

Índice de Aplanamiento Global

M2x 100 100 x

Mo - (∑ R1 + Masa rechazadas)

M1ILi =

mix100 IL =

Ri Mo

0,00 -- 0,00

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 3.000,00 gr Masas rechazadas 156,00 gr

Indice deFracción

Masa (R1) de la Ancho Nominal Masa de las

Fracción de las Ranuras Aplanamientopartículas que

Ia=(mi/Ri) x 100

0,00

GranulométricaGranulométrica

del Calibradorpasan por el

0,00 39,6 0,00

0,0025/38 0,00 56,3 0,00

0,00

di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)

50/63

21,8312.5/19 284,00 28,4 62,00

6.3/9.5 1.312,00 14,2 250,00

15,129.5/12.5 1.230,00 19,8 186,00

19,05

0,0038/50 0,00 78,8 0,00

19/25

Indice de Alargamiento Global =498,00

2.826,00

∑ (M1) 2.826,00 ∑ (M2) 498,00

x 100 = 17,62%


100 x3.000,00 2.826,00 156,00

= 0,60% < 1%3.000,00

Observaciones:

7. Índice de alargamiento

116

- ( + )



UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ÍNDICE DE APLANAM IENTO Y DE ALARGAM IENTO

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS PARA CARRETERAS


CORRESPONDENCIAS

UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91




100 xMo - (∑ R1 + Masa rechazadas)

Ri M1 Mo


Índice de Aplanamiento Global

Iai =mi

x100 Ia =M2

x 100

M ATERIALES

gr

Fracción Masa (R1) de la Ancho Nominal Masa de las Indice de

Fracción de las Ranuras partículas que Aplanamiento

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 3.000,00 gr Masas rechazadas 171,00

50/63 0,00 33,9 0,00 0,00

GranulométricaGranulométrica

del Calibradorpasan por el

Ia=(mi/Ri) x 100di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)

25/38 0,00 18,8 0,00 0,00

38/50 0,00 26,4 0,00 0,00

12.5/19 380,00 9,5 212,00 55,79

19/25 0,00 13,2 0,00 0,00

6.3/9.5 1.256,00 4,7 168,00 13,38

9.5/12.5 1.190,00 6,6 296,00 24,87

Indice de Aplanamiento Global =676,00

x 100 = 23,92%2.826,00

∑ (M1) 2.826,00 ∑ (M2) 676,00


0,10% < 1%3.000,00

Observaciones:

100 x3.000,00 2.826,00 171,00

=

8. Índice de aplanamiento

117

A = Peso seco de la muestra

B = Peso del recipiente + Agua a 25ºC

C = Peso del recipiente + muestra + agua a 25ºC

Gse =

-

Gse = Gravedad esécifica efectiva del agrgado

Gmm = Gravedad especifica teorica maxima ( RICE ) de mezcla de pavimento (sin vacios de aire)

Pmm = Porcentaje de masa del total de la mezcla suelta = 100

Pb = contenido de asfalto con el cual se desarrollo el ensayo; el porcentaje por el total

de la masa de la mezcla.

Gb = Gravedad especifica del bitumen

OBRA:

MUESTRA Nº:



DE COLOM BIA





MUESTRA Nº: PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD EFECTIVA






Observaciones:


DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ARENA BANDA CENTRAL

A + B - C

AGmm =

M ATERIALES

Gmm Gb

Pmm Pb

2,239

Pm-Pb

Muestra A B C GMM

No.1 2,239 100 6 1,12Gse

2,391

Muestra

No.1 1001 1798 2352 2,239

Gmm Pmm(%) Pb (%) Gb

Pb (%)

6

Resultado

9. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja media)

118




Gse =

-







OBRA:


DE COLOM BIA




MUESTRA Nº:




DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ARENA BANDA INFERIOR


M ATERIALES






Observaciones:


Gb Gse

1,12 2,379

Muestra A B

Pm-Pb

Pmm Pb

1002 1827 2377

Gmm Gb

Muestra Gmm Pmm(%) Pb (%)

No.1 2,217

Gmm =A

A + B - C

6,5

100 6,5

GMM

2,217

2,217Resultado

C Pb (%)

No.1

10. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja gruesa)

119




Gse =

-














Observaciones:



DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ARENA BANDA SUPERIOR M ATERIALES

Gmm =A

A + B - C

Muestra A B C GMM

No.1 1000 2,242

2,242

Pm-Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

1828 2382

Gse

No.1 2,242 100 6,5 1,12 2,410

Muestra Gmm Pmm(%) Pb (%) Gb

Pb (%)

6,5

Resultado

11. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (arena franja fina)

120




Gse =

-












Muestra A



DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ESCORIA BANDA CENTRAL


M ATERIALES

Observaciones:


Pm-Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

Muestra Gmm Pmm(%) Pb (%) Gb Gse

No.1 2,197 100 7 1,12 2,369


DE COLOM BIA




OBRA:

MUESTRA Nº:


No.1 1002 1830 2376 2,1977

Gmm =A

A + B - C

Resultado

B C GMM

2,197

Pb (%)

12. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja media)

121




Gse =

-














DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ESCORIA BANDA INFERIOR


M ATERIALES

Pm-Pb

Pmm Pb

Muestra A B C GMM

No.1 1001 1828 2372 2,190

2,190

Observaciones:


Gmm Gb


No.1 2,190 100 7 1,12 2,360



DE COLOM BIA




OBRA:

MUESTRA Nº:

Gmm =A

A + B - C

Pb (%)

7

Resultado

13. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja gruesa)

122




Gse =

-







DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ESCORIA BANDA SUPERIOR


M ATERIALES






Pm-Pb

Pmm Pb

Muestra A B C GMM

No.1 1000 1829 2377 2,212

2,212

Pb (%)

Observaciones:


Gmm Gb


No.1 2,212 100 6,5 1,12 2,373

OBRA: FECHA:

MUESTRA Nº: PROPÓSITO:

Gmm =A

A + B - C

FEBRERO DE 2012

CARACTERIZACIÓN DE

6,5

Resultado

14. Gravedad especifica efectiva del agregado fino (escoria franja fina)

123

Gsb =

%A + +

Dosificacion de agregados % Peso unitario (Gmb) del material gr/cm³

A % GRAVA Gsb

B% ARENA Gsb Gsb gr/cm³

C% CEMENTO Gsb

A % GRAVA Gsb


C% CEMENTO Gsb

A % GRAVA Gsb


C% CEMENTO Gsb

Laboratorista: Revisó: Laboratorista:

52 2.230

3.100

2.361

49 2.230

Observaciones: Observaciones:

7

41

Mezcla M1A - R1A

4 3.100

Mezcla M2A - R2A

2.358

Mezcla M3A - R3A

2.360

50 2.444

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLAS DISEÑADAS CON ARENA M ATERIALES DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL:

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS CORRESPONDENCIAS ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

OBRA: TESIS EVALUACION DE M EZCLAS BITUM INOSAS FECHA: FEBRERO DE 2012 OBRA:

MUESTRA Nº: PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE MUESTRA Nº:

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS DE COLOM BIA


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD EFECTIVA UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOSLABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS

100

Gsb A

%B

Gsb B

%C

Gsb C


2.444

5 3.100

46 2.444

46 2.230

15. Calculo del gravedad especifica de la combinación de agregados Gsb (Arena)

124

Gsb =

%A + +

Dosificacion de agregados % Peso unitario (Gmb) del material gr/cm³

A % GRAVA Gsb

B% ESCORIA Gsb Gsb gr/cm³

C% CEMENTO Gsb

A % GRAVA Gsb


C% CEMENTO Gsb

A % GRAVA Gsb


C% CEMENTO Gsb

Mezcla M2E - R2E

Mezcla M3E - R3E


Mezcla M1E - R1E

Observaciones:

41

5

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLAS DISEÑADAS CON ESCORIA M ATERIALES


OBRA:

MUESTRA Nº:




2.444


PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

TESIS EVALUACION DE M EZCLAS BITUM INOSAS FECHA: FEBRERO DE 2012

100

%B %C

Gsb A Gsb B Gsb C

2.160 2.316

2.320

4 3.100

54 2.160 2.305

3.100

45 2.444

50

5 3.100

49 2.444

47 2.160

16. Calculo del gravedad especifica de la combinación de agregados Gsb (Escoria)

125

Porcentaje de partículas con dos cara fracturadas

Masa de partículas fracturadas con al menos dos caras fracturadas.

Masa de partículas en la categoría de cuestionable o frontera

Masa de partículas en la categoría de no fraturadas o que no cumplen con el

criterio de partículas fraturadas


M ATERIALES


Observaciones:

EL PORCENTAJE DE CARAS FRACTURAS ES EL 100 % DEBIDO A QUE ES UN MATERIAL DE

TRITURACION CUMPLIENDO CON LA ESPECIFICACION, ADEMAS SE REALIZO LA

VERIFICACION EN EL LABORATORIO LLEGANDO A LA CONCLUSION INCIAL

Q (gr) 0,00 0,00

N (gr) 0,00 0,00

P 100,00% 100,00%

% de Caras Fracturadas = 100,0%

Muestra No. 1 Muestra No. 2

F (gr) 1.500,00 1.500,00

N :

Masa de Muestra No.1 = 1.500,00 gr

Masa de Muestra No.2 = 1.500,00 gr

Q :

FECHA: FEBRERO DE 2012


OBRA:


P =F + (Q/2)

x 100F + Q + N

P :

F :

PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS

DE COLOM BIA EN LOS AGREGADOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D - 5821 - 01


17. Porcentaje de caras fracturadas

126


MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS

DE COLOM BIA M ÁQUINA DE LAS ÁNGELES



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-131-01 AASHTO T-96-02 UNE EN 1097-02



% DESGASTE =P1 - P2

x 100P1 : Masa de la muestra seca antes del ensayo

P1 P2 : Masa de la muestra seca después del ensayo, previo

M ATERIALES

lavado sobre el tamiz de 1.70 mm (No. 12)

Pasa Retenido Granulometrías, Masa de la muestra para ensayo (g)

mm (pulg) mm (pulg) A B C D

--- --- ---

25,0 1" 19,0 3/4" 1250 ± 25 --- --- ---

37,5 1 1/2" 25,0 1" 1250 ± 25

2500 ± 10 --- ---

12,5 1/2" 9,5 3/8" 1250 ± 10 2500 ± 10 --- ---

19,0 3/4" 12,5 1/2" 1250 ± 10

--- 2500 ± 10 ---

6,3 1/4" 4,75 No. 4 --- --- 2500 ± 10 ---

9,5 3/8" 6,3 1/4" ---

--- --- 5000 ± 10

TOTALES 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10

4,75 No. 4 2,36 No. 8 ---

P2 (g) 4.168,0 4.180,0 4.156,0

% Desgaste (i) 16,64% 16,40% 16,88%

Granulometrías

B C D

P1 (g) 5.000,0 5.000,0 5.000,0


% DESGASTE = 16,64%

Observaciones:

18. Desgaste en la máquina de los Ángeles (Grava)

127

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOM BIAEQUIVALENTE DE ARENA DE

SUELOS Y AGREGADOS FINOS


CORRESPONDENCIAS

ASTM D - 2419 - 95AASHTO T-107 - 02

ESCUELA DE TRASNPORTE Y VÍAS


OBRA: TESIS EVALUACION DE M EZCLAS BITUM INOSAS FECHA: FEBRERO DE 2012

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ARENA

Equivalente de Arena EA =Lectura de Arena

X 100Lectura de Arcilla

MuestraLectura de Lectura de Equivalente de

Arena (pulg) Arcilla (pulg) Arena (%)

5.0 70.0

No. 2 3.7 5.0 74.0

DE M ATERIALES

Observaciones:


No. 3 3.3 5.0 66.0

Promedio 70.0

No. 1 3.5

19. Equivalente de arena

128

FE

CH

A:

MD

C-2

IN

VIA

SM

DC

-2 I

NV

IAS

PR

OP

ÓS

ITO

:Ha

lla

r e

l c

on

ten

ido

óp

tim

o d

e a

sfa

lto

Me

zc

la d

ise

ña

da

co

n a

ren

a M

1A

Pb

To

tal

%%

%P

bF

lujo

%%

Pro

m+

P. B

riq

P. (

B+P

)P

(B) en

VL.

BU

LK

GM

TG

MM

Gse

Abs

Agre

gP

b. E

fA

ire

%V

AM

VF

AE

fec

Pb

Psb

cm

Aire

Aire

Agua

BR

T.

(gr/

cm

3)(g

r/cm

3)(g

r/cm

3)(g

r/cm

3)

%%

%%

INV

748

5,5

94,5

6,3

6,4

6,6

6,4

1189,3

1196,2

6,9

07,5

0623,7

0565,0

2,105

799

789,4

3,4

29

0,9

88

5,5

94,5

6,5

6,5

6,3

6,4

1178,4

1184,5

6,10

6,6

3613

,00

564,9

2,0

86

677

660,1

3,6

91

0,9

75

5,5

94,5

6,6

6,3

6,4

6,4

1179,5

1184,5

5,0

05,4

3619

,90

559,2

2,109

767

769,3

3,4

91

1,003

Pro

m.

5,5

94,5

6,4

12,100

2,2

26

2,2

66

2,4

100,9

684,1

8,6

7,3

100

15,9

54,0

4,6

747,7

739,6

3,5

37

6,0

94,0

6,2

6,4

6,5

6,4

1177,8

1184,8

7,0

07,6

1624,10

553,1

2,129

774

764,7

3,4

21

0,9

88

6,0

94,0

6,4

6,4

6,2

6,3

1175,8

1181,8

6,0

06,5

2627,8

0547,5

2,148

590

581,2

3,9

29

0,9

85

6,0

94,0

6,2

6,4

6,3

6,3

1188,1

1194,0

5,9

06,4

1630,8

0556,8

2,134

846

831,6

3,6

09

0,9

83

Pro

m.

6,0

94,0

6,3

32,137

2,2

142,2

54

2,4

100,9

685,1

9,7

5,2

100

14,9

65,2

5,1

736,7

725,8

3,6

53

6,5

93,5

6,2

6,4

6,3

6,3

1174,1

1183,9

9,8

010

,65

629,3

0543,9

2,158

746

742,3

3,2

49

0,9

95

6,5

93,5

6,3

6,2

6,2

6,2

1182,4

1188,8

6,4

06,9

6618

,70

563,1

2,100

766

772,1

3,6

98

1,008

6,5

93,5

6,2

6,4

6,1

6,3

1173,6

1182,5

8,9

09,6

7626,10

546,7

2,147

697

708,2

3,9

07

1,016

Pro

m.

6,5

93,5

6,2

52,135

2,2

03

2,2

42

2,4

100,9

684,5

10,7

4,8

100

15,5

69,1

5,6

736,3

740,9

3,6

18

7,0

93,0

6,2

6,0

6,1

6,1

1173,6

1182,5

8,9

09,6

7623,0

0549,8

2,134

772

788,2

3,9

87

1,021

7,0

93,0

6,1

6,2

6,2

6,2

1174,3

1186,9

12,6

013

,70

627,0

0546,2

2,150

936

969

3,7

68

1,035

7,0

93,0

6,1

6,3

6,3

6,2

1178,0

1186,5

8,5

09,2

4625,3

0552,0

2,134

684

700,4

3,197

1,024

Pro

m.

7,0

93,0

6,18

2,140

2,191

2,2

30

2,4

100,9

684,3

11,7

4,1

100

15,7

74,2

6,1

797,3

819

,13,6

51

7,5

92,5

6,3

6,6

6,3

6,4

1157,6

1164,9

7,3

07,9

3611

,60

545,4

2,123

633

672,2

3,9

63

1,062

7,5

92,5

6,4

6,4

6,6

6,5

1177,6

1183,8

6,2

06,7

4625,3

0551,8

2,134

590

615

,44,4

60

1,043

7,5

92,5

6,4

6,4

6,2

6,3

1167,5

1173,1

5,6

06,0

9620,5

0546,5

2,136

767

795,4

4,6

03

1,037

Pro

m.

7,5

92,5

6,4

02,131

2,180

2,2

182,4

100,9

683,5

12,6

3,9

100

16,5

76,2

6,6

663,3

694,3

4,3

42

Gsb

Gse

Gsa

Gb

Fact

co

rreg

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b.

Mezc

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UN

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SIS

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CL

AS

BIT

UM

INO

SA

S E

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Peso

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2,4

57

ANEXO B. TABLAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL

1. MARSHALL N° 1 (M1A)

129

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:

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C-2

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6,0

94

,06

,36

,86

,86

,611

66

,411

70

,54

,10

4,4

66

09

,80

55

6,2

2,0

97

654

612

,14

,25

40

,93

6

6,0

94

,06

,66

,66

,66

,611

77

,711

82

,24

,50

4,8

96

11,7

05

65

,62

,08

2796

75

3,8

3,9

160

,94

7

6,0

94

,06

,86

,86

,76

,811

82

,811

87

,95

,10

5,5

46

06

,80

57

5,6

2,0

55

550

49

7,8

3,9

46

0,9

05

Pro

m.

6,0

94

,06

,66

2,0

78

2,18

02

,22

02

,36

90

,99

84

,29

,46

,410

015

,85

9,4

5,1

66

6,7

62

1,2

4,0

39

6,5

93

,56

,56

,56

,76

,511

72

,211

79

,37

,10

7,7

26

14,3

05

57

,32

,10

3640

610

,64

,43

40

,95

4

6,5

93

,56

,46

,56

,96

,611

74

,611

82

,17

,50

8,15

60

6,6

05

67

,32

,07

0537

50

8,5

3,7

08

0,9

47

6,5

93

,56

,66

,36

,96

,611

69

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79

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36

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62

7,1

4,15

40

,94

3

Pro

m.

6,5

93

,56

,57

2,0

87

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92

,20

92

,36

90

,99

84

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,96

5,4

5,6

614

,05

82

,14

,09

9

7,0

93

,06

,46

,46

,76

,511

76

,711

83

,66

,90

7,5

06

14,4

05

61,7

2,0

95

538

518

,14

,97

90

,96

3

7,0

93

,06

,36

,76

,46

,511

72

,111

79

,47

,30

7,9

36

19,4

05

52

,12

,12

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1,5

3,9

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68

7,0

93

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,56

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70

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76

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55

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34

Pro

m.

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93

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0,9

70

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6,6

63

3,7

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7,4

4,3

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92

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93

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99

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6,4

16

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56

3,1

2,12

05

124

98

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20

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3

8,0

92

,06

,56

,46

,56

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70

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92

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89

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93

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4,0

26

18,10

57

1,5

2,0

82

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44

7,0

5,9

05

0,9

51

Pro

m.

8,0

92

,06

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2,0

94

2,13

72

,17

52

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90

,99

83

,013

,23

,710

017

,07

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7,1

49

5,7

47

8,3

4,7

89

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Gse

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74

8 -

07

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2,3

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:

2,3

60


134

ANEXO C. GRÁFICAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL 1. MARSHALL N° 1 (M1A)

135


136


137


138


139


140

ANEXO D. ENSAYO RAMCODES 1. RAMCODES N° 1 (R1A)

2. RAMCODES N° 2 (R2A)

141

3. RAMCODES N° 3 (R3A) 4. RAMCODES N° 4 (R1E)

142

5. RAMCODES N° 5 (R2E)

6. RAMCODES N° 6 (R3E)

EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MDC–2 CON AGREGADOS PÉTREOS, ESCORIA...

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