FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ... · iii APROBACIÓN DEL TUTOR Yo, Juan...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

Estudio del pavimento flexible con polvo de caucho frente al efecto de fatiga

Trabajo de titulación modalidad Proyecto de investigación, previo a la obtención

del título de

Ingeniera Civil

AUTORA: De Jesús Palacios Génesis Nicole

TUTOR: Ing. Juan Enrique Merizalde Aguirre MSc. M.B.A.

Quito, 2019

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, DE JESÚS PALACIOS GÉNESIS NICOLE, en calidad de autora y titular de los derechos

morales y patrimoniales del trabajo de titulación ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO DE FATIGA, modalidad Proyecto de

investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA

SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedemos a favor

de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el

uso no comercial de la ora, con fines estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los

derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y

publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en

el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

La autora declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier

reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad de toda

responsabilidad.

_________________

Génesis Nicole De Jesús Palacios

CC. 1722774477-6

Dirección electrónica: [email protected]

mailto:[email protected]

iii

APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, Juan Enrique Merizalde Aguirre, en calidad de tutor del trabajo de titulación ESTUDIO

DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO DE

FATIGA, elaborado por la señorita: De Jesús Palacios Génesis Nicole, estudiante de la Carrera

de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad

Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo

metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte del jurado

examinador que se designe, por lo que APRUEBO, a fin de que el trabajo investigativo sea

habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del

Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los 26 días del mes de julio del 2019.

Atentamente:

---------------------------------------------

Ing. Juan Enrique Merizalde Aguirre MSc. M.B.A.

DOCENTE-TUTOR

CC. 1705312880

iv

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico a mi familia, mi madre por acompañarme en cada paso que doy, siempre

estar presente de cualquier forma y por ser un soporte en mi vida, por su sacrificio para conmigo,

a mi padre por el apoyo brindado a lo largo de todos estos años, a mi hermano, por las fuerzas que

me da a diario, a mis tíos y tías por siempre estar presente en cada etapa de mi vida y preocuparse

tanto por mí, también me lo dedico a mí, por todo el esfuerzo que he dedicado en todos estos años,

para así lograr mis metas.


v

AGRADECIMIENTO

Agradecer a Dios por la vida, todas las metas alcanzadas, la familia que tengo y por las personas

que ha puesto en mi camino.

Tengo que agradecer a mi madre Sandra Palacios, por toda la dedicación y esfuerzo, por la

paciencia, la educación y realmente por todo lo que me ha dado, a mi padre Pedro De Jesús, por

apoyarme y darme fuerzas siempre para seguir adelante, a mi hermano Matías De Jesús, porque a

pesar de ser menor a mí, me da fuerzas apoyo y hace que tenga ganas de seguir adelante a cada

momento.

A la Universidad Central del Ecuador, a la carrera de Ingeniería Civil, por brindarme el

conocimiento necesario para llegar a este punto.

A la Empresa Pública Metropolitana de Movilidad y Obras Publicas por facilitarme las

instalaciones del laboratorio de suelos para poder llevar a cabo mi investigación, al Ing. Víctor

Molina y al señor Marcelo Pacheco por ser una guía en el desarrollo de mi trabajo de investigación.

Un especial agradecimiento a mi tutor, Ing. Juan Merizalde, por hacer que, con sus clases, me

encante la rama de pavimentos de la carrera, y por todo el tiempo que ha dedicado a guiarme para

sacar adelante este proyecto de titulación.


vi

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR ------------------------------------------------------------------------------------------------------- ii

APROBACIÓN DEL TUTOR -------------------------------------------------------------------------------------------------- iii

DEDICATORIA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iv

AGRADECIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ v

CONTENIDO ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- vi

LISTA DE TABLAS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- x

LISTA DE FIGURAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- xii

LISTA DE FOTOGRAFÍAS -------------------------------------------------------------------------------------------------- xiii

LISTA DE ECUACIONES ---------------------------------------------------------------------------------------------------- xiv

LISTA DE GRÁFICOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------- xv

ANEXOS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xvi

RESUMEN ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xvii

ABSTRACT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- xviii

CAPITULO I ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

INTRODUCCIÓN ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

1.1. PROBLEMATIZACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.2. ANTECEDENTES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.3. JUSTIFICACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.4. OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4

1.4.1. Objetivo general ------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.4.2. Objetivos específicos -------------------------------------------------------------------------------------------- 4

1.5. HIPÓTESIS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.5.1. Variable independiente ------------------------------------------------------------------------------------------ 4 1.5.2. Variable Dependiente ------------------------------------------------------------------------------------------- 4

CAPITULO II ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

MARCO TEÓRICO --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

2.1. MEZCLAS ASFÁLTICAS ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 2.2. MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA ------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.3. COMPONENTES DE LA MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA ---------------------------------------------------------- 7

2.3.1. Polvo de caucho reciclado -------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.3.1.1. Obtención del polvo de caucho reciclado (GCR) ---------------------------------------------------------------------- 8

2.3.1.1.1. Proceso Ambiental ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 2.3.1.1.2. Proceso Criogénico ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.3.1.1.3. Otros procesos -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11

2.3.1.2. Componentes del polvo de caucho reciclado ------------------------------------------------------------------------- 11 2.3.1.3. Propiedades del polvo de caucho reciclado --------------------------------------------------------------------------- 12

2.3.2. Métodos de adición del GCR en las mezclas asfálticas --------------------------------------------------- 12 2.3.2.1. Vía Seca ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13

2.3.2.1.1. Tecnología PlusRide ------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 2.3.2.1.2. Tecnología Genérica ------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 2.3.2.1.3. Tecnología Convencional ------------------------------------------------------------------------------------------- 14

vii

2.3.2.2. Vía Húmeda --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 2.3.2.2.1. Tecnología Continua ------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 2.3.2.2.2. Tecnología Terminal ------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 2.3.2.2.3. Mezclado en Campo ------------------------------------------------------------------------------------------------- 16

2.3.3. Material Pétreo ------------------------------------------------------------------------------------------------ 17 2.3.3.1. Tipos de Agregados Pétreos -------------------------------------------------------------------------------------------- 18 2.3.3.2. Agregados para Mezcla en Planta-------------------------------------------------------------------------------------- 18

2.3.4. El Asfalto -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 2.3.4.1. Propiedades Físicas ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 20 2.3.4.2. Composición Química --------------------------------------------------------------------------------------------------- 21 2.3.4.3. Clasificación de Asfaltos ------------------------------------------------------------------------------------------------ 22 2.3.4.3.1. Cementos asfálticos -------------------------------------------------------------------------------------------------- 22 2.3.4.3.2. Asfaltos diluidos ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22 2.3.4.3.3. Emulsiones ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22

2.4. FATIGA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 22 2.4.1. Fatiga en Pavimentos ----------------------------------------------------------------------------------------- 24 2.4.2. Fases de fallos por Fatiga ------------------------------------------------------------------------------------ 25 2.4.3. Leyes de Fatiga ------------------------------------------------------------------------------------------------ 26

2.4.3.1. Métodos de estimación de Leyes de Fatiga --------------------------------------------------------------------------- 27 2.5. MARCO LEGAL ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 30

CAPITULO III ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

METODOLOGÍA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 3.2. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------- 32

3.2.1. Método inductivo----------------------------------------------------------------------------------------------- 32 3.2.2. Método de análisis --------------------------------------------------------------------------------------------- 32

3.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS -------------------------------------------------------------------------------------------- 32 3.4. DATOS GENERALES DE MATERIALES ---------------------------------------------------------------------------------- 33

3.4.1. Material Pétreo ------------------------------------------------------------------------------------------------ 33 3.4.2. Asfalto ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 3.4.3. Polvo de caucho ------------------------------------------------------------------------------------------------ 34

3.5. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ------------------------------------------------ 35 3.5.1. Ensayo de penetración (NTE INEN 0917:2013 / ASTM D 5) -------------------------------------------- 35 3.5.2. Gravedad específica del asfalto (NTE INEN 0923 / ASTM D 107) ------------------------------------- 36 3.5.3. Viscosidad mediante el viscosímetro rotacional BROOKFIELD (ASTM D 4402-06) ---------------- 37 3.5.4. Ensayo punto de ablandamiento con el aparato de anillo y bola (ASTM D 36 / AASHTO T53-93) 38 3.5.5. Índice de penetración por VAN DOORMAAL Y PFEIFFER --------------------------------------------- 39 3.5.6. Ensayo de ductilidad (NTE INEN 0916 / ASTM D113-07) ----------------------------------------------- 40 3.5.7. Punto de inflamación copa de Cleveland (NTE INEN 0808:2013 / ASTM D 92) --------------------- 41

3.6. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES GRANULARES --------------------------------------------------- 42 3.6.1. Análisis granulométrico (NT E INEN 0696:2011 / ASTM C 136) --------------------------------------- 42 3.6.2. Abrasión de agregado grueso, máquina de los ángeles (NTE INEN 0860:2011 / ASTM C 131) --- 49 3.6.3. Porcentaje de caras fracturadas en los agregados (ASTM D 5821) ------------------------------------ 50 3.6.4. Determinación de partículas planas y alargadas en el agregado grueso (ASTM D 4791). ---------- 51 3.6.5. Determinación de la densidad relativa (gravedad específica) y absorción de agua del agregado

grueso. (NTE INEN 0857:2010 / ASTM C-127). ------------------------------------------------------------------------ 52 3.6.6. Determinación de la densidad relativa (gravedad específica) y absorción de agua del agregado fino

(NTE INEN 0856:2010 / ASTM C-128) ---------------------------------------------------------------------------------- 54 3.6.7. Equivalente de arena (ASTM D-2419) ---------------------------------------------------------------------- 55 3.6.8. Durabilidad a la acción de sulfato de magnesio (NTE INEN 0863:2011 / ASTM C 88) ------------- 56

CAPÍTULO IV ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 59

viii

DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE ------------------------------------------------------------------ 59

4.1. DISEÑO --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 59 4.1.1. Parámetros de diseño ----------------------------------------------------------------------------------------- 59

4.2. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS (BRIQUETAS) DE ENSAYO ------------------------------------------------------- 60 4.2.1. Dosificación del agregado pétreo --------------------------------------------------------------------------- 60 4.2.2. Porcentaje teórico de asfalto (óptimo) ---------------------------------------------------------------------- 62 4.2.3. Gravedad específica de la mezcla de agregados ---------------------------------------------------------- 64

4.3. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE ASFALTO (MÉTODO MARSHALL) ------------------------------ 65 4.3.1. Determinación de la densidad aparente -------------------------------------------------------------------- 66 4.3.2. Ensayo de Estabilidad y Flujo ------------------------------------------------------------------------------- 67 4.3.3. Determinación de la densidad máxima teórica. ----------------------------------------------------------- 69

4.3.3.1. Ensayo Rice (ASTM D-2041). ----------------------------------------------------------------------------------------- 69 4.3.4. Volumen de agregado en porcentaje ----------------------------------------------------------------------- 70 4.3.5. VOLUMEN DE VACÍOS EN PORCENTAJE ------------------------------------------------------------- 70 4.3.6. Volumen de cemento asfáltico en porcentaje --------------------------------------------------------------- 70 4.3.7. Volumen de vacíos en agregado mineral (VAM) ---------------------------------------------------------- 71 4.3.8. Volumen de vacíos llenos de asfalto (VFA) ----------------------------------------------------------------- 71 4.3.9. Porcentaje efectivo de asfalto -------------------------------------------------------------------------------- 71 4.3.10. Evaluación de gráficas contenido óptimo de asfalto ------------------------------------------------------ 72

4.3.10.1. Curva de Densidad Bulk ------------------------------------------------------------------------------------------------ 72 4.3.10.2. Curva de Vacíos ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 72 4.3.10.3. Curva de Estabilidad ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 73 4.3.10.4. Curva de Volumen de vacíos llenos con asfalto (VFA)------------------------------------------------------------- 74 4.3.10.5. Curva de Flujo ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 74 4.3.10.6. Curva de volumen de vacíos en el agregado mineral (VAM) ------------------------------------------------------ 75 4.3.10.7. Comprobación de diseño ------------------------------------------------------------------------------------------------ 76

4.4. EXTRACCIÓN CUANTITATIVA DEL ASFALTO EN MEZCLAS EN CALIENTE (ASTM D – 2172) ------------------ 77 4.5. MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE MODIFICADA --------------------------------------------------------------------- 78

4.5.1. Granulometría del grano de caucho reciclado (GCR) ---------------------------------------------------- 78 4.5.2. Elaboración de la mezcla por el proceso de vía seca ----------------------------------------------------- 79 4.5.3. Determinación del óptimo de caucho en la mezcla -------------------------------------------------------- 80

4.5.3.1. Módulo resiliente de mezclas asfálticas (UNE - EN 12697-26) --------------------------------------------------- 80 4.5.3.2. Comprobación del diseño óptimo de mezcla asfáltica modificada ------------------------------------------------ 85

4.5.4. Ensayo de cántabro para pérdida por desgaste (NLT-250/00) ------------------------------------------ 86 4.6. FATIGA POR TENSIÓN INDIRECTA (UNE - EN 12697-24 ANEXO E) --------------------------------------------- 87

4.6.1. Ensayo de Tensión Indirecta en muestras cilíndricas ----------------------------------------------------- 89 4.6.2. Vida a la Fatiga ------------------------------------------------------------------------------------------------ 91 4.6.3. Determinación de esfuerzo y deformación de mezclas asfálticas convencional y modificada ------- 93

CAPÍTULO V -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 97

ANÁLISIS DE RESULTADOS ----------------------------------------------------------------------------------------------- 97

5.1. CEMENTO ASFÁLTICO ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 97 5.2. AGREGADOS PÉTREOS --------------------------------------------------------------------------------------------------- 98 5.3. ENSAYOS A LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONALES Y MODIFICADAS ------------------------------------ 99

5.3.1. Ensayos de Módulo Resiliente en mezclas asfálticas ------------------------------------------------------ 99 5.3.1.1. Porcentaje óptimo de caucho en la mezcla asfáltica ----------------------------------------------------------------- 99

5.3.2. Ensayo Cántabro o perdida por desgaste ----------------------------------------------------------------- 100 5.3.3. Ensayos de fatiga en mezclas asfálticas ------------------------------------------------------------------- 102

5.4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS -------------------------------------------------------------------------------------------- 103 5.4.1. Ventajas -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 103 5.4.2. Desventajas ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 104

ix

5.5. ANÁLISIS ECONÓMICO PARA LA PRODUCCIÓN EN PLANTA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONAL Y

MODIFICADA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 105 5.6. ANÁLISIS ECONÓMICO PARA EL MANTENIMIENTO DE CAPAS ASFÁLTICAS CONVENCIONAL Y MODIFICADA.

106

CAPÍTULO VI ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 113

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES --------------------------------------------------------------------------- 113

6.1. CONCLUSIONES ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 113 6.2. RECOMENDACIONES ---------------------------------------------------------------------------------------------- 117

x

LISTA DE TABLAS

TABLA 1: REQUISITOS DE GRADACIÓN DE AGREGADOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS ................................................... 19 TABLA 2: CAUSAS Y EFECTOS DE UNA MALA RESISTENCIA A LA FATIGA ...................................................................... 23 TABLA 3: COEFICIENTES DE REGRESIÓN ....................................................................................................................... 29 TABLA 4: MARCO LEGAL, NORMAS ............................................................................................................................. 30 TABLA 5: RESULTADOS DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN AC-20.................................................................................... 35 TABLA 6: RESULTADO DEL ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA ASFALTO AC - 20 ...................................................... 36 TABLA 7: PESO UNITARIO DEL ASFALTO AC - 20 ......................................................................................................... 37 TABLA 8: ENSAYO DE VISCOSIDAD .............................................................................................................................. 38 TABLA 9: RESULTADOS DEL ENSAYO PUNTO DE ABLANDAMIENTO ASFALTO AC -20 ................................................. 39 TABLA 10: ÍNDICE DE PENETRACIÓN ASFALTO AC - 20 ............................................................................................... 39 TABLA 11: RESULTADOS ENSAYO DE DUCTILIDAD ASFALTO AC - 20 .......................................................................... 40 TABLA 12: RESULTADOS DEL ENSAYO PUNTO DE INFLAMACIÓN COPA CLEVELAND ................................................... 41 TABLA 13: GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO (3/4) # 1 ........................................................................................ 43 TABLA 14: GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO (3/4) # 2 ........................................................................................ 44 TABLA 15: GRANULOMETRÍA AGREGADO MEDIO (1/2) # 1 .......................................................................................... 45 TABLA 16: GRANULOMETRÍA AGREGADO MEDIO (1/2) # 2 .......................................................................................... 46 TABLA 17: GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO # 1 ...................................................................................................... 47 TABLA 18: GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO # 2 ...................................................................................................... 48 TABLA 19: ESPECIFICACIONES PARA LA CARGA ........................................................................................................... 49 TABLA 20: RESULTADOS DEL ENSAYO ABRASIÓN DEL AGREGADO .............................................................................. 50 TABLA 21: RESULTADOS DEL ENSAYO PARTÍCULAS FRACTURADAS ............................................................................ 51 TABLA 22: RESULTADOS DEL ENSAYO PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS ................................................................ 52 TABLA 23: ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO 3/4" ....................... 53 TABLA 24: ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCIÓN DEL AGREGADO MEDIO 1/2" ......................... 53 TABLA 25: ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO DEL AGREGADO FINO .................................................................................... 54 TABLA 26: RESULTADOS DEL ENSAYO DE EQUIVALENTE DE ARENA ............................................................................ 55 TABLA 27: ENSAYO DESGASTE A LA ACCIÓN DE SULFATOS ......................................................................................... 57 TABLA 28: CUADRO RESUMEN DE ENSAYOS A MATERIALES ......................................................................................... 57 TABLA 29: PARÁMETROS DE DISEÑO, HORMIGÓN ASFÁLTICO MEZCLADO EN PLANTA ................................................. 59 TABLA 30: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA ........................................................................... 60 TABLA 31: PORCENTAJE OPTIMO TEÓRICO DE ASFALTO (MÉTODO FRANCÉS) ............................................................... 63 TABLA 32: PORCENTAJE ÓPTIMO TEÓRICO DE ASFALTO (MÉTODO INSTITUTO DEL ASFALTO) ...................................... 64 TABLA 33: GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS AGREGADOS .............................................................................................. 65 TABLA 34: CANTIDADES DE ASFALTO A DISTINTOS PORCENTAJES................................................................................ 65 TABLA 35: DOSIFICACIÓN DE MATERIAL PARA LA MEZCLA .......................................................................................... 65 TABLA 36: DENSIDAD APARENTE................................................................................................................................. 67 TABLA 37: DATOS ENSAYO ESTABILIDAD Y FLUJO ....................................................................................................... 68 TABLA 38: DENSIDAD MÁXIMA TEÓRICA ..................................................................................................................... 70 TABLA 39: VALORES DE LAS CURVAS DE DISEÑO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA (MARSHALL) ......................................... 76 TABLA 40: COMPROBACIÓN DE DISEÑO ........................................................................................................................ 76 TABLA 41: ENSAYO DE EXTRACCIÓN DE ASFALTO ....................................................................................................... 77 TABLA 42: GRANULOMETRÍA GRANO DE CAUCHO RECICLADO ................................................................................... 78 TABLA 43: RESULTADOS DEL MÓDULO RESILIENTE MEZCLA CONVENCIONAL ............................................................ 81 TABLA 44: RESULTADOS DE MÓDULO RESILIENTE. MALLA N° 16............................................................................... 82 TABLA 45: RESULTADOS DE MÓDULO RESILIENTE. MALLA N° 30............................................................................... 82 TABLA 46: RESULTADOS DE MÓDULO RESILIENTE. MALLA N° 40............................................................................... 82 TABLA 47: DETERMINACIÓN % ÓPTIMO DE GCR ......................................................................................................... 83 TABLA 48: COMPROBACIÓN DEL PORCENTAJE DE GCR ............................................................................................... 85 TABLA 49: MÓDULO RESILIENTE A VARIAS TEMPERATURAS PARA UNA MEZCLA CONVENCIONAL ............................... 85

xi

TABLA 50: MÓDULO RESILIENTE A VARIAS TEMPERATURAS PARA UNA MEZCLA MODIFICADA .................................... 85 TABLA 51: ENSAYO CÁNTABRO MEZCLA CONVENCIONAL .......................................................................................... 86 TABLA 52: ENSAYO CÁNTABRO MEZCLA MODIFICADA ............................................................................................... 87 TABLA 53: ENSAYO RESISTENCIA A LA FATIGA ........................................................................................................... 90 TABLA 54: RESULTADOS ENSAYO DE FATIGA .............................................................................................................. 93 TABLA 55: ESFUERZO Y DEFORMACIÓN, MEZCLA CONVENCIONAL .............................................................................. 94 TABLA 56: ESFUERZO Y DEFORMACIÓN, MEZCLA MODIFICADA ................................................................................... 95 TABLA 57: RESULTADOS CEMENTO ASFÁLTICO AC-20................................................................................................ 97 TABLA 58: RESULTADOS ENSAYOS AGREGADOS PÉTREOS ........................................................................................... 98 TABLA 59: RESULTADOS DEL ENSAYO DE FATIGA BAJO ESFUERZO CONTROLADO ...................................................... 102 TABLA 60: RESULTADOS ENSAYO FATIGA A 400KPA ................................................................................................. 103 TABLA 61: PRESUPUESTO CONSTRUCCIÓN DE 3 KM DE VÍA CON MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL ...................... 107 TABLA 62: PRESUPUESTO CONSTRUCCIÓN DE 3 KM DE VÍA CON MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR........... 108 TABLA 63: PRESUPUESTO MANTENIMIENTO PERIÓDICO CAPA ASFÁLTICA CONVENCIONAL ....................................... 109 TABLA 64: PRESUPUESTO MANTENIMIENTO PERIÓDICO CAPA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR ........................... 109 TABLA 65: COSTO DE MANTENIMIENTO CAPA ASFÁLTICA CONVENCIONAL ................................................................ 111 TABLA 66: COSTO DE MANTENIMIENTO CAPA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR .................................................... 111

xii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: SISTEMA TÍPICO DE MOLIENDA AMBIENTAL ................................................................................................... 9 FIGURA 2: PROCESO TÍPICO DE MOLIENDA CRIOGÉNICA ............................................................................................... 10 FIGURA 3: PROCESO DE TRITURACIÓN DEL CAUCHO ..................................................................................................... 11 FIGURA 4: PROCESO DE MODIFICACIÓN POR VÍA SECA .................................................................................................. 13 FIGURA 5: PROCESO DE MODIFICACIÓN POR VÍA HÚMEDA ............................................................................................ 15 FIGURA 6: UNIDAD DE MEZCLADO MÓVIL .................................................................................................................... 17 FIGURA 7: EL ASFALTO ................................................................................................................................................ 20 FIGURA 8: COMPOSICIÓN QUÍMICA AC-20 ................................................................................................................... 21 FIGURA 9: AGRIETAMIENTO POR TENSIÓN EN BASE DE LA CAPA ................................................................................... 24 FIGURA 10: CURVA DE FATIGA 25°C ............................................................................................................................ 25 FIGURA 11: LEYES DE FATIGA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS .............................................................................................. 26 FIGURA 12: A) CONFIGURACIÓN DE LA CARGA, B) ROTURA DEL ENSAYO ..................................................................... 88 FIGURA 13: MONTAJE DE ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FATIGA ................................................................................. 88 FIGURA 14: CARGA PARA ESFUERZO Y DEFORMACIÓN ................................................................................................. 89

xiii

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

FOTOGRAFÍA 1: PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ASFALTO NARANJO-LÓPEZ .................................................................... 33 FOTOGRAFÍA 2: PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ASFALTO NARANJO-LÓPEZ .................................................................... 34 FOTOGRAFÍA 3: PLANTA RECICLADORA DE LLANTAS RUBBERACTION .................................................................. 34 FOTOGRAFÍA 4: ENSAYO DE PENETRACIÓN .................................................................................................................. 35 FOTOGRAFÍA 5: ENSAYO GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL ASFALTO AC-20 ....................................................................... 36 FOTOGRAFÍA 6: ENSAYO DE VISCOSIDAD DEL ASFALTO AC-20 .................................................................................... 37 FOTOGRAFÍA 7: ENSAYO DE PUNTO DE ABLANDAMIENTO DEL ASFALTO AC -20 ......................................................... 38 FOTOGRAFÍA 8: ENSAYO DE DUCTILIDAD DEL ASFALTO AC -20 ................................................................................. 40 FOTOGRAFÍA 9: ENSAYO DE PUNTO DE INFLAMACIÓN DEL ASFALTO AC-20 ................................................................ 41 FOTOGRAFÍA 10: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADOS ........................................................................................ 42 FOTOGRAFÍA 11: ENSAYO ABRASIÓN MAQUINA DE LOS ÁNGELES .............................................................................. 49 FOTOGRAFÍA 12: ENSAYO CARAS FRACTURADAS ........................................................................................................ 50 FOTOGRAFÍA 13: ENSAYO PARTÍCULAS PLANAS Y ALARGADAS ................................................................................... 51 FOTOGRAFÍA 14: ENSAYO PESO ESPECÍFICO AGREGADO GRUESO................................................................................. 52 FOTOGRAFÍA 15: ENSAYO PESO ESPECÍFICO AGREGADO FINO ...................................................................................... 54 FOTOGRAFÍA 16: ENSAYO EQUIVALENTE DE ARENA .................................................................................................... 55 FOTOGRAFÍA 17: ENSAYO DESGASTE A LOS SULFATOS ................................................................................................ 56 FOTOGRAFÍA 18: MATERIALES PARA LA MEZCLA DE AGREGADOS ............................................................................... 61 FOTOGRAFÍA 19: PORCENTAJE DE ASFALTO A LA MEZCLA ........................................................................................... 66 FOTOGRAFÍA 20: ENSAYO ESTABILIDAD Y FLUJO ......................................................................................................... 68 FOTOGRAFÍA 21: ENSAYO RICE .................................................................................................................................... 69 FOTOGRAFÍA 22: ENSAYO DE EXTRACCIÓN DE ASFALTO.............................................................................................. 77 FOTOGRAFÍA 23: GRANULOMETRÍA GCR..................................................................................................................... 78 FOTOGRAFÍA 24: INCORPORACIÓN DEL CAUCHO A LA MEZCLA, VÍA SECA .................................................................... 79 FOTOGRAFÍA 25: EQUIPO NAT ..................................................................................................................................... 81 FOTOGRAFÍA 26: ENSAYO CÁNTABRO .......................................................................................................................... 86 FOTOGRAFÍA 27: ENSAYO DE VIDA A LA FATIGA ......................................................................................................... 90

xiv

LISTA DE ECUACIONES

ECUACIÓN 1: MÉTODO COLLOP, DETERMINACIÓN DE LEYES DE FATIGA ................................................................... 27 ECUACIÓN 2: MÉTODO COOPER Y PELL, DETERMINACIÓN DE LEYES DE FATIGA ..................................................... 27 ECUACIÓN 3: MÉTODO THOMPSON, DETERMINACIÓN DE LEYES DE FATIGA ............................................................ 28 ECUACIÓN 4: MÉTODO SHELL, DETERMINACIÓN DE LEYES DE FATIGA ...................................................................... 28 ECUACIÓN 5: MÉTODO AI, DETERMINACIÓN DE LEYES DE FATIGA .............................................................................. 29 ECUACIÓN 6: SUPERFICIE ESPECÍFICA DE LOS ÁRIDOS .................................................................................................. 62 ECUACIÓN 7: PORCENTAJE DE ASFALTO EN PESO ......................................................................................................... 62 ECUACIÓN 8: CONTENIDO APROXIMADO DE ASFALTO .................................................................................................. 63 ECUACIÓN 9: GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA MEZCLA................................................................................................... 64 ECUACIÓN 10: DENSIDAD APARENTE ........................................................................................................................... 66 ECUACIÓN 11: GRAVEDAD MÁXIMA TEÓRICA ............................................................................................................. 69 ECUACIÓN 12: VOLUMEN DE AGREGADO EN PORCENTAJE ............................................................................................ 70 ECUACIÓN 13: VOLUMEN DE VACÍOS EN PORCENTAJE ................................................................................................. 70 ECUACIÓN 14: VOLUMEN DE CEMENTO ASFÁLTICO EN PORCENTAJE ............................................................................ 70 ECUACIÓN 15: VOLUMEN DE VACÍOS AGREGADO MINERAL ......................................................................................... 71 ECUACIÓN 16: VOLUMEN DE VACÍOS LLENOS DE ASFALTO .......................................................................................... 71 ECUACIÓN 17: PORCENTAJE EFECTIVO DE ASFALTO ..................................................................................................... 71 ECUACIÓN 18: % ASFALTO RESIDUAL ......................................................................................................................... 77 ECUACIÓN 19: ESFUERZO DE TRACCIÓN ....................................................................................................................... 93 ECUACIÓN 20: DEFORMACIÓN POR TRACCIÓN .............................................................................................................. 94

xv

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO GRUESO #1 ................................................................................. 43 GRÁFICO 2: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO GRUESO #2 ................................................................................. 44 GRÁFICO 3: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO MEDIO #1 ................................................................................... 45 GRÁFICO 4: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO MEDIO #2 ................................................................................... 46 GRÁFICO 5: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO FINO #1 ...................................................................................... 47 GRÁFICO 6: CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO FINO #2 ...................................................................................... 48 GRÁFICO 7: CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA MEZCLA ................................................................................................ 61 GRÁFICO 8: DENSIDAD BULK / %ASFALTO................................................................................................................. 72 GRÁFICO 9: % VACÍOS / % ASFALTO ............................................................................................................................ 73 GRÁFICO 10: ESTABILIDAD / % ASFALTO ..................................................................................................................... 73 GRÁFICO 11: VFA / % ASFALTO .................................................................................................................................. 74 GRÁFICO 12: FLUJO / % ASFALTO ................................................................................................................................ 75 GRÁFICO 13: VAM / % ASFALTO ................................................................................................................................. 75 GRÁFICO 14: CURVA GRANULOMÉTRICA GCR ............................................................................................................. 79 GRÁFICO 15: DETERMINACIÓN MALLA ÓPTIMA PARA EL GCR ..................................................................................... 83 GRÁFICO 16: PORCENTAJE ÓPTIMO DE GCR ................................................................................................................ 84 GRÁFICO 17: CURVA DE FATIGA .................................................................................................................................. 91 GRÁFICO 18: CURVAS DE DEFORMACIÓN HORIZONTAL VS N° CICLOS DE CARGA ........................................................ 92 GRÁFICO 19: CURVAS DE DEFORMACIÓN VERTICAL VS N° CICLOS DE CARGA ............................................................. 92 GRÁFICO 20: REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA BAJO ESFUERZO CONTROLADO,

MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL ................................................................................................................... 95 GRÁFICO 21: REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA BAJO ESFUERZO CONTROLADO,

MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA ........................................................................................................................ 96 GRÁFICO 22: RESULTADOS MÓDULO RESILIENTE ...................................................................................................... 100 GRÁFICO 23: RESULTADOS ENSAYO CÁNTABRO ......................................................................................................... 101 GRÁFICO 24: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA CAPA DE RODADURA DE HORMIGÓN ASFÁLTICO CONVENCIONAL

Y MODIFICADO CON 2 % DE GCR....................................................................................................................... 105 GRÁFICO 25: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL Y MODIFICADO CON 2 % DE GCR

.......................................................................................................................................................................... 106 GRÁFICO 26: MANTENIMIENTOS EN CAPAS ASFÁLTICAS CONVENCIONAL Y MODIFICADA CON GCR .......................... 110 GRÁFICO 27: COSTOS DE MANTENIMIENTO MEZCLAS ASFÁLTICAS CONVENCIONAL Y MODIFICADA CON GCR .......... 112

xvi

ANEXOS

ANEXOS 1: TOTAL DE BRIQUETAS REALIZADAS Y ENSAYADAS EN LA INVESTIGACIÓN ............................................... 120 ANEXOS 2: BRIQUETAS SOMETIDAS AL ENSAYO CÁNTABRO ...................................................................................... 120 ANEXOS 3: BRIQUETAS SOMETIDAS A ENSAYO DE FATIGA ......................................................................................... 121 ANEXOS 4: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA UNA CAPA ASFÁLTICA CONVENCIONAL (M2) .............................. 122 ANEXOS 5: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA UNA CAPA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR (M2) ................... 123 ANEXOS 6: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA UNA MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL (M3) .......................... 123 ANEXOS 7: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA UNA MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR (M3) .............. 125 ANEXOS 8: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA DESBROCE, DESBOSQUE Y LIMPIEZA ........................................... 126 ANEXOS 9: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA REPLANTEO Y NIVELACIÓN CON EQUIPO TOPOGRÁFICO ............. 127 ANEXOS 10: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA SUB-BASE CLASE 3 ................................................................... 128 ANEXOS 11: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA BASE CLASE 4 ........................................................................... 129 ANEXOS 12: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA HORMIGÓN SIMPLE PARA BORDILLOS FC'=180KG/CM2 ............. 130 ANEXOS 13: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA ASFALTO TIPO MC PARA RIEGO DE ADHERENCIA ..................... 131 ANEXOS 14: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA EXCAVACIÓN EN SUELO SIN CLASIFICAR .................................. 132 ANEXOS 15: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA MANTENIMIENTO SEÑALIZACIÓN HORIZONTAL (3 EJES) ........... 133 ANEXOS 16: ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA MANTENIMIENTO SEÑALIZACIÓN VERTICAL ............................. 134 ANEXOS 17: HOJAS DE INFORME DE ENSAYO DE MÓDULO RESILIENTE ...................................................................... 135

xvii

TITULO: Estudio del pavimento flexible con polvo de caucho frente al efecto de

fatiga

Autora: De Jesús Palacios Génesis Nicole

Tutor: Ing. Juan Enrique Merizalde Aguirre MSc. M.B.A.

RESUMEN

El estudio llevado a cabo en este documento se enfoca en la elaboración de un diseño de mezcla

asfáltica con la incorporación de polvo de caucho reciclado, ya que es una alternativa viable para

mejorar las características de un pavimento y mitigar problemas ambientales ocasionados por el

mal manejo de los neumáticos desechados. Al incorporar polvo de caucho reciclado a una mezcla

asfáltica, se generan beneficios para el pavimento, se demuestra que el tipo de mezclas modificadas

aumentan la vida útil del pavimento con respecto a las mezclas convencionales, son más

económicas a largo plazo debido a que disminuye la periodicidad del mantenimiento y aumenta la

durabilidad del pavimento. Con la incorporación de caucho se pretende mejorar el rendimiento de

la capa de rodadura de un pavimento, comprobando las propiedades físicas y reológicas de una

mezcla modificada y una mezcla convencional, haciendo énfasis en la resistencia a la fatiga de un

pavimento. Después de los ensayos realizados se llega a determinar que la mezcla asfáltica

modificada con GCR han mejorado la vida a la fatiga de un pavimento en un 55.15 % con respecto

a una mezcla asfáltica convencional, llegando a la conclusión que se debería implementar este tipo

de diseño de mezclas asfálticas en el país.

PALABRAS CLAVE: MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA / POLVO DE CAUCHO

RECICLADO / MÓDULO RESILIENTE / CÁNTABRO / FATIGA.

xviii

TITLE: Study of a flexible pavement with rubber dust against the effect of fatigue

Author: De Jesús Palacios Génesis Nicole

Tutor: Ing. Juan Enrique Merizalde Aguirre MSc. M.B.A.

ABSTRACT

The study carried out in this document focuses on the development of an asphalt mix design with

the incorporation of recycled rubber powder, as it is a viable alternative to improve the

characteristics of a pavement and mitigate environmental problems caused by mishandling of

discarded tires. By incorporating recycled rubber powder into an asphalt mix, benefits are

generated for the pavement, it is shown that the type of modified mixtures increases the life of the

pavement with respect to conventional mixtures, they are more economical in the long term

because it decreases the periodicity of maintenance and increases the durability of the pavement.

With the incorporation of rubber, it is intended to improve the performance of the rolling layer of

a pavement, checking the physical and rheological properties of a modified mixture and a

conventional mixture, emphasizing the fatigue resistance of a pavement. After the tests carried out,

it is determined that the modified asphalt mixture with GCR has improved the fatigue life of a

pavement by 55.15 % compared to a conventional asphalt mixture, reaching the conclusion that

this type of design should be implemented of asphalt mixtures in the country.

KEY WORDS: MODIFIED ASPHALTIC MIXTURE / RECYCLED RUBBER POWDER /

RESILIENT MODULE / CANTABRIAN / FATIGUE.

1

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1. Problematización

¿Cómo influye la incorporación de polvo de caucho reciclado a una mezcla asfáltica, en el

mejoramiento de las propiedades mecánicas y la durabilidad de un pavimento flexible que se

encuentra bajo el efecto de fatiga?

1.2. Antecedentes

El asfalto es uno de los materiales más usados en la construcción de vías y carreteras alrededor del

mundo, y a lo largo de su producción se ha venido investigando sobre algunos elementos que

podrían mejorar su durabilidad y resistencia, tratando siempre de enfocarse en la reducción de la

contaminación ambiental.

Se sabe que la incorporación del polvo de caucho en pavimentos flexibles no es algo nuevo

alrededor del mundo, esta técnica ha sido bien acogida ya que los beneficios del asfalto modificado

con este elemento se pueden ver en la mejora de las propiedades mecánicas, la durabilidad del

pavimento, ya que previene el agrietamiento de la mezcla asfáltica, mejora la adherencia de las

superficies cuando estas se encuentran mojadas, disminuyendo de esta manera el número de

accidentes en las vías, y reduciendo el ruido producido a través del pavimento. (Galeas & Guerrero,

2015).

El caucho que se emplea en estos pavimentos modificados se obtiene de manera viable y de forma

económica ya que para su obtención se usa neumáticos desechados, los cuales son triturados y

molidos hasta llegar al tamaño adecuado para que cumpla con los estándares de calidad que se

piden.

2

El caucho molido reciclado de neumáticos es denominado como GCR (Grano de Caucho

Reciclado), el cual al ser incorporado en mezclas asfálticas mejora grandemente la estructura vial

y sus propiedades mecánicas, sin dejar de lado la gran ayuda que representa para el ambiente ya

que de esta manera se pueden emplear los neumáticos desechados en la producción del pavimento

modificado, dándole una mejor disposición final a los neumáticos.

Las mezclas asfálticas que son modificadas con GCR de neumáticos, permiten la obtención de

pavimentos con mejores respuestas a los cambios térmicos que estos sufren a lo largo de su vida,

también aumenta la resistencia a las fisuras provocadas por el efecto de fatiga del mismo y evita

el rápido envejecimiento, aumentado así la vida útil del pavimento y disminuyendo los costos de

mantenimiento a largo plazo. (Cruz, Hurtado & Barragán, 2015)

Una de las problemáticas que se puede observar en los pavimentos flexibles en las carreteras del

Ecuador es que tienen una reducida vida útil, debido a la baja calidad en la producción de las

mezclas asfálticas, lo que afecta en la construcción de los pavimentos, ya que estos requieren

especificaciones mucho más altas en cuanto a capacidad de carga.

Los neumáticos que se encuentran fuera de uso o son desechados generan graves problemas

ambientales, debido a que estos elementos tienen componentes que el medio no puede

descomponer, generando así contaminación ambiental, producto de la disposición final de los

neumáticos.

1.3. Justificación

En la actualidad la red vial nacional tiene una extensión aproximada de 42.670 km,

correspondiendo el 74 % de pavimentados a la Red Estatal bajo la responsabilidad del Gobierno

Nacional, el 9.2 % de pavimentados a la Red Provincial, a cargo de los Consejos Provinciales, y

el 2 % de pavimentados pertenecientes a la Red cantonal, a cargo de los consejos Municipales.

3

(Ministerio de Transporte y Obras Públicas, 2014). En resumen, la red vial estatal y provincial

están construidas con pavimentos flexibles, debido a que el costo de este material es mucho menor

al de un pavimento rígido, un pavimento flexible es diseñado con una vida útil que va de 10 a 15

años, teniendo en cuenta que los 3 primeros años este se mantendrá en buenas condiciones, pero

después de ello requerirá mantenimiento periódico y rutinario, lo cual representa un gasto

significativo en el presupuesto de las distintos GAD’s.

Se ha planteado la incorporación del GCR de neumáticos en la mezcla asfáltica, lo cual hará que

la densidad de esta aumente significativamente y así se reduzca los vacíos existentes en la mezcla

y el agregado, para así poder controlar el deterioro y aumentar la vida útil del pavimento.

Entre los beneficios que se observa en los asfaltos modificados con GCR están el mejoramiento

de las propiedades mecánicas, la durabilidad del mismo, ya que controla el agrietamiento del

cemento asfáltico, mejora la adherencia en superficies mojadas, reduce el ruido que se produce por

el paso de los vehículos.

La idea de reciclar el caucho para disminuir el impacto ambiental no es algo nuevo, al igual que el

emplearlo en los pavimentos, al realizar mezclas asfálticas con GCR se obtienen varios beneficios,

tanto para el ambiente como para la construcción de pavimentos de mejor calidad.

Se sabe que en América Latina no es muy empleado el proceso de incorporación de GCR en las

mezclas asfálticas, por ende muchos países no tienen una normativa que regule el empleo de las

mismas, el Ecuador carece de normativa en las cuales se pueda fundamentar estos estudios, uno

de los beneficios que resultaría de desarrollar el trabajo de investigación es que se podría empezar

a generar una normativa que regule especificaciones de construcción, generando así beneficios

para el ambiente y mejorando el comportamiento de la mezcla asfáltica, lo cual se verá reflejado

en el mantenimiento de las vías asfaltadas con estos materiales.

4

Los resultados de este trabajo de investigación tendrán un gran aporte en la vialidad del país, ya

que, al mejorar la calidad de los pavimentos, se reducirá costos de mantenimiento y se reducirán

los accidentes vehiculares.

1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivo general

Analizar el desempeño de una mezcla asfáltica modificada al incorporar GCR de

neumáticos ante el efecto de fatiga.

1.4.2. Objetivos específicos

Realizar el diseño de una mezcla asfáltica con la incorporación de GCR por vía seca.

Analizar los resultados obtenidos y comparar con una mezcla asfáltica en caliente

convencional.

Analizar el efecto de fatiga en el diseño de la mezcla asfáltica con GCR.

Identificar las ventajas y desventajas del uso del GCR en mezclas asfálticas.

1.5. Hipótesis

“La modificación de la mezcla asfáltica mediante la incorporación de GCR, ayudará a mejorar las

propiedades mecánicas del asfalto convencional.”

1.5.1. Variable independiente

Modificación de la mezcla asfáltica incorporando GCR.

1.5.2. Variable Dependiente

Mejora de propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica.

5

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Mezclas Asfálticas

En las mezclas asfálticas en caliente los materiales son combinados en proporciones precisas, las

cuales determinan las propiedades físicas de la mezcla, y el desempeño de la misma como un

pavimento terminado. ("Principios de Construcción de Pavimentos de mezclas asfálticas en

caliente”. Cap.3, pág. 57 del Asphalt Institute MS-22, (2015).

Estas mezclas son elaboradas normalmente en plantas asfálticas, pero algunas son fabricadas in

situ; algunas de las mezclas asfálticas que se conocen son:

Mezclas abiertas en frío

Mezclas abiertas en caliente

Mezclas densas en frío

Concreto asfáltico o mezcla densa en caliente

Arena – asfalto

Tratamientos superficiales

Lechadas (Slurry Seal)

Mezclas asfálticas drenantes

Mezclas discontinuas o microaglomerados

Mezclas tibias

Mezclas asfálticas modificadas

Materiales granulares estabilizados con asfalto en frío o en caliente

6

Las mezclas asfálticas preparadas en laboratorio son analizadas para determinar el desempeño que

tendrán al ser colocadas en la estructura del pavimento, el análisis a realizar se enfoca en cuatro

características de la mezcla y determinar el comportamiento de la misma. Las características son:

Densidad de la mezcla.

Vacíos.

Vacíos en el agregado.

Contenido de asfalto.

Las principales propiedades que se desean en las mezclas son:

Resistencia bajo carga monotónica a tracción

Resistencia a las deformaciones permanentes

Resistencia a fatiga

Resistencia al deslizamiento

Impermeabilidad

Resistencia al envejecimiento

Durabilidad

Resistencia a las condiciones ambientales

Trabajabilidad

Economía

Las mezclas asfálticas en caliente presentan agregados pétreos con granulometría bien gradada y

con tamaños de partículas sólidas diferentes, estas mezclas deben ser fabricadas, extendidas y

compactadas a altas temperaturas que se encuentran entre los 140 y 180 °C aproximadamente.

(Rondón, Q. H. A. 2015, Pavimentos: Materiales, construcción y diseño). Trabajan adecuadamente

7

debido a que son diseñadas, producidas y colocadas con las propiedades deseadas, las cuales

contribuyen en la calidad del pavimento.

2.2. Mezcla Asfáltica Modificada

Las mezclas asfálticas modificadas con elastómeros, plastómeros y otros, aumentan la vida útil del

pavimento de dos a tres veces más que la de una mezcla asfáltica convencional. Debido al creciente

incremento del parque automotor y el volumen de cargas transferidos, se ha visto la necesidad de

implementar pavimentos que tengan mejores propiedades mecánicas para que de esta manera

puedan soportar mejor las solicitaciones a las que se encuentras sometidos.

Al modificar una mezcla asfáltica con un polímero como el caucho, se logra propiedades

reológicas que no se obtienen con las mezclas convencionales, la estructura de estas mezclas es

compleja, aumentando la viscosidad de la mezcla resultante, haciéndola más flexible cuando es

sometida a bajas temperaturas y menos plástica a altas temperaturas, uno de los principales

beneficios es que mejora las deformaciones permanentes a la fatiga y resistencia a fisuras por bajas

temperaturas (Ramírez, Ladino & Rosas, 2014).

2.3. Componentes de la Mezcla Asfáltica Modificada

2.3.1. Polvo de caucho reciclado

El polvo de caucho es aquel material que proviene de la trituración de neumáticos que ya han

cumplido con su vida útil, sus componentes son separados en caucho, acero y nylon, obteniendo

de ellos dos tamaños, el primero de tamiz N°20 (0.841 mm) y el segundo con dimensiones de entre

tamiz de malla N°8 a N°18 (1 y 2.5 mm), siendo el de menor tamaño utilizado en mezclas

asfálticas. Al mantener al GCR a una temperatura de alrededor de 175 °C la pérdida de masa del

8

mismo es de 0.7%, con lo cual se puede afirmar que el GCR se puede incorporar al asfalto sin que

exista una degradación térmica significante. (Galeas & Guerrero, 2015).

2.3.1.1. Obtención del polvo de caucho reciclado (GCR)

El GCR se obtiene de la trituración o molienda de los neumáticos desechados, los cuales están

compuestos básicamente por caucho natural y sintético, acero, fibra textil y un grupo de polímeros

que son polisopreno sintético, polibutadieno y estireno-butadieno los cuales son usados en

hidrocarburos. (Díaz y Castro, 2017)

El proceso de molienda del caucho tiene como objetivo conseguir partículas de ¼”, y se diferencian

por la forma y textura del material, debe garantizarse que las partículas de polvo de caucho se

encuentren libres de acero, fibras y cualquier producto que afecte las propiedades del producto,

existen diferentes formas de molienda de los neumáticos.

2.3.1.1.1. Proceso Ambiental

Dentro del proceso ambiental se encuentra una serie de granuladores que reducen el tamaño del

caucho mediante el corte por la acción de cuchillas. Estos molinos se construyen generalmente

para separar los componentes metálicos de los neumáticos, para eliminar la parte textil se usan

cintas o bandejas vibratorias que originan la compresión de las fibras, las cuales son separadas por

tamices, los cuales controlan el tamaño de las partículas.

La temperatura inicial a la que se encuentran los neumáticos es la del ambiente, pero esta va

aumentando considerablemente en el proceso debido a la fricción de los neumáticos con las

cuchillas de los molinos.

En el proceso de molienda se encuentran varios molinos para dar el tamaño esperado, estos se

encuentran a distancias específicas las cuales son las que dan el tamaño al grano de caucho, el cual

9

ha pasado por la variedad de molinos con el fin de separar los demás materiales que se encuentran

presentes en los neumáticos, el acero es separado por imanes y las fibras por aspiración.

El proceso ambiental o molienda a temperatura ambiente contiene las siguientes actividades;

separación del metal, separación de la fibra, reducción a GCR, empaquetado, pesado y transporte.

Figura 1: Sistema típico de molienda ambiental

Fuente: (Scrap Tire News)

2.3.1.1.2. Proceso Criogénico

En este proceso se busca obtener las partículas en los tamaños mínimos esperados, utilizando un

método para disminuir la temperatura del neumático, para ello se emplea nitrógeno u otros

materiales que disminuyan considerablemente la temperatura del neumático (-80 °F, -62°C

aproximadamente), reduciendo el caucho a partículas entre tamaños de ¼” a mínimo tamiz número

30 (0.60 mm).

10

El material se puede enfriar en una cámara estilo túnel, sumergido en un baño de nitrógeno líquido

para reducir su temperatura, el caucho enfriado se muele en una unidad de reducción de tipo

impacto, en un molino de martillo, esta molienda evita la degradación térmica del caucho y

produce un alto rendimiento del producto que queda libre de casi toda la fibra o de acero.

Para el caucho proveniente de las llantas usadas, el acero se separa del producto mediante imanes

y la fibra mediante cribado. Es un sistema de cuatro fases; reducción del tamaño inicial,

enfriamiento, separación y molienda, consume menor energía que otros procesos y produce

grandes cantidades de GCR.

Las partículas del polvo obtenidas por molienda criogénica presentan una superficie relativamente

suave, un amplio rango de tamaño de partícula, así como una mínima oxidación superficial.

Figura 2: Proceso típico de molienda criogénica

Fuente: (Scrap Tire News)

11

2.3.1.1.3. Otros procesos

Otros procesos de molienda se desarrollan por vía húmeda, la cual es utilizada para obtener

tamaños de grano mucho más finos que se retengan el los tamices # 40 (0.425 mm) y # 60 (0.250

mm), el grano de caucho muy fino es aquel que pasa por el tamiz # 60 (0.250 mm), para este

proceso de micro molienda es necesario que el caucho sea reducido a un tamaño menor,

moliéndolo entre dos ruedas que se encuentran muy juntas en un medio líquido que suele ser agua.

Figura 3: Proceso de trituración del caucho

Fuente: (Ministerio del Ambiente, 2015)

2.3.1.2. Componentes del polvo de caucho reciclado

Negro de humo. - este componente le da el color negro al caucho y disminuye el desgaste

de los neumáticos al contacto con la superficie del pavimento, lo cual permite que el

neumático dure más tiempo, dentro de la mezcla asfáltica este material aumenta las

propiedades de refuerzo y disminuye el envejecimiento.

12

Antioxidantes. - componente que retarda el desgaste y deterioro del caucho por efectos

de oxidación.

Aminas. - este componente evita que el caucho se endurezca progresivamente, que se

vuelva más frágil y pierda elasticidad.

Aceites aromáticos. - este componente prolonga la vida de la mezcla asfáltica modificada.

2.3.1.3. Propiedades del polvo de caucho reciclado

El polvo de caucho reciclado de conformidad con la norma NTE INEN 2680 debe cumplir con las

siguientes características para así poder ser incorporado a una mezcla asfáltica.

El caucho debe contener menos del 75 % de humedad en peso y de libre flujo.

La gravedad específica del caucho debe ser de 1.15 ± 0.05.

El caucho reciclado de neumáticos no debe contener partículas visibles de metales no

ferrosos y no más de 0,01 % en peso de partículas de metales ferrosos.

Puede contener otros materiales contaminantes extraños que debe ser inferior al 0,25 % en

peso.

Se recomienda que todas las partículas de caucho tengan un tamaño capaz de pasar a través

del tamiz No. 8 (2.36 mm).

La gradación del caucho debe acordarse entre el comprador y proveedor de asfalto - caucho

para las aplicaciones específicas de una mezcla.

2.3.2. Métodos de adición del GCR en las mezclas asfálticas

Incorporar el GCR en las mezclas asfálticas trae grandes beneficios físico-mecánicos al pavimento,

en nuestro medio hay dos vías por las cuales se puede adicionar el GCR en la mezcla, y las

características que estas adquirirán dependerán del método empleado.

13

La norma colombiana específica entre un 10% como mínimo, a un 20% como máximo por peso

de mezcla (Quintana, 2011). Sin embargo, el porcentaje de GCR estará de acuerdo con la

granulometría del mismo. Por ejemplo, en Ecuador ha resultado mejor considerar 7.5% de polvo

de caucho con una granulometría que pasa del tamiz N°30 (0.600 mm) y retenido en el tamiz N°40

(0.425 mm), (Gordillo, 2017). Mientras mayor el tamaño del caucho, más tiempo tomará

interactuar con el asfalto, lo que quiere decir que entre más fino sea el polvo de caucho mejores

serán las propiedades obtenidas en las mezclas.

2.3.2.1. Vía Seca

El proceso de mezcla por vía seca implica que el GCR será tomado en cuenta como parte de los

agregados finos (entre 1 – 3 % del peso total de los agregados), el material es incorporado antes

de colocar el cemento asfáltico en la mezcla, en el momento en que los agregados alcanzan la

temperatura específica, dentro de este proceso no es necesario equipo especial ya que el GCR se

mezcla con los agregados de manera directa. (Díaz, C., Castro, L. (2017) Universidad Santo

Tomás, Bogotá)

Figura 4: Proceso de modificación por vía seca

Fuente: (Fernández, 2016)

14

Existen varias tecnologías para realizar el proceso por vía seca.

2.3.2.1.1. Tecnología PlusRide

Dentro de esta tecnología el GCR es incorporado a la mezcla en proporciones de 1 – 3 % del peso

total de los agregados, las partículas tienen un tamaño entre el tamiz N°5 (4.00 mm) y tamiz N°10

(2.0 mm), y el contenido de vacíos de la mezcla asfáltica debe estar entre el 2 y 4 %, con un

contenido de ligante que va del 7.5 al 9 %.

2.3.2.1.2. Tecnología Genérica

Utilizando esta tecnología el grano de caucho se maneja en dos fracciones, una gruesa y una fina,

debido a que se desea emparejar la granulometría de los agregados para así obtener una mezcla

asfáltica mejorada; la parte fina del GCR interactúa con el cemento asfáltico mientras que la parte

gruesa pasa a ser parte de los agregados dentro de la mezcla.

2.3.2.1.3. Tecnología Convencional

Dentro de esta tecnología no se necesita una cantidad representativa de cemento asfáltico, pero sí

la cantidad necesaria de caucho para así obtener resultados favorables, aproximadamente 2 % del

peso total de los agregados.

2.3.2.2. Vía Húmeda

Esta tecnología da como resultado un producto conocido como “Asfalto-Caucho”, en este proceso

de modificación la viscosidad del cemento asfáltico aumenta dándole características particulares.

A temperaturas altas, la plasticidad de la mezcla disminuye, siendo favorable para combatir el

fenómeno de ahuellamiento, mientras que a bajas temperaturas la flexibilidad de la mezcla

aumenta mejorando el comportamiento ante posibles fisuras.

15

Se debe tener en cuenta varios factores dentro de este proceso por vía húmeda los cuales afectarán

a la mezcla Asfalto-Caucho, estos son; tamaño, textura y proporción del GCR, tipo de cemento

asfáltico, tiempo y temperatura de mezclado, grado de agitación, componente aromático del

cemento asfáltico y el uso de otros aditivos. (Díaz, C., Castro, L. (2017) Universidad Santo Tomás,

Bogotá)

Figura 5: Proceso de modificación por vía húmeda

Fuente: (Fernández, 2016)

Este proceso, también conocido como proceso McDonald, consta de un tanque donde se mezcla el

cemento asfáltico con el GCR con una serie de tornillos que aseguran la circulación de la mezcla

obteniendo una reacción óptima entre los materiales dentro de un periodo suficiente (45 a 60

minutos), mientras tanto los agregados son calentados para mezclarlos con el cemento asfáltico ya

modificado.

Adicional a este proceso existen tres tecnologías empleadas dentro de la mezcla por vía húmeda.

16

2.3.2.2.1. Tecnología Continua

Esta tecnología consiste en un sistema de producción de mezclado del asfalto y caucho de manera

continua, esto fue desarrollado en Florida a finales de 1980 y es conocida como Florida Wet

Process. Dentro de este proceso, el GCR debe tener un tamaño de tamiz No. 80 (de 0.18 mm) para

ser mezclado con el cemento asfáltico en un proceso continuo. La tecnología de Florida se

diferencia del proceso McDonald en varios aspectos: emplea bajos porcentajes de GCR, entre 8 a

10 %, el tamaño de la partícula de caucho requerida es más pequeña, disminuye la temperatura de

mezclado, y acorta el tiempo de reacción. El proceso húmedo de Florida aún no ha sido patentado.

2.3.2.2.2. Tecnología Terminal

Este proceso húmedo brinda la capacidad de mezclar o combinar el cemento asfáltico con el GCR

y conservar el producto durante amplios periodos de tiempo ya que tiene una amplia duración de

almacenamiento.

2.3.2.2.3. Mezclado en Campo

Usualmente las mezclas asfálticas modificadas son producidas en plantas, ya que necesitan ciertas

modificaciones para poder producir el Asfalto-Caucho, sin embargo, hace unos años estos

procesos se han implementado con remolques que se puedan transportar con el fin de crear estas

mezclas in situ, ahorrando costos en transporte.

En el mezclado en campo la unidad de mezclado recibe el GCR en la tolva, luego se transporta a

la cámara de mezcla para así incorporarla al asfalto, después de este proceso el cemento asfáltico

es mezclado con los agregados y colocado in situ con las máquinas adecuadas.

17

Figura 6: Unidad de mezclado móvil

Fuente: ("Mobile Asphalt Rubber Blending Plant | Dagang Road Machinery", 2015)

2.3.3. Material Pétreo

Los materiales pétreos utilizados son las rocas, conocidas como mineral granular o agregado

mineral, las cuales son partículas minerales grandes y sin forma definida que se encuentran en la

naturaleza, se emplean en la construcción por su alta resistencia a las condiciones ambientales

(Ramo & Guillén, 2010). Las propiedades de los materiales pétreos son:

Resistencia al desgaste.

Resistencia a las fracturas.

Resistentes a la oxidación y a la corrosión.

Puntos de fusión altos.

Poca resistencia a la tracción.

Económicamente asequibles.

18

Son inertes, no tóxicos.

Los agregados que conforman la mezcla asfáltica en caliente de un pavimento son: arena, grava,

piedra triturada, polvo de piedra que constituyen el 90 % a 95 % en peso de la estructura del

pavimento, el comportamiento del pavimento dependerá de estos materiales ya que son los que

proporcionan las características de capacidad portante del mismo.

2.3.3.1. Tipos de Agregados Pétreos

Agregados Naturales. - Es aquel material utilizado después de una leve modificación de

su tamaño para así adaptarse a las exigencias según su disposición final.

Agregados de Trituración. - Material que es obtenido de la trituración de diferentes rocas

de cantera con propiedades físicas adecuadas.

Agregados Artificiales. - Son subproductos de procesos industriales, como las escorias o

materiales de demolición o reciclables.

Agregados Marginales. - son aquellos materiales que no cumplen con las

especificaciones vigentes.

2.3.3.2. Agregados para Mezcla en Planta

Estos agregados están compuestos por roca triturada, grava o piedra natural y arena, las cuales

deben cumplir con los requisitos establecidos en la siguiente tabla (M.O.P. 001-F 2002). Se

clasifican en “A”, “B” y “C” de acuerdo a lo establecido:

19

Tabla 1: Requisitos de gradación de agregados para mezclas asfálticas

Fuente: Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes. M.O.P. 2002

Agregado Tipo A: Todas las partículas del agregado grueso se obtienen por trituración, el material

fino puede ser natural o triturado, y para cumplir las exigencias de gradación se puede añadir

material de relleno mineral (M.O.P. 001-F 2002).

Agregado Tipo B: Material que por lo menos el 50 % de las partículas de agregado grueso son

obtenidas por trituración, el material fino y de relleno puede ser triturado o natural, dependiendo

de la disponibilidad del material en la zona.

Agregados Tipo C: Material que proviene de depósitos naturales o de trituración dependiendo de

la disponibilidad del material en el sector o región, siempre y cuando la estabilidad se encuentre

dentro de los límites fijados en las especificaciones (M.O.P. 001-F 2002).

2.3.4. El Asfalto

El asfalto es una mezcla solida de hidrocarburos y minerales, se usa principalmente como

aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras, por la capacidad que tiene de

unir fragmentos de varios materiales. El principal componente del asfalto es el bitumen o betún

20

que es el fondo que queda tras la destilación fraccionada de petróleo, tratándose de la parte más

pesada y con el punto de ebullición más alto del proceso.

El asfalto se compone de la mezcla de betún con minerales, el cual en estado totalmente natural es

factible de ser hallado en las lagunas de algunas cuencas petroleras formando una mezcla compleja

de hidrocarburos sólidos (Ucha, 2010).

Figura 7: El Asfalto

Fuete: (Vera. C, 2014)

2.3.4.1. Propiedades Físicas

El asfalto es un producto bituminoso semi-sólido, el cual contiene baja proporción de productos

volátiles posee propiedades aglomerantes, este material es visco-elasto-plástico, lo que quiere decir

que este material tiene un comportamiento directamente relacionado con la temperatura y las

cargas que se apliquen, dependiendo de ellas se verán deformaciones recuperables (propiedad

elástica) y no recuperables (propiedad plástica). Las propiedades físicas del asfalto destinado para

la construcción de carreteras son: durabilidad, adhesión, susceptibilidad a la temperatura,

envejecimiento y endurecimiento (Angulo, 2005).

21

2.3.4.2. Composición Química

El asfalto está compuesto por hidrocarburos que es una combinación molecular de hidrógeno y

carbono, algunas trazas de azufre, nitrógeno y oxígeno, los hidrocarburos que constituyen el asfalto

forman una solución coloidal, en la que las moléculas de hidrocarburos más pesados (asfáltenos)

están rodeados por moléculas de hidrocarburos más ligeros (resinas), sin que exista una separación

entre ellas, sino una transición, finalmente, ocupando el espacio restante los aceites.

El asfalto tiene tres componentes principales que son: el primero es una mezcla de asfaltenos que

son moléculas complejas con alto peso molecular, le dan características estructurales y de dureza

a los asfaltos, el segundo es una mezcla de resinas que le proporcionan las propiedades aglutinantes

y el tercero es aceite mineral que le da la consistencia adecuada para una mejor trabajabilidad.

Figura 8: Composición Química AC-20

Fuente: Ing. Torres C. 2007

22

2.3.4.3. Clasificación de Asfaltos

2.3.4.3.1. Cementos asfálticos

Es un material visco-elástico, rígido a temperaturas bajas y fluido a alta temperatura, son utilizados

en la construcción de pavimentos asfálticos, ya que posee propiedades aglomerantes e

impermeabilizantes, características de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a los ácidos, sales

y álcalis, se obtiene por medio de la refinación del petróleo en las etapas de destilación. (Chancusi,

P., Chamorro, M. 2017, Asfaltos modificados, Universidad Central del Ecuador)

2.3.4.3.2. Asfaltos diluidos

Los asfaltos diluidos también se los conoce como asfaltos cortados, y son aquellos que resultan de

la ductilidad del cemento asfáltico como destilados del petróleo y un fluidificante volátil, donde

se agrega el solvente con el fin de disminuir la viscosidad para de esta manera poderlo mezclar

con los agregados con mayor facilidad. (Chancusi, P., Chamorro, M. 2017, Asfaltos modificados,

Universidad Central del Ecuador)

2.3.4.3.3. Emulsiones

Es un sistema heterogéneo de dos fases inmiscibles, como el asfalto y el agua, a la que se le

incorpora un activador de superficie que es un emulsificante de base jabonosa, el cual mantiene en

dispersión el sistema de fase continua (agua) y discontinua (diminutos glóbulos de asfalto). Las

emulsiones asfálticas deben ser afines a la polaridad negativa (emulsiones aniónicas) o positiva

(emulsiones catiónicas). (Chancusi, P., Chamorro, M. 2017, Asfaltos modificados, Universidad

Central del Ecuador)

2.4. Fatiga

El efecto de fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito,

las cuales generan agrietamientos debidos a que los esfuerzos cortantes y de tensión superan los

23

valores admisibles. El comportamiento de los materiales asfálticos ante el efecto de fatiga es

viscoelástico y su deformación depende del tiempo y la temperatura. “La fatiga es el proceso de

cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un material sujeto a

tensiones y deformaciones variables en algún punto o puntos y que produce grietas o la fractura

completa tras un número suficiente de fluctuaciones” (ASTM).

Se ha demostrado, por medio de investigaciones, que los vacíos y la viscosidad del asfalto tienen

un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga, ya que a medida que el porcentaje de vacíos

en un pavimento aumenta, sea por diseño o por mala compactación, la resistencia a la fatiga del

pavimento disminuye. Por otro lado, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y

endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga. Las características de resistencia,

espesor de un pavimento, y la capacidad de soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la

vida del pavimento y con la prevención del agrietamiento asociado a las cargas de tránsito. Los

pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan tanto, bajo las cargas,

como los pavimentos delgados o aquellos que se encuentran sobre subrasantes débiles.

Tabla 2: Causas y Efectos de una mala resistencia a la fatiga

CAUSAS EFECTOS

Bajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatiga.

Vacíos altos de diseño

Envejecimiento temprano del asfalto,

seguido por agrietamiento por fatiga.

Falta de compactación

Envejecimiento temprano del asfalto,

seguido por agrietamiento por fatiga.

Espesor inadecuado de pavimento

Demasiada flexión seguida por

agrietamiento por fatiga.

Fuente: "Principios de Construcción de Pavimentos de mezclas asfálticas en caliente”. Asphalt

Institute MS-22, (2015).

24

2.4.1. Fatiga en Pavimentos

Los materiales que conforman la estructura del pavimento al ser sometidos a repeticiones de carga

por la acción del tránsito, sufren agrietamientos estructurales que están relacionados con las

deformaciones o tensiones horizontales debido a la tracción en la base de cada capa, usualmente

las fallas inician en la parte inferior de la capa y se prolongan hasta la superficie, debido a que se

presentan tensiones máximas en las fibras inferiores.

Figura 9: Agrietamiento por tensión en base de la capa

Fuente: Fatiga en Pavimentos (Díaz, Pacheco y Guerrero, 2015)

La fatiga es un fenómeno que tiene origen debido a la no uniformidad de los materiales, o

impurezas y discontinuidades que actúan como concentradores de esfuerzos que sobrepasan la

capacidad de resistencia del material por la aplicación de cargas cíclicas, este comportamiento

obedece a la relación establecida en las llamadas curvas de esfuerzos vs número de ciclos.

25

Figura 10: Curva de fatiga 25°C

Fuente: UNE-EN 12697-24:2006

2.4.2. Fases de fallos por Fatiga

Fase 1: A esta fase se la conoce como iniciación ya que una o más grietas se desarrollan en

el material, las cuales aparecen alrededor de alguna fuente de concentración de tensión, y

en la superficie donde la tensión es más elevada, las grietas aparecen debido a las

imperfecciones en la estructura microscópica del material, ralladuras y más.

Fase 2: Conocida como la fase de la propagación, donde todas las grietas crecen por efecto

de las cargas, por lo general las grietas en esta fase son finas y es difícil detectarlas aun

cuando se encuentras próximas a producir la rotura de la estructura del pavimento.

Fase 3: Es la fase de la rotura, donde la estructura del pavimento se deteriora por el

crecimiento de las grietas, lo que reduce la sección neta de la pieza y la hace incapaz de

resistir cargas desde el punto de vista estático o dinámico, produciéndose así la rotura por

fatiga.

26

2.4.3. Leyes de Fatiga

Una ley de fatiga es aquella curva que muestra el efecto de la aplicación de ciclos de carga sobre

la resistencia de un material; muestran el número de ciclos a la falla para diferentes niveles de

esfuerzo o deformación controlados. Estas leyes de fatiga son usadas para el diseño y modelación

estructural de pavimentos.

Permiten determinar los esfuerzos y deformaciones admisibles en la estructura, como son la

deformación vertical en la subrasante, la tensión en el plano inferior de la carpeta asfáltica y la

deflexión de la estructura, lo que, para efectos del diseño racional, permite verificar que los

esfuerzos y deformaciones en la estructura, sean menores a los admisibles y de esta forma controlar

el agrietamiento y el ahuellamiento del pavimento flexible.

En la siguiente figura se muestra el comportamiento de las leyes de fatiga, para mezclas asfálticas

con distinto demento asfáltico.

Figura 11: Leyes de fatiga de mezclas asfálticas

Fuente: Reyes, Camacho y Patiño, 2014

27

2.4.3.1. Métodos de estimación de Leyes de Fatiga

Determinar las leyes de fatiga de mezclas bituminosas es bastante complejo, debido a la cantidad

de ensayos de laboratorio que se deben realizar para obtener algunos de los datos necesarios en las

fórmulas empleadas.

Existen varios métodos para la determinación de las leyes de fatiga, se enuncian los siguientes:

Método COLLOP, (2004)

Ecuación 1: Método COLLOP, Determinación de leyes de fatiga

Donde:

N: Número de ciclos de carga hasta la fatiga del material

ε0: Deformación de tensión inicial

k1 y k2: Coeficientes de regresión

Método COOPER Y PELL, (1975)

Ecuación 2: Método COOPER Y PELL, Determinación de leyes de fatiga

Donde:

𝑁 = 𝑘1 (1

𝜀0)

𝑘2

𝑁 = 𝑘1 (1

𝜀0)

𝑘2

(1

𝐸)

𝐾3 𝑉𝑏

𝐴𝑉 + 𝑉𝑏

28

Vb: Porcentaje de betún en volumen

E: Módulo rigidez


ε0: Deformación unitaria de tracción


AV: Volumen de vacíos con aire

Método THOMPSON, (1987)

Ecuación 3: Método THOMPSON, Determinación de leyes de fatiga

Donde:


E: Módulo rigidez


Método SHELL

Ecuación 4: Método SHELL, Determinación de leyes de fatiga

Donde:

Vb: Porcentaje de betún en volumen

𝑁 = ((0.856 ∗ 𝑉𝑏 + 1.08) ∗ (106 ∗ 𝐸)−0.36)5

∗ 𝜀0−5

𝑁 = 𝑘1 (1

𝐸)

𝑘2

29

E: Módulo de la mezcla en MPa



Método del Instituto de Asfalto

Ecuación 5: Método AI, Determinación de leyes de fatiga

Donde:

C: Factor de corrección igual a 1

E: Módulo de la mezcla en MPa



Tabla 3: Coeficientes de regresión

Fuente: Rondón y Reyes, 2015

𝑁 = (0.0796 ∗ 𝐶 ∗ (0.145𝐸−0.854)) ∗ 𝜀0−3.291

30

2.5. Marco legal

Tabla 4: Marco Legal, Normas

MATERIAL ENSAYO NORMA

AGREGADO

FINO

Determinación de la densidad relativa y absorción

de agua del agregado fino NTE INEN 0856:2010 /

ASTM C 128

Equivalente de arena ASTM D 2419 /

AASHTO T 176

Granulometría NTE INEN 0696:2011 /

ASTM C 136

AGREGADO

GRUESO

Granulometría NTE INEN 0696:2011 /

ASTM C 136

Determinación de la densidad relativa y absorción

de agua del agregado grueso NTE INEN 0857:2010 /

ASTM C 127

Porcentaje de partículas fracturadas ASTM D 5821 - 01

Partículas planas y alargadas ASTM D 4791 - 05

Durabilidad la acción de sulfato de magnesio ASTM C 88 / NTE

INEN 0863:2011

Abrasión de agregado, máquina de los ángeles NTE INEN 0860:2011 /

ASTM C 131

CEMENTO

ASFÁLTICO

Ensayo de penetración NTE INEN 0917:2013 /

ASTM D 5

Ensayo punto de ablandamiento con el aparato de

anillo y bola ASTM D 36

Ensayo de viscosidad NTE INEN 810 - ASTM

D 4402-06

Ensayo de ductilidad NTE INEN 0916 -

ASTM D 113

Ensayo de punto de inflamación copa de Cleveland NTE INEN 0808:2013 -

ASTM D 92

Ensayo de gravedad específica NTE INEN 0923 -

ASTM D 70

MEZCLA

ASFÁLTICA

Método Marshall ASTM D-1559

Ensayo rice ASTM D-2041

Extracción cuantitativa del asfalto en mezclas en

caliente ASRM D 2172

Granulometría ASTM D 4791

Ensayo de módulo dinámico elástico ASTM D 3497 / INVE

754-07

Ensayo cántabro de perdida por desgaste NLT 352/00

Fatiga (Tensión Indirecta) EN 12697-24 E

31

CAPITULO III

METODOLOGÍA

Basados en un diseño de una mezcla asfáltica convencional y ensayos de laboratorio, se desea

incorporar el polvo de caucho a la mezcla asfáltica, para el estudio del comportamiento en sus

propiedades mecánicas, además de contar con los parámetros establecidos por el Instituto

Ecuatoriano de Normalización INEN 2680:2013, para asfaltos modificados con caucho.

Este estudio se basa en un pavimento modificado con polvo de caucho, con el objetivo de conocer

mejor sus propiedades mecánicas y su influencia sobre el fenómeno de fatiga, que representa el

agrietamiento.

Los ensayos de laboratorio son realizados para poder estimar los parámetros correspondientes de

los materiales, y verificar si se encuentran dentro de las especificaciones técnicas.

Dentro del proyecto de investigación se plantea realizar la comparación de las propiedades

mecánicas de una mezcla asfáltica modificada ante una mezcla asfáltica convencional, se debe

analizar la deformación plástica de las mezclas mediante el ensayo Marshall, el desgaste de las

muestras con el ensayo cántabro, determinación de la fatiga aplicando el ensayo de tracción

indirecta.

3.1. Tipo de Investigación

La investigación realizada en este proyecto es tipo experimental, ya que es necesario realizar

ensayos de laboratorio para determinar las propiedades de los agregados y asfalto, permitiendo así

determinar los porcentajes óptimos utilizados en las mezclas.

32

3.2. Método de investigación

En base a los resultados de ensayos de laboratorio y distintos tipos de materiales, se irá conociendo

el comportamiento de la mezcla asfáltica modificada, además de los posibles descartes hasta llegar

a un diseño con propiedades mecánicas apropiadas.

3.2.1. Método inductivo

Partiendo desde el fenómeno de la fatiga que se produce en un pavimento convencional, afectando

su vida útil a la influencia de este fenómeno en un pavimento modificado.

3.2.2. Método de análisis

Obteniendo resultados de los ensayos se podrá establecer una relación causa y efecto, de este

fenómeno además de obtener información del comportamiento del pavimento modificado y si sería

apto la implementación en las vías de nuestro país.

3.3. Técnicas e instrumentos

Las técnicas que se utilizarán en el desarrollo y fundamentación de la investigación son las

siguientes:

Recopilación de la información existente en los repositorios.

Consulta bibliográfica como en estudios realizados por otros investigadores, además

de la utilización de libros y de las normas orientadas a la materia de pavimentos

flexibles.

Ensayos de laboratorio para la recopilación de datos.

Hojas de cálculo para las posibles dosificaciones.

Análisis de resultados obtenidos mediante gráficas y cuadros comparativos referente

a sus propiedades mecánicas.

33

3.4. Datos generales de Materiales

3.4.1. Material Pétreo

El material pétreo utilizado en la elaboración de la mezcla asfáltica convencional y modificada con

polvo de caucho, fue obtenido de la planta de asfalto Naranjo-López. El material pétreo empleado

en la investigación ha sido pasado por un equipo de trituración terciario conocido como VSI

(Vertical Shaft Impact) trituradora que mediante el proceso de impacto vertical fractura las

partículas de agregado generando en ellas un mayor porcentaje de caras fracturadas y menos rocas

lajosas, el material a usarse es agregado grueso de ¾”, material medio de ½” y fino, los cuales

serán sometidos a algunas pruebas de laboratorio para comprobar la calidad del mismo y el

cumplimiento de las especificaciones.

La planta de Asfalto Naranjo – López se encuentra ubicada en la carretera Panamericana en Pintag-

Pichincha.

Fotografía 1: Planta de producción de asfalto Naranjo-López

3.4.2. Asfalto

El cemento asfáltico es proporcionado por la Refinería Estatal de Esmeraldas, este material llega

a la planta de producción de asfalto Naranjo – López se encuentra ubicada en la carretera

Panamericana en Pintag-Pichincha.

34

Fotografía 2: Planta de producción de asfalto Naranjo-López

3.4.3. Polvo de caucho

El polvo de caucho utilizado en la investigación de este trabajo proviene de una donación que

realizó la planta recicladora de llantas Rubberaction a la Empresa Publica Metropolitana de

Movilidad y Obras Públicas (EPMMOP), esta planta se encuentra en Pichincha en la carretera

Panamericana desde Pifo hacia Checa.

Fotografía 3: Planta Recicladora de Llantas RUBBERACTION

Fuente: Google Maps

35

3.5. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO

3.5.1. Ensayo de penetración (NTE INEN 0917:2013 / ASTM D 5)

Los resultados del ensayo de penetración se pueden interpretar como la resistencia que

experimenta el cemento asfáltico cuando sobre él se deja caer una aguja que tiene una masa

normalizado de 100 g por cinco segundos, la muestra debe estar a 25 °C de temperatura, este

ensayo de forma directa mide la consistencia del cemento asfáltico e indirectamente evalúa su

rigidez, la penetración se evalúa en 1/10 mm en el equipo llamado Penetrómetro.

Fotografía 4: Ensayo de Penetración

A continuación, se presentan los resultados obtenidos del ensayo en el Asfalto AC-20

convencional.

Tabla 5: Resultados del ensayo de Penetración AC-20

PENETRACIONES (mm/10)

MUESTRA: Asfalto Convencional AC-20

Penetración # 1 69

Penetración # 2 64

Penetración # 3 67

Promedio 67

36

El valor de penetración obtenido es de 67 [mm/10] se encuentra dentro del rango de penetración

indicado en las especificaciones MOP – 001 – F 2002, el cual indica que este valor debe oscilar entre

los 60 a 70 [mm/10], esto nos indica que el asfalto convencional AC - 20 es aceptado para la realización

de mezclas asfálticas.

3.5.2. Gravedad específica del asfalto (NTE INEN 0923 / ASTM D 107)

La gravedad específica del asfalto es aquella relación entre el peso del volumen del asfalto a 25°C

y el peso del volumen de agua a la misma temperatura, este dato se utiliza para convertir volúmenes

en unidades de masa, y realizar correcciones de volúmenes por temperatura cuando se requiere.

Fotografía 5: Ensayo Gravedad específica del asfalto AC-20

A continuación, se presentan los resultados obtenidos en el ensayo al asfalto AC - 20:

Tabla 6: Resultado del ensayo de gravedad específica Asfalto AC - 20

Gravedad Específica del Asfalto

MUESTRA: Asfalto Convencional AC - 20

Muestra 1 Muestra 2 Unidad

N° Picnómetro 144 158

Peso picnómetro + tapa A 35.48 36.47 g

Peso picnómetro + tapa + agua B 68.31 69.93 g

Peso picnómetro + tapa + muestra C 52.7 52.59 g

Peso picnómetro + tapa + muestra +

agua D 68.52 70.09 g

Gravedad Específica (C - A)

1.0123 1.0100 (B - A) - (D - C)

37

Tabla 7: Peso unitario del Asfalto AC - 20

Peso Unitario

temperatura

de ensayo

peso unitario

del agua

gravedad

específica

peso unitario

asfalto

°C g/cm3 g/cm3

25 0.9971 1.0112 1.008

En este ensayo se obtuvo como resultados una gravedad específica de 1.0112 y el peso unitario

del asfalto es de 1.008 g/cm3.

3.5.3. Viscosidad mediante el viscosímetro rotacional BROOKFIELD (ASTM D 4402-06)

Ensayo realizado en el laboratorio de Pavimentos de la Universidad Central del Ecuador.

La viscosidad puede ser entendida como la resistencia que tiene un material a fluir sobre una

superficie, este parámetro se utiliza principalmente para determinar de manera aproximada las

temperaturas de fabricación y compactación de mezclas asfálticas, la viscosidad ofrece una medida

indirecta de la consistencia y rigidez del cemento asfáltico, siendo más rígido aquel que tiene

mayor viscosidad. Para determinar la viscosidad se emplean diferentes temperaturas del material,

siendo las más usuales 60 y 135 °C, para así determinar la viscosidad absoluta del material, lo cual

permite cuantificar la consistencia y comportamiento del asfalto al alcanzar esta temperatura,

logrando así conocer los rangos de temperatura que se pueden emplear en la fabricación y

compactación de la mezcla.

Fotografía 6: Ensayo de viscosidad del asfalto AC-20

38

Tabla 8: Ensayo de Viscosidad

Muestra Temperatura Viscosidad

Cinemática Torque Velocidad

Gravedad

Específica

Viscosidad

Rotacional

Viscosidad

Absoluta

°C cSt % rpm cP Pas

1 134.7 327.9 89 8

1.0112

331.57 0.332

2 134.7 327.9 89 8 331.57 0.332

3 134.8 327.8 88.9 8 331.47 0.331

Promedio 134.7 327.9 89.0 8.0 331.5 0.332

3.5.4. Ensayo punto de ablandamiento con el aparato de anillo y bola (ASTM D 36 /

AASHTO T53-93)

El punto de ablandamiento del asfalto es la temperatura a la cual este material pasa de un estado

sólido a uno líquido.

Lo ideal es que la mezcla asfáltica no experimente esta temperatura a lo largo de su vida útil en el

pavimento, puesto que el ligante asfáltico y la mezcla experimentaran una gran pérdida en su

rigidez, lo que provocará fisuras en la estructura del pavimento.

Fotografía 7: Ensayo de Punto de ablandamiento del asfalto AC -20

A continuación, se presentan los resultados del ensayo de punto de ablandamiento del asfalto

convencional AC – 20:

39

Tabla 9: Resultados del ensayo Punto de Ablandamiento Asfalto AC -20

Punto de ablandamiento


Anillo N° Punto de Ablandamiento °C

1 49

2 49

Promedio 49

El valor de punto de ablandamiento obtenido de 49 °C, del asfalto AC – 20 Convencional, se encuentra

dentro del rango indicado en las especificaciones MOP – 001 – F 2002. Cuyos valores están entre 48

°C a 57 °C de punto de ablandamiento.

3.5.5. Índice de penetración por VAN DOORMAAL Y PFEIFFER

Con el índice de penetración se puede evaluar el grado de susceptibilidad térmica del asfalto,

partiendo de los resultados de penetración y la temperatura del punto de ablandamiento del asfalto

y empleando la ecuación que se presenta posteriormente se calcula el índice de penetración.

Tabla 10: Índice de penetración Asfalto AC - 20

Índice de Penetración


Datos Ecuación Valor Unidad

Penetración (Pen) 67 mm/10

Punto de ablandamiento

(Tab) 49 °C

Factor de índice de

penetración (A) 2.248 mm/10/°C

Índice de penetración (IP) -0.764

Dado que el valor obtenido se encuentra dentro del rango, -1 < Ip < +1. El asfalto convencional tiene

mediana susceptibilidad a la temperatura, presentando cierta elasticidad, es rico en resinas y tiene

comportamiento viscoso.

𝐴 = 50 ∗ [𝑙𝑜𝑔800 − log 𝑃𝑒𝑛

𝑇𝑎𝑏 − 25]

𝐼𝑃 = [20 − 10 ∗ 𝐴

𝐴 + 1]

40

3.5.6. Ensayo de ductilidad (NTE INEN 0916 / ASTM D113-07)


El ensayo de ductilidad permite determinar la capacidad de elongación que tendrá el asfalto, siendo

sometido a una velocidad de elongación constante a una temperatura determinada. La ductilidad

del asfalto permitirá determinar las propiedades aglutinantes del mismo. El comportamiento ideal

para una mezcla asfáltica es que el cemento asfáltico con la que es fabricada presente un alto grado

de ductilidad. Las mezclas asfálticas dúctiles pueden desarrollar deformaciones permanentes bajo

cargas cíclicas sin que el material presente fallas estructurales, mientras dichas cargas no

sobrepasen los valores máximos permitidos por su resistencia.

Fotografía 8: Ensayo de Ductilidad del Asfalto AC -20

A continuación, se presentan los resultados obtenidos en el ensayo de ductilidad del asfalto

convencional AC-20:

Tabla 11: Resultados ensayo de Ductilidad Asfalto AC - 20

Ductilidad


Temperatura de ensayo 25°C

Molde Ductilidad (cm)

1 146

2 135

3 148

Promedio 143

41

Las especificaciones MOP – 001 – F 2002, señalan un valor de ductilidad mínima para asfaltos

convencionales de 100 cm, los resultados obtenidos como valor promedio del ensayo realizado son

de 143 cm lo que cumple con las especificaciones.

3.5.7. Punto de inflamación copa de Cleveland (NTE INEN 0808:2013 / ASTM D 92)


Con este ensayo se puede determinar la temperatura a la cual se inflama el asfalto, esta es medida

en un equipo denominado copa abierta de Cleveland, mientras mayor sea el punto de inflamación

del asfalto menor será la probabilidad de experimentar problemas de combustión, durante los

procesos de almacenamiento y fabricación de las mezclas asfálticas.

Fotografía 9: Ensayo de Punto de inflamación del asfalto AC-20

A continuación, se presentan los resultados obtenidos en el ensayo al asfalto convencional AC-20:

Tabla 12: Resultados del ensayo Punto de Inflamación Copa Cleveland

Punto de inflamación copa de Cleveland


Punto de inflamación (A) 312.0 °C

Punto de encendido (B) 316.0 °C

Presión barométrica (P) 542.3 mmHg

Punto de inflamación corregido A + 0.033(760 - P) 319.2 °C

Punto de encendido corregido B + 0.033(760 - P) 323.2 °C

42

Los resultados del punto de inflamación y encendido de la muestra AC – 20 convencional obtenidos

en laboratorio, tras ser corregidos por efecto de la presión barométrica del ambiente son 319.2 °C y

323.2 °C respectivamente, por lo cual se está cumpliendo con las especificaciones MOP – 001 – F

2002, donde se indica que el valor mínimo de punto de inflamación 232 °C, para un asfalto

convencional.

3.6. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES GRANULARES

3.6.1. Análisis granulométrico (NT E INEN 0696:2011 / ASTM C 136)

Los agregados pétreos deben poseer una granulometría adecuada, es por esta razón que se debe

realizar un análisis granulométrico en el diseño de la mezcla asfáltica, ya que este permite mejorar

su manejabilidad, la granulometría de los agregados es definida como la distribución del tamaño

de las partículas.

Fotografía 10: Análisis granulométrico agregados

43

Tabla 13: Granulometría Agregado Grueso (3/4) # 1

G R A N U L O M E T R I A

TAMIZ PESO PORCENTAJE

Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.40 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.00 9.13 9.13 0 100

1/2" 12.70 2258.00 2267.13 80 20

3/8" 9.50 515.40 2782.53 98 2

N° 4 4.75 54.62 2837.15 100 0

N° 8 2.36 0.00 0.00 0 0

N° 50 0.30 0.00 0.00 0 0

N° 200 0.08 0.00 0.00 0 0

PASA 0.00 0.00 0.00 0 0

Gráfico 1: Curva Granulométrica Agregado Grueso #1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Grueso # 1

44

Tabla 14: Granulometría Agregado Grueso (3/4) # 2



Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.40 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.00 48.63 48.63 2 98

1/2" 12.70 1992.58 2041.21 90 10

3/8" 9.50 178.70 2219.91 98 2

N° 4 4.75 49.20 2269.11 100 0

N° 8 2.36 0.00 0.00 0 0

N° 50 0.30 0.00 0.00 0 0

N° 200 0.08 0.00 0.00 0 0

PASA 0.00 0.00 0.00 0 0

Gráfico 2: Curva Granulométrica Agregado Grueso #2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Grueso # 2

45

Tabla 15: Granulometría Agregado Medio (1/2) # 1



Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.40 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.00 0.00 0.00 0 100

1/2" 12.70 27.03 27.03 1 99

3/8" 9.50 702.39 729.42 27 73

N° 4 4.75 1958.67 2688.09 100 0

N° 8 2.36 0.00 0.00 0 0

N° 50 0.30 0.00 0.00 0 0

N° 200 0.08 0.00 0.00 0 0

PASA 0.00 0.00 0.00 0 0

Gráfico 3: Curva Granulométrica Agregado Medio #1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Medio # 1

46

Tabla 16: Granulometría Agregado Medio (1/2) # 2



Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.40 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.00 0.00 0.00 0 100

1/2" 12.70 23.15 23.15 1 99

3/8" 9.50 495.26 518.41 31 69

N° 4 4.75 1179.48 1697.89 100 0

N° 8 2.36 0.00 0.00 0 0

N° 50 0.30 0.00 0.00 0 0

N° 200 0.08 0.00 0.00 0 0

PASA 0.00 0.00 0.00 0 0

Gráfico 4: Curva Granulométrica Agregado Medio #2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Medio # 2

47

Tabla 17: Granulometría Agregado Fino # 1


TAMIZ Peso PORCENTAJE

Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.400 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.000 0.00 0.00 0 100

1/2" 12.500 0.00 0.00 0 100

3/8" 9.500 0.00 0.00 0 100

N° 4 4.750 3.92 3.92 1 99

N° 8 2.360 75.66 79.58 16 84

N° 16 1.000 104.06 183.64 37 63

N° 30 0.600 89.46 273.10 55 45

N° 50 0.330 77.21 350.31 70 30

N°100 0.150 58.80 409.11 82 18

N° 200 0.075 35.82 444.93 89 11

PASA 0.000 55.07 500.00 100 0

Gráfico 5: Curva Granulométrica Agregado Fino #1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Fino # 1

48

Tabla 18: Granulometría Agregado Fino # 2



Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

1" 25.400 0.00 0.00 0 100

3/4" 19.000 0.00 0.00 0 100

1/2" 12.500 0.00 0.00 0 100

3/8" 9.500 0.00 0.00 0 100

N° 4 4.750 2.96 2.96 1 99

N° 8 2.360 89.52 92.48 18 82

N° 16 1.000 107.08 199.56 40 60

N° 30 0.600 85.23 284.79 57 43

N° 50 0.330 74.32 359.11 72 28

N°100 0.150 52.36 411.47 82 18

N° 200 0.075 37.25 448.72 90 10

PASA 0.000 51.28 500.00 100 0

Gráfico 6: Curva Granulométrica Agregado Fino #2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica Agregado Fino # 2

49

3.6.2. Abrasión de agregado grueso, máquina de los ángeles (NTE INEN 0860:2011 /

ASTM C 131)

Este ensayo se usa para determinar la resistencia de los agregados a la abrasión o desgaste por

fricción entre partículas, el resultado obtenido de este ensayo es un valor porcentual de

degradación, el cual actúa como un indicador de calidad del agregado, puesto que el material debe

resistir el desgaste que tendrá durante la fabricación, colocación y compactación en las obras de

pavimentación.

Fotografía 11: Ensayo Abrasión Maquina de Los Ángeles

Para el ensayo de abrasión se utilizó la graduación tipo B, debido a la granulometría de los

agregados que se usaron en el proyecto.

Tabla 19: Especificaciones para la carga

Graduación Numero de

esferas

Masa de

carga (g)

A 12 5000 ± 25

B 11 4584 ± 25

C 8 3330 ± 25

D 6 2500 ± 25

Fuente: Norma NTE INEN 0860:2011

A continuación, se presentan los resultados del ensayo de abrasión en la máquina de Los Ángeles:

50

Tabla 20: Resultados del ensayo Abrasión del Agregado

Ensayo de abrasión del agregado

Graduación tipo B Abrasión

Peso antes del ensayo P1 (g) 5000

Peso retenido tamiz N°200 P2 (g) 3864

Peso pasante tamiz N°200 1136

% Desgaste 22.726

El valor de desgaste del agregado es de 22.73 % cumpliendo así con las especificaciones MOP-

001-F 2002, donde dice que el valor de desgaste de los agregados no debe ser mayor al 40 % del

peso total de los mismos.

3.6.3. Porcentaje de caras fracturadas en los agregados (ASTM D 5821)

Este es un ensayo visual que consiste en medir la masa o determinar el número de partículas de los

agregados grueso y medio que presentan caras fracturadas dentro de una muestra significativa,

identificando la irregularidad en la superficie de los agregados, para así determinar cuál es el

porcentaje de material con caras fracturadas.

Fotografía 12: Ensayo Caras Fracturadas

A continuación se presentan los resultados del ensayo de porcentaje de caras fracturadas:

51

Tabla 21: Resultados del ensayo Partículas Fracturadas

Ensayo de Caras fracturadas

Muestra: Agregado triturado en el VSI mina Naranjo - López

Tamaño muestra Peso inicial de la

muestra

Peso material

con caras

fracturadas

Peso material sin

caras fracturadas

Porcentaje de

partículas con

caras fracturadas

Tamiz g g g %

3/4" 1560 1351.3 208.7 86.62

1/2" 1500 1476.8 23.2 98.45

El porcentaje de partículas con caras fracturadas en el agregado de ¾” es de 86.62 % y para el

agregado de ½” es de 98.45 %, estos valores cumplen con las especificaciones MOP-001-F 2002,

en donde dice que el porcentaje de partículas fracturadas del agregado debe ser mayor al 85 %.

3.6.4. Determinación de partículas planas y alargadas en el agregado grueso (ASTM D

4791).

Las partículas planas son aquellas cuya dimensión última es menor que 0.6 veces su dimensión

promedio y las partículas alargadas son mayores que 1.8 de su dimensión promedio. El definir la

forma de las partículas de los agregados permitirá identificar aquellas que están expuestas a

fracturas debido a su forma.

Fotografía 13: Ensayo partículas planas y alargadas

A continuación, se presentan los resultados del ensayo de partículas planas y alargadas:

52

Tabla 22: Resultados del ensayo Partículas planas y alargadas

Ensayo Partículas planas y alargadas

Muestra: Agregado triturado en el VSI mina Naranjo - López

Tamaño muestra Peso inicial

de la muestra

Peso partículas

planas

Peso

partículas

alargadas

Peso

partículas

planas y

alargadas

Peso

partículas no

planas y

alargadas

Tamiz G g g g g

3/4" 315 27.4 11.2 3.7 273

1/2" 308.2 44.8 0 0 263.6

Porcentaje % 3/4" 100 8.70 3.56 1.17 86.67

Porcentaje % 1/2" 100 14.54 0.00 0.00 85.53

El porcentaje de partículas planas y alargadas fue de 1.17 % y 0.00 % para los agregados de ¾” y

½” respectivamente, por tanto se cumple con las especificaciones MOP-001-F 2002, el cual dice

que el porcentaje máximo permitido es de 10 %.

3.6.5. Determinación de la densidad relativa (gravedad específica) y absorción de agua del

agregado grueso. (NTE INEN 0857:2010 / ASTM C-127).

Este ensayo permite determinar el peso específico y la absorción del agregado después de 24 horas

de haber estado sumergido en agua.

Fotografía 14: Ensayo peso específico Agregado grueso

A continuación, se presentan los resultados del ensayo:

53

A.-PESO AIRE MUESTRA SECADA AL HORNO (gr):

B.-PESO EN EL AIRE MUESTRA SATURADA (gr):

C.- PESO EN EL AGUA MUESTRA SATURADA (gr):

Agregado Grueso 3/4” VSI

A = 4160.0 g

B = 4256.8 g

C = 2622.8 g

Tabla 23: Ensayo de peso específico y porcentaje de absorción del agregado grueso 3/4"

Ensayo de peso específico del agregado grueso 3/4"

densidad seca al horno

A 2.546

B - C

densidad del agregado saturado superficie seca B

2.605 B - C

densidad aparente A

2.706 A - C

absorción (B - A)*100

2.327 A

Agregado Medio 1/2” VSI

A = 2359.4 g

B = 2417.8 g

C = 1486.8 g

Tabla 24: Ensayo de peso específico y porcentaje de absorción del agregado medio 1/2"

Ensayo de peso específico del agregado medio 1/2"

densidad seca al horno

A 2.534

B - C

densidad del agregado saturado superficie seca B

2.597 B - C

densidad aparente A

2.704 A - C

absorción (B - A)*100

2.475 A

54

3.6.6. Determinación de la densidad relativa (gravedad específica) y absorción de agua del

agregado fino (NTE INEN 0856:2010 / ASTM C-128)

El objetivo de este ensayo es determinar el peso específico aparente del agregado, el cual es la

relación entre el peso de la muestra en el aire y el peso del agua correspondiente a su volumen, así

como obtener la cantidad de agua que este absorbe.

Fotografía 15: Ensayo Peso específico agregado fino

PESO M. S. AL HORNO: A.- 498.64 g

PESO F + A: B.- 677.5 g

PESO F+A+M: C.- 990.12 g

MSSS = 500.0 g

Tabla 25: Ensayo de peso específico del agregado fino

Ensayo de peso específico del agregado fino

densidad seca al horno A

2.661 B+500-C

densidad del agregado saturado superficie seca 500

2.668 B+500-C

densidad aparente A

2.681 A+B-C

absorción (500-A) *100

0.273 A

55

3.6.7. Equivalente de arena (ASTM D-2419)

Este ensayo se utiliza para determinar el contenido de partículas de arcilla adheridas a una muestra

de agregado fino (arena), se sabe que el exceso de arcilla en una mezcla asfáltica es indeseable ya

que estas vendrían a reemplazar las partículas gruesas de agregado, también existe una pérdida de

adherencia con el asfalto, lo que significa un incremento en el contenido óptimo de asfalto para

una mejor aglomeración.

Fotografía 16: Ensayo Equivalente de arena

A continuación, se presentan los datos obtenidos del ensayo de equivalente de arena:

Tabla 26: Resultados del ensayo de Equivalente de Arena

Ensayo de Equivalente de Arena

Probeta Lectura

Arcilla

Lectura

Arena

Equivalente

de arena

pulg pulg %

1 5.5 3.8 69.09

2 5.9 3.6 61.02

3 5.9 3.9 66.10

4 5.6 3.7 66.07

Promedio 65.57

56

El valor obtenido del ensayo es de 65.57 % de equivalente de arena, lo que quiere decir que el

material cumple con las especificaciones, las cuales dicen que el material a ser utilizado en una

mezcla asfáltica para tráfico pesado debe tener un valor mayor al 50 %.

3.6.8. Durabilidad a la acción de sulfato de magnesio (NTE INEN 0863:2011 / ASTM C

88)

Este ensayo se realiza para evaluar la resistencia que tiene el agregado a desintegrarse cuando el

agua que se encuentra dentro de sus poros se expande por congelamiento, teóricamente este ensayo

evalúa la resistencia del agregado al intemperismo. La sal dentro de los poros del agregado se

deshidrata al secar las muestras al horno, posteriormente se vuelve a sumergir la muestra,

hidratándose nuevamente la sal dentro de los poros del agregado. La fuerza interna de expansión

dentro de los poros que genera este proceso de rehidratación de la sal genera desintegración de la

muestra.

Fotografía 17: Ensayo Desgaste a los sulfatos

A continuación, se presentan los resultados del ensayo:

57

Tabla 27: Ensayo Desgaste a la acción de sulfatos

Ensayo: Desgaste a la acción de sulfatos

Muestra: Planta Naranjo - López

Muestra Peso Muestra peso 1 peso 2 peso 3 peso 4 peso 5 Total desgaste

G g g g g g %

1/2" 300.40 301.18 301.67 299.13 293.44 287.85 4.18

3/8" 250.15 251.00 250.66 250.03 249.87 249.45 0.28

1/4" 270.00 270.60 270.52 268.78 264.85 262.24 2.87

El desgaste total de la muestra es de 7.23 %, debido a que MOP -001-F -2002, no especifica cual

es el valor máximo de desgaste de los agregados ante la solución de sulfato de magnesio, se hace

referencia a las especificaciones NEVI-2012, en las cuales dice que el valor de desgaste no debe

ser mayor al 18 % de la muestra total.

A continuación, se presenta un cuadro resumen de los resultados obtenidos en los ensayos:

Tabla 28: Cuadro resumen de ensayos a materiales

MATERIAL ENSAYO NORMA ESPECIFICACIÓN

RESULTADO OBS. Min Máx

AS

FA

LT

O

Ensayo de

Penetración

NTE INEN

0917:2013 / ASTM

D 5

60 70 67 mm/10 Cumple

Ensayo Punto

de

ablandamiento

con el aparato

de anillo y bola

ASTM D 36 48 57 49 °C Cumple

Ensayo de

Viscosidad

NTE INEN 810 -

ASTM D 4402-06 --------- ---------- 0.332 ------

Ensayo de

Ductilidad

NTE INEN 0916 -

ASTM D 113 100 --------- 143 cm Cumple

Ensayo de

Punto de

inflamación

copa de

Cleveland

NTE INEN

0808:2013 - ASTM

D 92

232 ----------- 319.2 °C Cumple

Ensayo de

Gravedad

especifica

NTE INEN 0923 -

ASTM D 70 1 --------- 1.0112 Cumple

Índice de

Penetración ASTM D 5 -1.5 +1.5 -0.764 Cumple

58

MATERIAL ENSAYO NORMA ESPECIFICACIÓN

RESULTADO OBS.

Min. Máx. A

GR

EG

AD

OS

Determinación

de la densidad

relativa y

absorción de

agua del

agregado fino

NTE INEN

0856:2010 / ASTM

C 128

------ ------ 2.661 ------

Equivalente de

arena

ASTM D 2419 /

AASHTO T 176 50 -------- 65.57 Cumple

Determinación

de la densidad

relativa y

absorción de

agua del

agregado

grueso

NTE INEN

0857:2010 / ASTM

C 127

------ ------ 2.546 ------

Porcentaje de

partículas

fracturadas

ASTM D 5821 - 01 80 ------- 86.62 Cumple

Partículas

planas y

alargadas

ASTM D 4791 - 05 ------ 10 1.17 Cumple

Durabilidad la

acción de

sulfato de

magnesio

ASTM C 88 / NTE

INEN 0863:2011 ------ 18 7.23 Cumple

Abrasión de

agregado,

máquina de los

ángeles

NTE INEN

0860:2011 / ASTM

C 131

-------- 40 22.726 Cumple

59

CAPÍTULO IV

DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE

4.1. Diseño

Después de obtenidos los resultados de los agregados y del cemento asfáltico, se emplea el método

Marshall para determinar el contenido óptimo de asfalto en la mezcla, se utiliza este método ya

que trata de simular de mejor manera las condiciones de diseño de los pavimentos.

Para poder realizar esta investigación se elaboró una mezcla asfáltica en caliente convencional, a

la cual se incorporó el polvo de caucho de neumáticos reciclados, para luego hacer una

comparación entre ellas y determinar cuáles serán los mejores resultados.

4.1.1. Parámetros de diseño

Los parámetros de diseño de una mezcla asfáltica convencional se basan en las especificaciones

del MOP-001-F 2002, en el capítulo 405-5, que se asemejan a las especificaciones NEVI-2012,

las cuales concuerdan con el Manual del Instituto del Asfalto MS-II.

Algunos parámetros de diseño se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 29: Parámetros de diseño, Hormigón asfáltico mezclado en planta

TIPO DE TRAFICO Muy Pesado Pesado Medio Liviano

CRITERIOS MARSHALL Min Max Min Max Min Max Min Max

No. Golpes/Cara 75 75 50 50

Estabilidad (libras) 2200 ------ 1800 ------- 1200 ------- 1000 2400

Flujo (pulgada/100) 8 14 8 14 8 16 8 16

% de Vacíos en Mezcla

Capa de rodadura 3 5 3 5 3 5 3 5

Capa Intermedia 3 8 3 8 3 8 3 8

Capa Base 3 9 3 9 3 9 3 9

Fuente: MOP – 001- F 2002

60

En el trabajo de investigación se hizo un diseño para tráfico pesado, lo que quiere decir que se

cumplirá con los siguientes parámetros de diseño: las briquetas se elaboraron con 75 golpes por

cara, su estabilidad mínima debe ser de 1800 libras, el flujo se encontrará entre 8 a 14 centésimas

de pulgada y el porcentaje de vacíos será ente 3 % a 5 %.

4.2. Preparación de las muestras (briquetas) de ensayo

Es importante emplear agregados con buena granulometría en la elaboración de la mezcla asfáltica,

ya que esto representará en la buena calidad de la carpeta y en el ahorro del ligante asfáltico, ya

que a mejor calidad de los agregados menor es el porcentaje de asfalto que estos necesitan para ser

aglutinantes.

4.2.1. Dosificación del agregado pétreo

Según los resultados de los ensayos de granulometría se realiza una combinación de los mismos,

la cual debe cumplir con las especificaciones, y partiendo del tamaño nominal del agregado se

seleccionará una faja granulométrica que corresponda.

Los resultados se muestran a continuación:

Tabla 30: Análisis granulométrico de la mezcla asfáltica

T A M I Z PORCENTAJE QUE PASA

1" 3/4" 3/8" Nº 4 Nº 8 Nº 50 Nº 200

1 T O L V A GRUESO 100 98 2 2 2 2 1

2 T O L V A MEDIO 100 100 69 9 3 3 2

3 T O L V A FINO 100 100 100 99 84 30 11

GRADUACIÓN COMBINADA PARA LA MEZCLA

T A M I Z % USADO 1" 3/4" 3/8" Nº 4 Nº 8 Nº 50 Nº 200

TOLVA 1 28 28 27 0.6 0.6 0.6 0.6 0.3

TOLVA 2 27 27 27 18.6 2.4 0.8 0.8 0.5

TOLVA 3 45 45 45 45.0 44.6 37.8 13.5 5.0

MEZCLA REQUERIDA 100 99 64 48 39 15 6

E S P E C I F I C A C I O N 100 90 - 100 56 - 80 35 - 65 23-49 5 - 19 2 - 8

61

Según la graduación combinada para la mezcla, el porcentaje de agregado grueso es de 28 %, para

el agregado medio es de 27 % y el agregado fino es de 45 %, dando la siguiente curva

granulométrica de la mezcla.

Gráfico 7: Curva granulométrica de la mezcla

La curva granulométrica de la mezcla se encuentra dentro de los valores permitidos de la faja

seleccionada, tomando en cuenta que se inclina un poco más hacia los agregados gruesos para

tener una mayor rigidez al momento de elaborar la mezcla asfáltica.

Fotografía 18: Materiales para la mezcla de agregados

0

20

40

60

80

100

120

% P

asa

No. Tamiz

Curva Granulometrica de la mezcla

1" 3/4" 3/8" #4 #8 #50 #200

62

4.2.2. Porcentaje teórico de asfalto (óptimo)

Se debe definir cuál será el contenido óptimo de asfalto en la mezcla, para lo cual se empleará el

método Francés y el método del Instituto del Asfalto, de los cuales se obtiene un punto de partida

para definir el porcentaje óptimo, el cual será corroborado empleando el método Marshall.

En el método Francés se debe determinar previamente a superficie específica de los agregados,

mientras que en el método del Instituto del Asfalto se necesita el análisis de granulometría de los

agregados, porcentaje de absorción y la variable K, que depende del porcentaje de agregado que

pasa el tamiz N° 200.

Método Francés

Ecuación 6: Superficie específica de los áridos

Donde:

S: Superficie específica de los áridos

G: % material mayor a 3/8”

g: % material retenido entre el tamiz 3/8” y N°. 4

A: % material retenido ente el tamiz N°. 4 y N°. 50

a: % material retenido entre el tamiz N°. 50 y N°. 200

f: % material que pasa el tamiz N°. 200

Ecuación 7: Porcentaje de asfalto en peso

Donde:

𝑆 = 0.17𝐺 + 0.33𝑔 + 2.30𝐴 + 12𝑎 + 135𝑓

𝑃 = 𝑀 ∗ 𝑆1

5⁄

63

P: Porcentaje de asfalto en peso

M: Coeficiente de tráfico (3.75 – 4.25)

S: Superficie específica de los áridos

A continuación, se presenta los resultados del cálculo de contenido óptimo de asfalto:

Tabla 31: Porcentaje optimo teórico de asfalto (método Francés)

Método Francés

G (%) 36.00

g (%) 16.00

A (%) 33.00

a (%) 9.00

f (%) 6.00

S (%) 10.05

M 4.25

P (%) 6.74

Método Instituto del Asfalto

Ecuación 8: Contenido aproximado de asfalto

Donde:

P: Contenido aproximado de asfalto

a: % retenido en el tamiz N°. 8

b: % retenido en el tamiz N°. 8 y N°. 200

c: % que pasa el tamiz N°. 200

k: valor que depende de c

0.15 si c esta entre 11% y 15% - 0.18 si c esta entre 6% y 10% - 0.20 si c es 5% o menos

F: valor que varía según la absorción del material (0 a 2%)

𝑃 = 0.035𝑎 + 0.045𝑏 + 𝑘𝑐 + 𝐹

64

A continuación, se presenta los resultados del cálculo de contenido óptimo de asfalto:

Tabla 32: Porcentaje óptimo teórico de asfalto (método Instituto del Asfalto)

Método del Instituto del Asfalto

a (%) 61.00

b (%) 33.00

c (%) 6.00

k (%) 0.18

F (%) 2.00

P (%) 6.70

El valor óptimo de asfalto teórico según el método Francés es de 6.74 %, mientas que con el

método del Instituto del Asfalto es de 6.70 %, al promediar estos valores se obtiene que el

porcentaje óptimo teórico de asfalto es de 6.72 %.

4.2.3. Gravedad específica de la mezcla de agregados

Ecuación 9: Gravedad específica de la mezcla

Donde:

Gsb: Gravedad específica de la mezcla

Pg: % de agregado grueso

Pm: % de agregado medio

Pf: % de agregado fino

Gg: gravedad específica agregado grueso

Gm: gravedad específica agregado medio

Gf: gravedad específica agregado fino

𝐺𝑠𝑏 =100

𝑃𝑔𝐺𝑔 +

𝑃𝑚𝐺𝑚 +

𝑃𝑓𝐺𝑓

65

A continuación, se presenta el resultado de la gravedad específica de la mezcla de agregados.

Tabla 33: Gravedad específica de los agregados

Gravedad específica de los Agregados

% agregado Grueso Medio Fino

28 27 45

Gravedad esp. Agregado 2.546 2.534 2.661

Gravedad esp. Mezcla 2.5932

La gravedad específica de la mezcla de agregados da como resultado un valor de 2.593.

4.3. Determinación del porcentaje óptimo de asfalto (Método Marshall)

Para determinar el porcentaje óptimo de asfalto empleando el método Marshall, se ha decidido

hacer la mezcla asfáltica con distintos porcentajes de asfalto, empezando por el 4.0 % y

aumentando en 0.5 %. Según este método, dice que se deben realizar tres briquetas de cada punto,

con un peso aproximado de 1200 g por briqueta, por lo tanto, se realizó mezclas asfálticas en

caliente de 4000 g.

Tabla 34: Cantidades de asfalto a distintos porcentajes

ASFALTO Peso

mezcla Peso

asfalto

% g g

4.0 0.960 4166.67 166.67

4.5 0.955 4188.48 188.48

5.0 0.950 4210.53 210.53

5.5 0.945 4232.80 232.80

Tabla 35: Dosificación de material para la mezcla

MEZCLA GRUESO MEDIO FINO ASFALTO TOTAL

4000 28% 27% 45% % g

1 1120 1080 1800 4.00 4167

2 1120 1080 1800 4.50 4188

3 1120 1080 1800 5.00 4211

4 1120 1080 1800 5.50 4233

66

Fotografía 19: Porcentaje de asfalto a la Mezcla

Después de calculadas las cantidades de agregados y de asfalto para los diferentes puntos, se realiza

el ensayo Marshall para verificar si se cumple con los valores especificados.

4.3.1. Determinación de la densidad aparente

Para determinar la densidad aparente de las muestras se toma el valor del peso seco y en agua de

las briquetas, para calcular la relación que existe entre estas.

Ecuación 10: Densidad Aparente

Donde:

D: Densidad Aparente

Sa: Peso aire

SS: Peso agua

A continuación, se muestra la tabla con el cálculo de las densidades aparentes de las briquetas

con distintos porcentajes de asfalto:

𝐷 = 𝑆𝑎

𝑆𝑎 − 𝑆𝑆

67

Tabla 36: Densidad Aparente

Densidad Aparente

Briqueta Asfalto Sa SS D

% g g

1

4.00

1154 655 2.313

2 1096 622 2.312

3 1086 618 2.321

4

4.50

1099 632 2.353

5 1189 679 2.331

6 1112 635 2.331

7

5.00

1181 981 5.905

8 1107 638 2.360

9 1141 656 2.353

10

5.50

1198 695 2.382

11 1150 666 2.376

12 1183 684 2.371

4.3.2. Ensayo de Estabilidad y Flujo

Para este ensayo las briquetas están acondicionadas a 60 °C, ya que es la temperatura más alta que

puede experimentar un pavimento en servicio.

La estabilidad es conocida como la resistencia estructural de una mezcla, esto representa la máxima

carga que soporta la muestra al llegar a la rotura, la cual permitirá conocer la calidad de los

agregados empleados en la mezcla.

El flujo es la deformación que sufre la briqueta a la máxima carga, según este valor se sabrá cuál

es la resistencia de la carpeta asfáltica bajo cargas de tráfico.

68

Fotografía 20: Ensayo Estabilidad y flujo

En la siguiente tabla se presentan los valores obtenidos del ensayo:

Tabla 37: Datos ensayo Estabilidad y flujo

b P E S O (gramos) PESO

ESPECIFICO VOLUMEN - % TOTAL Estabilidad (Kg.)

Seca S.S.S. En Agregados Vacíos Asfalto V.A.M. VFA Medida Factor

de Corregida Flujo

% Aire Aire Agua Vol. "Bulk" Rice en

aire efectivo Correc.

asfalto Briqueta d e f v g i k l m n ñ q r s t

No. e -f d/v RICE (100-b)g (1 -

g)100

100 - k

- l 100 - k

(n -

l)100

G agr. i n 1/100"

1 1154 1156 655 501 2.303 2159 1.04 2245 9

4.0 2 1096 1097 622 475 2.307 1979 1.14 2256 8

3 1086 1088 618 470 2.311 1886 1.19 2244 9

PROMEDIO = 2307 2480 85.42 7.0 8.00 14.58 52 2249 9

4 1099 1100 632 468 2.348 1942 1.19 2311 9

4.5 5 1189 1191 679 512 2.322 2299 1.00 2299 10

6 1112 1114 635 479 2.322 2062 1.14 2351 10

PROMEDIO = 2331 2463 85.84 5.4 8.79 14.16 62 2320 10

7 1181 1181 681 500 2.362 2192 1.04 2280 11

5.0 8 1107 1108 638 470 2.355 1999 1.19 2379 12

9 1141 1142 656 486 2.348 1936 1.09 2110 12

PROMEDIO = 2355 2448 86.28 3.8 9.93 13.72 72 2256 12

10 1198 1200 690 510 2.349 2049 1.00 2049 13

5.5 11 1150 1151 661 490 2.347 1842 1.09 2008 14

12 1183 1184 679 505 2.343 2056 1.04 2138 14

PROMEDIO = 2346 2422 85.50 3.1 11.35 14.50 78 2065 14

ESP. 3 - 5 > 13 65 -

75 > 817 8 - 14

69

4.3.3. Determinación de la densidad máxima teórica.

4.3.3.1.Ensayo Rice (ASTM D-2041).

Para determinar la densidad máxima teórica de la mezcla asfáltica se debe realizar el ensayo Rice,

el cual permite calcular la cantidad de vacíos de la mezcla, indicando si existe o no una cohesión

correcta de las partículas a 25 °C.

Fotografía 21: Ensayo Rice

Ecuación 11: Gravedad Máxima Teórica

Donde:

Gmm: Gravedad máxima teórica

A: peso de la muestra

B: peso del picnómetro con agua

E: peso del picnómetro con agua y muestra

A continuación, se muestran los valores obtenidos de la gravedad máxima teórica (Rice), para

mezclas con distinto contenido de asfalto

𝐺𝑚𝑚 = 𝐴

𝐴 + 𝐵 − 𝐸

70

Tabla 38: Densidad máxima teórica

G G Densidad Máxima teórica

PORCENTAJE DE ASFALTO 4% 4.50% 5% 5.50%

"A" PESO MUESTRA SECA (grs) 560.00 500.00 655.00 500.00

"D" PESO PIGNOMETRO + AGUA (grs) 2204.2 2204.2 2204.2 2204.2

"E" PESO PIC. + MUESTRA + AGUA (grs) 2538.4 2501.2 2591.6 2497.8

Gmm= Gravedad max. Teórica = A = 2.480 2.463 2.448 2.422

A+D-E

4.3.4. Volumen de agregado en porcentaje

Ecuación 12: Volumen de agregado en porcentaje

Donde:

Vag: Volumen del agregado en porcentaje

Gca: Gravedad específica del cemento asfáltico

Gsb: Gravedad específica de los agregados

4.3.5. Volumen de vacíos en porcentaje

Ecuación 13: Volumen de Vacíos en porcentaje

Donde:

Vv: volumen de vacíos en porcentaje

Gmb: gravedad específica bulk

Gmm: gravedad específica teórica máxima

4.3.6. Volumen de cemento asfáltico en porcentaje

Ecuación 14: Volumen de cemento asfáltico en porcentaje

𝑉𝑎𝑔 =% 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 ∗ 𝐺𝑐𝑎

𝐺𝑠𝑏

𝑉𝑣 = (1 −𝐺𝑚𝑏

𝐺𝑚𝑚) ∗ 100

𝑉𝑐𝑎 = 100 − 𝑉𝑎𝑔 − 𝑉𝑣

71

Donde:

Vca: volumen de cemento asfáltico en porcentaje



4.3.7. Volumen de vacíos en agregado mineral (VAM)

Ecuación 15: Volumen de vacíos agregado mineral

Donde:

VAM: Volumen de vacíos agregado mineral


4.3.8. Volumen de vacíos llenos de asfalto (VFA)

Ecuación 16: Volumen de vacíos llenos de asfalto

Donde:

VFA: Volumen de vacíos llenos de asfalto

VAM: Volumen de vacíos agregado mineral


4.3.9. Porcentaje efectivo de asfalto

Ecuación 17: Porcentaje efectivo de asfalto

Donde:

Pea: Porcentaje efectivo de asfalto

Pca: Porcentaje de asfalto del peso total de la mezcla

𝑉𝐴𝑀 = 100 − 𝑉𝑎𝑔

𝑉𝐹𝐴 =𝑉𝐴𝑀 − 𝑉𝑣

𝑉𝐴𝑀∗ 100

𝑃𝑒𝑎 = 𝑃𝑐𝑎 −𝑃𝑎𝑏 − 𝑃𝑎𝑔

100

72

Pab: Asfalto absorbido, porcentaje del peso del agregado

Pag: Porcentaje de agregado del peso total de la mezcla

4.3.10. Evaluación de gráficas contenido óptimo de asfalto

4.3.10.1. Curva de Densidad Bulk

Los resultados de la densidad Bulk según los diferentes contenidos de asfalto son presentados en

la siguiente gráfica, para determinar el porcentaje adecuado de asfalto en esta relación, se toma el

valor más alto de la curva, dando como resultado 5.7 % de asfalto.

Gráfico 8: Densidad BULK / %Asfalto

4.3.10.2. Curva de Vacíos

El contenido de asfalto en la mezcla tiene una relación directamente proporcional con el porcentaje

de vacíos, ya que, si el asfalto aumenta, el porcentaje de vacíos disminuirá, según las

especificaciones el porcentaje de vacíos en la mezcla asfáltica debe estar ente 3 % y 5 %, para este

estudio se ha seleccionado un 4 % de vacíos lo que da como resultado 4.9 % de asfalto.

73

Gráfico 9: % Vacíos / % Asfalto

4.3.10.3. Curva de Estabilidad

En mezclas asfálticas en caliente la curva de estabilidad tiende a ser cóncava, debido a los valores

obtenidos de los distintos porcentajes de asfalto, de esta curva se toma el valor máximo de

estabilidad y se selecciona el porcentaje de asfalto que le pertenece, en este caso es de 4.7 % de

asfalto en la mezcla.

Gráfico 10: Estabilidad / % Asfalto

74

4.3.10.4. Curva de Volumen de vacíos llenos con asfalto (VFA)

El valor de volumen de vacíos llenos de asfalto va a incrementar cuando mayor sea el porcentaje

de asfalto que se utilice en la mezcla, tomando en cuenta que este valor no considera al asfalto

absorbido por los agregados, según las especificaciones el VFA debe estar entre 65 % y 75 %, para

el caso de la investigación se toma el valor del 70 % lo que da como resultado 4.9 % de asfalto en

la mezcla.

Gráfico 11: VFA / % Asfalto

4.3.10.5. Curva de Flujo

En mezclas asfálticas en caliente se sabe que a mayor contenido de asfalto el flujo se incrementa,

según las especificaciones el flujo debe estar entre 8 y 14 centésimas de pulgada, según los

resultados obtenidos se ha tomado el promedio del valor de flujo de las distintas mezclas asfálticas

elaboradas, dando un valor de 11 al cual le corresponde 4.75 % de asfalto.

75

Gráfico 12: Flujo / % Asfalto

4.3.10.6. Curva de volumen de vacíos en el agregado mineral (VAM)

Según las especificaciones el volumen de vacíos en el agregado mineral debe ser mayor a 14, en

la curva se ha tomado el valor más bajo de la misma al cual le corresponde 4.8 % de asfalto en la

mezcla.

Gráfico 13: VAM / % Asfalto

A continuación se presenta una tabla con el resumen del contenido de asfalto de las distintas crvas

para el diseño Marshall.

76

Tabla 39: Valores de las curvas de diseño de la mezcla asfáltica (Marshall)

Óptimo de Asfalto

BULK 5.2

VACIOS 4.9

ESTABILIDAD 4.7

VFA 4.9

FLUJO 4.75

VAM 4.8

%ASFALTO DE DISEÑO 4.9

Después de determinar los porcentajes de asfalto de cada una de las curvas, se realiza un promedio

de las mismas, del cual se obtendrá el porcentaje óptimo de asfalto para la mezcla, para el siguiente

trabajo se determinó que este porcentaje óptimo de asfalto en la mezcla es de 4.9 %.

4.3.10.7. Comprobación de diseño

Después de obtener el contenido óptimo de asfalto se realizó la mezcla asfáltica con el fin de

corroborar el diseño, en la siguiente tabla se presentan los valores que corresponden.

Tabla 40: Comprobación de diseño

b P E S O (gramos) PESO

ESPECIFICO VOLUMEN - % TOTAL Estabilidad (Kg.)

Seca S.S.S. En Agregados Vacíos Asfalto V.A.M. VFA Medida Factor de Corr. Flujo

% Aire Aire Agua Vol. "Bulk" Rice en

aire efectivo Corrección

asfalto Briqueta d e f v g i k l m n ñ q r s t

No. e -f d/v RICE (100-b)g (1 -

g)100

100 - k

- l 100 - k

(n -

l)100

G agr. i n 1/100"

1 1183 1185 675 510 2.320 2089 1.00 2089 14

4.9 2 1176 1179 671 508 2.315 2069 1.04 2152 12

3 1159 1160 660 500 2.318 2026 1.04 2107 10

PROMEDIO 2318 2438 85.00 4.9 10.00 15.00 67 2116 12

ESP. 3 - 5 > 13 65 -

75 > 817 8 - 14

En los datos que se observan en la tabla se puede verificar que el diseño cumple con las

especificaciones de MOP – 001 – F 2002.

Por tanto, el diseño de la mezcla es de 28 % agregado grueso, 27 % agregado medio, 45 % agregado

fino y el 4.9 % de asfalto.

77

4.4. Extracción cuantitativa del asfalto en mezclas en caliente (ASTM D – 2172)

El ensayo de extracción es realizado para comprobar si el porcentaje de asfalto utilizado en la

mezcla es el adecuado.

Fotografía 22: Ensayo de Extracción de asfalto

Ecuación 18: % Asfalto Residual

Donde:

A: Peso inicial muestra

B: Peso final muestra

C: Peso inicial filtro

D: Peso final filtro

Tabla 41: Ensayo de extracción de asfalto

Extracción de asfalto

A 529

B 502.97

C 19.97

D 21.3

% Asfalto Residual 4.67

En el resultado obtenido de la extracción del asfalto existe una diferencia de 0.23 %, esto se debe

a las pérdidas que se producen debido a que el ensayo es realizado con gasolina y no con los

% 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 =(𝐴 − 𝐵) − (𝐷 − 𝐶)

𝐴∗ 100

78

reactivos de solución saturada de carbonato de amonio (NH4)2 CO3, Cloruro de Metileno,

Tricloetano 1, 1, 1, Tricloroetileno de tipo que especifica la norma ASTM D-2172.

4.5. Mezcla asfáltica en caliente modificada

4.5.1. Granulometría del grano de caucho reciclado (GCR)

La granulometría de caucho es de mucha importancia dentro de la mezcla asfáltica ya que el

tamaño y la forma del grano afectan a la tensión dentro de la misma, Xiao (2007) recomienda que

se usen tamaños de grano menores a los 0.2 mm ya que estos mejoran la resistencia al

ahuellamiento y fatiga.

Fotografía 23: Granulometría GCR

Tabla 42: Granulometría Grano de Caucho Reciclado



Nº Abertura

Retenido

Parcial Acumulado

Retenido

Acumulado Pasa

mm g g % %

N° 16 1.000 0.17 0.17 0 100

N° 20 0.850 15.52 15.69 16 84

N° 30 0.600 25.29 40.98 41 59

N° 40 0.425 31.88 72.86 73 27

N° 50 0.330 14.85 87.71 88 12

N° 80 0.177 8.36 96.07 96 4

N° 100 0.150 0.88 96.95 97 3

N° 200 0.075 2.37 99.32 99 1

PASA 0.000 0.68 100.00 100 0

79

Gráfico 14: Curva granulométrica GCR

4.5.2. Elaboración de la mezcla por el proceso de vía seca

Mediante el proceso de incorporación del caucho por vía seca, el porcentaje de caucho en peso que

se incorporará a la mezcla viene a reemplazar al material de agregado fino, esta tecnología de

incorporación del caucho es acogida debido a su facilidad constructiva y bajos costos de operación,

según Díaz (2014) resalta que el pavimento modificado con GCR por vía seca, mejora la

resistencia del pavimento a la fatiga y al ahuellamiento, siempre y cuando la temperatura de

mezclado y compactado no supere los 175 °C.

Fotografía 24: Incorporación del caucho a la mezcla, vía seca

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010 0,100 1,000

% P

asa

Tamiz (mm)

Curva Granulometrica GCR

80

4.5.3. Determinación del óptimo de caucho en la mezcla

Después de haber establecido cual será el porcentaje óptimo de asfalto en la mezcla el cual es 4.9

%, debemos encontrar cual será el porcentaje óptimo de caucho y la granulometría adecuada que

se debe incorporar a esta mezcla convencional, para ello se realizaron juegos de briquetas por el

método de vía seca empleando distinta granulometría del caucho, luego de determinar la malla

óptima para el caucho, se realizaron briquetas con distintos porcentajes de GCR para así obtener

el porcentaje adecuado a usarse en la mezcla.

Para determinar cuál será la granulometría y el porcentaje óptimos del GCR se realiza los ensayos

de módulo resiliente y cántabro a las muestras con distintos porcentajes de material.

4.5.3.1. Módulo resiliente de mezclas asfálticas (UNE - EN 12697-26)

El módulo resiliente es aquel que define las propiedades elásticas de un material viscoelástico, es

una medida de la rigidez de las mezclas asfálticas, este módulo suministra información sobre el

comportamiento dinámico de las mezclas y hace referencia a la relación que existe entre la

deformación del material que se encuentra bajo una carga aplicada y el esfuerzo.

El objetivo de este ensayo es determinar dos valores de módulo resiliente, primero el módulo

resiliente instantáneo el cual es calculado empleando la deformación recuperable que ocurre al

instante de descarga de un ciclo, y el segundo que es el módulo resiliente total, el cual es calculado

empleando la deformación recuperable total, la cual incluye la deformación recuperable

instantánea como la deformación recuperable que depende del tiempo, la cual continúa durante la

descarga y el resto del reposo de un ciclo.

Para determinar el módulo resiliente se realiza el ensayo de tensión indirecta, el cual es un método

no destructivo que se realiza en corto tiempo, aquí se aplica una carga de compresión a lo largo

81

del diámetro vertical de la muestra, induciendo un esfuerzo de tensión y deformación en el

diámetro horizontal, para llevar a cabo este ensayo se utiliza el equipo Nottingham Asphalt Tester

(NAT) desarrollado por Cooper Research Technology.

Fotografía 25: Equipo NAT

En la siguiente tabla se presentan los datos obtenidos de módulo resiliente de una mezcla asfáltica

convencional.

Tabla 43: Resultados del Módulo Resiliente mezcla Convencional

No. Briqueta

Peso

Briqueta

Diámetro promedio

Briqueta

Altura promedio

Briqueta

DENSIDAD MÓDULO

RESILIENTE MEDIO

MÓDULO RESILIENTE AJUSTADO

g cm cm kg/m3 MPa MPa

1 1168.6 10.20 6.20 2311 3372 3388

2 1123.0 10.24 5.98 2279 3105 3119

3 1067.6 10.20 5.70 2292 3493 3499

PROMEDIO 3323 3335

4 1208.8 10.24 6.46 2273 3366 3356

5 1132.6 10.24 6.00 2293 3429 3431

6 1149.0 10.21 6.04 2325 2870 2887

PROMEDIO 3222 3225

7 1160.8 10.22 6.20 2282 3463 3473

8 1128.2 10.23 5.97 2301 3342 3358

9 1070.8 10.22 5.70 2291 3083 3092

PROMEDIO 3296 3308

PROMEDIO 3280 3289

82

El módulo resiliente obtenido de la mezcla asfáltica convencional es de 3289 MPa.

En las tablas que siguen se presenta las distintas granulometrías usadas y los valores de módulo

resiliente obtenidos para así determinar cuál será la malla óptima para la mezcla asfáltica.

Tabla 44: Resultados de Módulo Resiliente. Malla N° 16

No. Briqueta

Peso

Briqueta

Diámetro promedio

Briqueta

Altura promedio

Briqueta

DENSIDAD MÓDULO

RESILIENTE MEDIO



1 1136.4 10.23 6.04 2291 3636 3636

2 1161.2 10.19 6.14 2319 4028 4040

3 1118.4 10.22 6.03 2262 4049 4055

PROMEDIO 3904 3910


No. Briqueta

Peso

Briqueta

Diámetro promedio

Briqueta

Altura promedio

Briqueta

DENSIDAD MÓDULO

RESILIENTE MEDIO



1 1121.0 10.24 5.9825 2275 3995 4012

2 1101.4 10.215 5.94 2263 4651 4657

3 998.8 10.23 5.3725 2262 5344 5318

PROMEDIO 4663 4662


No. Briqueta

Peso

Briqueta

Diámetro promedio

Briqueta

Altura promedio

Briqueta

DENSIDAD

MÓDULO RESILIENTE

MEDIO



1 1098.2 10.225 5.765 2320 3911 3924

2 1105.2 10.2 5.815 2326 4538 4552

3 1205.2 10.195 6.5425 2257 5035 5025

PROMEDIO 4495 4500

83

Gráfico 15: Determinación malla óptima para el GCR

Según los resultados de módulo resiliente obtenidos el tamiz más adecuado es el N° 30 ya que

arroja valores de módulo más altos, mejorando la rigidez de la mezcla.

En las siguientes tablas se presentan los resultados de módulos resilientes con distintos porcentajes

de caucho, para determinar cuál es el óptimo en la mezcla asfáltica.

Tabla 47: Determinación % óptimo de GCR

No. Briqueta

Caucho Peso Diámetro promedio

Altura promedio

DENSIDAD MÓDULO

RESILIENTE MEDIO


% g cm cm kg/m3 MPa MPa

1

1

1112.8 10.19 5.87 2327 3105 3119

2 1071.8 10.22 5.70 2292 3921 3939

3 1207.0 10.24 5.47 2682 4372 4395

PROMEDIO 3799 3818

4

1.5

1183.2 10.23 6.28 2292 3670 3692

5 1137.6 10.24 6.04 2291 3877 3897

6 1161.4 10.21 6.12 2320 3656 3652

PROMEDIO 3734 3747

7

2

1121.0 10.24 5.98 2275 3995 4012

8 1101.4 10.22 5.94 2263 4651 4657

9 998.8 10.23 5.37 2262 5344 5318

PROMEDIO 4663 4662

10

2.5

1201.8 10.22 6.32 2322 4057 4059

11 1206.6 10.23 6.32 2324 4026 4054

12 1078.4 10.19 5.72 2313 4559 4583

PROMEDIO 4214 4232

3800

3900

4000

4100

4200

4300

4400

4500

4600

4700

4800

1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

MÓ

DU

LO R

ESIL

IEN

TE (

MP

A)

TAMIZ

MALLA ÓPTIMA PARA EL GCR

84

No. Briqueta


Altura promedio

DENSIDAD

MÓDULO RESILIENTE

MEDIO



13

3

1072.4 10.22 5.74 2278 3498 3484

14 1112.4 10.20 5.93 2297 4395 4400

15 1099.4 10.21 6.01 2236 4904 4904

PROMEDIO 4266 4263

16

4

1116.4 10.23 5.99 2268 3805 3794

17 1165.4 10.22 6.22 2283 4653 4659

18 1237.0 10.24 6.57 2288 4305 4307

PROMEDIO 4254 4253

19

5

1186.6 10.19 6.39 2276 3268 3274

20 1145.6 10.22 6.12 2283 3243 3259

21 1132.8 10.23 6.12 2253 3579 3604

PROMEDIO 3363 3379

Gráfico 16: Porcentaje óptimo de GCR

En el gráfico previo se puede observar cómo es el comportamiento de la mezcla asfáltica con

distintos porcentajes de GCR, de los cuales se puede decir que la gráfica presenta dos picos

significativos para la selección del material, según los datos obtenidos del módulo resiliente se

determina que el porcentaje óptimo de GCR es de 2% ya que con este valor se obtiene mayor

rigidez en la mezcla asfáltica con un módulo de 4662 MPa, y a mayor módulo resiliente se obtienen

32003300340035003600370038003900400041004200430044004500460047004800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

MÓ

DU

LO R

ESIL

IEN

TE (

MP

A)

% GCR

PORCENTAJE OPTIMO DE GCR

85

mejores resultados en el desempeño de la mezcla asfáltica ante el efecto de fatiga que se está

estudiando.

4.5.3.2. Comprobación del diseño óptimo de mezcla asfáltica modificada

Tabla 48: Comprobación del porcentaje de GCR

No. Briqueta


Altura promedio

DENSIDAD MÓDULO

RESILIENTE MEDIO



1

2

1039.0 10.30 5.43 2299 4852 4846

2 1028.6 10.21 5.55 2264 4680 4682

3 1245.2 10.24 6.67 2268 4576 4570

PROMEDIO 4703 4699

Una vez que se han encontrado los valores óptimos tanto de la malla como del porcentaje de grano

de caucho reciclado se procede a realizar los ensayos de módulo resiliente para las distintas

temperaturas que específica la norma, a continuación, se presentan los resultados.

Tabla 49: Módulo resiliente a varias temperaturas para una mezcla convencional

No. Briqueta

Diámetro Promedio

Altura Promedio

DENSIDAD

Módulo Resiliente

Medio 10°C

Módulo Resiliente Ajustado

10°C

Módulo Resiliente

Medio 20°C


20°C

Módulo Resiliente

Medio 40°C


40°C

cm cm kg/m3 Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

1 10.20 6.20 2311 8271 8239 3372 3388 553 551

2 10.24 5.98 2279 9100 9201 3105 3119 744 740

3 10.20 5.70 2292 9022 9042 3493 3499 685 683

PROMEDIO 8798 8827 3323 3335 661 658

Tabla 50: Módulo resiliente a varias temperaturas para una mezcla modificada

No. Briqueta

Diámetro Promedio

Altura Promedio DENSIDAD

Módulo Resiliente

Medio 10°C


10°C

Módulo Resiliente

Medio 20°C


20°C

Módulo Resiliente

Medio 40°C


40°C

cm cm kg/m3 Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa

1 10.30 5.43 2299 9086 9142 4852 4846 879 878

2 10.21 5.55 2264 9246 9251 4680 4682 865 866

3 10.24 6.67 2268 9730 9778 4576 4570 971 972

PROMEDIO 9354 9390 4703 4699 905 905

86

4.5.4. Ensayo de cántabro para pérdida por desgaste (NLT-250/00)

Este ensayo permite determinar empíricamente cual es la resistencia a la degradación de una

mezcla asfáltica, mostrando también si al emplear mezclas modificadas la resistencia al desgaste

se verá afectada de alguna forma.

Fotografía 26: Ensayo Cántabro

A continuación, se presentan los datos obtenidos de las mezclas convencionales y modificadas

Tabla 51: Ensayo Cántabro Mezcla Convencional

Ensayo Cántabro Mezcla Convencional

MUESTRA PESO 1 PESO 2 PERDIDA % DESGASTE % PROMEDIO

1 1119.8 1054.4 65.4 5.8

5.9 2 1100.2 1031.4 68.8 6.3

3 1149.2 1085.6 63.6 5.5

4 1098.2 1037.6 60.6 5.5

5.2 5 1105.2 1046.8 58.4 5.3

6 1205.2 1147.4 57.8 4.8

7 1140.8 1082.4 58.4 5.1

5.3 8 1167.8 1106.4 61.4 5.3

9 1142.4 1079.3 63.1 5.5

87

Tabla 52: Ensayo Cántabro Mezcla modificada

Ensayo Cántabro Mezcla modificada

MUESTRA % CAUCHO PESO 1 PESO 2 PERDIDA % DESGASTE % PROMEDIO

1

1

1112.8 1094.4 18.4 1.7

2.3 2 1071.8 1051.4 20.4 1.9

3 1207.0 1165.6 41.4 3.4

4

2

1133.2 1109.6 23.6 2.1

2.1 5 1127.6 1105.8 21.8 1.9

6 1077.0 1053.4 23.6 2.2

7

3

1121.0 1102.4 18.6 1.7

2.4 8 1101.4 1069.4 32.0 2.9

9 998.8 973.0 25.8 2.6

10

4

1168.6 1143.2 25.4 2.2

2.3 11 1123.0 1095.6 27.4 2.4

12 1067.6 1043.8 23.8 2.2

13

5

1072.4 1041.0 31.4 2.9

2.8 14 1112.4 1090.4 22.0 2.0

15 1099.4 1060.6 38.8 3.5

Según los resultados del ensayo, se verifica que el contenido óptimo de caucho en la mezcla

asfáltica es de 2 %, ya que es el elemento que más reduce el porcentaje de perdida en la mezcla.

4.6. Fatiga por tensión indirecta (UNE - EN 12697-24 ANEXO E)

El objetivo del ensayo de fatiga es determinar la vida a la fatiga de una muestra cilíndrica, fabricada

en laboratorio o núcleos tomados en campo, usando el método de tensión indirecta, la carga es

aplicada verticalmente en el plano diametral de la probeta, se mide la deformación horizontal,

vertical y el número de aplicaciones de carga que llevan a la muestra a la falla por fractura.

88

Figura 12: a) Configuración de la carga, b) Rotura del ensayo

Fuente: Thomas Kennedy. Ensayo de Tracción indirecta, 2012

El ensayo de tensión indirecta es un método práctico para determinar las propiedades de las

mezclas asfálticas o para evaluar el fallo provocado por tensiones de tracción.

Figura 13: Montaje de ensayo de resistencia a la Fatiga

Fuente: REYES, Fredy. Diseño racional de pavimentos. Bogotá, 2003

89

Figura 14: Carga para esfuerzo y deformación

Fuente: REYES, Fredy. Diseño racional de pavimentos. Bogotá, 2003

Este modo de carga induce un esfuerzo de tensión perpendicular a la dirección en la que se aplica

la carga uniforme, a esto se lo llama tensión indirecta.

4.6.1. Ensayo de Tensión Indirecta en muestras cilíndricas

Este ensayo se lleva a cabo siguiendo la norma europea EN – 12697-24 anexo E, en la cual se

fabrican las probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro y 70 mm de alto, las cuales deben tener n

envejecimiento mínimo de 10 días, con esto se trata de simular la condición de una carpeta asfáltica

a una temperatura media de 20 °C con condición de tráfico medio, la norma recomienda que

aplique un esfuerzo constante de 250 KPa, pero específica que se puede variar este valor

dependiendo de la rigidez que tenga la mezclas asfáltica.

90

Fotografía 27: Ensayo de vida a la Fatiga

En la tabla presentada a continuación se indican los resultados del ensayo de tensión indirecta

sobre probetas cilíndricas (Resistencia a la Fatiga).

Tabla 53: Ensayo Resistencia a la Fatiga

ESFUERZO CONVENCIONAL MODIFICADAS 2%

Kpa PULSOS DEFOR. H DEFOR. V PULSOS DEFOR. H DEFOR. V

550 1396 5.3 14.6 1466 5.2 11.5

400 7786 5.3 12.6 10436 5.4 14.1

350 25286 5.5 12.2 25526 5.3 14.2

250 114030 5.1 1.7 220808 5.4 1.7

91

Gráfico 17: Curva de Fatiga

4.6.2. Vida a la Fatiga

Después de haber realizado el ensayo para determinar la vida a la fatiga de la mezcla asfáltica con

el contenido óptimo de caucho a distintos esfuerzos constantes, se determinó el esfuerzo con el

cual se va a realizar el ensayo, este valor depende mucho del criterio del operador y de la rigidez

que presente la muestra. El esfuerzo seleccionado fue de 400 KPa, ya que la mezcla modificada

tiene un valor alto de módulo, lo que determina una rigidez alta, en las siguientes gráficas se

establece las deformaciones producidas en las muestras tanto convencional como modificada.

92

Gráfico 18: Curvas de deformación horizontal Vs N° Ciclos de carga

Gráfico 19: Curvas de deformación vertical Vs N° Ciclos de carga

93

El ensayo de laboratorio para caracterizar el comportamiento a la fatiga de mezclas asfálticas puede

ser llevado bajo dos modos de carga: esfuerzo controlado o deformación controlada, el ensayo

realizado a las muestras fue bajo cargas de esfuerzo controlado, lo que quiere decir que la carga

aplicada es constante mientras la deformación va en aumento.

En la siguiente tabla se presenta un resumen de los ensayos realizados a las probetas

convencionales y modificadas con el 2 % de GCR.

Tabla 54: Resultados ensayo de Fatiga

ESFUERZO CONVENCIONAL MODIFICADAS 2 %

KPa PULSOS C DEFOR. H DEFOR. V PULSOS M DEFOR. H DEFOR. V

400 7786 5.3 12.6 10436 5.4 14.1

400 7676 5.4 18.2 11996 5.2 13.3

400 7346 5.4 17.4 12866 5.3 11.2

Promedio 7603 5.3 16.1 11766 5.3 12.9

4.6.3. Determinación de esfuerzo y deformación de mezclas asfálticas convencional y

modificada

De los ensayos realizados se toman los datos de las muestras más representativas para realizar el

cálculo del esfuerzo y la deformación.

Las ecuaciones presentadas a continuación se emplean para modo de carga con esfuerzo

controlado.

Ecuación 19: Esfuerzo de tracción

Donde:

σ0: Esfuerzo de tracción en el centro de la probeta (MPa)

P: Carga máxima (N)

t: Espesor de la probeta (mm)

𝜎0 =2𝑃

𝜋 ∗ 𝑡 ∗ Ω

94

Ω: Diámetro de la probeta (mm)

Ecuación 20: Deformación por tracción

Donde:

ε0: Deformación por tracción en el centro de la probeta

ΔH: Deformación horizontal (mm)

Ω: Diámetro de la probeta (mm)

Tabla 55: Esfuerzo y Deformación, mezcla convencional

Ciclo

No.

Máxima Fuerza

vertical

Deformación Horizontal

Permanente

Convencional

Deformación Vertical

Permanente

Convencional

Esfuerzo Deformación

(kN) (mm) (mm) (Mpa) (mm) 20 3.7 0.172 0.170 0.401 0.004

30 3.7 0.199 0.186 0.401 0.004

40 3.7 0.223 0.204 0.401 0.005

50 3.7 0.244 0.215 0.401 0.005

60 3.7 0.263 0.227 0.401 0.005

70 3.7 0.280 0.235 0.401 0.006

80 3.7 0.296 0.248 0.401 0.006

90 3.7 0.311 0.249 0.401 0.006

100 3.7 0.325 0.261 0.401 0.007

200 3.7 0.422 0.313 0.401 0.009

300 3.7 0.502 0.354 0.401 0.010

400 3.7 0.573 0.387 0.401 0.012

500 3.7 0.638 0.414 0.401 0.013

600 3.7 0.697 0.437 0.401 0.014

700 3.7 0.758 0.460 0.401 0.016

800 3.7 0.813 0.473 0.401 0.017

900 3.7 0.878 0.489 0.401 0.018

1000 3.7 0.963 0.497 0.401 0.020

1500 3.7 1.032 0.567 0.401 0.021

2000 3.7 1.234 0.634 0.401 0.025

2500 3.7 1.466 0.687 0.401 0.030

3000 3.7 1.724 0.743 0.401 0.035

3500 3.7 2.124 0.796 0.401 0.044

4000 3.7 2.224 0.833 0.401 0.046

4500 3.7 2.594 0.892 0.401 0.053

5000 3.7 3.099 0.952 0.401 0.064

5500 3.7 3.888 1.026 0.401 0.080

6000 3.7 4.595 1.124 0.401 0.095

6500 3.7 5.332 1.275 0.401 0.110

7000 3.7 5.359 1.556 0.401 0.110

7500 3.7 5.359 2.332 0.401 0.110

7676 0.8 5.359 18.175 0.087 0.110

𝜀0 = 2.1 ∗∆𝐻

Ω

95

Gráfico 20: Representación esquemática del comportamiento a la fatiga bajo esfuerzo

controlado, mezcla asfáltica convencional

Tabla 56: Esfuerzo y Deformación, mezcla modificada

Ciclo No.

Máxima

Fuerza

vertical

Deformación

Horizontal

Permanente

Modificada

Deformación

Vertical

Permanente

Modificada


(kN) (mm) (mm) (Mpa) (mm)

20 3.8 0.185 0.267 0.392 0.004

30 3.9 0.212 0.290 0.402 0.004

40 3.9 0.237 0.310 0.402 0.005

50 3.9 0.259 0.329 0.402 0.005

60 3.9 0.279 0.341 0.402 0.006

70 3.9 0.298 0.353 0.402 0.006

80 3.9 0.315 0.362 0.402 0.006

90 3.9 0.334 0.375 0.402 0.007

100 3.9 0.349 0.393 0.402 0.007

200 3.9 0.440 0.448 0.402 0.009

300 3.9 0.515 0.499 0.402 0.011

400 3.9 0.574 0.530 0.402 0.012

500 3.9 0.628 0.563 0.402 0.013

600 3.9 0.678 0.590 0.402 0.014

700 3.9 0.715 0.601 0.402 0.015

800 3.9 0.755 0.628 0.402 0.016

900 3.9 0.801 0.646 0.402 0.016

1000 3.9 0.864 0.659 0.402 0.018

1500 3.9 0.897 0.733 0.402 0.018

2000 3.9 1.022 0.803 0.402 0.021

2500 3.9 1.156 0.859 0.402 0.024

3000 3.9 1.294 0.903 0.402 0.027

3500 3.9 1.516 0.948 0.402 0.031

96

Ciclo No.

Máxima

Fuerza

vertical

Deformación

Horizontal

Permanente

Modificada

Deformación

Vertical

Permanente

Modificada


(kN) (mm) (mm) (Mpa) (mm)

4000 3.9 1.487 0.981 0.402 0.031

4500 3.9 1.624 1.019 0.402 0.033

5000 3.9 1.776 1.058 0.402 0.036

5500 3.9 1.955 1.094 0.402 0.040

6000 3.9 2.228 1.132 0.402 0.046

6500 3.9 2.235 1.169 0.402 0.046

7000 3.9 2.437 1.205 0.402 0.050

7500 3.9 2.662 1.244 0.402 0.055

8000 3.9 2.948 1.288 0.402 0.061

8500 3.9 3.418 1.331 0.402 0.070

9000 3.9 3.620 1.386 0.402 0.074

9500 3.9 4.272 1.456 0.402 0.088

10000 3.9 4.809 1.560 0.402 0.099

10500 3.9 5.237 1.719 0.402 0.108

11000 3.9 5.237 2.004 0.402 0.108

11500 3.9 5.237 2.536 0.402 0.108

11996 1.3 5.237 13.306 0.134 0.108

Gráfico 21: Representación esquemática del comportamiento a la fatiga bajo esfuerzo

controlado, mezcla asfáltica modificada

97

CAPÍTULO V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Este capítulo está destinado para realizar el análisis de resultados obtenidos en el desarrollo del

proyecto, evaluando los resultados del cemento asfáltico y de los materiales pétreos utilizados en

la elaboración de la mezcla asfáltica, se realizará las debidas comparaciones entre la mezcla

asfáltica convencional y mezcla asfáltica modificada con polvo de caucho reciclado de neumáticos,

para después realizar el análisis de resultados del ensayo de fatiga a las distintas mezclas.

5.1. Cemento Asfáltico

El cemento asfáltico que se utilizó en el desarrollo de la siguiente investigación es un Asfalto AC-

20 convencional, el cual debe cumplir con las especificaciones que se encuentran en el MOP – 001

– F 2002. A continuación, se presenta una tabla resumen de todos los ensayos realizados al asfalto

con sus respectivos resultados y observación.

Tabla 57: Resultados Cemento asfáltico AC-20

ENSAYO NORMA ESPECIFICACIÓN

RESULTADO OBSERVACIÓN Min. Máx.

Ensayo de Penetración

NTE INEN

0917:2013 /

ASTM D 5

60 70 67 mm/10 Cumple

Ensayo Punto de ablandamiento

con el aparato de anillo y bola ASTM D 36 48 57 49 °C Cumple

Ensayo de Viscosidad

NTE INEN 810

- ASTM D

4402-06

--------- -------

--- 0.332 ------

Ensayo de Ductilidad NTE INEN 0916

- ASTM D 113 100

-------

-- 143 cm Cumple

Ensayo de Punto de inflamación

copa de Cleveland

NTE INEN

0808:2013 -

ASTM D 92

232 -------

---- 319.2 °C Cumple

Ensayo de Gravedad específica NTE INEN 0923

- ASTM D 70 1

-------

-- 1.0112 Cumple

Índice de Penetración ASTM D 5 -1.5 +1.5 -0.764 Cumple

98

Según los resultados obtenidos en los distintos ensayos al cemento asfáltico convencional, todos

ellos cumplen con las especificaciones que se encuentran en el MOP – 001 – F 2002, por lo cual

es adecuado utilizarlo en la elaboración de las distintas mezclas asfálticas que se van a realizar, ya

que una es mezcla convencional y la otra es mezcla modificada por vía seca, en la cual no se

necesitan modificaciones al cemento asfáltico y se debe trabajar con el AC-20.

5.2. Agregados Pétreos

Los materiales pétreos empleados en el desarrollo de la investigación son de la planta Naranjo –

López, estos fueron sometidos a ensayos, los cuales deben cumplir con los valores especificados

en el MOP – 001 – F 2002. A continuación, se presenta una tabla resumen de todos los ensayos

realizados al material pétreo grueso, medio y fino.

Tabla 58: Resultados ensayos Agregados Pétreos

ENSAYO NORMA ESPECIFICACIÓN

RESULTADO OBSERVACIÓN Min. Máx.

Determinación de la densidad

relativa y absorción de agua del

agregado fino

NTE INEN 0856:2010

/ ASTM C 128 ------ ------ 2.661 ------

Equivalente de arena ASTM D 2419 /

AASHTO T 176 50 -------- 65.57 Cumple

Determinación de la densidad

relativa y absorción de agua del

agregado grueso

NTE INEN 0857:2010

/ ASTM C 127 ------ ------ 2.546 ------

Porcentaje de partículas

fracturadas ASTM D 5821 - 01 80 ------- 86.62 Cumple

Partículas planas y alargadas ASTM D 4791 - 05 ------ 10 1.17 Cumple

Durabilidad la acción de

sulfato de magnesio

ASTM C 88 / NTE

INEN 0863:2011 ------ 18 7.23 Cumple

Abrasión de agregado, máquina

de los ángeles

NTE INEN 0860:2011

/ ASTM C 131 -------- 40 22.726 Cumple

99

Después de realizar los ensayos necesarios para la caracterización de los agregados pétreos, se

determina que son aceptables para la elaboración de mezclas asfálticas en caliente ya que los

resultados obtenidos cumplen con las especificaciones.

5.3. Ensayos a las mezclas asfálticas convencionales y modificadas

A continuación, se realiza el análisis de resultados obtenidos de las distintas mezclas asfálticas

realizada, con los porcentajes óptimos de material y los tamaños adecuados.

5.3.1. Ensayos de Módulo Resiliente en mezclas asfálticas

Para determinar los valores de módulo resiliente se realiza el ensayo de tensión indirecta con carga

repetida aplicada verticalmente en un plano diametral de la probeta, la cual sufre una deformación

horizontal junto con una relación de Poisson asumida, son empleadas para calcular el módulo

resiliente.

El valor de módulo resiliente es empleado para la evaluación de la calidad de los materiales,

generando datos para el diseño, evaluación y análisis de pavimento. Este ensayo es utilizado para

estudiar cuales son los efectos de temperatura, rata de carga y periodos de reposo en las mezclas

asfálticas. Como este procedimiento es no destructivo, los ensayos pueden repetirse sobre un

espécimen para evaluar las condiciones del mismo ante la temperatura o humedad.

La norma específica que el ensayo de módulo resiliente debe ser realizado a tres temperaturas

diferentes (10 °C, 20 °C y 40 °C) las cuales se asemejan a las condiciones que se verá afectada la

capa asfáltica en la estructura del pavimento.

5.3.1.1. Porcentaje óptimo de caucho en la mezcla asfáltica

Se realizaron algunos ensayos para determinar el módulo resiliente a la mezcla asfáltica

convencional y a las que tienen distintos porcentajes de GCR para realizar una comparación y

100

determinar cuál es la que mejora las condiciones de dicha mezcla. A continuación, se presenta una

gráfica con los resultados obtenidos de módulo resiliente.

Gráfico 22: Resultados Módulo Resiliente

Al hacer la debida comparación de resultados, vemos que la mezcla asfáltica modificada con 2 %

de GCR es aquella con el valor de módulo resiliente más alto, lo que significa que mejora la rigidez

de la mezcla asfáltica, haciendo que con este valor se determine cuál será el porcentaje óptimo de

GCR a utilizarse en la mezcla, la mezcla asfáltica convencional tiene un valor de módulo resiliente

de 3289 MPa mientras que la modificada tiene un valor de 4662 MPa dando como resultado un

incremento del módulo del 43 % en relación a una mezcla asfáltica convencional.

5.3.2. Ensayo Cántabro o perdida por desgaste

Este ensayo determina el valor de perdida por desgaste que sufre una mezcla asfáltica, empleando

la máquina de los Ángeles.

101

A continuación, se presenta una gráfica con los resultados obtenidos del ensayo, para una mezcla

convencional y para mezclas modificadas con distintos porcentajes de GCR.

Gráfico 23: Resultados ensayo cántabro

Con este ensayo podemos valorar directamente lo que es la cohesión de las mezclas, así como la

resistencia a la disgregación de la misma, ya que estos dos parámetros son directamente

proporcionales, lo que quiere decir que a mayor cohesión habrá un menor desgaste ante los efectos

abrasivos provocados por el tráfico.

El ensayo fue realizado a tres probetas de cada condición, de las cuales se obtuvo un valor

promedio de desgaste, el cual es representado en la gráfica previa, en la cual podemos observar

que una mezcla asfáltica convencional tiene 5.5 % de desgaste, mientras que las mezclas

modificadas con GCR tienen menor desgaste, de ellas cabe recalcar que aquella mezcla elaborada

con el 2 % de polvo de caucho nos da un desgaste de 2.1 %, el cual es el menor desgaste de todas

las mezclas modificadas, corroborando así cual es el porcentaje óptimo de asfalto para mejorar las

condiciones de la misma.

102

La resistencia al desgaste con la mezcla asfáltica modificada con 2 % de GCR mejora en un 37.1

% en comparación con la mezcla asfáltica convencional.

5.3.3. Ensayos de fatiga en mezclas asfálticas

Para determinar cuál es la resistencia a la fatiga de las muestras asfálticas tanto de la convencional

como de la modificada con GCR, se realizó los ensayos de fatiga en el equipo NAT.

El deterioro de las capas asfálticas debido al efecto de fatiga es uno de los más frecuentes que se

presentan, ya que el material es sometido a repeticiones de carga, causando así la aparición de

fisuras y llevando a la fractura del elemento.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos del ensayo de fatiga por esfuerzo

controlado en el equipo NAT. Esta tabla nos indica los niveles de esfuerzo aplicados, así como el

número de ciclos de carga que fueron necesarios para llegar a la falla de las briquetas, tanto para

la mezcla convencional como para la modificada.

Tabla 59: Resultados del ensayo de fatiga bajo esfuerzo controlado

TEMPERATURA FRECUENCIA ESFUERZO N° CICLOS HASTA LA FALLA

°C Hz KPa CONVENCIONAL MODIFICADA

20 5 550 1396 1466

20 5 400 7786 10436

20 5 350 25286 25526

20 5 250 114030 220808

De los resultados obtenidos se aprecia que el comportamiento a fatiga de las muestras está

relacionado directamente con el esfuerzo aplicado, ya que a mayor nivel de esfuerzo la resistencia

a la fatiga disminuye.

Al realizar una comparación de la vida a la fatiga de las distintas muestras se puede observar que

los ciclos de carga en la muestra que fue sometida a un esfuerzo controlado de 250 KPa, dato

103

recomendado por la norma, mejora la resistencia a la fatiga en la mezcla modificada con el 2 % de

GCR en un 93.64 %, mientras que la muestra sometida al esfuerzo de 400 KPa, valor seleccionado

para realizar los ensayos debido a la rigidez de la muestra tiene un incremento de resistencia a la

fatiga de 34.04 % con respecto a la convencional.

En la siguiente tabla se presenta los resultados del ensayo de fatiga a un esfuerzo controlado de

400 KPa, tanto para la mezcla convencional y la modificada con 2 % de GCR.

Tabla 60: Resultados ensayo fatiga a 400KPa

ESFUERZO N° CICLOS HASTA LA FALLA RELACIÓN

Kpa CONVENCIONAL MODIFICADA GCR/CONV

(%)

400 7786 10436 134.035

400 7676 11996 156.279

400 7346 12866 175.143

PROMEDIO 155.153

Al comparar los valores obtenidos del ensayo de fatiga con un esfuerzo controlado de 400 KPa

podemos observar que el incremento de la resistencia de vida a la fatiga es de 55.15 %.

5.4. Ventajas y desventajas

5.4.1. Ventajas

Mejora las propiedades reológicas del asfalto, mejorando la rigidez de la mezcla dándole

un mayor módulo resiliente.

Las mezclas asfálticas modificadas con GCR son más durables, por ende, necesitan menos

mantenimiento, ya que incrementa la vida útil del pavimento. Schnormeier (1992) concluye

que la durabilidad de una mezcla con GCR es dos a tres veces mayor que el convencional.

Disminuye el impacto ambiental negativo que tienen los neumáticos, ya que tiene otra

disposición final, la cual está enfocada en la elaboración de pavimento.

104

Mejora la resistencia al deslizamiento (Xiao, 2009)

Aumenta la resistencia a la humedad (Punith, 2011)

Debido a la mejora de las propiedades de la mezcla, esta disminuye el espesor de la

estructura del pavimento.

Aumenta la resistencia al agrietamiento, por ende son más resistentes al fenómeno de

fatiga.

Al incremental el 2 % de GCR a la mezcla asfáltica esta mejora en un 43 % el módulo

resiliente, dando mayor rigidez a la mezcla y un incremento de 55.15 % en la resistencia a

la fatiga.

Disminuye el ruido de rodadura de 4 a 10 decibeles (Wang et al, 2009).

Mayor resistencia al desgaste por abrasión.

5.4.2. Desventajas

Al agregar GCR en la mezcla asfáltica aumenta la viscosidad, lo que genera un incremento

en la temperatura de fabricación y compactación, generando mayor complejidad a la hora

de llevar a cabo una obra de pavimentación.

Después del estudio realizado se estimó un incremento en el precio unitario de la mezcla

modificada en un 42.6 % con respecto a una mezcla asfáltica convencional.

La maquinaria para la construcción del pavimento modificado, requiere de una limpieza

especial y repetitiva ya que el material tiende a quedarse pegado.

105

5.5. Análisis Económico para la producción en Planta de mezclas asfálticas

convencional y modificada

Es importante determinar la relación costo beneficio que tendrá una mezcla asfáltica modificada

con GCR con respecto a una mezcla asfáltica convencional, los costos de producción deben

establecerse para aprovechar de mejor manera los recursos materiales, mano de obra y financieros

destinados para la elaboración de las mezclas.

Gráfico 24: Análisis de Precios Unitarios para Capa de rodadura de hormigón asfáltico

convencional y modificado con 2 % de GCR

Al realizar el análisis de precios unitarios para una carpeta de rodadura de hormigón asfáltico

convencional, da como resultado un costo de 6.15 dólares por metro cuadrado (Anexo N°4).

Mientas que el análisis de precios unitarios para una carpeta de rodadura de hormigón asfáltico

modificado con 2 % de GCR el costo es de 6.28 dólares por metro cuadrado (Anexo N°5), dando

un incremento del 2.28 % en costos de producción.

106

Gráfico 25: Análisis de Precios Unitarios mezcla asfáltica convencional y modificado con 2 % de

GCR

En el análisis de precios unitarios de una mezcla asfáltica convencional el costo es de 75.03 dólares

por metro cúbico de producción (Anexo N°6), mientras que el análisis de precios unitarios de una

mezcla asfáltica modificada con 2 % de GCR nos da un costo de 77.64 dólares por metro cúbico

de producción (Anexo N°7), dando un incremento en los costos de producción de 3.48 %.

5.6. Análisis Económico para el mantenimiento de capas asfálticas convencional y

modificada.

Una carretera por mejor diseñada y construida que este, necesita de un mantenimiento adecuado

para que de esta manera cumpla con el tiempo de vida útil destinado a la misma. A continuación,

se realiza un análisis comparativo del costo de mantenimiento que tiene una carpeta asfáltica

convencional con una capa asfáltica modificada con GCR, para dicho análisis si ha considerado

tomar un tramo de vía sin drenaje de 3 Km de longitud y un ancho de 6 m, con un periodo de vida

107

útil de 25 años, se evaluará un mantenimiento periódico en ambos casos, ya que el objetivo

principal de este es restablecer las características y condiciones iniciales existentes de la vía.

Para poder hacer el análisis de mantenimiento de la vía debemos hacer un cálculo estimado de la

inversión inicial que conlleva la construcción de la misma.

A continuación, se presentan las tablas de presupuestos:

Tabla 61: Presupuesto construcción de 3 Km de vía con mezcla asfáltica convencional

PRESUPUESTO PARA PAVIMENTO CONVENCIONAL

TABLA DE CANTIDADES Y PRECIOS

COD DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD P.

UNITARIO TOTAL

OBRA BÁSICA O PLATAFORMA

1 Desbroce, Desbosque y Limpieza Ha 1.8 165.18 297.33

2 Replanteo y nivelación con equipo topográfico

km 5 1999.00 9995.00

3 Excavación en suelo sin clasificar m3 13500 1.21 16319.25

PAVIMENTO FLEXIBLE

4 Asfalto de imprimación m2 1800 0.69 1245.15

5 Capa de sub base clase 3 m3 5400 5.19 28050.30

6 Capa de base clase 4 m3 3500 5.22 18257.47

7 Capa de rodadura de hormigón asfaltico 5.0 cm de espesor

m2 1800 6.15 11071.89

8 Hormigón simple para bordillo fc'= 180 kg/cm2

m 6000 45.65 273870.00

SEÑALIZACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL

10 Señalización vertical u 9 58.23 524.10

11 Marcas de pavimento (3 ejes) m 9000 1.19 10671.75

TOTAL: 370302.24

108

Tabla 62: Presupuesto construcción de 3 Km de vía con mezcla asfáltica modificada con GCR

PRESUPUESTO PARA PAVIMENTO MODIFICADO CON GCR



UNITARIO TOTAL

OBRA BÁSICA O PLATAFORMA

1 Desbroce, Desbosque y Limpieza Ha 1.8 165.18 297.33

2 Replanteo y nivelación con equipo topográfico

km 5 1999.00 9995.00

3 Excavación en suelo sin clasificar m3 13500 1.21 16319.25

PAVIMENTO FLEXIBLE

4 Asfalto de imprimación m2 1800 0.69 1245.15

5 Capa de sub base clase 3 m3 5400 5.19 28050.30

6 Capa de base clase 4 m3 3500 5.22 18257.47

7 Capa de rodadura de hormigón asfaltico modificado con GCR 5.0 cm de espesor

m2 1800 8.77 15779.34

8 Hormigón simple para bordillo fc'= 180 kg/cm2

m 6000 45.65 273870.00


10 Señalización vertical u 9 58.23 524.10

11 Marcas de pavimento (3 ejes) m 9000 1.19 10671.75

TOTAL: 375009.69

Se debe tomar en cuenta que una carpeta asfáltica requiere de mantenimientos periódicos cada 5 a

7 años por recomendación, y se espera que este tiempo de mantenimiento aumente en las carpetas

asfálticas modificadas, debido a que se tiene mayor resistencia a las solicitaciones brindadas por

las cargas, esto puesto que se tiene un módulo de rigidez más alto que proporciona mayor

resistencia a la fatiga del pavimento.

Para este análisis se escogió un mantenimiento inicial a los 5 años en la carpeta asfáltica

convencional, después un mantenimiento periódico cada 4 años, para el mantenimiento en la capa

asfáltica modificada con GCR se ha aumentado los periodos de tiempo de acuerdo a al porcentaje

de incremento en la resistencia a la fatiga, que es de 55.15 %.

109

A continuación, se presenta las tablas con el presupuesto de un mantenimiento periódico para los

dos tipos de mezclas asfálticas:

Tabla 63: Presupuesto Mantenimiento periódico Capa asfáltica convencional

PRESUPUESTO MANTENIMIENTO PERIÓDICO PARA CAPA ASFÁLTICA CONVENCIONAL



UNITARIO TOTAL

MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

1 Asfalto tipo MC para riego de adherencia m2 18000 0.69 12451.49

2 Capa de rodadura de hormigón asfaltico convencional 5.0 cm de espesor

m2 18000 6.15 110718.9


3 Mantenimiento vertical u 9 58.23 524.0997

4 Marcas de pavimento 3 ejes m 9000 1.19 10671.75

TOTAL: 134366.24

Tabla 64: Presupuesto Mantenimiento periódico Capa asfáltica modificada con GCR

PRESUPUESTO MANTENIMIENTO PERIÓDICO PARA CAPA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR



UNITARIO TOTAL

MANTENIMIENTO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

1 Asfalto tipo MC para riego de adherencia m2 18000 0.69 12451.49

2 Capa de rodadura de hormigón asfaltico modificado 5.0 cm de espesor

m2 18000 8.77 157793.4


3 Señales a lado de la carretera u 9 58.23 524.0997

4 Marcas de pavimento 3 ejes m 9000 1.19 10671.75

TOTAL: 181440.74

110

De acuerdo con los cuadros presentados anteriormente se observa una diferencia de 47074.50

dólares en costo de mantenimiento, siendo mayor el mantenimiento de la mezcla asfáltica

modificada.

En el análisis de mantenimiento de las capas asfálticas a lo largo de la vida útil del pavimento se

observa una clara diferencia en el número de mantenimientos a realizar en la vía, puesto que al

mejorar la calidad de la mezcla asfáltica esta reduce el requerimiento de mantenimientos, los

cuales, al traer a valor presente, representa una mejor inversión.

A continuación, se presenta la gráfica que detalla el número de mantenimientos a lo largo de la

vida útil del pavimento:

Gráfico 26: Mantenimientos en capas asfálticas convencional y modificada con GCR

111

Luego de establecer el número de mantenimientos a realizar a las distintas capas asfálticas a lo

largo de la vida útil, se realiza un análisis económico de los mismos para verificar cuál de ellas es

más conveniente emplear.

A continuación, se presentan los cuadros que contienen el valor total presente de mantenimientos

de las distintas capas asfálticas:

Tabla 65: Costo de mantenimiento capa asfáltica convencional

MANTENIMIENTO CAPA ASFÁLTICA CONVENCIONAL

AÑOS PRESUPUESTO VAN

0 370302.2397 370302.24

5 134366.2398 86018.8086

9 134366.2398 60205.481

13 134366.2398 42138.4579

17 134366.2398 29493.1559

21 134366.2398 20642.5742

25 134366.2398 14447.9577

TOTAL 623248.675

Tabla 66: Costo de mantenimiento capa asfáltica modificada con GCR

MANTENIMIENTO CAPA ASFÁLTICA MODIFICADA CON GCR

AÑOS PRESUPUESTO VAN

0 375009.6897 375009.69

8 181440.7398 88883.2698

14 181440.7398 52045.5898

20 181440.7398 30475.2899

TOTAL 546413.839

112

Gráfico 27: Costos de mantenimiento mezclas asfálticas convencional y modificada con GCR

De los costos de mantenimiento a lo largo de la vida útil del pavimento se observa una diferencia

de 76834.836 dólares, favoreciendo así a la mezcla asfáltica modificada con GCR, esto se debe a

que la mezcla asfáltica modificada requiere de 3 mantenimiento en 25 años de vida útil mientras

que la mezcla convencional necesita 6 mantenimientos en el mismo periodo de tiempo.

500000

520000

540000

560000

580000

600000

620000

640000

Costo de Mantenimiento

CONVENCIONAL MODIFICADA

113

CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. CONCLUSIONES

Para la caracterización del asfalto convencional del tipo AC - 20, al analizar sus

propiedades reológicas, se observa que cumplen satisfactoriamente con las

especificaciones de la ASTM (American Society Testing and Materials), NTE INEN

(Servicio Ecuatoriano de Normalización) y las especificaciones Generales para la

Construcción de Caminos y Puentes MOP-001-F-2002, por lo cual se sabe que el asfalto

convencional es apto para la elaboración de mezclas asfálticas en caliente.

Los resultados obtenidos en los ensayos de caracterización a los agregados pétreos:

agregado grueso de tamaño nominal de ¾”, agregado medio de tamaño nominal de ½” y

agregado fino, al analizar sus propiedades físico - mecánicas, se determina que estos

cumplen de manera satisfactoria con los requisitos establecidos en las especificaciones de

control, ASTM (American Society Testing and Materials), NTE INEN (Servicio

Ecuatoriano de Normalización) y las especificaciones Generales para la Construcción de

Caminos y Puentes MOP-001-F-2002, lo que quiere decir que los materiales pétreos de la

mina Naranjo – López, son aptos para la realización de mezclas asfálticas en caliente.

Se realizó el cálculo del porcentaje de cemento asfáltico con el método del instituto del

asfalto y el método francés, para poder definir de manera aproximada el contenido optimo

del asfalto en la mezcla, este arrojo un valor de 6.72 %, y al momento de realizar la mezcla

por el método Marshall el contenido optimo disminuyo a 4.9 %, con lo que se llega a

114

establecer que depende del material pétreo utilizado, en este caso fue material pasado por

la maquina VSI el cual requiere menor cantidad de asfalto para tener una adecuada

cohesión en la mezcla asfáltica.

Al incorporar el grano de caucho reciclado a la mezcla se ve la mejoría de sus propiedades

físico-mecánicas y reológicas, ya que la mezcla asfáltica tuvo un mejor desempeño

respecto a la resistencia abrasiva, un aumento progresivo de su resistencia ante el desgaste,

aumento de la rigidez.

Las mezclas asfálticas modificadas con caucho por vía seca tienen una resistencia a la fatiga

mayor a la que tienen una mezcla convencional, siempre y cuando la temperatura de

mezclado y compactación no sea mayor a 175 °C.

El polvo de caucho reciclado de neumáticos incorporado a la mezcla asfáltica mejora

claramente sus propiedades, puesto a que mitiga la deformación permanente del pavimento

a altas temperaturas y mejora la resistencia al fisuramiento por fatiga.

En el diseño de la mezcla asfáltica modificada con GCR se observa que no es necesario

realizar una granulometría especial o diferente a una mezcla asfáltica convencional, ya que

los resultados obtenidos para el diseño son adecuados y benefician la estructura del

pavimento.

La implementación del método de diseño de la mezcla asfáltica por vía seca en planta, no

involucrará de maquinaria y equipo especial para la dosificación del caucho, debido a que

este material será mezclado con los agregados en caliente, existiendo así una

homogenización de los materiales para un mejor rendimiento.

115

Al fabricar mezclas asfálticas convencionales y modificadas con GCR no se observa una

gran diferencia, exceptuando el tiempo de mezclado, ya que la mezcla asfáltica modificada

requiere mayor tiempo de mezclado para que exista una combinación favorable.

Se debe establecer un contenido óptimo de caucho ya que después de llegar a un punto

máximo, el material no responde adecuadamente y no mejora las propiedades de la mezcla,

en esta investigación se determinó que el contenido óptimo de caucho será 2 % con un

tamaño de 0.60 mm, ya que estos valores son los que mejores resultados arrojan.

Las fallas de la estructura del pavimento por fisuras debido a la fatiga del material es una

de las principales degradaciones que este presenta y uno de los criterios de diseño de la

estructura del pavimento, por esta razón la correcta determinación en el laboratorio es

esencial para realizar una estimación adecuada de la vida útil del pavimento bajo este

criterio de falla.

El criterio de falla en los ensayos de fatiga es aquel que evalúa la vida de las muestras hasta

que estas alcanzan una reducción en la rigidez, la cual depende de la temperatura de ensayo,

de la composición de la mezcla, el tipo de ligante y el comportamiento de la muestra ante

la aplicación de cargas.

La mezcla asfáltica modificada con GCR incrementa la resistencia a la fatiga en 55.15 %

lo que quiere decir que este pavimento tendrá un mayor tiempo de vida útil y menor

necesidad de mantenimiento.

Al incrementar la resistencia de vida a la fatiga, se puede decir que el pavimento soportará

un mayor número de ciclos de carga, según la investigación nos arroja una mejora del 55.15

%.

116

Una de las ventajas al incorporar polvo de caucho de neumáticos a la mezcla asfáltica es

que se reduce significativamente la contaminación ambiental que estas generan debido a

su mal manejo en la disposición final de estos elementos.

En el análisis de precios unitarios de una capa asfáltica convencional y modificada de 5cm

de espesor se puede observar una diferencia de 0.13 dólares por metro cuadrado de

producción, dando un incremento del 2.11 % en costos de la capa asfáltica modificada con

respecto a la capa asfáltica convencional, lo que quiere decir que se tiene un aumento en

los costos de producción inicial de la carpeta asfáltica, los cuales se verán compensados

con el desempeño de esta debido a la reducción de mantenimientos.

Al realizar una comparación en los costos de producción de una mezcla asfáltica

convencional con una mezcla asfáltica modificada con 2 % de GCR, se observa una

diferencia de 2.61 dólares por metro cúbico de producción, lo que quiere decir que tiene

un incremento en los costos de 3.48 %, de este resultado se puede decir que la diferencia

de costos no es representativa con respecto a los beneficios obtenidos de esta mezcla, por

ende se tendrá una buena relación de costo – beneficio en la implementación del diseño de

un pavimento con carpeta asfáltica modificada con el 2 % de polvo de caucho reciclado.

Los costos de mantenimiento en una mezcla asfáltica modificada con 2% de GCR

representa un ahorro del 12.33 % con respecto a una mezcla asfáltica convencional, con lo

cual queda evidenciado que emplear una mezcla asfáltica modificada tendrá una mayor

inversión inicial, pero es rentable ya que se ahorra significativamente en los

mantenimientos a lo largo de su vida útil.

117

6.2. RECOMENDACIONES

Se debe tomar en cuenta que dependiendo del tipo de material pétreo a utilizarse el diseño

de la mezcla asfáltica variará, puesto que, por la diferencia de materiales empleados, los

porcentajes tanto de asfalto como de caucho se verán afectados. Lo que quiere decir que

los resultados de valores óptimos obtenidos en esta investigación son propios del diseño de

la mezcla.

Debido a la falta de normativas y especificaciones en el país acerca del uso y manejo del

grano o polvo de caucho reciclado de neumáticos en las mezclas asfálticas, se debe hacer

uso de las especificaciones N.E.V.I. 2012.

Se debería realizar una mayor cantidad de estudios y enfocarse en el empleo del caucho en

los pavimentos, para así poder tener una normativa propia.

Desarrollar adecuadamente los ensayos referentes a la vida a la fatiga, para de esta manera

tratar de asemejar lo más posible a la realidad, puesto que en la vida real la repetición de

las cargas en el mismo punto de aplicación y sus magnitudes constantes no se darán en un

pavimento.

Para desarrollar el efecto de la fatiga en los pavimentos en el país, se requiere de un mayor

tiempo de estudio y experimentación, además de la implementación del equipo necesario

para llevar a cabo el tema planteado.

Para el desarrollo de la investigación de debe tener en cuenta, el manejo de especificaciones

y normativas vigentes, ASTM, instituto del asfalto y el manejo de las especificaciones

MOP – 001 – F – 2002 que permitan obtener resultados veraces, y se pueda llevar a cabo

las investigaciones sin conflictos.

118

BIBLIOGRAFÍA

1. Instituto Del Asfalto MS – 2, (2014). Asphalt Mix Design Methods. 7th edition. USA.

2. MOP – 001 – F (2002). Especificaciones Generales para la construcción de caminos y

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3. Rondon, H.A. y Reyes, F. A. (2011). Pavimentos: Materiales, construcción y diseño,

Bogota, Colombia: Editorial UD

4. Rondon, H.A., Reyes, F. A., González, L. A. y Vasquez, S. E., (2013). Pavimentos:

Materiales, construcción y diseño, Bogota, Colombia: Editorial UD

5. Eduardo Dussan Navarro, Fernando Flautero Valencia, “Automatización de ensayos

dinámicos del laboratorio de pavimentos en el equipo NAT(nottingham Asphalt Tester) de

la pontificia universidad javeriana”, Bogota D.C, 2005

6. Díaz, C., Castro, L. (2017). “IMPLEMENTACIÓN DEL GRANO DE CAUCHO

RECICLADO (GCR) PROVENIENTE DE LLANTAS USADAS PARA MEJORAR LAS

MEZCLAS ASFÁLTICAS Y GARANTIZAR PAVIMENTOS SOSTENIBLES EN

BOGOTÁ” (tesis de Pregrdo) Universidad Santo Tomás, Bogotá

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8. Cruz, K., Hurtado, S., & Barragán, V. (2015). Obtención de Asfalto Modificado con Polvo

de Caucho Proveniente del Reciclaje de Neumáticos de Automotores. Recuperado de:

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w/513

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asf%C3%A1ltica-asfalto-caucho-tecnolog%C3%ADa-Gap-Grade.pdf

11. Convenio de Cooperación Técnica no Reembolsable, Ministerio de Transporte y Obras

Públicas. Recuperado de: https://www.obraspublicas.gob.ec/wp-

content/uploads/downloads/2017/01/LOTAIP_1_101963-APOYO-PROGRAMA-

INFRAESTRUCTURA-VIAL.pdf

12. Fernández, R. (2016). Llantas Usadas en Pavimentos. Recuperado de: http://ligante-

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13. Mobile Asphalt Rubber Blending Plant | Dagang Road Machinery. (2015). Recuperdad de:

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https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947174/conti

do/61_materiales_ptreos.html

15. Ucha, F. (2010). Definición de Asfalto. Recuperado de:

https://www.definicionabc.com/general/asfalto.php

https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/1743/1/Dise%C3%B1o-mezcla-asf%C3%A1ltica-asfalto-caucho-tecnolog%C3%ADa-Gap-Grade.pdf

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120

ANEXOS

Anexos 1: Total de briquetas realizadas y ensayadas en la investigación

Anexos 2: Briquetas sometidas al ensayo Cántabro

121

Anexos 3: Briquetas sometidas a ensayo de Fatiga

122

Anexos 4: Análisis de precios unitarios para una capa asfáltica convencional (m2)

PROYECTO: ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL

EFECTO DE FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE: DE JESÚS PALACIOS GÉNESIS

ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

CODIGO N : 405-5a

RUBRO: CAPA DE RODADURA DE HORMIGÓN ASFALTICO

CONVENCIONAL 5.0 cm DE ESPESOR UNIDAD: m2

ESPECIFICACION:

EQUIPO

DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA C/HORA Rend. u/h COSTO TOTAL

A B C = A x B R D = C x R

Planta de asfalto 1.00 90.00 90.00 0.0067 0.60

Cargadora frontal 1.00 38.00 38.00 0.0067 0.25

Distribuidor de asfalto 1.00 72.00 72.00 0.0067 0.48 Rodillo vibratorio 1.00 22.00 22.00 0.0067 0.15

Terminadora de asfalto 1.00 55.00 55.00 0.0067 0.37

Rodillo compactador 1.00 10.20 10.20 0.0067 0.07 Volqueta 1.00 25.00 25.00 0.0067 0.17

Herramienta menor 1.00 0.05 0.05 0.0067 0.00

SUB - TOTAL (M) 2.08

MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANTIDAD JOR. / HORA C / HORA Rend. u/h COSTO

TOTAL


Operador Planta asfáltica 1 3.82 3.82 0.0067 0.03

Operadores de equipo pesado (E.O. -C1) 6.00 3.82 22.92 0.0067 0.15

Ayudante maquinaria 2.00 3.62 7.24 0.0067 0.05

Peón (E.O. -E2) 5.00 3.58 17.90 0.0067 0.12 Chofer. Volqueta (Estr. Oc. C1) 1.00 5.26 5.26 0.0067 0.04

SUB - TOTAL (N) 0.36

MATERIALES

DESCRIPCION UND. CANTIDAD P. UNITARIO COSTO TOTAL

A B C = A x B

Material grueso m2 0.02 14.00 0.21

Material medio m2 0.01 14.15 0.21 Material fino m2 0.02 12.25 0.28

Asfalto AC-20 gal 1.85 1.45 2.68

Diesel gal 0.32 1.05 0.33

SUB - TOTAL (O) 3.71

TRANSPORTE

DESCRIPCION UND. CANTIDAD DMT (Km) TARIFA (Km) COSTO

TOTAL

A B C D = A x B x

C


TOTAL COSTOS DIRECTOS (M+N+O+P) 6.15

TOTAL COSTOS INDIRECTOS 0% 0.00

COSTO TOTAL DEL RUBRO 6.15

FIRMA DEL OFERENTE

PRECIO OFERTADO EN DOLARES $ 6.15

123

Anexos 5: Análisis de precios unitarios para una capa asfáltica modificada con GCR (m2)

PROYECTO: ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO DE

FATIGA



CODIGO N :

RUBRO: CAPA DE RODADURA DE HORMIGON ASFALTICO MODIFICADO CON POLVO DE CAUCHO RECICLADO 5.0 cm DE ESPESOR UNIDAD: m2

ESPECIFICACION:

EQUIPO





Distribuidor de asfalto 1.00 72.00 72.00 0.0067 0.48

Rodillo vibratorio 1.00 22.00 22.00 0.0067 0.15

Terminadora de asfalto 1.00 55.00 55.00 0.0067 0.37

Rodillo compactador 1.00 10.20 10.20 0.0067 0.07

Volqueta 1.00 25.00 25.00 0.0067 0.17



MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANTIDAD JOR. / HORA C / HORA Rend. u/h COSTO TOTAL



Operadores de equipo pesado (E.O. -C1)

6.00 3.82 22.92 0.0067 0.15


Peón (E.O. -E2) 5.00 3.58 17.90 0.0067 0.12

Chofer. Volqueta (Estr. Oc. C1) 1.00 5.26 5.26 0.0067 0.04


MATERIALES


A B C = A x B


Material medio m2 0.01 14.15 0.21

Material fino m2 0.02 12.25 0.28

Polvo de caucho reciclado (GCR) kg 0.26 0.50 0.13

Asfalto AC-20 gal 1.85 1.45 2.68

Diesel gal 0.32 1.05 0.33


TRANSPORTE

DESCRIPCION UND. CANTIDAD DMT (Km) TARIFA (Km) COSTO TOTAL

A B C D = A x B x C





FIRMA DEL OFERENTE


124

Anexos 6: Análisis de precios unitarios para una mezcla asfáltica convencional (m3)

PROYECTO: ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO

DE FATIGA



CODIGO N :

RUBRO: MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL UNIDAD: m3

ESPECIFICACION:

EQUIPO

DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA C/HORA Rend. u/h COSTO

TOTAL






MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANTIDAD JOR. / HORA C / HORA Rend. u/h COSTO

TOTAL





Peón (E.O. -E2) 3.00 3.58 10.74 0.0286 0.31


MATERIALES

DESCRIPCION UND. CANTIDAD P. UNITARIO COSTO

TOTAL

A B C = A x B




Asfalto AC-20 gal 35.21 1.45 51.05

Diesel gal 6.00 1.05 6.30


TRANSPORTE


TOTAL

A B C D = A x B x C





FIRMA DEL OFERENTE


125

Anexos 7: Análisis de precios unitarios para una mezcla asfáltica modificada con GCR (m3)

PROYECTO: ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO

DE FATIGA



CODIGO N :

RUBRO: MEZCLA ASFÁLTICA MODIFICADA CON POLVO DE

CAUCHO RECICLADO UNIDAD: m3

ESPECIFICACION:

EQUIPO

DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA C/HORA Rend. u/h COSTO

TOTAL






MANO DE OBRA






Peón (E.O. -E2) 3.00 3.58 10.74 0.0286 0.31


MATERIALES


A B C = A x B




Polvo de caucho reciclado (GCR) kg 5.23 0.50 2.62

Asfalto AC-20 gal 35.21 1.45 51.05

Diesel gal 6.00 1.05 6.30


TRANSPORTE


TOTAL

A B C D = A x B x C





FIRMA DEL OFERENTE


126

Anexos 8: Análisis de precios unitarios para desbroce, desbosque y limpieza

PROYECTO: ESTUDIO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE CON POLVO DE CAUCHO FRENTE AL EFECTO DE FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:

DE JESÚS PALACIOS GÉNESIS


CODIGO N : 302-(1)

RUBRO: DESBROCE, DESBOSQUE Y LIMPIEZA UNIDAD: Ha

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Tractor de orugas 1.00 65.04 65.04 1.8182 118.25 Motosierra 2.00 2.00 4.00 1.8182 7.27 Herramienta menor 1.00 0.05 0.05 1.8182 0.09


MANO DE OBRA



Operadores de Tractor (E.O. -C2)

1.00 3.82 3.82 1.8182 6.95


Peón (E.O. -E2) 4.00 3.58 14.32 1.8182 26.04


MATERIALES

DESCRIPCION UND. CANTIDAD P.

UNITARIO COSTO TOTAL

A B C = A x B


TRANSPORTE

DESCRIPCION UND. CANTIDAD DMT (Km) TARIFA

(Km) COSTO TOTAL

A B C D = A x B x C



TOTAL COSTOS INDIRECTOS 0%

0.00


FIRMA DEL OFERENTE


127

Anexos 9: Análisis de precios unitarios para Replanteo y nivelación con equipo topográfico


NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N :

RUBRO: REPLANTEO Y NIVELACIÓN CON EQUIPO

TOPOGRÁFICO UNIDAD: Km

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Equipo de topografia 2.00 6.50 13.00 55.5556 722.22



MANO DE OBRA



Topógrafo 2.00 4.01 8.02 55.5556 445.56

Cadenero 4.00 3.62 14.48 55.5556 804.44

SUB - TOTAL (N) 1,250.00

MATERIALES

DESCRIPCION UND. CANTIDAD P.

UNITARIO COSTO TOTAL

A B C = A x B

Estacas de madera u 50.00 0.3 15

Pintura de esmalte gal 0.5 18.00 9


TRANSPORTE

DESCRIPCION UND. CANTIDAD DMT (Km) TARIFA

(Km) COSTO TOTAL

A B C D = A x B x C


TOTAL COSTOS DIRECTOS (M+N+O+P) 1,999.00


0.00

COSTO TOTAL DEL RUBRO 1,999.00

FIRMA DEL OFERENTE

PRECIO OFERTADO EN DOLARES $ 1,999.00

128

Anexos 10: Análisis de precios unitarios para Sub-base clase 3


FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N : 403-1

RUBRO: SUB-BASE CLASE 3 UNIDAD: m3

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Motoniveladora 1.00 46.05 46.05 0.0125 0.58 Rodillo vibratorio liso 1.00 26.60 26.60 0.0125 0.33 Tanquero de aga de 6000 ml

1.00 15.86 15.86 0.0125 0.20


MANO DE OBRA



Peón (E.O. -E2) 4.00 3.58 14.32 0.0125 0.18 Operador motoniveladora 1.00 4.01 4.01 0.0125 0.05 Operador rodillo autopropulsado

1.00 3.82 3.82 0.0125 0.05

Chofer 1.00 5.26 5.26 0.0125 0.07

Ayudante de maquinaria 2.00 3.62 7.24 0.0125 0.09


MATERIALES


A B C = A x B

Material triturado m3 0.2 5.15 1.03

Material cribado m3 1.05 2.50 2.625


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


129

Anexos 11: Análisis de precios unitarios para Base clase 4


FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N :

RUBRO: BASE CLASE 4 UNIDAD: m3

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Motoniveladora 1.00 46.05 46.05 0.0105 0.48

Rodillo vibratorio liso 1.00 26.60 26.60 0.0105 0.28

Tanquero de aga de 6000 ml

1.00 15.86 15.86 0.0105 0.17


MANO DE OBRA



Peón (E.O. -E2) 4.00 3.58 14.32 0.0105 0.15

Operador motoniveladora 1.00 4.01 4.01 0.0105 0.04

Operador rodillo autopropulsado

1.00 3.82 3.82 0.0105 0.04

Chofer 1.00 5.26 5.26 0.0105 0.06



MATERIALES


A B C = A x B

Material triturado m3 0.3 5.15 1.545

Material cribado m3 0.95 2.50 2.375


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


130

Anexos 12: Análisis de precios unitarios para Hormigón simple para bordillos fc'=180kg/cm2




CODIGO N : 610-(1)

RUBRO: HORMIGÓN SIMPLE PARA BORDILLOS

FC'=180kg/cm2 UNIDAD: m

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Concretera 1 saco 1.00 3.55 3.55 1.0000 3.55

Vibrador 1.00 2.13 2.13 1.0000 2.13



MANO DE OBRA



Albañil (E.O. -D2) 1.00 3.60 3.60 1.0000 3.60

Maestro de obra 0.50 4.04 2.02 1.0000 2.02

Peón (E.O. -E2) 3.00 3.58 10.74 1.0000 10.74


MATERIALES


A B C = A x B

Cemento kg 26.8 0.15 4.02

Arena fina m3 0.6 14.00 8.40

Ripio m3 0.9 12.25 11.03

Agua m3 0.22 0.50 0.11


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


131

Anexos 13: Análisis de precios unitarios para asfalto tipo MC para riego de Adherencia


FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N : 405-2(1)

RUBRO: ASFALTO TIPO MC PARA RIEGO DE

ADHERENCIA UNIDAD: m2

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Distribuidor de asfalto 1.00 35.00 35.00 0.0022 0.08

Escoba autopropulsada 1.00 15.00 15.00 0.0022 0.03



MANO DE OBRA



Peón (E.O. -E2) 2 3.58 7.16 0.0022 0.016

Operador de equipo pesado (E.O. -C1)

2.00 4.01 8.02 0.0022 0.018


MATERIALES


A B C = A x B

Asfalto AC-20 gal 0.22 1.45 0.32

Diesel gal 0.21 1.05 0.22


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


132

Anexos 14: Análisis de precios unitarios para Excavación en suelo sin clasificar


FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N : 303-2(2)

RUBRO: EXCAVACIÓN EN SUELO SIN CLASIFICAR UNIDAD: m3

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Tractor de oruga 1.00 65.04 65.04 0.0167 1.08



MANO DE OBRA



Operador de Tractor (E.O. -C2)

1.00 3.82 3.82 0.0167 0.06



MATERIALES


A B C = A x B


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


133

Anexos 15: Análisis de precios unitarios para Mantenimiento señalización horizontal (3 ejes)


FATIGA

NOMBRE DE OFERENTE:



CODIGO N : MR 134

RUBRO: MANTENIMIENTO SEÑALIZACIÓN

HORIZONTAL (3 ejes) UNIDAD: m

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Fanjadora 1.00 3.32 3.32 0.0050 0.02

Camion mediano 1.00 8.00 8.00 0.0050 0.04



MANO DE OBRA



Albañil (E.O. -D2) 2 3.6 7.20 0.0050 0.04

Maestro Mayor de obras 1.00 3.66 3.66 0.0050 0.02

Chofer para camiones pesados

1.00 4.67 4.67 0.0050 0.02

Pintor (E.O. -D2) 1.00 3.30 3.30 0.0050 0.02

Peón (E.O. -E2) 2.00 3.58 7.16 0.0050 0.04


MATERIALES


A B C = A x B

Pintura de trafico gal 0.03 28.42 0.85

Thinner Comercial gal 0.01 14.48 0.14


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


134

Anexos 16: Análisis de precios unitarios para mantenimiento señalización vertical


FATIGA



CODIGO N : MR 133

RUBRO: MANTENIMIENTO SEÑALIZACIÓN VERTICAL UNIDAD: u

ESPECIFICACION:

EQUIPO



Aplicador 1.00 2.50 2.50 0.4000 1.00 Mesa 1.00 1.25 1.25 0.4000 0.50 Sierra circular para madera 1.00 2.50 2.50 0.4000 1.00 Herramienta menor 3.00 0.36 1.08 0.4000 0.43 Camión mediano 0.10 8.00 0.80 0.4000 0.32 Soldadora 0.50 5.00 2.50 0.4000 1.00


MANO DE OBRA



Albañil (E.O. -D2) 1 3.3 3.30 0.4000 1.32

Maestro Mayor de obras 0.50 3.57 1.79 0.4000 0.71

Chofer para camiones pesados

0.10 4.67 0.47 0.4000 0.19

Soldador (E.O. -D2) 1.00 3.22 3.22 0.4000 1.29

Peón (E.O. -E2) 2.00 3.18 6.36 0.4000 2.54


MATERIALES


A B C = A x B

Perno inoxidable u 2.00 0.48 0.96 Vinil RGI-Fondo m2 0.75 25.50 19.13 Vinil Negro Opaco-Gráfico m2 0.75 15.25 11.44 Varios glb 0.70 1.13 0.79 Cemento Portland Gris kg 23.45 0.17 3.99 Arena m3 0.05 12.00 0.60 Ripio m3 0.07 25.00 1.75 Agua m3 0.01 0.85 0.01 Tubo Galvanizado m 1.00 6.52 6.52 Electrodo 6011 kg 0.50 5.50 2.75


TRANSPORTE


A B C D = A x B x C




0.00


FIRMA DEL OFERENTE


135

Anexos 17: Hojas de informe de ensayo de Módulo Resiliente

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ... · iii APROBACIÓN DEL TUTOR Yo, Juan...

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